二維碼技術(shù)在林木遺傳改良中的應(yīng)用

李樹(shù)春 王福維 金允哲 董元海 趙國(guó)輝 趙曦陽(yáng)

摘要 隨著數(shù)字化管理系統(tǒng)日益成熟和完善，二維碼這個(gè)新興條碼技術(shù)逐漸滲透到人們生活中，使人們從繁瑣的工作中全面解脫出來(lái)。該研究對(duì)二維碼技術(shù)在林木遺傳改良各個(gè)層次中的應(yīng)用（林木基因庫(kù)、種子園、母樹(shù)林及其他各種層次林地）進(jìn)行說(shuō)明，為方便不同層次的資源管理及開(kāi)發(fā)共享提供基礎(chǔ)，也為林木遺傳改良檔案管理提供保障，最終為實(shí)現(xiàn)林木育種數(shù)字化管理體系提供思路。

關(guān)鍵詞 二維碼；林木育種；遺傳改良；數(shù)字化管理

中圖分類(lèi)號(hào) S771.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）34-332-02

二維碼（2dimensional bar code）也稱(chēng)為二維條碼，是相對(duì)于一維碼而言的升級(jí)產(chǎn)物。它根據(jù)某種特定的幾何圖形，將數(shù)據(jù)符號(hào)信息按照一定的規(guī)律記錄在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形內(nèi)。在代碼編制上，它巧妙地利用構(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”“1”比特流的概念，使用若干與二進(jìn)制相對(duì)應(yīng)的幾何圖形來(lái)表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過(guò)圖像設(shè)備輸入設(shè)備或者光電掃描設(shè)備自動(dòng)讀取以實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)處理[1]。目前，人們對(duì)二維碼這一專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)已經(jīng)不再陌生，二維碼技術(shù)如今已普遍出現(xiàn)在各國(guó)各個(gè)領(lǐng)域，包括傳統(tǒng)的信息管理和信息交換領(lǐng)域[2]，身邊處處皆有二維碼應(yīng)用的實(shí)例，特別是掏手機(jī)“刷”二維碼獲得信息的行為，正在潛移默化的引領(lǐng)人們享受智能化的便捷生活[3]。筆者借鑒二維碼的基本原理和技術(shù)，利用二維碼在林木育種過(guò)程中的樹(shù)體、檔案智能檢索等應(yīng)用進(jìn)行探討，提出一些構(gòu)想及建議，為林木育種過(guò)程中的數(shù)字化管理提供基礎(chǔ)。

1 二維碼在林木基因庫(kù)和林木種子園上的應(yīng)用

1.1 二維碼在林木基因庫(kù)中的應(yīng)用 樹(shù)種的基因資源是指經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期自然選擇和人工選創(chuàng)造的所有樹(shù)種及其變異資源，而基因庫(kù)是搜集、保存和研究、利用樹(shù)種基因資源的場(chǎng)所[4]。建立樹(shù)種基因庫(kù)的目的，就是對(duì)樹(shù)種進(jìn)行引種栽培，為豐富遺傳資源提供保障，更為優(yōu)良材料的常規(guī)選育、分子改良提供材料。營(yíng)建基因庫(kù)還可以為了解不同地點(diǎn)、不同類(lèi)型的生物學(xué)特性提供基礎(chǔ)乃至為林業(yè)的科普教育提供便利場(chǎng)所。由于基因庫(kù)內(nèi)樹(shù)種的材料收集地點(diǎn)和類(lèi)型均不相同且數(shù)量較大，利用定植圖對(duì)林木生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)行調(diào)查會(huì)帶來(lái)更多不變，利用二維碼的方式可以大大提高工作效率，在調(diào)查過(guò)程中只需帶手機(jī)，隨時(shí)刷二維碼，就可以確定某一單株的來(lái)源、形態(tài)及產(chǎn)量等信息。例如大青楊基因庫(kù)某一單株信息如下：

地點(diǎn)：四平大青楊基因庫(kù)；編號(hào)：DQ01；采種地點(diǎn)：吉林露水河（127°59′E、42°32′N(xiāo)）；采種樹(shù)齡：30年；采種樹(shù)高：22 m；采種胸徑：35 cm；定植后8年生樹(shù)高：12 m；胸徑：15 cm，冠幅：3.2 m；通直度5；主要用途：可供建筑、舟船、造紙、火柴桿等用，為東北東部山地森林更新主要樹(shù)種之一。當(dāng)利用二維碼生成軟件進(jìn)行制作二維碼后就可以形成圖1左側(cè)的一個(gè)二維碼，而當(dāng)利用手機(jī)進(jìn)行“掃一掃”操作，圖1右側(cè)的圖片及各種信息就會(huì)出現(xiàn)在手機(jī)屏幕上。

圖1 大青楊基因庫(kù)單株二維碼（左）和掃描二維碼生成內(nèi)容（右）

1.2 二維碼在林木種子園上的應(yīng)用 林木種子園是用優(yōu)樹(shù)無(wú)性系或家系按設(shè)計(jì)要求營(yíng)建，實(shí)行集約經(jīng)營(yíng)，以生產(chǎn)優(yōu)良遺傳品質(zhì)和播種品質(zhì)種子為目的的特種人工林。種子園是生產(chǎn)遺傳和播種品質(zhì)優(yōu)良種子的繁育基地，是林木育種系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)林木良種化進(jìn)程具有重要的意義[5]。我國(guó)種子園的營(yíng)建始于20世紀(jì)60年代，主要建立的都是造林樹(shù)種種子園，目前我國(guó)建立的種子園樹(shù)種約40種[6]。至今為止，部分種子園為實(shí)際生產(chǎn)提供了大量遺傳增益較高的良種，然而產(chǎn)量不穩(wěn)定、結(jié)實(shí)量有限的問(wèn)題也伴隨著種子園的發(fā)展而出現(xiàn)[7]，隨著樹(shù)齡的增大，種子園間伐勢(shì)在必行，但各種子園缺少合適的間伐理論支撐。種子園間伐重要依據(jù)之一是依靠子代測(cè)定林?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)親本某些性狀的一般配合力進(jìn)行分析[8]。由于初級(jí)種子園營(yíng)建過(guò)程中，親本選擇均是以生長(zhǎng)性狀為基礎(chǔ)進(jìn)行評(píng)價(jià)，導(dǎo)致種子園部分親本生長(zhǎng)性狀優(yōu)良，但是結(jié)實(shí)量低下，因此種子園間伐的第二個(gè)理論依據(jù)是連年結(jié)實(shí)量。而在種子園營(yíng)建過(guò)程中，一般以單株小區(qū)，隨機(jī)排列、錯(cuò)位排列等方式為主，在采種、調(diào)查、和跟蹤過(guò)程中帶來(lái)極大的困難和阻力。在這種情況下，完善的電子檔案及二維碼的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯體現(xiàn)。首先在電腦利用Excel編輯每個(gè)單株各性狀表格，最后列為調(diào)查第一年的結(jié)實(shí)量，之后一列均為次年（以此類(lèi)推）結(jié)實(shí)量，多年生結(jié)實(shí)量可以在文本中記錄，利用加和對(duì)多年結(jié)實(shí)量進(jìn)行計(jì)算、排序，確定多年結(jié)實(shí)量最高的單株為優(yōu)良單株。此過(guò)程要用可以直接更新信息的二維碼進(jìn)行，那樣在試驗(yàn)林現(xiàn)場(chǎng)可以直接讀取多年結(jié)實(shí)量數(shù)據(jù)、平均值等信息，為調(diào)查及優(yōu)良親本選擇提供依據(jù)。

2 二維碼在母樹(shù)林、林場(chǎng)等場(chǎng)所的應(yīng)用

2.1 二維碼在母樹(shù)林管理的重要性 母樹(shù)林是為發(fā)展大面積造林生產(chǎn)提供大量?jī)?yōu)質(zhì)種子的采種基地，其由人工林或天然林去劣疏伐而獲得，我國(guó)對(duì)紅松、馬尾松、云南松、樟子松等多個(gè)樹(shù)種進(jìn)行了母樹(shù)林的營(yíng)建，經(jīng)營(yíng)管理好母樹(shù)林，是林木良種繁育的重要手段。常規(guī)母樹(shù)林的管理方法包括截干、去頂、施肥、環(huán)溢等，一般會(huì)對(duì)單株進(jìn)行采種并播種育苗，最終對(duì)母樹(shù)林進(jìn)行評(píng)價(jià)。在管理過(guò)程中如果可以利用二維碼對(duì)單株進(jìn)行標(biāo)記，可以在采種、采穗和科研處理過(guò)程中大大減少工作量，減少人力、物力，進(jìn)一步降低成本。

2.2 二維碼在其他層次林地?cái)?shù)字化管理的重要性 除了種子園、母樹(shù)林和基因庫(kù)等林木育種基地，林木種源（家系、無(wú)性系）對(duì)比試驗(yàn)林、林木示范林、林木采穗圃等也亟需數(shù)字化和系統(tǒng)化的管理，二維碼在這些不同層次的林地上的應(yīng)用均能起到重要作用。尤其在新品種、良種審定和推廣過(guò)程中，二維碼可以讓驗(yàn)收者最快、最迅速地獲得品種信息，為縮短審定時(shí)間、提高審定效率提供最佳保障。

2.3 二維碼在林木良種基地（苗圃、林場(chǎng)）管理中的重要性 我國(guó)林木遺傳改良起步較晚，發(fā)展較為緩慢，對(duì)于基層苗圃、種子園、林場(chǎng)等生產(chǎn)第一線單位，還很少實(shí)現(xiàn)電子檔案管理，尤其基層工作人員流動(dòng)較大，文本檔案丟失、流失現(xiàn)象嚴(yán)重，且基層工作人員專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才缺乏，對(duì)現(xiàn)代信息技術(shù)在林木遺傳改良種的應(yīng)用技術(shù)接受較慢，營(yíng)建全面的管理系統(tǒng)更是難上加難。對(duì)于管理較完善的單位一般會(huì)采用掛牌 的方式對(duì)單株進(jìn)行掛牌，但常規(guī)的樹(shù)體掛牌信息內(nèi)容有限，也就只能容納樹(shù)種名，以及所屬大區(qū)、小區(qū)和種源等基本信息，這也就使得掛牌信息較少，不能全面準(zhǔn)確地描述一個(gè)樹(shù)體的信息；若加大樹(shù)牌，又會(huì)增加成本，維護(hù)困難，且難綁定樹(shù)體[9]。另外，掛牌容易受風(fēng)吹雨打的侵襲和丟失，導(dǎo)致樹(shù)種信息的丟失，雖然可以根據(jù)定植圖紙進(jìn)行信息的補(bǔ)充，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，給外出作業(yè)者帶來(lái)很多麻煩。二維碼的出現(xiàn)完美的體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)上的應(yīng)用，隨時(shí)更新的二維碼可以讓調(diào)查者、觀賞者隨時(shí)隨地獲得調(diào)查材料的各種信息，為科研、生活均提供便利條件。

3 二維碼在林木遺傳改良中可能存在的問(wèn)題

二維碼雖然自身存在許多優(yōu)點(diǎn)，在林木遺傳改良過(guò)程中具有重要作用，可是在實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中也存在一些重要問(wèn)題。二維碼雖制作簡(jiǎn)單，且容易實(shí)現(xiàn)，但面對(duì)基因庫(kù)、種子園、母樹(shù)林等大規(guī)模的數(shù)量，二維碼制作比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且對(duì)資金的要求也較高；二維碼信息更新和同步性較差，現(xiàn)在普通二維碼技術(shù)還難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)更新，可以自動(dòng)更新的二維碼制作需要支付昂貴的費(fèi)用，同時(shí)還需要專(zhuān)人隨時(shí)管理；二維碼的識(shí)別雖然快速、精準(zhǔn)且容錯(cuò)力強(qiáng)，但一般都需要連接網(wǎng)絡(luò)才能獲得識(shí)別信息，而一般林地比較偏僻，特別是在高原地帶，信號(hào)網(wǎng)絡(luò)難以連接，利用手機(jī)掃描二維碼很不方便。雖然存在以上問(wèn)題，但相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，便捷且經(jīng)濟(jì)的二維碼、三維碼技術(shù)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)，而且隨著基層工作人員技術(shù)和科研素質(zhì)的提高，二維碼管理應(yīng)該很快可以達(dá)到我國(guó)林業(yè)的每一個(gè)角落，特別是隨著技術(shù)的發(fā)展，二維碼識(shí)別系統(tǒng)衛(wèi)星定位肯定可以很快實(shí)現(xiàn)，那樣就可以讓世界林木信息化管理成為可能。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐國(guó)輝，陳婕嫻.手機(jī)二維碼技術(shù)原理及應(yīng)用[J].信息與電腦，2013（22）：18-19.

[2] 徐蕾，白曉梅，王立玲，等.矩陣式二維碼在藥用植物標(biāo)本中的應(yīng)用[J].中國(guó)藥物經(jīng)濟(jì)學(xué)，2015（2）：21-22，25.

[3] 張倩.二維碼在檔案信息只能檢索中的應(yīng)用[J].建設(shè)檔案，2012（9）：11-14.

[4] 廖秀娥.建立湘西南樹(shù)種基因庫(kù)的構(gòu)想[J].中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2003，22（3）：14-17.

[5] 張華新，沈熙環(huán).林木種子園生殖系統(tǒng)研究進(jìn)展[J].林業(yè)科學(xué)，2002（2）：129-134.

[6] 楊培華，王亞峰，郭俊榮，等.油松第二代無(wú)性系種子園營(yíng)建技術(shù)[J].陜西林業(yè)科技，2002（2）：77-79.

[7] 崔寶祿，楊俊明，楊敏生.華北落葉松種子園無(wú)性系雌花量與選優(yōu)性狀的相關(guān)分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（16）：9616-9617.

[8] 李英武，楊斌，唐建寧，等.六盤(pán)山華北落葉松無(wú)性系種子園現(xiàn)狀分析及地產(chǎn)改良關(guān)鍵技術(shù)探討[J].寧夏農(nóng)林科技，2012，53（2）：10-12.

[9] 張?jiān)?，周蘭平，楊勛，等.基于二維碼技術(shù)的植物科普系統(tǒng)[J].廣東園林，2014（3）：62-64.