信息化技術(shù)與小麥栽培高效育種的深度融合分析

摘 要：信息化技術(shù)的迅速發(fā)展為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的育種工作提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。小麥作為重要糧食作物之一，其高效育種對(duì)保障糧食安全以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義?；诖?，本文深入研究信息化技術(shù)與小麥栽培高效育種的深度融合，探討小麥栽培育種具體技術(shù)環(huán)節(jié)以及信息化技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：信息化技術(shù)；小麥栽培；育種技術(shù)

信息化技術(shù)融入小麥栽培育種中的必要性是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，不僅有助于提高小麥栽培育種的效率和準(zhǔn)確性，促進(jìn)小麥品種的改良和創(chuàng)新，還在提高小麥栽培育種的可持續(xù)性方面發(fā)揮著不可忽視的作用。因此，應(yīng)積極推廣信息化技術(shù)在小麥栽培育種中的應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的雙重進(jìn)步。

1 小麥栽培育種技術(shù)

1.1常規(guī)雜交育種

常規(guī)雜交育種是在人工選擇符合需要的品種后，通過(guò)雌雄細(xì)胞結(jié)合產(chǎn)生多種新的遺傳性狀的傳統(tǒng)育種方法。這種方法在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗梢杂行岣咦魑锏漠a(chǎn)量、抗病性和品質(zhì)等優(yōu)良性狀。具體育種步驟如下：第一步，選擇親本。在開(kāi)始雜交育種之前，應(yīng)根據(jù)所需特征、特性選擇合適的親本品種，確保親本具有優(yōu)良的性狀，如高產(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)等，以便為后續(xù)的雜交育種提供良好的基礎(chǔ)。第二步，進(jìn)行人工授粉。為保證雜交過(guò)程的順利進(jìn)行，需要將雄性花序的花粉施加在雌性花序上，使其結(jié)實(shí)，以此確保雌雄配子的隨機(jī)結(jié)合，從而增加雜交后代的多樣性。第三步，培育F1代。雜交完成后，需要收集雜交后的種子，然后將其種植在適宜的環(huán)境中進(jìn)行培育，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的生長(zhǎng)，能夠得到第一代雜交后代，即F1代。第四步，選擇與篩選，對(duì)F1代進(jìn)行選擇與篩選，通過(guò)對(duì)植株的高矮、果實(shí)的大小、色澤等性狀進(jìn)行觀察與評(píng)價(jià)，切實(shí)保留具有理想性狀的個(gè)體。第五步，后代培育，將篩選出的個(gè)體進(jìn)行后代培育，逐步穩(wěn)定和提高所需性狀。在這個(gè)過(guò)程中，需要加強(qiáng)植株的科學(xué)管理，如施肥、澆水、病蟲(chóng)害防治等，以保證其生長(zhǎng)的健康和穩(wěn)定。同時(shí)，還需要對(duì)后代進(jìn)行定期的觀察和評(píng)價(jià)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整。

1.2分子標(biāo)記育種

分子標(biāo)記育種是一種創(chuàng)新的小麥育種方法，它利用小麥的近緣次級(jí)基因庫(kù)，將傳統(tǒng)的育種技術(shù)和分子育種技術(shù)結(jié)合，通過(guò)細(xì)胞遺傳學(xué)、分子標(biāo)記輔助選擇和基因工程等方法將小麥近緣種屬中的優(yōu)良基因引入到小麥染色體組中，以突破現(xiàn)有的育種瓶頸，從而培育出符合育種目標(biāo)的小麥新品種。首先，進(jìn)行樣品收集。這一步是為了獲取具有潛在優(yōu)良特性的小麥種子或植株。這些樣品可能來(lái)自不同的小麥種植區(qū)域，或者是經(jīng)過(guò)特殊處理的小麥材料，因此在收集樣品時(shí)，需要確保樣品的多樣性和代表性，以便更好地了解小麥的遺傳背景。接下來(lái)，需要對(duì)收集到的樣品進(jìn)行DNA提取。DNA提取是將植物細(xì)胞中的DNA分離出來(lái)的過(guò)程，這一步驟對(duì)于后續(xù)的分子標(biāo)記篩選非常重要，可以獲取到高質(zhì)量的DNA樣本，為后續(xù)的分析和實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)。其次，進(jìn)行分子標(biāo)記篩選。通過(guò)對(duì)提取到的DNA樣本進(jìn)行包括檢測(cè)DNA的純度、濃度和完整性等指標(biāo)的質(zhì)量檢測(cè)，保證高質(zhì)量的DNA樣本分子標(biāo)記篩選的準(zhǔn)確性和可靠性。再次，篩選材料。在篩選過(guò)程中，還需要進(jìn)行材料的選擇，通過(guò)根據(jù)篩選結(jié)果，從具有潛在優(yōu)良特性的小麥材料中挑選出最具潛力的個(gè)體。這個(gè)過(guò)程可能需要多次迭代和優(yōu)化，以確保最終選育出的后代能夠滿(mǎn)足育種目標(biāo)。最后，選育后代。通過(guò)對(duì)選定的材料進(jìn)行人工授粉、雜交等操作，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良基因的組合和傳承。同時(shí)，對(duì)后代進(jìn)行嚴(yán)格的田間管理和抗逆性鑒定，確保最終選育出的小麥新品種能夠在各種環(huán)境條件下表現(xiàn)出優(yōu)良的性狀[1]。

1.3基因編輯育種

基因編輯育種是通過(guò)利用CRISPR-Cas系統(tǒng)等先進(jìn)的基因編輯技術(shù)，對(duì)小麥的基因進(jìn)行精確修改的方法，有助于提高其抗病性、耐旱性和產(chǎn)量等重要特性?？梢哉f(shuō)，該技術(shù)的應(yīng)用為小麥的遺傳改良和優(yōu)化提供了強(qiáng)大的工具，因此，在小麥栽培育種中，應(yīng)當(dāng)科學(xué)進(jìn)行使用。首先，要進(jìn)行基因編輯育種，需要確定目標(biāo)基因，并對(duì)小麥的各種性狀有深入的理解，包括研究小麥的生長(zhǎng)習(xí)性、抗病性、抗逆性等方面的信息，以便確定哪些基因的變異可能會(huì)帶來(lái)最大的效益。在這個(gè)過(guò)程中，可能需要大量的研究和實(shí)驗(yàn)，以確保選擇的目標(biāo)基因能夠有效改善小麥的特性。接下來(lái)，需要選擇合適的基因編輯工具。目前，CRISPR-Cas9系統(tǒng)被認(rèn)為是一種非常有效的基因編輯工具，已經(jīng)被廣泛用于各種生物的基因編輯研究。通過(guò)使用這種工具，可以針對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行精確的編輯，包括插入新的基因序列、刪除不需要的基因序列，或者修改現(xiàn)有的基因序列等。在這個(gè)過(guò)程中，需要精確地進(jìn)行控制，以確保編輯的準(zhǔn)確性和安全性。編輯完成后，需要將編輯過(guò)的細(xì)胞培養(yǎng)至整株，這是一個(gè)非常重要的步驟，因?yàn)橹挥挟?dāng)整個(gè)植株都被成功編輯后，才能確認(rèn)目標(biāo)基因是否被正確編輯。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，通常會(huì)采用PCR（聚合酶鏈反應(yīng)）和測(cè)序等方法來(lái)完成，以確保編輯過(guò)程的成功，并為后續(xù)的研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持。最后，從編輯成功的個(gè)體中選取種子，用于后代的培育。這個(gè)過(guò)程要求相關(guān)人員耐心精細(xì)操作，以逐步穩(wěn)定和提高小麥的所需性狀，確保育種成果能夠在長(zhǎng)期內(nèi)得到保持和提升。同時(shí)，還需要對(duì)種子進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和管理，以確保下一代小麥具有更高的抗病性、耐旱性和產(chǎn)量等特性，從而為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)更多的利益[2]。

1.4誘變育種

誘變育種是一種通過(guò)人為干預(yù)，利用物理輻射或化學(xué)因素誘導(dǎo)植物基因發(fā)生突變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)植物性狀的改變和優(yōu)化的育種方法。為切實(shí)保證育種的質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更優(yōu)質(zhì)的小麥品種，應(yīng)對(duì)誘變育種各環(huán)節(jié)質(zhì)量加以重視。首先，對(duì)小麥種子或芽生進(jìn)行誘變處理是至關(guān)重要的。誘變劑可以是化學(xué)物質(zhì)，如一些具有誘發(fā)基因突變作用的化合物，如過(guò)硫酸鹽、氯化鎘等；也可以是物理因素，如輻射，以此促使小麥種子或芽生中的DNA分子發(fā)生相互作用，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而引發(fā)基因突變。一般來(lái)說(shuō)，突變是雙向的，可能是有益的，也可能是有害的，但無(wú)論如何，它們都為育種提供了新的可能性。接下來(lái)，對(duì)誘變后的小麥種子或芽生進(jìn)行篩選，從眾多的誘變個(gè)體中選擇出具有所需變異的個(gè)體作為潛在新品系。在實(shí)際育種中，通常會(huì)根據(jù)變異程度、遺傳穩(wěn)定性等因素來(lái)評(píng)估這些個(gè)體的優(yōu)劣，并從中挑選出最具潛力的品系。最后，對(duì)篩選出的個(gè)體進(jìn)行后代培育。這一過(guò)程主要包括兩個(gè)方面：一是逐步穩(wěn)定所選個(gè)體的優(yōu)良性狀，使其在種植過(guò)程中能夠穩(wěn)定地表現(xiàn)出所需的變異特征；二是進(jìn)一步提高這些個(gè)體的產(chǎn)量、抗病性等性狀表現(xiàn)，以滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和市場(chǎng)需求。通過(guò)不斷地選育和改良，逐步建立起一個(gè)具有優(yōu)良性狀的新品種。

1.5輪回選擇育種

輪回選擇育種是一種通過(guò)不斷篩選和淘汰不良品系，逐步提高優(yōu)質(zhì)品種比率的技術(shù)手段。該技術(shù)的核心是通過(guò)選擇具有所需特征的親本雜交，并對(duì)雜交后的后代進(jìn)行選擇與篩選，保留具備目標(biāo)性狀的個(gè)體，然后進(jìn)行后代培育，逐步穩(wěn)定和提高所需性狀，有助于培育出更適應(yīng)環(huán)境需求、更具競(jìng)爭(zhēng)力的品種。一般在材料選擇階段，需要精心挑選具有所需特征的親本進(jìn)行雜交，確保這些親本是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期選育和改良的優(yōu)良品種，或者是從其他物種中獲取的具有目標(biāo)性狀的材料，以此增加雜交后代中優(yōu)質(zhì)品種的比例。在選擇與篩選階段，需要對(duì)雜交后的后代進(jìn)行全面的觀察和評(píng)估。通過(guò)仔細(xì)觀察每個(gè)個(gè)體的特征表現(xiàn)，并結(jié)合遺傳學(xué)原理和技術(shù)手段，對(duì)后代進(jìn)行選擇與篩選，將具備目標(biāo)性狀的個(gè)體保留下來(lái)，不符合要求的個(gè)體則進(jìn)行淘汰。在后代培育階段，需要繼續(xù)對(duì)篩選出的個(gè)體進(jìn)行培育和管理。在此過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)?shù)姆敝撤椒?，確保后代的品質(zhì)和特性能夠穩(wěn)定地繼承下去，并進(jìn)行必要的調(diào)整和改良，以提高所要改良性狀的表現(xiàn)水平[3]。

2 信息化技術(shù)在小麥栽培高效育種中的應(yīng)用

2.1數(shù)據(jù)采集

在小麥栽培的高效育種過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集起著至關(guān)重要的作用，可以通過(guò)使用信息化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)小麥栽培育種的高效性。通過(guò)采用傳感器和監(jiān)測(cè)裝置等先進(jìn)設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)收集小麥生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，例如土壤溫度、濕度、光照強(qiáng)度、氣溫和二氧化碳濃度等，有助于及時(shí)獲取到小麥生長(zhǎng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)信息。這種信息的獲取不僅可以幫助了解小麥的生長(zhǎng)環(huán)境，還可以為栽培育種決策提供重要的參考依據(jù)。例如，根據(jù)土壤的溫度和濕度數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整灌溉策略，或者根據(jù)光照強(qiáng)度和氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)調(diào)整小麥的種植時(shí)間。此外，這些數(shù)據(jù)還可以幫助了解土壤的養(yǎng)分狀況和水分需求。通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)，相關(guān)人員可以更準(zhǔn)確地判斷土壤的肥力和水分含量，從而合理安排小麥的種植時(shí)間和施肥量，以此切實(shí)提高小麥的產(chǎn)量以及質(zhì)量。總的來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)采集是小麥栽培高效育種的重要環(huán)節(jié)，它為我們提供了有關(guān)小麥生長(zhǎng)環(huán)境的全面準(zhǔn)確的信息，從而幫助相關(guān)人員做出更好的決策，提高小麥的產(chǎn)量和質(zhì)量。

2.2進(jìn)度管理

信息化技術(shù)在小麥育種的進(jìn)程管理中發(fā)揮著不可替代的作用，通過(guò)利用現(xiàn)代信息技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更加高效、精確的小麥生長(zhǎng)管理，不僅可以提高育種效率和準(zhǔn)確性，還可以為相關(guān)人員提供更多的數(shù)據(jù)支持和決策參考，促進(jìn)國(guó)際合作與交流。首先，信息化技術(shù)在小麥育種的種子篩選過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的種子篩選方法通常需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，而借助信息化技術(shù)，可以通過(guò)圖像識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)算法快速準(zhǔn)確地篩選出具有優(yōu)良品質(zhì)的種子，以此提升篩選效率，促進(jìn)小麥育種進(jìn)程縮短。其次，信息化技術(shù)還可以幫助相關(guān)人員更好地了解小麥的生長(zhǎng)環(huán)境和生長(zhǎng)過(guò)程。通過(guò)傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)收集土壤溫度、濕度、光照等環(huán)境參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行分析，從而幫助相關(guān)人員及時(shí)調(diào)整育種條件，切實(shí)加強(qiáng)進(jìn)度管理，提高小麥的產(chǎn)量和質(zhì)量。最后，信息化技術(shù)還可以促進(jìn)小麥育種的國(guó)際合作與交流。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)，不同國(guó)家的科學(xué)家可以共享研究成果和數(shù)據(jù)資源，以此加快新品種的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)程，推動(dòng)小麥育種技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展[4]。

2.3栽培監(jiān)測(cè)

遙感技術(shù)和無(wú)人機(jī)等信息化技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)，利用這些技術(shù)對(duì)小麥田地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以有效了解小麥生長(zhǎng)的整體狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決可能出現(xiàn)的問(wèn)題。首先，通過(guò)高分辨率影像和圖像處理技術(shù)，對(duì)小麥的生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行快速評(píng)估，有助于相關(guān)人員了解小麥更詳盡的生長(zhǎng)情況，例如植株的密度、葉面積、株高等。同時(shí)，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠預(yù)測(cè)小麥的產(chǎn)量，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。其次，利用遙感技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)田的環(huán)境狀況，如土壤水分、溫度、光照等。當(dāng)土壤水分不足時(shí)，可以通過(guò)遙感技術(shù)及時(shí)了解這一情況，從而采取灌溉措施，保證小麥的正常生長(zhǎng)。同樣，當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，也可以通過(guò)遙感技術(shù)進(jìn)行預(yù)警，采取相應(yīng)的措施降低其對(duì)于小麥的影響。此外，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行農(nóng)田監(jiān)測(cè)，可以大大提高監(jiān)測(cè)的效率和范圍。無(wú)人機(jī)可以在高空中俯瞰整個(gè)農(nóng)田，對(duì)小麥的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行全面、細(xì)致的觀察，使地面上的人工巡檢難以達(dá)到的區(qū)域也能得到有效的監(jiān)測(cè)。在栽培監(jiān)測(cè)方面，信息化技術(shù)可以為農(nóng)民提供實(shí)時(shí)的土壤水分、溫度、光照等環(huán)境因素監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)警機(jī)制，促使農(nóng)民根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)整栽培措施，有效預(yù)防病蟲(chóng)害的發(fā)生和蔓延，這對(duì)于提高小麥的產(chǎn)量和質(zhì)量具有重要意義。同時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)小麥的生長(zhǎng)狀態(tài)和生理指標(biāo)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)的措施。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)小麥植株出現(xiàn)黃化、枯萎等現(xiàn)象時(shí)，可以通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)找出原因，并采取相應(yīng)的治療措施，提高小麥的抗逆性和適應(yīng)性。

2.4理論指導(dǎo)

信息化技術(shù)能夠在小麥栽培育種過(guò)程中進(jìn)行理論指導(dǎo)，對(duì)于提升小麥栽培育種效率與質(zhì)量具有重要意義，有助于更好地發(fā)掘和利用小麥品種資源，優(yōu)化育種方案，提高育種效果。首先，通過(guò)建立小麥種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，收集全球各地的小麥種質(zhì)資源信息，包括遺傳背景、產(chǎn)量性狀、抗病性等方面的數(shù)據(jù)，再利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能算法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘出具有優(yōu)良性狀的小麥種質(zhì)資源，以此為育種工作提供有力支持。其次，利用高通量測(cè)序技術(shù)，對(duì)小麥品質(zhì)資源的基因組進(jìn)行全面測(cè)序，揭示其遺傳多樣性和遺傳變異規(guī)律，并對(duì)基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，以此發(fā)現(xiàn)小麥品質(zhì)資源中的潛在優(yōu)異基因，為育種工作提供理論依據(jù)。再次，基于信息化技術(shù)，構(gòu)建小麥育種的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，模擬小麥生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程及其與環(huán)境因素的相互作用，能夠預(yù)測(cè)不同育種策略對(duì)于小麥產(chǎn)量、品質(zhì)等性狀的影響，有助于提供優(yōu)化育種方案的理論指導(dǎo)，從而提高育種效果。另外，通過(guò)開(kāi)發(fā)智能育種輔助系統(tǒng)，對(duì)育種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和反饋，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)于小麥育種過(guò)程的全程監(jiān)控和管理，為相關(guān)人員提供及時(shí)、準(zhǔn)確的決策依據(jù)，提高育種效率[5]。

綜上所述，信息化技術(shù)能夠在小麥育種中發(fā)揮重要作用，有助于提高育種效率和品質(zhì)。因此，為實(shí)現(xiàn)小麥栽培高效育種，應(yīng)當(dāng)積極結(jié)合信息化技術(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況靈活組合使用，切實(shí)提升育種的精準(zhǔn)性與效率性，選育出符合需求的更優(yōu)良的小麥品種。同時(shí)，有助于促進(jìn)小麥育種數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升小麥育種技術(shù)水平，有利于為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全做出貢獻(xiàn)。

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