張 莉，王福建

(中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081)

0 引言

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)屬茄科，又名土豆、山藥、洋芋、荷蘭薯等，是世界上第4大糧食作物，僅次于水稻、小麥、玉米。我國是世界上馬鈴薯生產(chǎn)大國，2017年全國種植面積560萬hm2，年總產(chǎn)量達9 682萬t，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的約1/4[1-2]。馬鈴薯是我國重要的糧菜兼用和工業(yè)原料作物，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著重要的作用[3]。優(yōu)良的品種是農作物獲得優(yōu)質高產(chǎn)的最基本生產(chǎn)資料，而優(yōu)異的馬鈴薯種質資源是優(yōu)良品種選育和遺傳學研究的基礎，為此世界各國都非常重視種質資源的搜集、保護和數(shù)據(jù)庫建設，如國際馬鈴薯中心(International Potato Center，CIP)、美國馬鈴薯基因庫(National Research Support Project-6，NRSP-6)、荷蘭遺傳資源中心(The Centrefor Genetic Resources，the Netherlands，CGN)、德國馬鈴薯種質資源庫(The IPK Potatocollections at Gross Luesewitz，GLKS)等。近些年我國各研究單位也加緊了對馬鈴薯種質資源的收集、引進和保存，建立了相應的數(shù)據(jù)庫。如貴州馬鈴薯種質資源數(shù)據(jù)庫、克山馬鈴薯種質資源庫管理系統(tǒng)、湖北省馬鈴薯種質資源庫、國家農作物種質資源平臺等。

對國內種質資源數(shù)據(jù)庫的結構、檢索分類，描述的規(guī)范性、完整性、準確性，以及信息共享性等方面進行調查分析，發(fā)現(xiàn)如下一些問題。國內馬鈴薯等種質資源保存分散，缺乏保存完整的馬鈴薯種質資源大庫；國內雖然對大部分資源進行了農藝性狀、抗性、品質等方面評價鑒定，但相對粗放，缺乏健全完整的種質資源大數(shù)據(jù)信息；各地馬鈴薯種質資源數(shù)據(jù)庫因建庫時間久遠，造成了信息兼容性較差，不能共享，資源材料的血緣關系混雜，甚至有些數(shù)據(jù)庫不能運行；種質資源信息大部分不完整，使用者對于每份資源很難得到全面的信息，不斷重復鑒定評價，浪費大量人力、物力、財力；大部分種質資源信息缺乏整個作物生育期的完整圖片資料。因此，構建國家馬鈴薯種質資源大數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，建立資源統(tǒng)一標識、規(guī)范性描述，對收集、保存的種質資源進行有效信息化管理，提供集成查詢服務、數(shù)據(jù)分析服務，推動國家馬鈴薯種質資源的共享和利用，提高種質資源的利用率和效益顯得尤為重要。

1 共享平臺設計

1.1 設計目標

以中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所、國際馬鈴薯中心亞太中心、湖北馬鈴薯種質資源庫、黑龍江克山國家馬鈴薯試管苗種質庫馬鈴薯種質資源庫數(shù)據(jù)為基礎，運用現(xiàn)代的信息技術、計算機技術和編程技術，對原有服務模式整合、改進、延伸和創(chuàng)新，構建國家薯類作物研究中心馬鈴薯種質資源數(shù)據(jù)庫，提供集成查詢服務、個性服務、數(shù)據(jù)分析服務、追蹤性服務和合作創(chuàng)新服務模式，推動馬鈴薯種質資源的共享和利用，提高種質資源的利用率和效益，為實現(xiàn)馬鈴薯種質資源標準化描述、信息化管理提供一種規(guī)范化的強大管理工具。

1.2 系統(tǒng)工作原理和模塊框架

系統(tǒng)工作原理如圖1所示[4-5]。系統(tǒng)模塊框架如圖2所示[5]。

1.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

采用Microsoft VB 6.0中文版編程語言，設計可視化易操作的界面，結合育種家、種質資源管理專業(yè)人員的經(jīng)驗，開發(fā)系統(tǒng)。選擇數(shù)據(jù)庫的原則是該數(shù)據(jù)庫既要具有良好的安全性、可移植性和較快的數(shù)據(jù)查詢功能等，還要考慮系統(tǒng)用戶使用的方便性等。目前，市場上比較流行的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有Oracle、SQL Server、Sybase、MySQL、Access等，綜合要完成的數(shù)據(jù)庫管理存儲功能和系統(tǒng)未來使用者的實際情況，選擇SQL Server，其在通用性、安全性、價格等方面有一定優(yōu)勢，廣泛應用于中大型數(shù)據(jù)庫建設要求。

圖1 系統(tǒng)工作原理Fig.1 System working principle

圖2 系統(tǒng)模塊框架Fig.2 System module framework

2 各系統(tǒng)模塊功能

2.1 客戶端系統(tǒng)模塊

注冊登錄模塊：用戶需要注冊登錄后才能使用前臺客戶端全部功能。

主界面模塊：軟件與用戶交互的最直接層，引導用戶完成相應的操作，起到向導的作用。主要包括標題欄、工具欄、選擇菜單、軟件版本信息等。

種質資源數(shù)據(jù)查詢模塊：可多組合、跨性狀、準確地進行查詢，用戶以獲取需要的信息。

種質資源照片模塊：按照作物統(tǒng)一編號瀏覽查詢某份種質資源在各個生育期的匹配圖片信息。

種質資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊：包括種質資源類別分析和種質分類匯總分析。種質資源類別分析是針對作物種質資源的某一性狀進行統(tǒng)計，統(tǒng)計數(shù)據(jù)以表或圖形式展現(xiàn)。種質分類匯總是指數(shù)據(jù)庫中收錄了哪些作物種質資源及其份數(shù)[6]。

種質資源獲取模塊：注冊用戶網(wǎng)上填寫種質資源獲取申請表，提交申請，審核通過后簽署《農作物種質資源獲取協(xié)議書》，通過農作物種質資源無償或有償?shù)姆职l(fā)，完成種質資源的實物共享。

種質資源引種反饋模塊：用戶將獲取的種質資源使用情況反饋給種質資源提供者。反饋信息包括利用獲取資源育成的品種創(chuàng)新資源，以及此種質資源在其他研究利用及產(chǎn)生的經(jīng)濟和社會效益情況。

2.2 后臺維護系統(tǒng)模塊

用戶權限設置模塊：實現(xiàn)不同的操作人員權限級別不同，分為系統(tǒng)管理員、高級操作員、普通操作員、普通用戶。

種質資源數(shù)據(jù)和圖片管理模塊：種質資源信息管理會不斷面臨著數(shù)據(jù)修改和更新工作，以保證數(shù)據(jù)的準確性和完整性[7]。對于該系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)的錄入、修改和刪除等工作主要依托數(shù)據(jù)庫后臺管理平臺進行相關操作。

數(shù)據(jù)信息補充、修正模塊：對引種者反饋的種質資源信息與資源庫保存的信息比較，進行數(shù)據(jù)修改和更新工作，以保證數(shù)據(jù)的準確性和完整性。

數(shù)據(jù)備份與恢復：實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份與恢復。

3 功能實現(xiàn)與運行

3.1 注冊登錄模塊

注冊登錄模塊主要是對用戶相關信息和訪問模塊的權限進行統(tǒng)一管理。首先調用API函數(shù)判斷程序是否重復運行，然后采用SQL語句判斷權限表中用戶信息(姓名、單位、電話、信箱)是否存在或用戶名、密碼是否正確，流程如圖3所示。

圖3 登錄流程Fig.3 Login flowchart

3.2 種質資源數(shù)據(jù)查詢模塊

將種質資源分為基本信息、植物學特征、生物學特性、品質性狀、抗病性信息共5個庫表，檢索采用SQL語句“select統(tǒng)一編號，引種編號，品種名稱，外文名，親本組合，原產(chǎn)地，資源類型，選育單位，選育年份，保存單位from seedjcxx where‘&namerq &’…and統(tǒng)一編號in(select統(tǒng)一編號from seedzwx where‘&name1 &’…)and統(tǒng)一編號in(select統(tǒng)一編號from seedswx where‘&name16 &’…)… order by統(tǒng)一編號asc”，以嵌套的形式實現(xiàn)多組合、跨性狀、準確快速地檢索，同時可有效地防止數(shù)據(jù)沉余[8]。如圖4所示，用戶可選擇單一條件進行簡單查詢，如根據(jù)“種質編目號”“資源類型”或“來源地”等進行篩選。當簡單查詢不能滿足用戶需求時，用戶則可選擇多個查詢條件進行查詢。窗口中顯示的即為符合條件的目錄項，選擇其中一條信息，點擊“查看詳細信息”按鍵即可了解種質資源的詳細情況。

3.3 種質資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊

其基本統(tǒng)計分析主要是對不同種質資源庫中保存的不同資源數(shù)量進統(tǒng)計分析，關鍵技術采用SQL語句“select保存單位，資源類型，count(統(tǒng)一編號)as資源份數(shù)from(select distinct保存單位，統(tǒng)一編號，資源類型from seedjcxx)GROUP BY保存單位，資源類型”，如圖5所示。一維統(tǒng)計分析是對作物種質資源的某一性狀分類統(tǒng)計和不同庫中某一性狀的分類統(tǒng)計，關鍵技術為“Select seedjcxx.保存單位，‘&opt &’，count(‘&opt &’)as份數(shù)from‘&dtb &’，seedjcxx where‘&opt &’and seedjcxx.統(tǒng)一編號=‘&dtb &’.統(tǒng)一編號GROUP BY seedjcxx.保存單位，‘&opt &’”，如圖6所示。二維統(tǒng)計分析是對種質資源某3個性狀的交叉統(tǒng)計分析，關鍵技術為“transform count(‘&MyDz &’)select‘&MyDh &’from seedzyk where‘&MyDh &’group by(‘&MyDh &’)pivot‘&MyDl &’”，如圖7所示。結果以表或圖形式展現(xiàn)，使種質資源管理人員和用戶及時準確了解利用資源庫的資源[8]。

圖4 資源檢索模塊Fig.4 Resource retrieval module

圖5 資源庫保存數(shù)量分析模塊Fig.5 Analysis module of number of resources banks

圖6 性狀分類統(tǒng)計模塊Fig.6 Character classification statistics module

圖7 性狀交叉統(tǒng)計分析模塊Fig.7 Three cross-character statistical analysis module

3.4 種質資源獲取模塊

注冊用戶網(wǎng)上填寫種質資源獲取申請表，提交申請，審核通過后簽定《農作物種質資源獲取協(xié)議書》，通過農作物種質資源無償或有償?shù)姆职l(fā)，完成種質資源的實物共享，流程如圖8所示。

圖8 種質資源獲取模塊Fig.8 Germplasm resource acquisition module

3.5 種質資源引種反饋模塊

用戶將獲取的種質資源使用情況反饋給種質資源提供者，反饋信息包括利用獲取資源育成的品種，創(chuàng)新資源，以及此種質資源在其他研究利用及產(chǎn)生的經(jīng)濟和社會效益情況。

3.6 種質資源后臺數(shù)據(jù)、圖片維護模塊

種質資源數(shù)據(jù)庫的所有數(shù)據(jù)均可通過后臺管理系統(tǒng)界面添加，數(shù)據(jù)根據(jù)《國家馬鈴薯種質資源描述數(shù)據(jù)標準》多采用下拉列表選擇輸入(圖9)，包括基本信息、植物學特征、生物學特性、品質性狀、抗病性信息等[9]。若某一項數(shù)據(jù)出現(xiàn)空值時，可選擇不輸入數(shù)值或者直接不選擇均可。對于已完成錄入工作的種質資源數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)輸入的數(shù)據(jù)有誤或者數(shù)據(jù)有變化，要對數(shù)據(jù)進行修改，則可點擊需要修改的數(shù)據(jù)記錄項，完成修改工作。在種質資源管理平臺的數(shù)據(jù)列表中，選擇需要刪除的數(shù)據(jù)記錄，刪除即可，為防止誤刪，設置彈出提示對話框，確認刪除完成操作。圖片采用Stream對象可實現(xiàn)二進制圖片的快速存讀。

圖9 系統(tǒng)后臺維護模塊Fig.9 System background maintenance module

3.7 數(shù)據(jù)信息補充、修正模塊

對引種者反饋的種質資源信息與資源庫保存的信息比較，進行數(shù)據(jù)修改和更新工作，以保證數(shù)據(jù)的準確性和完整性，如圖10所示。

圖10 信息補充、修正模塊Fig.10 Information supplement and correction module

3.8 用戶權限模塊

進入系統(tǒng)設置，選擇操作員級別，在操作員列表中選擇用戶名，然后設置權限相應信息，確定即可完成權限設置，如圖11所示。用戶名不同，權限不同[10-11]。

圖11 用戶權限模塊Fig.11 User module

4 結束語

馬鈴薯種質資源共享平臺系統(tǒng)，在后臺數(shù)據(jù)增加、修改、刪除中調用自定義函數(shù)判斷標識位數(shù)和序號，讀取所需要的部分字符串，根據(jù)上一序列號智能生成種質資源新標識，減少大量、煩瑣、枯燥、易錯的標識錄入工作。標識、農藝性狀、圖片智能匹配，多圖片同時每行以2G長二進制形式存讀。種質資源數(shù)據(jù)庫表分為基本信息、植物學特征、生物學特性、品質性狀、抗病性信息5個庫表，以統(tǒng)一標識視為檢索唯一的字段，采用內嵌鏈接方法將5個庫表關聯(lián)起來，實現(xiàn)馬鈴薯種質資源數(shù)據(jù)信息的多組合、跨性狀、精確快速集成查詢，減少多次層級查詢及數(shù)據(jù)沉余，提高運行速度。在統(tǒng)計分析模塊中引入數(shù)理統(tǒng)計算法來實現(xiàn)資源庫保存資源、資源某一性狀的分類統(tǒng)計和三性狀交叉統(tǒng)計分析。模塊代碼采用大量公共變量與變量復雜的嵌套形式和算法來縮減大量重復的源代碼，精簡代碼，提高速度，減少錯誤。系統(tǒng)整體布局和窗體界面設計新穎，所有窗體簡潔、可視化，操作方便。