李 翔，徐建坡

（天津市原種場(chǎng)，天津 301504）

種質(zhì)資源是在長(zhǎng)期人工選擇和自然選擇過(guò)程中形成的，它們攜帶著多種遺傳基因，并將其豐富的遺傳信息從親代傳遞給后代的遺傳物質(zhì)的總體，是作物品種選育及生物學(xué)理論研究非常重要的基礎(chǔ)材料來(lái)源，是育種的原始材料。水稻是我國(guó)主要糧食作物之一，隨著人們生活水平的提高，對(duì)水稻品質(zhì)的追求也日益提高，為水稻育種工作帶來(lái)了很大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，需要豐富的水稻種質(zhì)資源做基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外研究表明，水稻育種工作的突破性進(jìn)展主要取決于攜帶關(guān)鍵性基因的種質(zhì)資源的發(fā)現(xiàn)和利用。如洪君英、洪春利在廣東發(fā)現(xiàn)自然變異矮稈化植株，培育出了“矮腳南特”；李必湖利用在海南發(fā)現(xiàn)花粉敗育的野生稻實(shí)現(xiàn)了秈型雜交水稻三系配套；石明松在湖北發(fā)現(xiàn)農(nóng)墾58不育株，使兩系雜交稻得到廣泛應(yīng)用。由此可見，水稻種質(zhì)資源的發(fā)掘和利用是水稻育種持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)保障。

1 天津市原種場(chǎng)水稻種質(zhì)資源管理現(xiàn)狀

天津市原種場(chǎng)開展水稻品種選育工作已有20余年的歷程，所選品種在天津、河北及東北等地廣泛種植，具有一定的知名度。但在水稻種質(zhì)資源管理上還存在不足，每年有大量的育種材料和種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息目前基本以紙質(zhì)形式記錄和管理，由于工作量較大，導(dǎo)致有的記錄不準(zhǔn)確或遺失；育種人員查詢某個(gè)種質(zhì)資源的祖代親本和田間表現(xiàn)，需逐年翻閱十幾年的育種記錄，耗費(fèi)大量的精力和時(shí)間，而且紙質(zhì)材料也不利于長(zhǎng)期保存。因此，建設(shè)水稻品種種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，精確采集各類親本信息、田間性狀信息，實(shí)現(xiàn)譜系管理、種質(zhì)查詢、分類管理、統(tǒng)計(jì)分析等功能，能有效解決目前品種選育中信息不準(zhǔn)確、查詢繁瑣、工作量繁重等突出問(wèn)題，從而加強(qiáng)水稻種質(zhì)資源的開發(fā)利用，提高育種效率，縮短育種年限，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)育種。

2 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)

2.1 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的信息類型

水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)以《水稻品種資源觀察調(diào)查項(xiàng)目及記載標(biāo)準(zhǔn)》和《稻屬野生種種質(zhì)資源記載標(biāo)準(zhǔn)》為基礎(chǔ)，結(jié)合水稻種質(zhì)資源品質(zhì)分析和育種家多年經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水稻各項(xiàng)性狀進(jìn)行分類歸納整理，分析數(shù)據(jù)字段名稱、數(shù)據(jù)類型等，確定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)基于Brower/Server的架構(gòu)模式，采用ASP.NET作為開發(fā)平臺(tái)，建立基于Sql Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，運(yùn)行于 NET 4.0 框架下，實(shí)現(xiàn)育種過(guò)程的信息化管理。數(shù)據(jù)庫(kù)依次記載水稻種質(zhì)資源父母本、典型性狀特征、繁茂性、抗倒伏性、抗病性等田間觀察性狀和株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率等室內(nèi)考種性狀、米質(zhì)情況以及產(chǎn)量等信息類型（圖1）。

圖1 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)部分信息結(jié)構(gòu)

2.2 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的功能

2.2.1 種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的保存 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)保存有各種種質(zhì)資源的年份、編號(hào)、入選號(hào)，采用RFID標(biāo)簽對(duì)育種小區(qū)進(jìn)行管理，研發(fā)了基于電子標(biāo)簽的育種小區(qū)標(biāo)識(shí)。采用專用RFID讀寫設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)小區(qū)和單株性狀田間觀測(cè)數(shù)據(jù)的快速采集，包括株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、分蘗、葉色、株型等各項(xiàng)性狀和照片信息，通過(guò)無(wú)線方式傳輸至數(shù)據(jù)庫(kù)，后期對(duì)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工標(biāo)注和刪減，優(yōu)化種質(zhì)資源數(shù)據(jù)。

2.2.2 種質(zhì)資源查詢功能 種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)分為關(guān)鍵詞查找和精確查找2種方式。關(guān)鍵詞查找指通過(guò)查找具體性狀特征，系統(tǒng)自動(dòng)篩選出所有符合關(guān)鍵詞的種質(zhì)資源（圖2）。精確查找是通過(guò)查找具體的種質(zhì)資源編號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)查找到該種質(zhì)資源的具體性狀表現(xiàn)及親本、子代編號(hào)（圖3）。這樣可快速地獲取種質(zhì)資源數(shù)據(jù)和查詢到種質(zhì)信息，提高查詢和利用效率。

圖2 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)關(guān)鍵詞查詢

圖3 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)精確查詢

2.2.3 譜系管理和親緣追溯 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)可通過(guò)譜系分析，查找任意一種質(zhì)資源編號(hào)，即可搜索到該種質(zhì)資源各代親本信息和每年的性狀表現(xiàn)（圖4），為品種選育提供依據(jù)。

圖4 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)譜系查詢

2.2.4 預(yù)留接口和數(shù)據(jù)補(bǔ)充 在系統(tǒng)開發(fā)中，考慮數(shù)據(jù)庫(kù)的可擴(kuò)展性，提前預(yù)留數(shù)據(jù)接口，對(duì)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的信息進(jìn)行刪減和增加。通過(guò)多年種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的補(bǔ)充和積累，不斷完善信息，研究數(shù)據(jù)挖掘功能。參照完整性，設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)級(jí)聯(lián)更新和級(jí)聯(lián)刪除，確保各相關(guān)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和關(guān)聯(lián)性的完整統(tǒng)一。

3 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的作用

3.1 實(shí)現(xiàn)水稻種質(zhì)資源的高效管理

水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)以及查詢檢索系統(tǒng)的建立，為水稻遺傳育種提供了高效快捷的信息查詢服務(wù)，可大大提高種質(zhì)資源的實(shí)際利用率，加快培育突破性品種進(jìn)程，使資源數(shù)據(jù)管理更加科學(xué)化、規(guī)范化、智能化。

3.2 利于品種的親緣追溯和遺傳分析

水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用親緣追溯技術(shù)，在品種與資源之間搭建橋梁，可了解該品種的選育過(guò)程和遺傳背景，并通過(guò)遺傳分析，清楚地掌握該品種中每一個(gè)親緣所占的比重。同時(shí)通過(guò)親緣追溯和遺傳分析，可查找任意一種質(zhì)資源編號(hào)或性狀，了解該種質(zhì)資源在各代的表現(xiàn)和利用情況，便于育種者更好地選擇和利用種質(zhì)資源。

3.3 有利于精準(zhǔn)育種

將水稻種質(zhì)資源在當(dāng)?shù)氐脑囼?yàn)表現(xiàn)，與本地優(yōu)秀品種進(jìn)行雜交選育、田間農(nóng)藝性狀調(diào)查等，與已建立的水稻種質(zhì)資源庫(kù)相結(jié)合，便于種質(zhì)資源的分類整理與規(guī)范化管理，實(shí)現(xiàn)譜系管理、種質(zhì)查詢、統(tǒng)計(jì)分析、智能決策等核心功能，把握育種方向，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)育種（圖5）。

4 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的未來(lái)工作展望

4.1 加強(qiáng)水稻種質(zhì)資源的引進(jìn)和收集

基于水稻種質(zhì)資源的重要作用，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)引進(jìn)優(yōu)秀的水稻種質(zhì)資源，利用不同遺傳背景的材料，拓寬遺傳基礎(chǔ)，尤其是國(guó)外水稻種質(zhì)資源的利用。同時(shí)也要做好新種質(zhì)資源的利用和創(chuàng)新，利用雜交、誘變、分子技術(shù)等手段，改造或創(chuàng)新優(yōu)良的水稻新品種和新品系。

圖5 精準(zhǔn)育種流程圖

4.2 完善水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)

天津市原種場(chǎng)水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)已初步建成，但每年仍有大量新的種質(zhì)資源引進(jìn)和發(fā)現(xiàn)，需要不斷完善和創(chuàng)新，深度挖掘水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的功能。

4.3 水稻育種與高新技術(shù)的聯(lián)結(jié)

隨著水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷完善和發(fā)展，在龐大數(shù)據(jù)量的支持下，利用優(yōu)秀種質(zhì)資源進(jìn)行智能匹配，將分子標(biāo)記等高新技術(shù)應(yīng)用于水稻育種已成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

同時(shí)，高新技術(shù)將在常規(guī)技術(shù)無(wú)法或難以解決的某個(gè)點(diǎn)或局部問(wèn)題上發(fā)揮重要作用，如稻瘟病持久抗性育種，應(yīng)用單粒分析儀在分離世代對(duì)谷粒直鏈淀粉含量進(jìn)行活體單粒測(cè)定篩選等。隨著物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的日益發(fā)展，也有大量應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的案例，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)和水稻育種的全面結(jié)合。