農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)中信息技術(shù)的重要性及應(yīng)用探討

農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)為農(nóng)作物品種的培育、改良和創(chuàng)新提供了重要支撐，增強(qiáng)了農(nóng)作物的適應(yīng)性和抗逆性等，在保障糧食的穩(wěn)定供應(yīng)和質(zhì)量安全方面發(fā)揮著重要作用，并且農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)還能夠提升生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

信息技術(shù)（簡稱IT）提高了工作效率，使數(shù)據(jù)處理、分析，信息檢索變得更加快速和準(zhǔn)確，同時(shí)增強(qiáng)了全球化，互聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術(shù)使全球范圍內(nèi)的信息交流與合作變得比以往更加容易。信息技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今社會不可或缺的組成部分，它不僅影響了人們的日常生活，也深刻改變了人們的工作方式和社會的未來發(fā)展方向。

一、農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)工作中信息技術(shù)應(yīng)用的重要性

信息技術(shù)的快速發(fā)展為人們提供了前所未有的工具和手段，可以在農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)工作中起到重要的作用，下面分三個(gè)方面進(jìn)行闡述：

1、提升農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)效率

通過信息技術(shù)，可以提升農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)效率，極大地減輕了傳統(tǒng)記錄的負(fù)擔(dān)，通過數(shù)字化管理、自動化數(shù)據(jù)采集技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等，數(shù)據(jù)可以被精確、快速地錄入系統(tǒng)，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)等，可以迅速對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、索引和存儲，有效提升了農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)效率。

2、保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的建設(shè)與維護(hù)，為農(nóng)作物種質(zhì)資源的信息管理提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，可以高效地歸納農(nóng)作物種質(zhì)資源的各項(xiàng)信息，如遺傳特性、地理分布、生態(tài)環(huán)境等，并方便各級專家審核，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免人為錯(cuò)誤，使得海量的數(shù)據(jù)能夠被有序地存儲，并保證數(shù)據(jù)的長期可追溯性，方便分析利用，為后續(xù)的研究和保護(hù)工作提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

3、促進(jìn)資源優(yōu)化配置

信息共享平臺的建立打破了信息孤島，使得不同地區(qū)、不同機(jī)構(gòu)之間的農(nóng)作物種質(zhì)資源信息得以流通和共享，促進(jìn)了資源的合理配置和高效利用，同時(shí)也加強(qiáng)了國際的合作與交流，共同推動農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)事業(yè)的發(fā)展。借助數(shù)據(jù)挖掘以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，來為農(nóng)作物種質(zhì)資源的保護(hù)和利用給予科學(xué)的依據(jù)。

二、農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)工作中信息技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)和展望

1、資源的精準(zhǔn)鑒定

傳統(tǒng)的農(nóng)作物種質(zhì)資源鑒定方法主要依賴于人工觀測表型特征和系譜分析，存在主觀性強(qiáng)、周期長、效率低等問題。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，利用自動化數(shù)據(jù)采集技術(shù)、基因組學(xué)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)對農(nóng)作物種質(zhì)資源的精準(zhǔn)鑒定。

①自動化數(shù)據(jù)采集技術(shù)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對農(nóng)作物種質(zhì)資源生長環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測以及表型性狀的非接觸式測量。如通過安裝高清攝像頭、光纖傳感器、溫度傳感器等設(shè)備，可以自動收集作物的生長速度、葉片顏色、形態(tài)結(jié)構(gòu)等多維度信息。這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸與集中處理，有效避免了人工觀測的誤差和主觀性，同時(shí)也極大地減少了人力成本，降低了重復(fù)性工作量。

②基因組學(xué)技術(shù)

基因組學(xué)技術(shù)是生物學(xué)與信息技術(shù)相互融合和交叉的領(lǐng)域，它的快速發(fā)展為農(nóng)作物種質(zhì)資源鑒定帶來了突破性的變化。憑借基因組測序技術(shù)，可以獲得農(nóng)作物種質(zhì)資源的基因組序列信息，進(jìn)而開展遺傳多樣性分析、基因型鑒定以及功能基因挖掘等，為后續(xù)的農(nóng)作物種質(zhì)資源鑒定提供數(shù)據(jù)支持。

③數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠把巨大的農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)中有價(jià)值的信息提取出來。通過對農(nóng)作物種質(zhì)資源的多維數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，可以發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物種質(zhì)資源間的潛在聯(lián)系，揭示其遺傳規(guī)律和生物學(xué)特性。另外數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)還可以用于預(yù)測農(nóng)作物種質(zhì)資源優(yōu)良性狀和制定育種策略。信息技術(shù)在農(nóng)作物種質(zhì)資源的精準(zhǔn)鑒定方向具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛力，借助不斷發(fā)展的信息技術(shù)，研究人員能夠更快速、準(zhǔn)確地識別和評估農(nóng)作物種質(zhì)資源的遺傳特性與潛在價(jià)值。

2、農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)和資源圃的動態(tài)監(jiān)測和預(yù)警機(jī)制

使用信息技術(shù)可以建立對農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)和資源圃的動態(tài)監(jiān)測與預(yù)警機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)資源的流失危機(jī)，并防止生物入侵。資源的流失可能源于多種原因，如非法采集、過度開發(fā)、自然災(zāi)害以及生態(tài)環(huán)境的破壞等，通過衛(wèi)星遙感技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)分析以及人工智能算法等先進(jìn)信息技術(shù)的綜合運(yùn)用，能夠構(gòu)建起一個(gè)全面、實(shí)時(shí)的農(nóng)作物種質(zhì)資源監(jiān)控系統(tǒng)，能夠更加高效、準(zhǔn)確地對農(nóng)作物種質(zhì)資源進(jìn)行監(jiān)測和管理。

①衛(wèi)星遙感技術(shù)

衛(wèi)星遙感技術(shù)帶來了廣闊的視角。它能夠?qū)Υ蠓秶⑦B續(xù)的空間進(jìn)行監(jiān)測，可以結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）快速識別土地利用變化、生態(tài)系統(tǒng)的受損以及可能的非法采集活動。高分辨率的衛(wèi)星圖像可以幫助人們觀測到森林的規(guī)模性病害，濕地的干涸等，這些變化會造成農(nóng)作物種質(zhì)資源的大量流失。與傳統(tǒng)的地面監(jiān)測方法相比，衛(wèi)星遙感技術(shù)具有成本效益高的優(yōu)勢，一次衛(wèi)星影像的獲取可以覆蓋大面積區(qū)域和人員難以到達(dá)的區(qū)域，減少了人力和物力的投入。

②傳感器網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在微觀層面發(fā)揮有效的作用。在作物資源圃和珍稀作物的農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)內(nèi)，布置各種傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、土壤成分傳感器等，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境條件的變化，一旦環(huán)境參數(shù)超出了特定物種的適宜范圍，系統(tǒng)會立即發(fā)出警報(bào)，提醒相關(guān)人員采取措施進(jìn)行干預(yù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)相比前文提到的自動化數(shù)據(jù)采集技術(shù)，通過一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)的布局，在規(guī)模和分布上更廣闊，通信方式多采用無線通信，方便靈活部署，并擁有較強(qiáng)的自組織能力，節(jié)點(diǎn)可以自動搜索相鄰節(jié)點(diǎn)建立網(wǎng)絡(luò)連接。

③大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法

大數(shù)據(jù)分析可以整合來自各個(gè)渠道的海量數(shù)據(jù)，包括地理信息、氣候數(shù)據(jù)、物種分布記錄以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理和分析，能夠揭示出農(nóng)作物種質(zhì)資源的變化趨勢以及潛在的威脅因素。人工智能算法能夠自動識別圖像中的物種特征，快速篩選出異常數(shù)據(jù)，并提供預(yù)測性的分析結(jié)果。如通過對過往生物入侵事件的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，人工智能可以預(yù)測出可能發(fā)生入侵的區(qū)域和物種，提前做好防范準(zhǔn)備。

當(dāng)成功建立起這樣的動態(tài)監(jiān)測機(jī)制后，就能更及時(shí)的發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物種質(zhì)資源流失危機(jī)和防止生物入侵，使得保護(hù)人員在問題剛剛出現(xiàn)端倪時(shí)就采取行動，避免危機(jī)的進(jìn)一步擴(kuò)大。這不僅能夠減少直接的經(jīng)濟(jì)損失，更重要的是能夠保護(hù)生態(tài)平衡。許多農(nóng)作物種質(zhì)資源在生態(tài)系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵的角色，它們的流失可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，影響整個(gè)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定；外來物種也很可能會吞噬本地重要作物的生長空間，破壞生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。利用信息技術(shù)建立農(nóng)作物種質(zhì)資源的動態(tài)監(jiān)測和預(yù)警機(jī)制是一項(xiàng)具有深遠(yuǎn)意義的工作。

3、模擬氣候影響

通過信息技術(shù)可模擬氣候?qū)r(nóng)作物種質(zhì)資源影響，它涉及到多項(xiàng)技術(shù)的綜合運(yùn)用，以下是主要的步驟：

①構(gòu)建氣候模型

收集歷史氣候數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括溫度、濕度、降水量、光照強(qiáng)度、以及溫室氣體排放、土地利用變化等等。利用收集到的數(shù)據(jù)，結(jié)合氣候?qū)W中的理論知識和數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建能夠模擬不同氣候條件下的環(huán)境變化的模型。過程可以使用專業(yè)的氣候模擬軟件GCMs全球氣候模型、RCMs區(qū)域氣候模型等來模擬氣候變化。使用氣候模擬軟件時(shí)通常需要大量的計(jì)算資源，建議準(zhǔn)備足夠的計(jì)算能力的硬件設(shè)施，構(gòu)建氣候模型是一個(gè)迭代過程，可能需要多次調(diào)整和改良模型配置，以達(dá)到最佳的構(gòu)建效果。

②模擬影響

使用現(xiàn)有的或?qū)Ｓ玫霓r(nóng)作物種質(zhì)資源的數(shù)據(jù)庫，庫內(nèi)要包括各種作物的詳細(xì)生長習(xí)性、適應(yīng)范圍等，運(yùn)用作物生長模擬軟件如DSSAT、CropSyst，來模擬作物在不同氣候、環(huán)境條件下的生長過程，通過調(diào)整氣候模型中的參數(shù)，模擬不同的氣候條件（如高溫、干旱、連綿陰雨），觀察作物生長、產(chǎn)量和品質(zhì)等方面的變化。當(dāng)然也可以基于生物學(xué)原理和生態(tài)學(xué)知識，開發(fā)專用的更符合需求的應(yīng)用。

③數(shù)據(jù)評估

對模擬實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，提取關(guān)鍵信息，如作物生長周期的變化、產(chǎn)量的增減、品質(zhì)的變化等，可使用數(shù)據(jù)分析軟件如Python、SPSS。基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，評估不同氣候條件對農(nóng)作物種質(zhì)資源的影響方向和影響程度。確定氣候條件達(dá)到什么情況對作物生長有利，可能導(dǎo)致作物減產(chǎn)或品質(zhì)下降的極值是什么。依據(jù)評估結(jié)果，制定相應(yīng)的資源保護(hù)應(yīng)對策略。例如針對高溫氣候，可以優(yōu)化灌溉設(shè)施和灌溉頻率等。收集到的氣候數(shù)據(jù)和農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)要盡量完整、準(zhǔn)確，以保證模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有有效性。整個(gè)模擬過程確保氣候模型和作物生長模型的精確性是實(shí)驗(yàn)成功的核心，因此在構(gòu)建模型時(shí)需要充分考慮各種影響因素，并反復(fù)驗(yàn)證和校準(zhǔn)。另外模擬氣候?qū)r(nóng)作物種質(zhì)資源影響，需要農(nóng)學(xué)和氣候?qū)W、計(jì)算機(jī)學(xué)等多學(xué)科合作，通過跨學(xué)科合作和交流，可以更好地理解氣候變化和農(nóng)作物種質(zhì)資源之間的復(fù)雜關(guān)系，并制定相應(yīng)的應(yīng)對策略。通過信息技術(shù)模擬氣候?qū)r(nóng)作物種質(zhì)資源的影響有助于研究人員更便捷、更有效率地掌握氣候變化對農(nóng)作物種質(zhì)資源生長的作用和制約，為更好的制定應(yīng)對策略提供科學(xué)依據(jù)。

4、教育和科普應(yīng)用

信息技術(shù)在農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)教育和科普活動方面的應(yīng)用正日益增多，并且發(fā)揮著重要作用，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，更是展現(xiàn)出無限潛力與廣闊前景。

①數(shù)字種質(zhì)庫與虛擬種質(zhì)庫

騰訊與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院國家作物種質(zhì)庫合作，發(fā)布了“數(shù)字種質(zhì)庫”，利用數(shù)字化掃描等技術(shù)，三維動態(tài)呈現(xiàn)數(shù)百種種質(zhì)資源。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過構(gòu)建三維立體的虛擬環(huán)境，能夠模擬出各種作物的生長環(huán)境及遺傳特性，從而建立起一個(gè)生動、形象的虛擬種質(zhì)資源庫。這種資源庫不僅包含傳統(tǒng)意義上的種質(zhì)信息，如形態(tài)特征、生長周期、遺傳圖譜等，還能模擬不同環(huán)境條件下種質(zhì)資源的生長表現(xiàn)。構(gòu)建并優(yōu)化這兩種種質(zhì)庫，對于推動農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)領(lǐng)域的教育普及、科研探索以及科學(xué)知識的傳播活動，都具有積極的促進(jìn)作用。

②實(shí)時(shí)信息獲取與指導(dǎo)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過疊加虛擬信息于現(xiàn)實(shí)世界中，為人們提供了即時(shí)、直觀的信息獲取途徑。在農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)工作里，AR眼鏡等設(shè)備結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)顯示作物的生長狀態(tài)、土壤濕度、養(yǎng)分含量等關(guān)鍵指標(biāo)，這種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示，極大地提高了信息獲取的效率，能幫助人員及時(shí)調(diào)整管理措施，優(yōu)化資源配置。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠賦予學(xué)習(xí)體驗(yàn)互動性，讓學(xué)習(xí)過程充滿趣味，從而顯著提升學(xué)習(xí)的吸引力和效果。此外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能提供操作指導(dǎo)，減少操作失誤，非常有助于農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)教育工作。在野外考察或?qū)嵺`操作中，研究人員或?qū)W生可以通過AR設(shè)備與專家進(jìn)行視頻通話，專家可以在實(shí)時(shí)畫面上進(jìn)行標(biāo)注和指導(dǎo)，幫助解決現(xiàn)場遇到的問題，這種遠(yuǎn)程指導(dǎo)功能極大地?cái)U(kuò)展了專家資源的利用范圍，提高了指導(dǎo)的及時(shí)性和有效性。

③科普展示

通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以為公眾提供一種全新的學(xué)習(xí)和體驗(yàn)方式，將復(fù)雜抽象的知識理念以生動有趣的形式呈現(xiàn)給大眾，降低了學(xué)習(xí)門檻，提高民眾對農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)重要性的認(rèn)識與參與度。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠跨越時(shí)間和空間的限制，創(chuàng)建一個(gè)沉浸式的環(huán)境，讓無法親臨現(xiàn)場的人仿佛置身于真實(shí)的生態(tài)系統(tǒng)，如用戶可以訪問那些因?yàn)榈乩砦恢眠b遠(yuǎn)或者環(huán)境惡劣而難以到達(dá)的自然保護(hù)區(qū)，觀察不同物種之間的相互作用，了解它們在生態(tài)系統(tǒng)中的作用和重要性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過三維模型和動畫展示遺傳學(xué)中的復(fù)雜概念，這種視覺化的方法能夠幫助人們更好地理解遺傳變異、基因編輯等概念，和它們對生物多樣性及農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)的影響。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還能夠模擬不同保護(hù)措施的效果，讓用戶看到保護(hù)行動的直接成果，激發(fā)公眾的保護(hù)意識，鼓勵(lì)他們參與到實(shí)際的保護(hù)行動中去。

5、數(shù)據(jù)安全與隱私防護(hù)

信息技術(shù)在農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)中的應(yīng)用日益廣泛且前景廣闊，但是也帶來了新的挑戰(zhàn)，確保農(nóng)作物種質(zhì)資源的數(shù)據(jù)安全與隱私防護(hù)顯得尤為重要。

①面臨的挑戰(zhàn)

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)作物種質(zhì)資源的數(shù)據(jù)量快速增加，這些數(shù)據(jù)包含農(nóng)作物種質(zhì)資源的遺傳信息、地理坐標(biāo)等敏感信息。如果數(shù)據(jù)遭到泄露、篡改或破壞，不僅會影響到農(nóng)作物種質(zhì)資源的正常管理和利用，還可能對糧食安全、生態(tài)安全構(gòu)成威脅。確保數(shù)據(jù)在采集、存儲、傳輸和使用過程中的安全性，是需要重視的問題。農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)常常涵蓋具有知識產(chǎn)權(quán)的敏感信息，企業(yè)的商業(yè)機(jī)密以及個(gè)人的隱私數(shù)據(jù)。如某些農(nóng)作物種質(zhì)資源的遺傳信息可能與特定的農(nóng)作物品種或生物技術(shù)產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)，這些信息的泄露可能會導(dǎo)致不公平商業(yè)競爭或侵犯知識產(chǎn)權(quán)等。

②相關(guān)措施

在實(shí)際操作中，可以采取以下措施來加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)：

制定嚴(yán)格的數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，確保所有參與農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)的機(jī)構(gòu)和個(gè)人都遵守這些規(guī)定。與各國和國際組織合作，共同確立和遵循全球性數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

為筑牢數(shù)據(jù)安全的防線，積極部署先進(jìn)的信息安全技術(shù)，如數(shù)據(jù)加密技術(shù)保證信息傳輸過程中的安全性，防火墻系統(tǒng)抵御外部威脅，入侵檢測系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理安全風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)施定期的數(shù)據(jù)安全審計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)評估流程，以前瞻性地識別并解決潛在的安全漏洞。

針對不同敏感程度的數(shù)據(jù)，實(shí)施精細(xì)化的數(shù)據(jù)分類管理制度，為每類數(shù)據(jù)量身定制保護(hù)策略，確保核心信息的絕對安全。構(gòu)建安全高效的數(shù)據(jù)共享與交換機(jī)制，確保在促進(jìn)數(shù)據(jù)流通的同時(shí)，嚴(yán)格保護(hù)數(shù)據(jù)的隱私與完整。

注重提升工作人員的數(shù)據(jù)安全素養(yǎng)與隱私保護(hù)能力，通過系統(tǒng)的培訓(xùn)與教育，讓每一位工作人員皆能成為數(shù)據(jù)安全的守護(hù)者。

綜上所述，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息技術(shù)在農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更加重要的作用。善用信息技術(shù)，共同應(yīng)對農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)問題，能夠更好的保障豐富的農(nóng)作物種質(zhì)資源得以延續(xù)和發(fā)展。