基于.NET的農作物育種助手軟件的研發(fā)

傅偉等

摘要：針對農作物育種處理數(shù)據(jù)方式落后的現(xiàn)狀，設計并實現(xiàn)了基于.NET的農作物育種助手軟件。系統(tǒng)基于.NET平臺進行設計，采用MVC模式進行實現(xiàn)，在數(shù)據(jù)采集端利用手持設備進行采集，數(shù)據(jù)通過移動網(wǎng)絡實時傳輸?shù)椒掌魈幚?，或者通過手持設備暫時保存數(shù)據(jù)，采集完成后同步到服務器中。系統(tǒng)的運用能顯著提高農作物育種效率和育種質量，使數(shù)據(jù)處理變得方便、快捷。

關鍵詞：農作物；.NET；MVC模式；育種助手軟件

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）06-1426-03

Crop Breeding Assistant Software Based on .NET

FU Wei，JIANG Dao-xia，TU Gang，XU Lian-xia，LI Jian

（Computer Technology & Artistic Design Department， Jiangsu Vocational and Technical College of Finance & Economics，

Huaian 223003， Jiangsu，China）

Abstract： In view of the situation of processing crop breeding data， crop breeding assistant software based on .NET System and platform was developed. MVC model was used in the end of data acquisition through using handheld devices. Data were processed through the mobile network real-time transmission to the server or by a handheld device temporarily. Data acquisition was completed， synchronized to the server. The software significantly improved the efficiency and quality of breeding， making data processing more convenient and fast.

Key words： crop； .NET； MVC model； breeding assistant software

農作物育種是一項長期工作，培育出一個優(yōu)良品種需要經(jīng)過多代性狀的選擇。隨著代數(shù)的增加，種子的性狀才能逐漸穩(wěn)定下來[1-4]。影響農作物產(chǎn)量的性狀因素較多，在育種的過程中，有大量的數(shù)據(jù)需要保存下來，因此利用信息化的手段來保存數(shù)據(jù)就顯得尤其重要。長期以來，我國農作物育種數(shù)據(jù)處理方式比較落后，大部分都是利用田間記載本記錄作物性狀，然后進行分析。由于一個優(yōu)良品種的培育需要較長時間，利用紙質材料保存記錄，常有數(shù)據(jù)丟失的情況發(fā)生，影響了育種工作的正常開展；另外對農作物性狀數(shù)據(jù)查詢分析起來比較麻煩，需要手工統(tǒng)計匯總數(shù)據(jù)，不僅費時而且容易出錯。

隨著計算機技術不斷發(fā)展，已經(jīng)有部分農作物育種單位開始采用軟件系統(tǒng)輔助育種管理，但是由于農作物種類繁多，不同農作物所需要考察的性狀不一樣，沒有一個通用系統(tǒng)能適應所有的農作物育種管理[5-7]。本研究立足江蘇省徐淮地區(qū)淮陰農業(yè)科學研究所育種實際情況，以水稻（Oryza sutiva L.）、小麥（Triticum aestivum L.）為育種作物開發(fā)出一套管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用比較成熟的 .NET技術進行設計，采用MVC模式進行開發(fā)，在數(shù)據(jù)采集端采用手持設備進行獲取，通過在農作物上貼上電子標簽進行識別，采集的數(shù)據(jù)可以實時傳送到服務器進行處理，顯著提高育種的工作效率、質量和信息化水平。

1 相關技術

1.1 NET技術

NET Framework用于創(chuàng)建和運行各種軟件，包括基本的Web應用程序、智能客戶端應用程序以及XML Web服務[8-11]。用不同語言編寫的、在不同平臺下運行的軟件可以使用Web Service在計算機網(wǎng)絡中像在本地進程之間一樣交換數(shù)據(jù)。ASP.NET提供了豐富的緩存服務及性能計數(shù)器，開發(fā)人員和系統(tǒng)管理員可以監(jiān)視這些性能計數(shù)器，以測試新的應用程序和搜集有關現(xiàn)有的應用程序的度量標準。

1.2 RFID技術

RFID（Radio frequency identification，RFID）[12-15]即射頻識別技術，是一種無線通信技術。RFID系統(tǒng)一般由電子標簽、閱讀器和相應的軟件組成，通過閱讀器向電子標簽發(fā)送電磁場，電子標簽獲取電流之后向閱讀器進行應答。在農作物上綁定相應的電子標簽，通過手持式設備向電子標簽讀寫數(shù)據(jù)，無需再利用田間記載本記錄相關數(shù)據(jù)，通過設備讀取相關數(shù)據(jù)，然后在設備上記載相應性狀和其他參數(shù)，再通過讀寫器將數(shù)據(jù)寫入到電子標簽中，數(shù)據(jù)記錄完成之后可以啟動上網(wǎng)功能將數(shù)據(jù)同步到服務器中，完成數(shù)據(jù)的采集過程。

2 系統(tǒng)需求的分析

本系統(tǒng)主要以淮安市廣泛種植的兩種主要糧食作物水稻和小麥為例，系統(tǒng)用戶主要有江蘇徐淮地區(qū)淮陰農業(yè)科學研究所科研人員、科研管理人員、系統(tǒng)管理員、田間試驗員等，系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效記載和后期數(shù)據(jù)分析。育種過程中影響農作物品質的性狀比較多，另外農作物生長環(huán)境也會影響到農作物性狀的變化，因此試驗要在同等條件下進行，這樣才便于綜合考慮農作物性狀。水稻育種中系統(tǒng)需要記錄的數(shù)據(jù)主要有：試驗田基本情況包括土壤質地、土壤肥力；秧田基本情況包括種子處理、播種期、播種量、育秧方式、施肥；生育特性包括播種期、移栽期、秧齡、始穗期、齊穗期、成熟期、全生育期；主要經(jīng)濟性狀包括穗長、每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、結實率、千粒重。小麥育種中系統(tǒng)需要記錄的數(shù)據(jù)主要有：田間記載包括出苗期、抽穗期、成熟期、全生育期；室內考種包括每穗粒數(shù)、飽滿度、粒色、粒質、千粒重、黑胚率等。由于兩種農作物生長環(huán)境有所差別，系統(tǒng)中所需要考察的性狀差別比較大，系統(tǒng)中將對兩種農作物分別進行設計。根據(jù)農作物育種過程，系統(tǒng)管理員將系統(tǒng)初始化，給其他用戶分配用戶名和密碼，并承擔數(shù)據(jù)庫的維護工作。田間試驗員是育種過程的主要工作人員，負責田間數(shù)據(jù)的記錄，將數(shù)據(jù)實時上傳到服務器或者采集完成后同步到服務器中?？蒲泄芾砣藛T和科研人員主要負責數(shù)據(jù)分析和處理，根據(jù)農作物的各種數(shù)據(jù)對農作物進行評優(yōu)，最后選定下一代農作物繁殖的種子。系統(tǒng)的運行能方便快捷地保存數(shù)據(jù)，便于農作物性狀數(shù)據(jù)分析，為農作物育種提供高效的工作方式。系統(tǒng)頂層設計圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)功能的設計

該系統(tǒng)功能主要分為系統(tǒng)維護、用戶管理、試驗田管理、性狀管理、肥力管理、株號管理、圖片管理等模塊如圖2所示。

系統(tǒng)維護模塊：系統(tǒng)管理員在系統(tǒng)運行之初，清空數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；在系統(tǒng)運行之后系統(tǒng)管理員按照一定的策略定期進行備份，在數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)問題之后進行恢復，保證數(shù)據(jù)庫的運行安全。

用戶管理：系統(tǒng)中的四類用戶需要在數(shù)據(jù)庫中錄入基本信息，用戶在獲取系統(tǒng)管理員分配的用戶名和密碼之后進入系統(tǒng)中添加自已的基本信息，如姓名、年齡、性別、所屬部門等基本信息，若用戶信息有變化時可以在系統(tǒng)中進行修改。用戶若不參與系統(tǒng)的工作系統(tǒng)管理員可以刪除該用戶。

試驗田管理：農作物育種中，試驗田的選擇也比較重要，在系統(tǒng)中根據(jù)試驗的實際情況填寫土壤的質地，按我國土壤質地分類標準進行填寫；土壤肥力按分肥沃、中上、中、中下、差5個等級填寫，只有在相同的土壤情況下才能比較出品種質量。

性狀管理：性狀管理是育種中需要記錄的主要參數(shù)，由于不同農作物所具有的性狀不相同，系統(tǒng)中需要先選定農作物類型，轉換到相應的農作物性狀。性狀記錄由田間試驗員根據(jù)實際情況記錄，性狀管理是一個長期的過程，因為農作物的育種需要經(jīng)過幾年的時間，從每一代中選擇優(yōu)良品種進行培育。

肥力管理：農作物在生長發(fā)育期間要施各種化肥，根據(jù)土壤和農作物發(fā)育情況來合理施用化肥，田間試驗員需要記錄施肥時間、施肥量、化肥類型，肥力相關參數(shù)作為最后評價農作物品質的一重要外部參數(shù)。

株號管理：農作物育種通常需要幾代的培育才能完成，各代之間形成族譜，每一代的母本和父本都需要記錄清楚，由于育種過程中株數(shù)較多，因此不能利用簡單的順序編號，必須遵循一定的編碼規(guī)則，科研管理人員可以根據(jù)農作物的不同在系統(tǒng)中預先設定好，通過株號可以清楚地了解農作物在整個族譜中的位置，有利于科研人員進一步分析和研究。

圖片管理：在系統(tǒng)中還通過圖像分析的技術來自動獲取農作物的某些性狀，田間試驗員在野外拍攝圖像，在系統(tǒng)中利用圖像處理模塊，可以對圖像進行各種處理，完成系統(tǒng)自動獲取性狀的功能，例如果穗特征的提取，穗長、穗粗的計算。

4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)的分析與設計，按照三層體系架構實現(xiàn)了農作物育種助手軟件，系統(tǒng)前臺開發(fā)采用VS2010，后臺數(shù)據(jù)庫設計采用SQL Server 2008開發(fā)。用戶登錄系統(tǒng)時首先輸入用戶名稱與密碼如圖3a所示，點擊確定后，進入系統(tǒng)主界面。系統(tǒng)根據(jù)用戶角色賦予相應的權限，用戶在系統(tǒng)中完成育種數(shù)據(jù)處理的相關工作，如圖3b所示為田間試驗員將田間試驗數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)界面，系統(tǒng)將水稻的各種性狀都在列舉在界面中，方便試驗員的錄入。

5 小結

農作物育種信息化建設是必然趨勢，本研究根據(jù)江蘇徐淮地區(qū)淮陰農業(yè)科學研究所育種的實際工作需要，利用.NET實現(xiàn)育種系統(tǒng)的大部分工作，根據(jù)育種情況的最新要求，系統(tǒng)還在不斷地完善。通過與江蘇徐淮地區(qū)淮陰農業(yè)科學研究所的合作探討以及試運行，育種工作者反映系統(tǒng)整體運行狀況良好，滿足了育種工作的需要，代替了部分原來手工完成的工作，數(shù)據(jù)保存和分析變得更加方便和快捷。

參考文獻：

[1] 陳立平，李奉令.農博士育種家軟件在育種工作中的應用技術[J].中國園藝文摘，2010（7）：171-172.

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[15] 劉 瀟，劉 幸，吳勝華.基于RFID的智能家居用戶識別定位技術分析[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2011，1（9）：56-58.

3 系統(tǒng)功能的設計

該系統(tǒng)功能主要分為系統(tǒng)維護、用戶管理、試驗田管理、性狀管理、肥力管理、株號管理、圖片管理等模塊如圖2所示。

系統(tǒng)維護模塊：系統(tǒng)管理員在系統(tǒng)運行之初，清空數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；在系統(tǒng)運行之后系統(tǒng)管理員按照一定的策略定期進行備份，在數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)問題之后進行恢復，保證數(shù)據(jù)庫的運行安全。

用戶管理：系統(tǒng)中的四類用戶需要在數(shù)據(jù)庫中錄入基本信息，用戶在獲取系統(tǒng)管理員分配的用戶名和密碼之后進入系統(tǒng)中添加自已的基本信息，如姓名、年齡、性別、所屬部門等基本信息，若用戶信息有變化時可以在系統(tǒng)中進行修改。用戶若不參與系統(tǒng)的工作系統(tǒng)管理員可以刪除該用戶。

試驗田管理：農作物育種中，試驗田的選擇也比較重要，在系統(tǒng)中根據(jù)試驗的實際情況填寫土壤的質地，按我國土壤質地分類標準進行填寫；土壤肥力按分肥沃、中上、中、中下、差5個等級填寫，只有在相同的土壤情況下才能比較出品種質量。

性狀管理：性狀管理是育種中需要記錄的主要參數(shù)，由于不同農作物所具有的性狀不相同，系統(tǒng)中需要先選定農作物類型，轉換到相應的農作物性狀。性狀記錄由田間試驗員根據(jù)實際情況記錄，性狀管理是一個長期的過程，因為農作物的育種需要經(jīng)過幾年的時間，從每一代中選擇優(yōu)良品種進行培育。

肥力管理：農作物在生長發(fā)育期間要施各種化肥，根據(jù)土壤和農作物發(fā)育情況來合理施用化肥，田間試驗員需要記錄施肥時間、施肥量、化肥類型，肥力相關參數(shù)作為最后評價農作物品質的一重要外部參數(shù)。

株號管理：農作物育種通常需要幾代的培育才能完成，各代之間形成族譜，每一代的母本和父本都需要記錄清楚，由于育種過程中株數(shù)較多，因此不能利用簡單的順序編號，必須遵循一定的編碼規(guī)則，科研管理人員可以根據(jù)農作物的不同在系統(tǒng)中預先設定好，通過株號可以清楚地了解農作物在整個族譜中的位置，有利于科研人員進一步分析和研究。

圖片管理：在系統(tǒng)中還通過圖像分析的技術來自動獲取農作物的某些性狀，田間試驗員在野外拍攝圖像，在系統(tǒng)中利用圖像處理模塊，可以對圖像進行各種處理，完成系統(tǒng)自動獲取性狀的功能，例如果穗特征的提取，穗長、穗粗的計算。

4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)的分析與設計，按照三層體系架構實現(xiàn)了農作物育種助手軟件，系統(tǒng)前臺開發(fā)采用VS2010，后臺數(shù)據(jù)庫設計采用SQL Server 2008開發(fā)。用戶登錄系統(tǒng)時首先輸入用戶名稱與密碼如圖3a所示，點擊確定后，進入系統(tǒng)主界面。系統(tǒng)根據(jù)用戶角色賦予相應的權限，用戶在系統(tǒng)中完成育種數(shù)據(jù)處理的相關工作，如圖3b所示為田間試驗員將田間試驗數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)界面，系統(tǒng)將水稻的各種性狀都在列舉在界面中，方便試驗員的錄入。

5 小結

農作物育種信息化建設是必然趨勢，本研究根據(jù)江蘇徐淮地區(qū)淮陰農業(yè)科學研究所育種的實際工作需要，利用.NET實現(xiàn)育種系統(tǒng)的大部分工作，根據(jù)育種情況的最新要求，系統(tǒng)還在不斷地完善。通過與江蘇徐淮地區(qū)淮陰農業(yè)科學研究所的合作探討以及試運行，育種工作者反映系統(tǒng)整體運行狀況良好，滿足了育種工作的需要，代替了部分原來手工完成的工作，數(shù)據(jù)保存和分析變得更加方便和快捷。

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3 系統(tǒng)功能的設計

該系統(tǒng)功能主要分為系統(tǒng)維護、用戶管理、試驗田管理、性狀管理、肥力管理、株號管理、圖片管理等模塊如圖2所示。

系統(tǒng)維護模塊：系統(tǒng)管理員在系統(tǒng)運行之初，清空數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；在系統(tǒng)運行之后系統(tǒng)管理員按照一定的策略定期進行備份，在數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)問題之后進行恢復，保證數(shù)據(jù)庫的運行安全。

用戶管理：系統(tǒng)中的四類用戶需要在數(shù)據(jù)庫中錄入基本信息，用戶在獲取系統(tǒng)管理員分配的用戶名和密碼之后進入系統(tǒng)中添加自已的基本信息，如姓名、年齡、性別、所屬部門等基本信息，若用戶信息有變化時可以在系統(tǒng)中進行修改。用戶若不參與系統(tǒng)的工作系統(tǒng)管理員可以刪除該用戶。

試驗田管理：農作物育種中，試驗田的選擇也比較重要，在系統(tǒng)中根據(jù)試驗的實際情況填寫土壤的質地，按我國土壤質地分類標準進行填寫；土壤肥力按分肥沃、中上、中、中下、差5個等級填寫，只有在相同的土壤情況下才能比較出品種質量。

性狀管理：性狀管理是育種中需要記錄的主要參數(shù)，由于不同農作物所具有的性狀不相同，系統(tǒng)中需要先選定農作物類型，轉換到相應的農作物性狀。性狀記錄由田間試驗員根據(jù)實際情況記錄，性狀管理是一個長期的過程，因為農作物的育種需要經(jīng)過幾年的時間，從每一代中選擇優(yōu)良品種進行培育。

肥力管理：農作物在生長發(fā)育期間要施各種化肥，根據(jù)土壤和農作物發(fā)育情況來合理施用化肥，田間試驗員需要記錄施肥時間、施肥量、化肥類型，肥力相關參數(shù)作為最后評價農作物品質的一重要外部參數(shù)。

株號管理：農作物育種通常需要幾代的培育才能完成，各代之間形成族譜，每一代的母本和父本都需要記錄清楚，由于育種過程中株數(shù)較多，因此不能利用簡單的順序編號，必須遵循一定的編碼規(guī)則，科研管理人員可以根據(jù)農作物的不同在系統(tǒng)中預先設定好，通過株號可以清楚地了解農作物在整個族譜中的位置，有利于科研人員進一步分析和研究。

圖片管理：在系統(tǒng)中還通過圖像分析的技術來自動獲取農作物的某些性狀，田間試驗員在野外拍攝圖像，在系統(tǒng)中利用圖像處理模塊，可以對圖像進行各種處理，完成系統(tǒng)自動獲取性狀的功能，例如果穗特征的提取，穗長、穗粗的計算。

4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)的分析與設計，按照三層體系架構實現(xiàn)了農作物育種助手軟件，系統(tǒng)前臺開發(fā)采用VS2010，后臺數(shù)據(jù)庫設計采用SQL Server 2008開發(fā)。用戶登錄系統(tǒng)時首先輸入用戶名稱與密碼如圖3a所示，點擊確定后，進入系統(tǒng)主界面。系統(tǒng)根據(jù)用戶角色賦予相應的權限，用戶在系統(tǒng)中完成育種數(shù)據(jù)處理的相關工作，如圖3b所示為田間試驗員將田間試驗數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)界面，系統(tǒng)將水稻的各種性狀都在列舉在界面中，方便試驗員的錄入。

5 小結

農作物育種信息化建設是必然趨勢，本研究根據(jù)江蘇徐淮地區(qū)淮陰農業(yè)科學研究所育種的實際工作需要，利用.NET實現(xiàn)育種系統(tǒng)的大部分工作，根據(jù)育種情況的最新要求，系統(tǒng)還在不斷地完善。通過與江蘇徐淮地區(qū)淮陰農業(yè)科學研究所的合作探討以及試運行，育種工作者反映系統(tǒng)整體運行狀況良好，滿足了育種工作的需要，代替了部分原來手工完成的工作，數(shù)據(jù)保存和分析變得更加方便和快捷。

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