天津市原種場水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的建設

李 翔，徐建坡

（天津市原種場，天津 301504）

種質(zhì)資源是在長期人工選擇和自然選擇過程中形成的，它們攜帶著多種遺傳基因，并將其豐富的遺傳信息從親代傳遞給后代的遺傳物質(zhì)的總體，是作物品種選育及生物學理論研究非常重要的基礎材料來源，是育種的原始材料。水稻是我國主要糧食作物之一，隨著人們生活水平的提高，對水稻品質(zhì)的追求也日益提高，為水稻育種工作帶來了很大的機遇和挑戰(zhàn)，需要豐富的水稻種質(zhì)資源做基礎。國內(nèi)外研究表明，水稻育種工作的突破性進展主要取決于攜帶關鍵性基因的種質(zhì)資源的發(fā)現(xiàn)和利用。如洪君英、洪春利在廣東發(fā)現(xiàn)自然變異矮稈化植株，培育出了“矮腳南特”；李必湖利用在海南發(fā)現(xiàn)花粉敗育的野生稻實現(xiàn)了秈型雜交水稻三系配套；石明松在湖北發(fā)現(xiàn)農(nóng)墾58不育株，使兩系雜交稻得到廣泛應用。由此可見，水稻種質(zhì)資源的發(fā)掘和利用是水稻育種持續(xù)發(fā)展的基礎保障。

1 天津市原種場水稻種質(zhì)資源管理現(xiàn)狀

天津市原種場開展水稻品種選育工作已有20余年的歷程，所選品種在天津、河北及東北等地廣泛種植，具有一定的知名度。但在水稻種質(zhì)資源管理上還存在不足，每年有大量的育種材料和種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息目前基本以紙質(zhì)形式記錄和管理，由于工作量較大，導致有的記錄不準確或遺失；育種人員查詢某個種質(zhì)資源的祖代親本和田間表現(xiàn)，需逐年翻閱十幾年的育種記錄，耗費大量的精力和時間，而且紙質(zhì)材料也不利于長期保存。因此，建設水稻品種種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫，精確采集各類親本信息、田間性狀信息，實現(xiàn)譜系管理、種質(zhì)查詢、分類管理、統(tǒng)計分析等功能，能有效解決目前品種選育中信息不準確、查詢繁瑣、工作量繁重等突出問題，從而加強水稻種質(zhì)資源的開發(fā)利用，提高育種效率，縮短育種年限，實現(xiàn)精準育種。

2 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的建設

2.1 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的信息類型

水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的設計以《水稻品種資源觀察調(diào)查項目及記載標準》和《稻屬野生種種質(zhì)資源記載標準》為基礎，結合水稻種質(zhì)資源品質(zhì)分析和育種家多年經(jīng)驗，對水稻各項性狀進行分類歸納整理，分析數(shù)據(jù)字段名稱、數(shù)據(jù)類型等，確定數(shù)據(jù)存儲結構。系統(tǒng)基于Brower/Server的架構模式，采用ASP.NET作為開發(fā)平臺，建立基于Sql Server數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，運行于 NET 4.0 框架下，實現(xiàn)育種過程的信息化管理。數(shù)據(jù)庫依次記載水稻種質(zhì)資源父母本、典型性狀特征、繁茂性、抗倒伏性、抗病性等田間觀察性狀和株高、穗長、穗粒數(shù)、結實率等室內(nèi)考種性狀、米質(zhì)情況以及產(chǎn)量等信息類型（圖1）。

圖1 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫部分信息結構

2.2 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的功能

2.2.1 種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的保存 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫保存有各種種質(zhì)資源的年份、編號、入選號，采用RFID標簽對育種小區(qū)進行管理，研發(fā)了基于電子標簽的育種小區(qū)標識。采用專用RFID讀寫設備等，實現(xiàn)小區(qū)和單株性狀田間觀測數(shù)據(jù)的快速采集，包括株高、穗長、穗粒數(shù)、分蘗、葉色、株型等各項性狀和照片信息，通過無線方式傳輸至數(shù)據(jù)庫，后期對采集到的實時數(shù)據(jù)進行人工標注和刪減，優(yōu)化種質(zhì)資源數(shù)據(jù)。

2.2.2 種質(zhì)資源查詢功能 種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫分為關鍵詞查找和精確查找2種方式。關鍵詞查找指通過查找具體性狀特征，系統(tǒng)自動篩選出所有符合關鍵詞的種質(zhì)資源（圖2）。精確查找是通過查找具體的種質(zhì)資源編號，系統(tǒng)自動查找到該種質(zhì)資源的具體性狀表現(xiàn)及親本、子代編號（圖3）。這樣可快速地獲取種質(zhì)資源數(shù)據(jù)和查詢到種質(zhì)信息，提高查詢和利用效率。

圖2 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)關鍵詞查詢

圖3 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)精確查詢

2.2.3 譜系管理和親緣追溯 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫可通過譜系分析，查找任意一種質(zhì)資源編號，即可搜索到該種質(zhì)資源各代親本信息和每年的性狀表現(xiàn)（圖4），為品種選育提供依據(jù)。

圖4 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫譜系查詢

2.2.4 預留接口和數(shù)據(jù)補充 在系統(tǒng)開發(fā)中，考慮數(shù)據(jù)庫的可擴展性，提前預留數(shù)據(jù)接口，對種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的信息進行刪減和增加。通過多年種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的補充和積累，不斷完善信息，研究數(shù)據(jù)挖掘功能。參照完整性，設置數(shù)據(jù)庫級聯(lián)更新和級聯(lián)刪除，確保各相關數(shù)據(jù)準確性和關聯(lián)性的完整統(tǒng)一。

3 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的作用

3.1 實現(xiàn)水稻種質(zhì)資源的高效管理

水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫以及查詢檢索系統(tǒng)的建立，為水稻遺傳育種提供了高效快捷的信息查詢服務，可大大提高種質(zhì)資源的實際利用率，加快培育突破性品種進程，使資源數(shù)據(jù)管理更加科學化、規(guī)范化、智能化。

3.2 利于品種的親緣追溯和遺傳分析

水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫應用親緣追溯技術，在品種與資源之間搭建橋梁，可了解該品種的選育過程和遺傳背景，并通過遺傳分析，清楚地掌握該品種中每一個親緣所占的比重。同時通過親緣追溯和遺傳分析，可查找任意一種質(zhì)資源編號或性狀，了解該種質(zhì)資源在各代的表現(xiàn)和利用情況，便于育種者更好地選擇和利用種質(zhì)資源。

3.3 有利于精準育種

將水稻種質(zhì)資源在當?shù)氐脑囼灡憩F(xiàn)，與本地優(yōu)秀品種進行雜交選育、田間農(nóng)藝性狀調(diào)查等，與已建立的水稻種質(zhì)資源庫相結合，便于種質(zhì)資源的分類整理與規(guī)范化管理，實現(xiàn)譜系管理、種質(zhì)查詢、統(tǒng)計分析、智能決策等核心功能，把握育種方向，實現(xiàn)精準育種（圖5）。

4 水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的未來工作展望

4.1 加強水稻種質(zhì)資源的引進和收集

基于水稻種質(zhì)資源的重要作用，應繼續(xù)加強引進優(yōu)秀的水稻種質(zhì)資源，利用不同遺傳背景的材料，拓寬遺傳基礎，尤其是國外水稻種質(zhì)資源的利用。同時也要做好新種質(zhì)資源的利用和創(chuàng)新，利用雜交、誘變、分子技術等手段，改造或創(chuàng)新優(yōu)良的水稻新品種和新品系。

圖5 精準育種流程圖

4.2 完善水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫

天津市原種場水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫已初步建成，但每年仍有大量新的種質(zhì)資源引進和發(fā)現(xiàn)，需要不斷完善和創(chuàng)新，深度挖掘水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的功能。

4.3 水稻育種與高新技術的聯(lián)結

隨著水稻種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的不斷完善和發(fā)展，在龐大數(shù)據(jù)量的支持下，利用優(yōu)秀種質(zhì)資源進行智能匹配，將分子標記等高新技術應用于水稻育種已成為未來發(fā)展趨勢。

同時，高新技術將在常規(guī)技術無法或難以解決的某個點或局部問題上發(fā)揮重要作用，如稻瘟病持久抗性育種，應用單粒分析儀在分離世代對谷粒直鏈淀粉含量進行活體單粒測定篩選等。隨著物聯(lián)網(wǎng)信息技術的日益發(fā)展，也有大量應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的案例，未來有望實現(xiàn)和水稻育種的全面結合。