果樹育種信息數(shù)字化描述處理規(guī)范設(shè)計和應(yīng)用

張小斌，楊素，顧清，戴美松，鄭可鋒*

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院a數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，b園藝研究所，浙江 杭州 310021)

水果中含有豐富的維生素、礦物質(zhì)和膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)，對人體非常有益。隨著物質(zhì)水平的不斷提升，水果越來越成為人們生活中不可或缺的一項消費品，且消費需求日益增長。我國是果品生產(chǎn)大國，果品的總收獲面積和產(chǎn)量均居世界首位[1]。優(yōu)良品種是影響水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心要素，果樹育種研究也是水果生產(chǎn)中最基本、最重要的環(huán)節(jié)。隨著近十幾年生物技術(shù)的發(fā)展，育種技術(shù)不斷創(chuàng)新，由單一的實生選種、雜交育種和芽變選種發(fā)展為常規(guī)育種和分子輔助育種相結(jié)合的方式[2]。雖然現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展帶動了育種方式的革命性變化，但大部分性狀參數(shù)的獲取主要依靠人工測量和紙筆記錄，耗時耗力、效率低且準確度差[3]，傳統(tǒng)育種亟須向數(shù)字化育種方向轉(zhuǎn)變。

數(shù)字化育種的前提是要能定量描述各類育種數(shù)據(jù)，并建立育種數(shù)據(jù)的分類存儲、檢索、統(tǒng)計分析、建模等平臺；其次是要有能適應(yīng)育種數(shù)字化的性狀數(shù)據(jù)大規(guī)?？焖俨杉夹g(shù)。果樹育種信息數(shù)字化描述處理規(guī)范是基于計算機與移動智能終端開展育種信息無紙化采集的重要基礎(chǔ)。為了奠定果樹育種信息管理與采集系統(tǒng)的開發(fā)基礎(chǔ)，滿足育種過程中的數(shù)值、文字、圖像等信息的標準采集、快速匯總與高效管理的需求，本研究根據(jù)果樹育種多年考種工作特點，設(shè)計果樹單株標識編碼準則，使標識包含種類或組合名稱、定植位置和原始編碼等信息，并可被機器識別。在單株標識編碼規(guī)則確定的基礎(chǔ)上根據(jù)果樹種質(zhì)資源行業(yè)描述數(shù)據(jù)標準和計算機數(shù)據(jù)庫存儲原理，制定選擇、錄入與拍照等類型性狀描述記錄準則，形成一套果樹育種信息數(shù)字化描述處理基礎(chǔ)規(guī)范，滿足田間移動記錄時操作便利性、數(shù)據(jù)統(tǒng)一性和準確性等要求[4]。

1 制定依據(jù)

為了在計算機中系統(tǒng)、有序、統(tǒng)一地采集記錄與存儲各類果樹育種信息數(shù)據(jù)，通過參照常見果樹種質(zhì)資源描述數(shù)據(jù)標準[5-8]和業(yè)界專家知識，根據(jù)計算機數(shù)據(jù)庫設(shè)計存儲原理提出了果樹育種信息數(shù)字化描述處理規(guī)范。該規(guī)范包含果樹單株標識編碼準則與果樹性狀描述記錄準則。

2 果樹單株標識編碼準則

單株編碼是在田間區(qū)分每一份果樹材料的身份標識，具有唯一性。由四個部分組成，以“-”符合分隔，例如：P54-YD03-1102-13，簡稱“四段式編碼”。四段式編碼具體準則定義如表1所示。

3 果樹性狀描述記錄準則

性狀描述記錄準則是種質(zhì)資源標準化信息化采集與管理的基礎(chǔ)。參照常見果樹種質(zhì)資源描述數(shù)據(jù)標準和業(yè)界專家知識，結(jié)合實際操作便利性制定了選擇(表2)、錄入(表3)與拍照(表4)等類型性狀描述記錄準則，滿足田間移動記錄的統(tǒng)一性、便捷性和準確性。

表1 四段式編碼準則的定義

表2 選擇性狀描述記錄的準則

表3 錄入性狀描述記錄的準則

表4 拍照性狀描述記錄的準則

4 規(guī)范應(yīng)用

目前，該規(guī)范已融合應(yīng)用于果樹育種信息管理與采集系統(tǒng)[9-10]的開發(fā)中，以此規(guī)范內(nèi)容為準則，研發(fā)了包含四段式編碼的果樹單株二維碼標簽(圖1)，形成了桃、梨、柑橘等3套果樹育種信息數(shù)字化描述處理規(guī)范實例(表5)。其中：桃規(guī)范包含61個選擇性狀和76個錄入性狀；梨規(guī)范包含78個選擇性狀和25個錄入性狀；柑橘規(guī)范包含77個選擇性狀和61個錄入性狀。它們?yōu)橛N信息數(shù)字化采集和匯總提供了完善的數(shù)據(jù)約束規(guī)范和統(tǒng)一參考依據(jù)。經(jīng)實際應(yīng)用驗證，該規(guī)范設(shè)計科學(xué)、內(nèi)容全面，便于用戶在啟用系統(tǒng)前根據(jù)自身育種工作要求自定義性狀描述記錄字段，形成貼合實際育種需求的果樹性狀描述符數(shù)據(jù)庫，利于后期信息采集和管理。同時，該規(guī)范也有利于開展果品區(qū)試實驗，促進果樹育種科研院所間數(shù)據(jù)共享與交流。

圖1 果樹單株二維碼標簽的示例

表5 梨育種信息數(shù)字化描述處理規(guī)范的部分實例

5 小結(jié)

本研究從提升我國果樹育種信息化技術(shù)水平實際需要出發(fā)，根據(jù)果樹育種信息內(nèi)容特點和專業(yè)育種工作要求設(shè)計了果樹育種信息數(shù)字化描述處理基礎(chǔ)規(guī)范，并將它成功應(yīng)用于開發(fā)果樹育種信息管理與采集系統(tǒng)[9-10]，形成了桃、梨、柑橘等育種信息數(shù)字化描述規(guī)范，實現(xiàn)了室內(nèi)與田間各類育種信息的標準采集、快速匯總與高效管理，確保育種數(shù)據(jù)的統(tǒng)一完整，省去了田間手寫紙記與記載后人工轉(zhuǎn)錄的環(huán)節(jié)，提升了育種標準化、信息化管理水平。其他果樹也可借鑒此基礎(chǔ)框架制定實體標準，以支撐相應(yīng)果樹育種信息的數(shù)字化采集、管理和利用。