安徽省蕪湖市南陵縣弋江鎮(zhèn)人民政府農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心 楊文兵

前言

農(nóng)業(yè)不僅是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，同時(shí)還是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重要領(lǐng)域。育種技術(shù)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)，其水平高低直接影響著我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展水平?！胺N子是農(nóng)業(yè)的芯片”的提法發(fā)人深省。如何優(yōu)化育種流程，改善育種方式，提高育出種子的質(zhì)量和數(shù)量，是擺在育種企業(yè)面前的突出性問(wèn)題。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)育種也逐漸呈現(xiàn)出一種智能化、數(shù)字化和信息化趨勢(shì)。信息化技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用不僅能夠有效提升育種效率，降低育種成本，還能夠有效改善農(nóng)業(yè)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。由此可見(jiàn)，本文研究的信息化技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用，對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 農(nóng)業(yè)育種的重要性

1.1 提高糧食產(chǎn)量

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，農(nóng)業(yè)育種可以選育出性狀更加優(yōu)良的農(nóng)產(chǎn)品品種，是提高糧食產(chǎn)量的重要手段。通過(guò)將孕育出的優(yōu)良品種投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，能夠有效提升相關(guān)品種的生長(zhǎng)適應(yīng)性，從而獲得更高的農(nóng)作物產(chǎn)量[1]。例如，最廣為人知的“雜交水稻”就是一種育種方式，自雜交水稻問(wèn)世以來(lái)，稻谷作物的產(chǎn)量大幅度提升，解決了世界各地的溫飽問(wèn)題。

1.2 增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)

農(nóng)業(yè)育種除了能夠提高糧食產(chǎn)量之外，還能夠有效增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。通過(guò)農(nóng)業(yè)育種，可以培育出更多品質(zhì)更加優(yōu)良且符合市場(chǎng)需求的農(nóng)產(chǎn)品。例如，當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的高筋小麥就是一種采用農(nóng)業(yè)育種技術(shù)培育出的優(yōu)良小麥品種，這種小麥的蛋白質(zhì)含量更高、品質(zhì)更加優(yōu)質(zhì)，采用高筋小麥制作的面包、面條等面制品的口感和風(fēng)味也更加優(yōu)良。另外，巧克力草莓、蜜瓜等都是育種技術(shù)的優(yōu)良產(chǎn)物，通過(guò)育種進(jìn)一步增加了水果的色澤美觀性和口感。由此可以看出，農(nóng)業(yè)育種是增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的有效手段。

1.3 提高農(nóng)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性

農(nóng)業(yè)育種還能夠有效提高農(nóng)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性。隨著全球環(huán)境變化情況的不斷加劇，農(nóng)產(chǎn)品種植的穩(wěn)定性受到嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。通過(guò)農(nóng)業(yè)育種技術(shù)，能夠選育出環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)的優(yōu)良品種。這些優(yōu)良品種在面對(duì)環(huán)境變化時(shí)，具有更高的抵抗性，從而能夠在惡劣環(huán)境下保持較為良好的生長(zhǎng)狀態(tài)。例如，東北地區(qū)的抗寒白菜就是一種對(duì)寒冷具有較強(qiáng)適應(yīng)性的優(yōu)良白菜品種。

2 當(dāng)前農(nóng)業(yè)育種現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)的農(nóng)業(yè)育種工作依舊采用較為傳統(tǒng)的方式進(jìn)行。在農(nóng)業(yè)育種過(guò)程中，依舊采用人工的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和選擇。從確立育種目標(biāo)、選配親本、鑒定不同品系到最終培育出優(yōu)良農(nóng)產(chǎn)品品種，往往需要耗費(fèi)大量的人力物力。并且，在育種完成之后，還需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐才能夠得出最終育種結(jié)果，品種產(chǎn)量及品質(zhì)往往需要到農(nóng)產(chǎn)品成熟之后才能夠?yàn)檠芯咳藛T所知，沒(méi)辦法在育種過(guò)程中對(duì)品種優(yōu)劣進(jìn)行提前測(cè)試。在傳統(tǒng)育種模式下，影響育種效率的因素主要有以下幾種。其一，個(gè)體特征描述工作較為繁瑣，不僅需要耗費(fèi)大量時(shí)間，還會(huì)耗費(fèi)大量人力物力資源，并且這一過(guò)程還存在一定的個(gè)人主觀性。其二，傳統(tǒng)育種數(shù)據(jù)記錄難度大，常常采用書(shū)面形式進(jìn)行記錄，這種記錄方式不僅存在準(zhǔn)確性不足的問(wèn)題，分析難度也比較大，并且難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)追溯。其三，育種環(huán)節(jié)不能夠被遠(yuǎn)程觀察，查閱相關(guān)數(shù)據(jù)的過(guò)程也比較麻煩。其四，人為因素對(duì)材料篩選工作的影響較大，在育種規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，優(yōu)良品種的篩選難度也進(jìn)一步增加。

3 信息化技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)育種的促進(jìn)作用

3.1 方便育種數(shù)據(jù)收集和管理

在農(nóng)業(yè)育種過(guò)程中，加入對(duì)信息化技術(shù)的應(yīng)用，將能夠更好地幫助育種人員進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和管理工作。通過(guò)在育種過(guò)程應(yīng)用傳感器、無(wú)線通信及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以對(duì)育種各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取。育種人員不需要經(jīng)過(guò)大量的農(nóng)作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)工作，就能夠清晰地了解到農(nóng)作物生長(zhǎng)速度、病蟲(chóng)害情況，從而對(duì)育種工作進(jìn)行科學(xué)的調(diào)試。并且，使用信息化技術(shù)收集到的育種數(shù)據(jù)更加方便育種人員探查和追溯。

3.2 數(shù)據(jù)分析和挖掘

在農(nóng)業(yè)育種工作中，應(yīng)用信息化技術(shù)能夠有效降低數(shù)據(jù)分析和挖掘難度。在傳統(tǒng)的育種工作中，很多時(shí)候，數(shù)據(jù)分析工作需要相關(guān)育種人員采用筆算方式進(jìn)行。這種方式不僅繁瑣，并且得出的數(shù)據(jù)還會(huì)存在不準(zhǔn)確的可能。利用信息化技術(shù)，則能夠通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型的方式，來(lái)進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)分析難度，并且還能夠挖掘出隱藏在數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)性和規(guī)律性，從而幫助育種人員發(fā)現(xiàn)育種關(guān)鍵性狀和基因[2]。

3.3 遺傳標(biāo)記和基因組分析

在農(nóng)業(yè)育種工作中，加入對(duì)信息化技術(shù)的應(yīng)用，還能夠?qū)r(nóng)作物的基因組進(jìn)行深入分析和研究，從而更好地幫助育種人員了解育種品種的基因和性狀的遺傳背景，以進(jìn)一步提升育種效率。在傳統(tǒng)育種方式中，雖然能夠得出相應(yīng)的遺傳基因性狀結(jié)論，但是，要想將各種基因性狀進(jìn)行統(tǒng)一的分析，往往存在較大難度。但是，利用信息化技術(shù)，能夠使基因組測(cè)序變得更加高效和便捷。例如，通過(guò)高通量測(cè)序平臺(tái)，能夠更加快速地獲取到作物的基因組信息和相應(yīng)分析結(jié)果，從而使育種人員了解作物性狀和基因遺傳基礎(chǔ)變得更加便捷。

4 現(xiàn)代作物育種對(duì)信息化管理和信息技術(shù)的需求

4.1 現(xiàn)代育種對(duì)輔助裝備的迫切需求

在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用不斷普及，農(nóng)田現(xiàn)代栽培管理技術(shù)也在不斷進(jìn)步發(fā)展，可以說(shuō)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平得到了顯著提升。但是，就農(nóng)業(yè)育種工作來(lái)看，雖然受到現(xiàn)代生物技術(shù)的影響，育種方式也發(fā)生了深刻的變化，但是育種過(guò)程對(duì)作物性狀參數(shù)的獲取方式依舊較為傳統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)育種工作中，品種育成需時(shí)久、工作量大、作物性狀參數(shù)獲取難度大、配套技術(shù)設(shè)備落后等諸多問(wèn)題限制了育種工作的進(jìn)一步發(fā)展。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，以水稻育種為例，單次育種的材料就達(dá)上萬(wàn)份，多時(shí)更是達(dá)數(shù)十萬(wàn)份。對(duì)這些育種材料，往往需要進(jìn)行相應(yīng)的田間調(diào)查工作，從而獲取材料的外觀、抗逆性、抗病蟲(chóng)害以及產(chǎn)量等多種性狀參數(shù)。這些性狀參數(shù)往往都是依靠人工觀察測(cè)量，不僅耗時(shí)耗力，還容易出現(xiàn)誤差。在這一背景下，現(xiàn)代育種工具十分迫切地需要一種輔助裝備，來(lái)對(duì)育種作物的各項(xiàng)性狀進(jìn)行實(shí)時(shí)、快速準(zhǔn)確、無(wú)損測(cè)量，從而進(jìn)一步降低育種繁瑣程度，減少育種勞動(dòng)量，最終提升農(nóng)業(yè)育種效率[3]。

就國(guó)外農(nóng)業(yè)育種情況來(lái)看，很多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)充分將現(xiàn)代信息化技術(shù)應(yīng)用于育種工作中。例如，在檢查育種作物的品質(zhì)、形態(tài)以及組分時(shí)，采用較為先進(jìn)的光電檢測(cè)技術(shù)，另外，這些國(guó)家還研發(fā)出相應(yīng)的植株田間綜合性狀檢測(cè)設(shè)備，采用脫粒、重量和水分測(cè)試等方式來(lái)進(jìn)行考種。但是，這種儀器不僅價(jià)格高昂，并且還不能夠與我國(guó)的農(nóng)作物育種工作相契合。因此，我國(guó)當(dāng)前應(yīng)該積極進(jìn)行育種輔助裝備設(shè)計(jì)研究，盡快設(shè)計(jì)出符合我國(guó)育種實(shí)際情況的育種設(shè)備。

4.2 現(xiàn)代育種對(duì)信息化管理的迫切需求

就當(dāng)前農(nóng)作物育種現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)迫切需要一種能夠?qū)r(nóng)作物育種過(guò)程進(jìn)行信息化管理的軟硬件輔助裝備。為了盡快實(shí)現(xiàn)這一需求，相關(guān)人員正在致力于研發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)作物育種全過(guò)程信息化和智能化管理的軟件設(shè)備。在育種過(guò)程中，親本配組、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄歸納總結(jié)及最終的選種抉擇，都涉及對(duì)海量育種數(shù)據(jù)的收集管理和分析，這一過(guò)程往往需要育種人員花費(fèi)較多的時(shí)間和精力。在選種工作中，一系列的選擇和決定都依靠育種專家的工作經(jīng)驗(yàn)，存在一定的主觀性，并且，最終結(jié)果也可能不夠標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。另外，由于育種人員精力的限制，育種過(guò)程中產(chǎn)生的品種、中間和引進(jìn)材料往往得不到有效管理，更不用說(shuō)能夠充分被應(yīng)用，這就會(huì)導(dǎo)致一些優(yōu)良品種難以發(fā)揮作用。因此，引進(jìn)信息化技術(shù)，來(lái)對(duì)農(nóng)業(yè)育種過(guò)程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和種質(zhì)資源進(jìn)行分析和管理，可有效減少育種人員的經(jīng)驗(yàn)對(duì)選種過(guò)程的影響，從而提升育種選種的科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)大部分優(yōu)質(zhì)品種的選擇和利用。

5 信息化技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用

5.1 信息技術(shù)在種質(zhì)資源管理中的應(yīng)用

在育種工作中，對(duì)于種質(zhì)資源的保存及利用需求，可以通過(guò)引入信息化技術(shù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)引入信息化技術(shù)，可以對(duì)種質(zhì)出入庫(kù)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格管理，對(duì)種質(zhì)入庫(kù)、出庫(kù)過(guò)程進(jìn)行整體把握。例如，可以采用標(biāo)志碼識(shí)別的方式，來(lái)將育種過(guò)程中的各種種質(zhì)信息錄入到信息庫(kù)中，相關(guān)育種人員可以通過(guò)檢索的方式提取出種質(zhì)在資料庫(kù)中的保存時(shí)間以及各種信息，以實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源的信息化和便捷化管理。種質(zhì)資源庫(kù)主要可以采用單機(jī)形式和網(wǎng)絡(luò)瀏覽形式進(jìn)行管理和利用。單機(jī)形式的種質(zhì)資源庫(kù)管理功能主要包括：種質(zhì)入庫(kù)管理、種質(zhì)性狀查詢、種質(zhì)出庫(kù)管理、倉(cāng)庫(kù)管理以及預(yù)警提醒等。

（1）種質(zhì)入庫(kù)管理：在育種過(guò)程中得出的相關(guān)種質(zhì)信息，能夠通過(guò)傳感器、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，被自動(dòng)傳輸至種質(zhì)信息庫(kù)中。

（2）種質(zhì)性狀查詢：利用信息化技術(shù)通過(guò)條件限制就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種種質(zhì)性狀的查詢，例如，能夠查詢信息庫(kù)中種質(zhì)的生長(zhǎng)周期、病蟲(chóng)害情況、產(chǎn)量等。

（3）種質(zhì)出庫(kù)管理：種質(zhì)出庫(kù)之后，信息庫(kù)中相關(guān)種質(zhì)信息依舊會(huì)被保存，以方便育種人員對(duì)其各種性狀進(jìn)行追溯。

（4）倉(cāng)庫(kù)管理：倉(cāng)庫(kù)管理主要作用就是能夠?qū)ΨN質(zhì)儲(chǔ)存設(shè)備的設(shè)置、種質(zhì)儲(chǔ)存位置以及相應(yīng)庫(kù)存信息的查詢，通過(guò)倉(cāng)庫(kù)管理，能夠更加便捷地實(shí)現(xiàn)對(duì)種質(zhì)的利用。

（5）預(yù)警提醒：預(yù)警提醒就是能夠就育種過(guò)程中儲(chǔ)存期滿或者是庫(kù)存不足的種質(zhì)對(duì)育種人員進(jìn)行提醒，以避免種質(zhì)存放時(shí)間過(guò)久活力喪失或者種質(zhì)數(shù)量不足的情況出現(xiàn)。

通過(guò)信息技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源管理，將能夠進(jìn)一步提升種質(zhì)資源管理和利用的規(guī)范性，從而有效提升育種效率。

5.2 信息技術(shù)在育種數(shù)據(jù)快速采集中的應(yīng)用

信息技術(shù)在育種數(shù)據(jù)快速采集中的應(yīng)用主要是通過(guò)使用應(yīng)用程序、傳感器、無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，F(xiàn)ield Book App 是一款專門為植物育種者設(shè)計(jì)的移動(dòng)應(yīng)用程序，其可以被用于進(jìn)行田間或?qū)嶒?yàn)室中收集和組織植物表型數(shù)據(jù)工作。這款A(yù)pp 是由美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)的一個(gè)致力于推動(dòng)小麥基因?qū)W研究和開(kāi)發(fā)小麥育種資源的研究中心WGRC 進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究的，其App 開(kāi)發(fā)目的是為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化育種數(shù)據(jù)的采集和管理過(guò)程。這款A(yù)pp 允許用戶進(jìn)行試驗(yàn)創(chuàng)建，并且能夠直接在田間錄入各種育種作物的數(shù)據(jù)表型。用戶使用這款A(yù)pp 能夠根據(jù)自身育種情況，設(shè)置不同的重復(fù)次數(shù)、區(qū)組設(shè)計(jì)、行列信息，以更好地進(jìn)行育種試驗(yàn)[4]。傳感器和無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)則能夠直接對(duì)育種過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)各種育種數(shù)據(jù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確采集，從而進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)育種數(shù)據(jù)采集效率。例如，當(dāng)前農(nóng)業(yè)育種工作中，相關(guān)研究者利用傳感器及無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)集合掌上電腦，研制了田間信息移動(dòng)采集終端。這一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)育種過(guò)程中的種質(zhì)性狀數(shù)據(jù)、圖片等多種信息的田間采集和無(wú)線傳輸，節(jié)省了采集完成后的人工錄入環(huán)節(jié)，并一定程度上提升了育種數(shù)據(jù)的采集準(zhǔn)確性。

5.3 信息技術(shù)在育種過(guò)程輔助管理中的應(yīng)用

信息技術(shù)在育種過(guò)程輔助管理中的應(yīng)用主要體現(xiàn)為研發(fā)育種綜合數(shù)據(jù)管理庫(kù)，通過(guò)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化種質(zhì)信息通道，將試驗(yàn)田中檢測(cè)儀器所獲取到的數(shù)據(jù)及相關(guān)育種人員觀測(cè)到的種質(zhì)性狀表現(xiàn)、環(huán)境氣候和農(nóng)技措施的圖文數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高效管理和共享，從而方便農(nóng)業(yè)育種人員對(duì)往年的育種信息和種質(zhì)性狀計(jì)劃性跨年度檢索和追溯。要想實(shí)現(xiàn)這一目的，可以結(jié)合對(duì)較為成熟的數(shù)量遺傳分析模型來(lái)建立常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析模型，對(duì)育種種質(zhì)進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，并開(kāi)展育種材料、性狀進(jìn)行綜合分析決策，從而為育種人員淘汰劣種提供有效幫助，起到相應(yīng)的輔助作用。信息技術(shù)在育種過(guò)程輔助管理中的應(yīng)用還包括進(jìn)行育種綜合信息管理，這一管理過(guò)程主要包括數(shù)據(jù)整理、試驗(yàn)結(jié)果分析、數(shù)據(jù)整合等，在輔助育種人員做出品種利用和品種淘汰等方面發(fā)揮著較大作用[5]。

6 結(jié)語(yǔ)

育種技術(shù)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)，其水平高低直接影響著我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展水平。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)育種也逐漸呈現(xiàn)出一種智能化、數(shù)字化、和信息化趨勢(shì)。信息化技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用不僅能夠有效提升育種效率，降低育種成本，還能夠有效改善農(nóng)業(yè)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。為了促進(jìn)信息化技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種過(guò)程中的應(yīng)用，本文主要從農(nóng)業(yè)育種的重要性、我國(guó)當(dāng)前農(nóng)業(yè)育種現(xiàn)狀、信息化技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)育種的促進(jìn)作用、現(xiàn)代作物育種對(duì)信息化管理和信息技術(shù)的需求、信息化技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種中的應(yīng)用等方面進(jìn)行了探究和分析，希望能夠?yàn)樘嵘r(nóng)業(yè)育種效率，促進(jìn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展提供一些有利幫助。