物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生物育種中的實(shí)施探究

高 瑾

(山西工程科技職業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，山西 晉中 030031)

目前，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和工業(yè)等領(lǐng)域。這為其提供了一種新的生產(chǎn)方式和管理模式，有助于提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)力，越來越多的人意識(shí)到利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行基因資源的管理具有巨大的潛力。此外，物聯(lián)網(wǎng)還有助于提高生物醫(yī)學(xué)研究的效率和準(zhǔn)確性。實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)量有著重大意義。

1 相關(guān)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是一種將傳感器、智能設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)連接起來的新型網(wǎng)絡(luò)，可以通過各種方式與其他系統(tǒng)交互，實(shí)現(xiàn)信息共享。能夠?qū)Υ罅繑?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過傳感器與計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備相結(jié)合來感知和分析信息。不僅可以精確地監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況，可以在農(nóng)作物出現(xiàn)異常時(shí)采取及時(shí)有效措施，還可以預(yù)測(cè)未來農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量等指標(biāo)，能夠有效提高生物育種效率。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到人工成本高、自然風(fēng)險(xiǎn)大等因素的限制，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行生物育種能大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率。

1.2 生物育種中實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

生物育種中實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有諸多優(yōu)勢(shì)：一是可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)狀況，并利用傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以更好地管理和監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中各種因素的變化情況，從而有效避免作物減產(chǎn)、農(nóng)藥過量使用以及環(huán)境污染等問題的發(fā)生。二是可以降低管理成本。由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行全面、精準(zhǔn)的監(jiān)控，大大提升了管理人員的工作效率，使傳統(tǒng)人工管理方式變得更加高效、便捷。三是可以提供更準(zhǔn)確的信息報(bào)告。通過對(duì)作物各期生長(zhǎng)數(shù)據(jù)的分析，不僅可以得到準(zhǔn)確的產(chǎn)量評(píng)估結(jié)果，還能為農(nóng)作物種植決策提供可靠依據(jù)。四是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠幫助農(nóng)民了解更多關(guān)于農(nóng)作物病蟲害防治知識(shí)，提高農(nóng)作物抵御病蟲害侵襲的能力。五是在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的農(nóng)業(yè)溫室大棚能減少能源消耗和二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保的目標(biāo)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還為企業(yè)提供了一個(gè)全新的市場(chǎng)平臺(tái)，使其更加高效地為消費(fèi)者服務(wù)[1]。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用包括農(nóng)產(chǎn)品信息追溯、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)控和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理等方面。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)狀況，分析土壤濕度變化情況，預(yù)測(cè)病蟲害發(fā)生時(shí)間與強(qiáng)度，并根據(jù)農(nóng)作物自身特點(diǎn)制定相應(yīng)防治方案，有效地提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

此外，通過對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量進(jìn)行檢測(cè)和控制，還可實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督體系建設(shè)，為消費(fèi)者提供更好的食品安全保障。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要有三個(gè)方面：一是用于監(jiān)控農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境，如土壤、水和空氣。二是通過遠(yuǎn)程控制作物生長(zhǎng)過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)全過程進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)和管理。三是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展農(nóng)產(chǎn)品溯源體系建設(shè)。然而，由于不同行業(yè)特點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)鏈條結(jié)構(gòu)等因素的制約，目前物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域還沒有得到廣泛應(yīng)用。因此，需要進(jìn)一步加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)以及產(chǎn)業(yè)規(guī)?；瘜?shí)施力度，以促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)更好地服務(wù)于我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展[2]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在田間種植實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

2.1 實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)也在不斷進(jìn)步。實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)可以對(duì)生物育種過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。通過實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，由于實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)通常是連續(xù)24 小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，因此能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種變化趨勢(shì)，避免造成損失或浪費(fèi)。此外，還能為將來生物育種的研究提供寶貴數(shù)據(jù)資源。實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)還能夠?qū)ι镉N過程中的各種物理、化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)、系統(tǒng)的檢測(cè)。這是一項(xiàng)非常重要且具有挑戰(zhàn)性的工作，因?yàn)橐氤晒?shí)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生物育種中的應(yīng)用，需要確保相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。目前，國(guó)際上已經(jīng)有一些相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)正在開展此項(xiàng)工作，但是仍然有很多問題需要解決。通過建立可靠、有效的傳感器網(wǎng)絡(luò)，利用人工智能來提高測(cè)量精度，將有助于改善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生物育種中的應(yīng)用效果。

2.2 智能灌溉和施肥

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)民們需要根據(jù)作物的生長(zhǎng)情況來進(jìn)行灌溉和施肥。然而，由于一些氣候條件會(huì)造成農(nóng)作物減產(chǎn)，所以這種方式并非首選。相比之下，使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來監(jiān)控農(nóng)田環(huán)境可以幫助農(nóng)民更有效地種植農(nóng)作物。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括農(nóng)業(yè)、食品加工業(yè)和其他行業(yè)。使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和跟蹤農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況，從而避免因氣候變化而造成損失。此外，通過利用數(shù)據(jù)來分析農(nóng)作物的最佳生長(zhǎng)時(shí)間，還能為農(nóng)民提供更好的決策依據(jù)[3]。

2.3 病蟲害監(jiān)測(cè)和預(yù)警

病蟲害監(jiān)測(cè)和預(yù)警是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生物育種中實(shí)施的一個(gè)重要方面。傳統(tǒng)農(nóng)作物防治病蟲害主要依靠農(nóng)藥，但由于殺蟲劑使用量大、毒性高、環(huán)境污染嚴(yán)重等原因，效果并不理想。而利用先進(jìn)的信息技術(shù)手段來監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，則可以大大提高防控效率和水平。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在病蟲害監(jiān)測(cè)和預(yù)警中的應(yīng)用，可以幫助農(nóng)民實(shí)時(shí)了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況和病蟲害的發(fā)生情況，從而及時(shí)采取相應(yīng)的防治措施。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過圖像識(shí)別技術(shù)可以判斷作物的健康情況，是否存在病蟲害的侵襲。

通過與數(shù)據(jù)庫和算法的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)作物病蟲害的智能分析和預(yù)警，及時(shí)提醒農(nóng)民采取相應(yīng)的防治措施，減少損失。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)藥的使用情況進(jìn)行監(jiān)控和管理，避免過度使用和環(huán)境污染。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在病蟲害監(jiān)測(cè)和預(yù)警中的應(yīng)用，不僅可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，減少農(nóng)藥的使用量，還可以減少人工監(jiān)測(cè)的工作量，提高農(nóng)民的工作效率。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的其他因素的監(jiān)測(cè)和控制，如灌溉、施肥等，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)化管理，為農(nóng)民提供更多的決策支持和技術(shù)指導(dǎo)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加科學(xué)、高效、可持續(xù)發(fā)展[4]。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室研究中的應(yīng)用

3.1 環(huán)境模擬和調(diào)控

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生物育種中的實(shí)施是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要考慮很多因素。一是要選擇合適的土壤類型和環(huán)境條件，不同土壤類型對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的要求也不同。例如，如果采用酸性或堿性土壤，則應(yīng)避免使用高濃度化肥或農(nóng)藥，而如果采用中性土壤，則可以適當(dāng)添加微量元素肥料。二是建立良好的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，為了保護(hù)農(nóng)作物免受病蟲害的侵害，應(yīng)建立一種健康、穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生態(tài)體系，還應(yīng)該注重改善農(nóng)民生活條件，使其能夠更好地利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行農(nóng)事活動(dòng)。

3.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生物育種中的實(shí)施關(guān)鍵。這一過程需要使用傳感器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和儀器儀表來收集生物體或生態(tài)系統(tǒng)中的各種信息，并進(jìn)行分析和解釋。要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理目標(biāo)，需要建立一個(gè)完善的系統(tǒng)架構(gòu)。為此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)選擇合適的傳感器產(chǎn)品，如壓力式傳感儀、溫度傳感器等。為了獲取大量真實(shí)的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還應(yīng)開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。此外，為確保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生物育種中得以成功運(yùn)用，還需加強(qiáng)對(duì)技術(shù)人員的培訓(xùn)，使其掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的原理及其實(shí)際應(yīng)用方法。

3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控和追溯

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和追溯生物育種過程。這樣，技術(shù)人員就能夠?qū)μ囟ǖ幕蚧虿牧线M(jìn)行研究和評(píng)估，并選擇最適合其生長(zhǎng)、發(fā)育的方法。此外，通過對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化管理，科學(xué)家們還能夠更有效地利用這些基因資源來開發(fā)新產(chǎn)品。使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施生物學(xué)中的物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略有一些好處。該技術(shù)能幫助人們更好地理解自己所獲得的知識(shí)如何與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)聯(lián)。生物遺傳學(xué)家需要學(xué)會(huì)在不同領(lǐng)域之間取得聯(lián)系，以應(yīng)對(duì)不斷變化的環(huán)境挑戰(zhàn)。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生物安全方面的應(yīng)用

4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生物育種中實(shí)施的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警功能主要是為了及時(shí)了解和掌握種子的生長(zhǎng)情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)措施。這種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)包括對(duì)環(huán)境條件、溫度、濕度等多個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，從而使種子能夠更好地適應(yīng)自然環(huán)境變化。此外，還可以通過圖像傳輸設(shè)備將環(huán)境信息發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)站，幫助農(nóng)戶更加直觀地了解農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)和發(fā)育情況。例如，一些先進(jìn)的生物技術(shù)應(yīng)用程序可以檢測(cè)到農(nóng)作物根部土壤出現(xiàn)異常時(shí)發(fā)出警報(bào)，也可通過光譜分析技術(shù)來檢測(cè)作物內(nèi)部是否存在有害殘留物等有害物質(zhì)。此外，還可以利用自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)植物健康狀況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況就立即向?qū)＜覉F(tuán)隊(duì)匯報(bào)，及時(shí)采取措施[5]。

4.2 追溯與溯源

隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)食品安全問題日益重視，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種新興的檢測(cè)手段，逐漸被廣泛應(yīng)用于食品安全監(jiān)管領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)能夠自動(dòng)采集并分析農(nóng)產(chǎn)品樣品數(shù)據(jù)，為監(jiān)管部門提供全面而準(zhǔn)確的信息。在實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的生物育種中，追溯和溯源是兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。溯源可以幫助企業(yè)了解自己產(chǎn)品的生產(chǎn)過程、質(zhì)量控制水平以及消費(fèi)者對(duì)該產(chǎn)品的反饋情況等信息，而追溯則有助于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題，并及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。盡管追溯與溯源都十分重要，但是兩者之間也存在一些差異。追溯側(cè)重于從原材料開始追溯到最終成品，這意味著產(chǎn)品質(zhì)量將更多依賴于原材料因素。追溯過程相對(duì)比較繁瑣，因?yàn)樾枰獙?duì)所有材料進(jìn)行逐一檢查、分析，并且還可能會(huì)遺漏某些成分或其他相關(guān)要素，且溯源通常涉及較少人員，成本投入較低，未來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將發(fā)揮更加重要的作用，促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。

4.3 數(shù)據(jù)共享與協(xié)同

數(shù)據(jù)共享與協(xié)同是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要概念，指將大量物品和資源通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來，以實(shí)現(xiàn)資源共享、信息交互。這是傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)方式面臨的挑戰(zhàn)，也是未來工廠發(fā)展的方向之一。應(yīng)用在生物育種領(lǐng)域中，就是把這些設(shè)備上的傳感器收集到一起，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以便能夠?qū)ψ魑锷L(zhǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。這樣就可以及時(shí)調(diào)整施肥、灌溉等操作來提高產(chǎn)量，降低成本。此外，還可以根據(jù)農(nóng)作物的不同成長(zhǎng)階段，提供更加個(gè)性化的服務(wù)，如針對(duì)早熟品種或晚熟品種采取適當(dāng)措施，對(duì)于需要干旱條件下種植的農(nóng)作物，則要考慮采用水肥一體機(jī)，為保證食品安全，還要考慮引入射頻識(shí)別技術(shù)檢測(cè)食品是否符合安全要求等。

4.4 安全訪問和權(quán)限管理

在生物育種中實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過安全訪問來提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式往往會(huì)面臨很多問題，如蟲害、病蟲害等，這些問題都可能導(dǎo)致作物減產(chǎn)甚至死亡。而使用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后，這種情況發(fā)生概率將明顯降低。此外，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能有效地保護(hù)農(nóng)作物免受自然災(zāi)害的影響。由于很多物理因素對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)有害，所以如果農(nóng)業(yè)災(zāi)害來臨，人們很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)和控制疫情，這將嚴(yán)重威脅到人民群眾的生命安全。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)有一些專家開始使用云計(jì)算技術(shù)來管理農(nóng)作物安全。

5 結(jié)論

隨著科技的不斷進(jìn)步和人民生活水平的提高，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為人類提供更加便捷高效的生活方式。從技術(shù)的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)是一項(xiàng)非常重要的信息技術(shù)，可以更好地管理農(nóng)作物生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)和信息，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。因此，在生物育種領(lǐng)域?qū)嵤┪锫?lián)網(wǎng)技術(shù)能夠有效監(jiān)控農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)措施。不僅如此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還能提供更準(zhǔn)確、全面的作物品種信息，幫助農(nóng)民選擇合適的作物品種進(jìn)行種植。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也有助于改善農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)農(nóng)戶增收。總之，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在植物育種領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)，值得大力推廣。