江蘇省農業種質資源中期庫種子活力監測系統的初步設計

楊欣等

摘要：為了保證江蘇省農業種質資源中期庫種質資源的保存安全，設計并構建了中期庫種子活力監測系統，通過種子活力監測數據采集與種子活力模型預測計算相結合的方式對中期庫內保存的種子進行監測，以提醒工作人員對處于臨界期的種質及時進行檢測和繁殖更新。介紹了系統架構、主要功能設計等內容，并詳細描述了活力監測系統的工作流程。

關鍵詞：江蘇省；種質資源；種子活力；中期庫；監測系統；數據庫；模型

中圖分類號： S126；S325文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）09-0368-03

收稿日期：2013-12-11

基金項目：江蘇省農業科技自主創新資金[編號：CX（12）5087]。

作者簡介：楊欣（1982—），女，江蘇揚州人，碩士，助理研究員，主要從事農業種質資源信息系統研究。E-mail：icekeleyx@163.com。

通信作者：顏偉，碩士，副研究員。E-mail：yanw9@hotmail.com。江蘇省農業種質資源中期庫于2008年建成并投入使用，總建筑面積達2 800 m2，其中低溫冷藏庫824 m3[庫溫（-4±2） ℃]，配置5臺冷凍機組和1整套計算機監控成像系統，截至2013年已保存4萬余份包括水稻、小麥、玉米、大豆、油菜等在內的17類農業種質資源，極大地改善了江蘇省農業種質資源的保存狀況。

根據理論計算，種子在（-4±2） ℃、相對濕度（RH）≤50%的貯存條件下，其壽命長達15年。但是不同作物類型、不同遺傳組分的種質因其種子的營養成分、遺傳特性存在差異，加上入庫時的初始活力不同，導致種子活力衰變差異較大，這就使得工作人員難以掌握種質庫中貯存種子的活力變化情況[1]。因此，加強中期庫種子的活力監測研究，建立一套有效的種子活力監測系統對于種質資源的安全保存顯得很有必要[2]。

本研究針對江蘇省農業種質資源中期庫的需求，以投入使用的種質資源庫管理系統為基礎規劃設計種子活力監測系統，旨在通過種子活力監測數據采集和種子活力模型預測計算相結合的方式對中期庫內保存的種子進行監測，以提醒工作人員及時檢測、適時繁殖更新，保證中期庫內各類種質的安全保存[3]。

1系統架構

種子活力監測系統采用以Web技術為基礎的B/S架構進行設計，并基于業界流行的ASP.NET MVC框架和技術來實現，系統整體架構如圖1所示。

整個系統主要分為界面展現層、業務邏輯層、資源庫層、數據訪問層、數據庫層等5個部分，分別簡要介紹如下。

界面展現層負責向用戶呈現各種業務界面，如向用戶直觀地展示某種子的活力預測曲線圖或其所有的監測數據。本系統基于ASP.NET MVC框架開發，界面展現層中主要包括各種視圖、模型和控制器，在控制器和模型中也會調用業務邏

輯層的功能模塊來實現具體的功能，而視圖主要負責向用戶呈現可視化界面。同時，系統還使用了一組可視化工具庫，用來展示各種可視化圖表，如散點圖和曲線圖等。

業務邏輯層是本系統的核心，它定義了領域模型和業務邏輯處理器，并負責處理本系統中所有復雜的業務邏輯。領域模型是合并了行為和數據的領域對象模型，包括種子、活力模型、活力參數、監測數據、智能預警等領域模型。業務邏輯處理器是一組業務邏輯模塊，它們完成了系統中許多重要的功能，如種子活力模型的匹配計算、種子活力模型檢索、統計分析、種子活力預測計算、種子活力智能預警等功能。

資源庫層提供一組資源庫數據訪問接口，主要包括種子活力模型資源庫接口和種子活力監測數據資源庫接口。資源庫是一種常見的設計模式，它用來屏蔽具體的底層實體數據模型和數據訪問細節，提供封裝好、方便的數據接口以支持和簡化業務邏輯層中各項功能模塊的開發。

數據訪問層負責從數據庫中讀取數據，本系統利用微軟ADO.NET實體框架，開發快速建立底層的實體數據模型。

數據庫層主要負責將數據持久化存儲到關系數據庫中。本系統采用微軟數據庫作為底層數據庫，主要包括種子活力模型庫和種子活力監測數據庫。種子活力模型庫中存儲了業界研究公布的各類種子活力模型以及常見的參數值設定，種子活力監測數據庫中存儲了種子活力監測的相關數據，它們共同為種子活力監測和智能預警提供數據支撐。

2系統功能設計

種子活力監測系統主要實現種子活力模型管理、種子活力監測數據管理、種子活力預警管理三大功能。

種子活力模型管理主要實現模型創建編輯、曲線生成、校驗修正以及統計分析功能；種子活力監測數據管理主要實現監測數據的信息管理及統計分析功能；種子活力預警管理主要實現種子活力預測、活力預測曲線生成、活力監測提醒以及種子繁種更新提醒功能。以已經建成的種質資源庫管理系統作為基礎系統，與本系統進行數據對接，實現種質資源相關信息的共享，功能示意圖如圖2所示。

本系統的詳細功能結構圖如圖3所示，下文將對系統中各子模塊的功能依次進行詳細描述。

2.1種子活力模型管理

種子活力模型管理主要包含模型數據庫管理、模型統計分析和模型檢索三大模塊。

2.1.1模型數據庫管理模型數據庫管理模塊主要負責管理各類種子活力模型，包括業界專家研究總結的以及正在研究待驗證完善的各種模型公式，支持各類種子活力模型的創建、編輯、參數設定、校驗修正等，并能根據選擇的模型直觀顯示出種子活力曲線圖。

2.1.2模型統計分析模型統計分析模塊主要用來對模型數據庫中的數據進行統計分析，如計算各類種子活力模型的適用度排名、準確度排名，為用戶選擇種子活力模型提供數據支持。

2.1.3模型檢索模型檢索模塊支持采用字段檢索種子活力模型，如按照種質類別、種質名稱、模型名稱、發明專家等字段在種子活力模型數據庫中進行單項或組合檢索。endprint

2.2種子活力監測數據管理

種子活力監測數據管理支持對種子的各項活力監測數據進行信息管理和統計分析。

2.2.1監測數據信息管理監測數據信息管理模塊提供種子活力監測數據的錄入、編輯、查詢等功能，監測數據包括種子初始活力、歷次監測結果數據等。種子入庫時，首先對種子的初始活力進行測定，將測定結果錄入并保存在系統中；種子長期保存過程中，需要定期進行活力檢測，同時記錄種子各項參數的變化值，錄入并保存在系統中，為校驗修正種子活力模型、預測種子活力提供數據支持。

2.2.2監測數據統計分析監測數據統計分析模塊可對種子活力監測數據進行統計分析和數據挖掘，通過統計各種質種子活力監測的頻度，發現系統中缺少監測數據的種質，從而對其加強監測；根據歷次監測活力數據預測庫存種質的種子活力變化情況，輔助工作人員在種子貯存工作中作出決策。

2.3種子活力預警管理

種子活力預警管理主要包括種子活力預測管理和智能預警兩大部分。

2.3.1種子活力預測管理種子活力預測管理模塊實現種子活力預測、活力預測曲線生成以及預測曲線和實際曲線的比對計算等功能。系統根據種子所設定的活力模型和設定參數能直觀地顯示出種子活力預測曲線，并能計算當前時間或者指定時間的種子活力預測值，為智能預警模塊正常工作提供數據支持。同時，活力預測管理模塊能對活力預測曲線和實際測定曲線進行比較計算，判斷出當前選取種子活力模型的準確性。

2.3.2智能預警智能預警模塊實現系統中的各種預警和提醒功能，包括活力監測時間提醒、繁種更新時間提醒等。智能預警根據種子活力預測曲線實時計算出進行種子活力監測和繁種更新的推薦時間，并及時提醒管理員，為種子安全貯存提供保障。

3種子活力監測流程

種質資源入庫時，首先將種子的各項基本信息錄入到已經建成的種質資源庫管理系統中，同時進行種質初始活力參數測定和錄入。

進行種子活力監測管理時，管理員在種子活力監測系統中選擇該種子，并添加種子活力監測，系統讀取種質資源庫管理系統中種子的基本信息和初始活力參數。由管理員選擇并確定適用于該種子的活力模型，可以根據準確度或使用度排名進行選擇，也可以創建新的種子活力模型，并設定好模型中的各項參數值。成功設定模型后，系統能計算并繪制出種子活力預測曲線圖，同時支持計算當前時間或指定時間對應的種子活力預測值。

種子活力預警管理模塊根據種子活力預測值和系統設置的告警閾值實時計算出種子繁種更新時間和活力監測時間。當種子活力預測值低于告警閾值或者滿足其他設定條件時，系統自動發出種子繁種更新提醒通知，提醒管理員和相關人員盡快安排種子的繁殖更新。當種子活力劇烈變化值高于設定的閾值范圍或滿足其他設定條件時，系統自動發出種子檢測提醒通知，提醒管理員測定種子各項參數和活力值，并將監測數據錄入并保存在活力監測數據庫中。系統根據監測數據進行活力曲線的校驗，判斷種子活力模型是否需要修正，若需要修正則調整種子活力模型或參數，重新進行活力監測和預警計算。種子活力監測流程圖如圖4所示。

4結論

江蘇省農業種質資源中期庫種子活力監測系統的建設可以實現種子活力的預測，提醒工作人員進行種子活力監測和繁殖更新的時間，庫管人員能夠較準確地掌握種質庫中貯存的各類種子的活力，及時對活力低于告警閾值的種子進行繁殖更新；同時還能通過模型預測數據與實際監測數據的比較，對現有種子活力模型和參數進行校驗和修正，為中期庫種質資源的安全保存提供科學依據。

參考文獻：

[1]盧新雄，崔聰淑，陳曉玲，等. 國家種質庫部分作物種子生活力監測結果與分析[J]. 植物遺傳資源科學，2001，2（2）：1-5.

[2]盧新雄，崔聰淑，陳貞，等. 國家庫種質監測信息系統構建的基本思路[J]. 計算機與農業（增刊），1999：30-34.

[3]楊欣，顏偉，許大光，等. 江蘇省農業種質資源庫管系統設計與構建[J]. 農業網絡信息，2010（11）：44-47.干開峰，王俊，張大敏. 6LoWPAN無線傳感網絡溫室監測系統的設計[J]. 江蘇農業科學，2014，42（9）：371-374.endprint

2.2種子活力監測數據管理

種子活力監測數據管理支持對種子的各項活力監測數據進行信息管理和統計分析。

2.2.1監測數據信息管理監測數據信息管理模塊提供種子活力監測數據的錄入、編輯、查詢等功能，監測數據包括種子初始活力、歷次監測結果數據等。種子入庫時，首先對種子的初始活力進行測定，將測定結果錄入并保存在系統中；種子長期保存過程中，需要定期進行活力檢測，同時記錄種子各項參數的變化值，錄入并保存在系統中，為校驗修正種子活力模型、預測種子活力提供數據支持。

2.2.2監測數據統計分析監測數據統計分析模塊可對種子活力監測數據進行統計分析和數據挖掘，通過統計各種質種子活力監測的頻度，發現系統中缺少監測數據的種質，從而對其加強監測；根據歷次監測活力數據預測庫存種質的種子活力變化情況，輔助工作人員在種子貯存工作中作出決策。

2.3種子活力預警管理

種子活力預警管理主要包括種子活力預測管理和智能預警兩大部分。

2.3.1種子活力預測管理種子活力預測管理模塊實現種子活力預測、活力預測曲線生成以及預測曲線和實際曲線的比對計算等功能。系統根據種子所設定的活力模型和設定參數能直觀地顯示出種子活力預測曲線，并能計算當前時間或者指定時間的種子活力預測值，為智能預警模塊正常工作提供數據支持。同時，活力預測管理模塊能對活力預測曲線和實際測定曲線進行比較計算，判斷出當前選取種子活力模型的準確性。

2.3.2智能預警智能預警模塊實現系統中的各種預警和提醒功能，包括活力監測時間提醒、繁種更新時間提醒等。智能預警根據種子活力預測曲線實時計算出進行種子活力監測和繁種更新的推薦時間，并及時提醒管理員，為種子安全貯存提供保障。

3種子活力監測流程

種質資源入庫時，首先將種子的各項基本信息錄入到已經建成的種質資源庫管理系統中，同時進行種質初始活力參數測定和錄入。

進行種子活力監測管理時，管理員在種子活力監測系統中選擇該種子，并添加種子活力監測，系統讀取種質資源庫管理系統中種子的基本信息和初始活力參數。由管理員選擇并確定適用于該種子的活力模型，可以根據準確度或使用度排名進行選擇，也可以創建新的種子活力模型，并設定好模型中的各項參數值。成功設定模型后，系統能計算并繪制出種子活力預測曲線圖，同時支持計算當前時間或指定時間對應的種子活力預測值。

種子活力預警管理模塊根據種子活力預測值和系統設置的告警閾值實時計算出種子繁種更新時間和活力監測時間。當種子活力預測值低于告警閾值或者滿足其他設定條件時，系統自動發出種子繁種更新提醒通知，提醒管理員和相關人員盡快安排種子的繁殖更新。當種子活力劇烈變化值高于設定的閾值范圍或滿足其他設定條件時，系統自動發出種子檢測提醒通知，提醒管理員測定種子各項參數和活力值，并將監測數據錄入并保存在活力監測數據庫中。系統根據監測數據進行活力曲線的校驗，判斷種子活力模型是否需要修正，若需要修正則調整種子活力模型或參數，重新進行活力監測和預警計算。種子活力監測流程圖如圖4所示。

4結論

江蘇省農業種質資源中期庫種子活力監測系統的建設可以實現種子活力的預測，提醒工作人員進行種子活力監測和繁殖更新的時間，庫管人員能夠較準確地掌握種質庫中貯存的各類種子的活力，及時對活力低于告警閾值的種子進行繁殖更新；同時還能通過模型預測數據與實際監測數據的比較，對現有種子活力模型和參數進行校驗和修正，為中期庫種質資源的安全保存提供科學依據。

參考文獻：

[1]盧新雄，崔聰淑，陳曉玲，等. 國家種質庫部分作物種子生活力監測結果與分析[J]. 植物遺傳資源科學，2001，2（2）：1-5.

[2]盧新雄，崔聰淑，陳貞，等. 國家庫種質監測信息系統構建的基本思路[J]. 計算機與農業（增刊），1999：30-34.

[3]楊欣，顏偉，許大光，等. 江蘇省農業種質資源庫管系統設計與構建[J]. 農業網絡信息，2010（11）：44-47.干開峰，王俊，張大敏. 6LoWPAN無線傳感網絡溫室監測系統的設計[J]. 江蘇農業科學，2014，42（9）：371-374.endprint

2.2種子活力監測數據管理

種子活力監測數據管理支持對種子的各項活力監測數據進行信息管理和統計分析。

2.2.1監測數據信息管理監測數據信息管理模塊提供種子活力監測數據的錄入、編輯、查詢等功能，監測數據包括種子初始活力、歷次監測結果數據等。種子入庫時，首先對種子的初始活力進行測定，將測定結果錄入并保存在系統中；種子長期保存過程中，需要定期進行活力檢測，同時記錄種子各項參數的變化值，錄入并保存在系統中，為校驗修正種子活力模型、預測種子活力提供數據支持。

2.2.2監測數據統計分析監測數據統計分析模塊可對種子活力監測數據進行統計分析和數據挖掘，通過統計各種質種子活力監測的頻度，發現系統中缺少監測數據的種質，從而對其加強監測；根據歷次監測活力數據預測庫存種質的種子活力變化情況，輔助工作人員在種子貯存工作中作出決策。

2.3種子活力預警管理

種子活力預警管理主要包括種子活力預測管理和智能預警兩大部分。

2.3.1種子活力預測管理種子活力預測管理模塊實現種子活力預測、活力預測曲線生成以及預測曲線和實際曲線的比對計算等功能。系統根據種子所設定的活力模型和設定參數能直觀地顯示出種子活力預測曲線，并能計算當前時間或者指定時間的種子活力預測值，為智能預警模塊正常工作提供數據支持。同時，活力預測管理模塊能對活力預測曲線和實際測定曲線進行比較計算，判斷出當前選取種子活力模型的準確性。

2.3.2智能預警智能預警模塊實現系統中的各種預警和提醒功能，包括活力監測時間提醒、繁種更新時間提醒等。智能預警根據種子活力預測曲線實時計算出進行種子活力監測和繁種更新的推薦時間，并及時提醒管理員，為種子安全貯存提供保障。

3種子活力監測流程

種質資源入庫時，首先將種子的各項基本信息錄入到已經建成的種質資源庫管理系統中，同時進行種質初始活力參數測定和錄入。

進行種子活力監測管理時，管理員在種子活力監測系統中選擇該種子，并添加種子活力監測，系統讀取種質資源庫管理系統中種子的基本信息和初始活力參數。由管理員選擇并確定適用于該種子的活力模型，可以根據準確度或使用度排名進行選擇，也可以創建新的種子活力模型，并設定好模型中的各項參數值。成功設定模型后，系統能計算并繪制出種子活力預測曲線圖，同時支持計算當前時間或指定時間對應的種子活力預測值。

種子活力預警管理模塊根據種子活力預測值和系統設置的告警閾值實時計算出種子繁種更新時間和活力監測時間。當種子活力預測值低于告警閾值或者滿足其他設定條件時，系統自動發出種子繁種更新提醒通知，提醒管理員和相關人員盡快安排種子的繁殖更新。當種子活力劇烈變化值高于設定的閾值范圍或滿足其他設定條件時，系統自動發出種子檢測提醒通知，提醒管理員測定種子各項參數和活力值，并將監測數據錄入并保存在活力監測數據庫中。系統根據監測數據進行活力曲線的校驗，判斷種子活力模型是否需要修正，若需要修正則調整種子活力模型或參數，重新進行活力監測和預警計算。種子活力監測流程圖如圖4所示。

4結論

江蘇省農業種質資源中期庫種子活力監測系統的建設可以實現種子活力的預測，提醒工作人員進行種子活力監測和繁殖更新的時間，庫管人員能夠較準確地掌握種質庫中貯存的各類種子的活力，及時對活力低于告警閾值的種子進行繁殖更新；同時還能通過模型預測數據與實際監測數據的比較，對現有種子活力模型和參數進行校驗和修正，為中期庫種質資源的安全保存提供科學依據。

參考文獻：

[1]盧新雄，崔聰淑，陳曉玲，等. 國家種質庫部分作物種子生活力監測結果與分析[J]. 植物遺傳資源科學，2001，2（2）：1-5.

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[3]楊欣，顏偉，許大光，等. 江蘇省農業種質資源庫管系統設計與構建[J]. 農業網絡信息，2010（11）：44-47.干開峰，王俊，張大敏. 6LoWPAN無線傳感網絡溫室監測系統的設計[J]. 江蘇農業科學，2014，42（9）：371-374.endprint