浙江省農(nóng)林生物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡為群，張小斌，鄭可鋒，祝利莉，姚旭國(guó)

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，浙江 杭州 310021)

農(nóng)林生物種質(zhì)資源是生物資源的重要組成部分，是農(nóng)作物品種選育和維持生物多樣性的重要物質(zhì)基礎(chǔ)［1］。浙江省各農(nóng)林科學(xué)研究單位長(zhǎng)期專(zhuān)業(yè)從事資源收集、保存與利用工作，積累了大量農(nóng)作物種質(zhì)資源及相關(guān)的農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀數(shù)據(jù)。利用這些資源數(shù)據(jù)，能為種質(zhì)資源的保存與評(píng)價(jià)、農(nóng)作物品種選育的親本選擇提供快速有效的手段，為提高品種選育的效果，降低成本，更好地為農(nóng)作物品種選育和利用生物技術(shù)創(chuàng)制新型種質(zhì)提供支撐。我們?cè)诮⑥r(nóng)作物種質(zhì)分類(lèi)體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同農(nóng)林生物品種的物種性狀描述建立各自的信息表述結(jié)構(gòu)和編碼體系，實(shí)現(xiàn)農(nóng)林生物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)和配套管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

1 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)浙江省農(nóng)林生物種質(zhì)資源開(kāi)發(fā)和利用的現(xiàn)狀，建立涵蓋作物、林木、林特、畜禽等生物種質(zhì)資源的多級(jí)分類(lèi)描述體系，參考國(guó)際植物遺傳資源研究所發(fā)布的作物描述符表和我國(guó)現(xiàn)行的近130多類(lèi)種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建農(nóng)林種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)集，并據(jù)此設(shè)計(jì)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)定制與自動(dòng)生成的軟件機(jī)制，最終形成各類(lèi)農(nóng)林種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)［2］?；跒g覽器/服務(wù)器(B/S)模式建立由種質(zhì)資源分類(lèi)管理、種質(zhì)資源數(shù)據(jù)管理、種質(zhì)資源數(shù)據(jù)查詢(xún)等模塊組成的農(nóng)林種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)種質(zhì)資源的保存、信息檢索查詢(xún)和應(yīng)用，向各科研單位及各相關(guān)育種生產(chǎn)部門(mén)提供在線信息服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示，由兩級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)組成，一級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)是物種種質(zhì)資源性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，二級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)是用戶(hù)在一級(jí)庫(kù)下自定義動(dòng)態(tài)生成的特定農(nóng)林生物種質(zhì)的二級(jí)性狀指標(biāo)庫(kù)及其種質(zhì)資源管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖1 農(nóng)林生物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2 管理系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 農(nóng)林生物種質(zhì)資源分類(lèi)描述體系

根據(jù)浙江省農(nóng)林生物種質(zhì)資源現(xiàn)狀，基于農(nóng)林生物的功能性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，搭建三級(jí)數(shù)據(jù)框架。第1級(jí)分為農(nóng)作物(AG)、林業(yè)(FG)、牧業(yè)(AH)、漁業(yè)(FG)、其他種質(zhì)資源(OG)五大類(lèi);每個(gè)大類(lèi)下面又再分為一級(jí)分類(lèi)和二級(jí)分類(lèi)二級(jí)。如農(nóng)作物包括糧食作物、豆類(lèi)作物、油料作物、纖維作物、糖料作物、瓜果類(lèi)作物、水果類(lèi)作物、干果類(lèi)作物、根莖類(lèi)作物、蔬菜作物、嗜好作物、花卉作物、藥用作物、原料作物、牧草與綠肥作物等;糧食作物中又包括水稻、大麥、小麥、玉米等(表1)。數(shù)據(jù)編碼格式為“大類(lèi)+一級(jí)分類(lèi)+二級(jí)分類(lèi)”，如農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源糧食作物中的水稻，用AG01001表示。物種種質(zhì)資源分類(lèi)描述體系使用國(guó)家制定的自然科技資源平臺(tái)種質(zhì)資源規(guī)范化的描述語(yǔ)言，名詞術(shù)語(yǔ)與國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)保持一致，確保數(shù)據(jù)的規(guī)范性、嚴(yán)密性、科學(xué)性。

表1 農(nóng)林生物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)框架示例

2.2 數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)計(jì)

由于農(nóng)林生物種質(zhì)資源數(shù)量繁多，特征特性、抗逆性、抗病性等生物學(xué)特征差異較大，每種物種數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)不同，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)必須適用于眾多農(nóng)林生物物種種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)管理，以動(dòng)態(tài)方式自定義數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，采用對(duì)象—關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)接口程序與檢索系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布系統(tǒng)聯(lián)結(jié)。另外，為了適應(yīng)數(shù)據(jù)的不斷更新，系統(tǒng)采用了表結(jié)構(gòu)和表數(shù)據(jù)分離的導(dǎo)入方式，如果該表在數(shù)據(jù)庫(kù)中不存在，則執(zhí)行創(chuàng)建新表和導(dǎo)入表數(shù)據(jù)兩步驟，如果該表已經(jīng)存在則只需執(zhí)行附加數(shù)據(jù)。

2.3 表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

參照中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研制的《農(nóng)作物種質(zhì)資源信息處理規(guī)范》對(duì)農(nóng)作物的性狀和屬性進(jìn)行了規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化處理。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的各項(xiàng)種質(zhì)資源性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析和合理抽提，定義形成完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表(表2)。以茭白為例，將其分為5個(gè)部分:第1部分為基本信息，包括統(tǒng)一編號(hào)、種質(zhì)圃編號(hào)、引種號(hào)、采集號(hào)、品種名稱(chēng)、外文名、科名、屬或亞屬名、種名、原產(chǎn)地、保存單位等;第2部分為生長(zhǎng)習(xí)性，包括株型、秋茭株高、秋茭薹管高、秋茭薹管節(jié)數(shù)、秋茭葉片長(zhǎng)、秋茭葉片寬、秋茭葉鞘長(zhǎng)、葉鞘顏色、葉頸顏色、秋茭殼色、秋茭單重、秋茭產(chǎn)量、秋茭有效分蘗、秋茭分蘗總數(shù)、秋茭有效分蘗率、雄茭株率、灰茭株率等;第3部分為品質(zhì)信息，包括秋茭皮色、秋茭質(zhì)地、冬孢子堆、夏茭凈茭皮色、夏茭質(zhì)地、干物質(zhì)、水分、可溶性糖、維生素C、粗蛋白質(zhì)、粗纖維、耐貯藏性;第4部分為抗性，包括苗期耐冷性、耐旱性、耐澇性、茭白銹病抗性、胡麻葉斑病抗性、紋枯病抗性、茭白瘟病抗性;第5部分為其他，包括核型、分子標(biāo)記、備注。

2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)采取動(dòng)態(tài)Web數(shù)據(jù)庫(kù)的策略、B/S體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)接口程序?yàn)橛脩?hù)提供格式統(tǒng)一、直觀高效、易學(xué)易用、功能完備的人機(jī)交互圖形界面，用戶(hù)通過(guò)瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)、檢索與查詢(xún)(圖2)，用戶(hù)可根據(jù)已知信息選擇分類(lèi)查詢(xún)，快速獲取已知特定信息的物種種質(zhì)資源資料。系統(tǒng)選用 C#、.NET2.0作為主導(dǎo)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，并基于Windows2003 Server操作系統(tǒng)的Internet Information Server 6.0與SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，提供數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)高效網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

表2 農(nóng)林生物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)表示例

圖2 農(nóng)林生物種質(zhì)資源查詢(xún)界面示例

3 小結(jié)與討論

浙江省農(nóng)林生物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是集成數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建的基于 B/S結(jié)構(gòu)的生物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化及管理平臺(tái)，為浙江省的生物種質(zhì)資源的收集、評(píng)價(jià)、利用和研究提供了一套局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下生物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)管理技術(shù)方案。目前，系統(tǒng)已建立浙江省農(nóng)林生物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)框架50多個(gè)，建成大豆、沙梨和家蠶3個(gè)實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)，包含近10 000份品種/種質(zhì)/基因信息。建成后的農(nóng)林生物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有利于農(nóng)林生物種質(zhì)資源的統(tǒng)一和規(guī)范管理，在此基礎(chǔ)上建立的浙江省農(nóng)林種質(zhì)資源系統(tǒng)能更好地為科研人員和生產(chǎn)部門(mén)服務(wù)。種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的完善是一個(gè)信息不斷更新的過(guò)程［3］，由于該系統(tǒng)所涵蓋的作物品種繁多，涉及單位多，作物種質(zhì)資源相關(guān)資料的收集是一項(xiàng)龐大而艱巨的任務(wù)，要想建立種類(lèi)齊全、資源信息豐富的統(tǒng)一農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要建立一個(gè)長(zhǎng)期、有效的資源共享機(jī)制。

［1］劉健宏．基于 Internet的種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)建設(shè)研究［J］．農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2006(12):81-82.

［2］肖菁，宋羽，張金波．基于Internet的新疆農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的構(gòu)建［J］．北方園藝，2010(10):241-242.

［3］朱建淼，熊興平，江用文，等．基于Internet的多年生無(wú)性繁殖作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25(6):252-256.