葡萄種質資源數據庫系統的構建

姜建福　李川　戰非等

摘要：以國家果樹種質鄭州葡萄圃中保存的歷史數據為數據源，以《葡萄種質資源描述規范和數據標準》為基礎，以“每個數據都是一個‘數據庫、數據動態變化”為原則，采用瀏覽器/服務器結構、ASP動態網頁、SQL Server 2005數據庫技術，構建了葡萄種質資源數據庫系統，實現了對種質歷年數據的管理，為科學合理地管理和利用葡萄種質資源提供技術支持。本文簡單介紹了該數據庫系統的結構、功能和使用特點。

關鍵詞：葡萄；種質資源；數據庫；構建

中圖分類號：S126 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2015）01-0119-05

Abstract In order to provide technical support for management and utilization of grape germplasm resources， the Grape Germplasm Resources Database was constructed utilizing the techniques of ASP.NET and SQL Server 2005 with the B/S structure and the data from historical survey of the National Fruit Germplasm Repository for Grapevine （Zhengzhou）. It was based on the principle“every data was a database， and the data change dynamiclly” and referenced to the “Descriptors and Data Standard for Grape （Vitis L.）”. The database system could manage the data over the years effectively， and its structure， function and feature were introduced simply in this study.

Key words Grape； Germplasm resources； Database； Construction

中國農業科學院鄭州果樹研究所是國家果樹種質鄭州葡萄圃的依托單位，長期從事葡萄種質資源的收集、保存、鑒定與利用工作，已收集保存葡萄野生種、地方品種、育成品種、育種材料、珍稀資源和近緣植物1 400余份，積累了大量的葡萄農藝、經濟性狀數據，并以紙質文本形式進行數據的采集和保存。隨著圃內種質資源調查工作的深入開展，傳統的數據調查與保存方法已經不利于種質資源的管理利用以及信息的交流共享。因此，構建一個葡萄種質資源數據庫系統顯得尤為必要。

自20世紀70年代開始，一些發達國家相繼實現了種質資源檔案的計算機管理。如美國農業部種質資源信息網（Germplasm Resources Information Network，GRIN）[1]，日本的農林水產省基因庫（National Institute of Agrobiological Sciences Genebank，NIAS）[2]，歐洲作物遺傳資源保存和交換合作計劃（European Cooperative Programme for Crop Genetic Resources，ECPGR）[3]，德國葡萄育種研究所創建的國際葡萄品種目錄（Vitis International Variety Catalogue，VIVC）[4]等，這些數據庫系統的建成大大提高了種質資源的利用率。

我國自20世紀80年代以來也相繼建立了多個種質資源數據庫系統，如包含多種作物的中國作物種質資源信息系統（Chinese Crop Germplasm Resources Information System，CGRIS）[5]、國家果樹種質資源數據庫[6]；基于FoxPro數據庫編程語言的玉米、甘薯品種資源數據庫、黑龍江省農作物種質資源數據庫[7～9]；基于ACCESS數據庫軟花生、牧草、小麥、粳稻、木菠蘿、山楂種質資源數據庫，山西省農作物種質資源數據庫，浙江省農林生物種質資源數據庫，新疆野生果樹資源數據庫，熱帶亞熱帶果樹種質資源管理系統等[10～19]；基于B/S模式開發的中國砂梨、茄子、辣椒、南疆特色果樹種質資源信息庫系統[20～23]；基于Web GIS的熱帶作物種質資源信息系統和基于Google Maps API的煙草種質資源數據庫等[24，25]。這些數據庫的建成，極大地提高了我國種質資源信息管理的水平。

縱觀數據庫的發展，目前數據庫多基于種質資源的基本信息進行錄入和查詢，未見針對某一種質資源多年調查數據管理的系統，缺乏持續的數據觀測和數據庫建設，不利于種質潛在信息的挖掘和利用。中國農業科學院鄭州果樹研究所聯合西安航空學院，經過系統的前期探索和設計以及不斷的調試完善，以《葡萄種質資源描述規范和數據標準》[26]為基礎，以“每個數據都是一個‘數據庫、數據動態變化”為原則，最終建成了葡萄種質資源數據庫系統，為科學合理地管理和利用葡萄種質資源提供保障。

1 數據庫的系統設計

1.1 系統開發環境

數據庫建立的主要目的是為用戶提供高效便捷的數據查詢服務，這就要求信息系統一方面能夠存儲和管理日益增長的海量數據信息，同時還要提高主要使用者的工作效率，降低系統維護、更新、升級和運行的成本。在綜合考慮了用戶系統需求和使用需求后，本數據庫選用Windows 2003 Server（含iis6.0）作為ASP的服務環境，SQL Server 2005為后臺數據庫，采用B/S模式進行構建。endprint

1.2 數據項的確定

基于《葡萄種質資源描述規范和數據標準》一書中的165個描述符[26]，根據實際應用需求添加了別名、調查年份和參考文獻三項，以共計168個描述符作為數據庫的數據項。

在葡萄生產上常會有“同名異物”和“異名同物”現象，給準確、快速檢索種質信息帶來不便，而“別名”的設置則使檢索更快捷。由于種質的部分可變性狀（如物候期、果粒大小等）受環境影響較大，不同年份調查數據有差異，需要將調查的數據具體到相關年份，這樣更有針對性，因此添加“調查年份”數據項，以滿足數據的精確化需求。“參考文獻”即為國內外涉及到該品種的文字檔案，可用文獻中的信息來填補各種質描述符中某些性狀的空白，使評價更全面。文獻數據包括品種選育報告、品種介紹、引種試驗、審定公告、相關書籍等有關該品種性狀描述的信息。

1.3 數據來源

數據來自國家果樹種質鄭州葡萄圃中保存的1 400余份種質的歷史調查數據。

2 數據庫系統的實現

主要包括前臺的用戶服務與后臺的系統管理兩部分，其中前臺主要包括種質清單、數據查詢、數據分析等功能，后臺主要是對用戶和數據進行編輯和管理，其主要功能模塊見圖1。

2.1 前臺用戶服務模塊

2.1.1 種質清單 種質清單是該數據庫中所有品種的名錄，該信息隨后臺種質的添加或修改而動態變化。點擊“種質清單”，系統會顯示本系統中所有已錄入的種質份數，并顯示每份種質的基本信息，包括種質名稱、別名、外文名、系譜、學名、原產地、花器類型、果皮顏色等8項（圖2），為了顯示和查看方便，鼠標所在種質行自動生成藍色。

點擊相關各項基本信息，系統會自動對該基本信息列進行升序排列，再次點擊則系統會自動對該列進行降序排列。點擊種質名稱可查看該份種質具體的168項詳細性狀信息，包括基本信息、形態特征和生物學特征、形狀品質特征、抗逆性、抗病蟲性以及其他特性。

對所有年份調查數據的管理是本數據庫的一大特色之一，檢索數據的平均化處理則是特色中的核心。品種的歷年調查數據具有年份特點，某一年的調查數據并不能代表該品種的真實值，因此，數據的平均化處理使調查數據具有了統計意義，更有科學性。該數據庫中每份種質的168項性狀信息會隨著每年該份種質數據的錄入更新而不斷地動態變化，如新梢卷須長度這個性狀，首頁顯示的是各年度的平均值，隨著新一年數據的錄入，該數據由于重新平均化而相應變化；又如萌芽始期這個性狀，該處顯示的是最新錄入年份的數據，隨著錄入新的數據，該數據不斷的變化。

在“種質清單”界面下，最后一欄為“查看歷年”按鍵，點擊則可以查看該份種質錄入的所有年份的具體數據，點擊對應年份的該種質名稱，則顯示該份種質在本年度的具體調查數據；在顯示界面下方有一個“數據導出”按鍵，可以將本年度調查的168項的所有數據導入到Microsoft Excel中，以便后期進行數據處理與統計。

2.1.2 數據查詢 數據查詢是本數據庫系統的核心和實用部分，包括快速查詢和標準查詢（即向導式查詢）兩部分。快速查詢能夠滿足基本的查詢需要，方便快速地獲取查詢結果；標準查詢是在快速查詢基礎上的外延，包括對所有的168個檢索項進行檢索，更適合專業人士使用。

①快速查詢：快速查詢是數據查詢最常用的部分，主要針對一般的檢索需求設計，檢索參數根據主要使用人員最經常用的字段設計，包括種質名稱、別名、外文名、學名、原產國、原產地、種質類型、種子粒數、開花始期、漿果始熟期、果肉香味、果粒形狀、果皮顏色、種質用途共14個檢索描述符，使用哪個描述符進行檢索，則檢索結果的初始界面就可以顯示哪項的檢索結果。點擊“種質名稱”可以查看該份種質的168項詳細性狀，點擊“查看歷年”則可以查看該份種質的歷年具體調查數據。為了更好地輔助檢索，設置了“=、≠、≤、≥、<、>、在……之間、顯示數據”8個操作符對常見檢索參數進行條件性篩選，其中“在……之間”操作符主要是針對數值型的數據，當使用時系統自動彈出兩個數據框，添加數據后就會檢索出介于兩者之間符合條件的種質情況；“顯示數據”操作符主要作用是要求在檢索結果的初始界面顯示該性狀。

在邏輯方面，設置了“加”和“減”操作鍵，可以進行多條件檢索；同其他檢索數據庫一樣，邏輯關系設置了“并且”和“或者”兩個功能。

若一次性沒有檢索到符合條件的種質，還可以使用“在結果中檢索”這一功能繼續添加限定條件進行查詢，直到檢索出符合條件的種質信息。同時還可以將檢索出的數據導入到Microsoft Excel中進行保存，或者選擇列進行打印，具體方法同“種質清單”功能。

②標準查詢：該檢索模塊根據《葡萄種質資源數據描述規范和標準》分為基本信息、形態特征和生物學特征、品質特征、抗逆性、抗病蟲性等6個檢索大項，可對168項描述符的一項或若干項信息進行查詢。查詢的時候，若不設置調查年份，所有數值型描述符顯示該數據所有調查年份的平均值，文字型和日期型描述數據則顯示最新一次錄入的調查數據。為了便于相關性狀的識別，在錄入界面還增加了相關性狀的標準模式圖片，相關結果顯示界面同快速檢索。

2.1.3 統計功能的實現 該功能模塊可對葡萄種質資源的文字型或數值型字段按照一定的原則分類后，統計分析出符合條件的各種質的類型、數量和所占的百分比，點擊相關性狀鏈接，則會進一步顯示符合該性狀條件的種質名稱等信息；數值型數據可以在已知的最大值和最小值范圍內設置區間進行統計分析。

對于數值型數據，選擇需要統計的性狀后，系統會自動給出該性狀的最小值、最大值及5個大小區間，用戶可以根據自己的實際情況設置區間大小，還可以將分析結果生成柱狀圖或者餅狀圖，以更加直觀；也可以將數據分析結果導入到Microsoft Excel中。

2.2 后臺系統管理模塊endprint

后臺管理系統的功能主要包括種質管理、種質詳細信息管理、描述符管理、用戶管理等。

2.2.1 種質管理 該管理模塊中的數據是前臺在不限制年份條件下所調用“平均數據”的來源，共168項，實則是在歷年調查數據的基礎上根據計算公式虛擬的平均值（數值型數據顯示該數據所有調查年份的平均值，文字型和日期型數據則顯示最新的錄入數據）。同一份種質不同年份的調查數據以“保存單位編號”這一數據項作為基本信息導入的鏈接。該部分的數據需要根據歷年的數據進行錄入和編輯。

2.2.2 種質詳細信息管理 該部分是數據庫的基礎，主要功能是為每份種質錄入歷年的調查數據，為后臺種質管理提供數據源，同時該部分也是前臺查看歷年數據功能的數據來源，共計168項，與種質資源管理數據項一一對應。

2.2.3 描述符管理 該模塊主要功能是對數據庫中具體描述符進行添加、修改和刪除，為數據庫的日后拓展做準備。

2.2.4 用戶管理 系統根據不同用戶的權限將用戶分為管理員和一般用戶，管理員主要是對后臺數據和用戶進行編輯管理和系統維護。而一般用戶只能訪問前臺，不能對后臺進行操作。

3 結論與討論

葡萄種質資源數據庫的建成，實現了國家果樹種質鄭州葡萄圃中歷年數據的電子化管理，在功能細節的設計上相對于其他同類數據庫來說更適合葡萄種質資源的調查和評價需求，為種質資源信息管理、數據查詢、分析、種質資源調查工作提供了全新的途徑。

種質的歷年調查數據具有年份特點，某一年的調查數據并不能代表該品種最接近實際的特性，本數據庫初步檢索出的結果是調用的后臺“種質管理”的數據，而“種質管理”的數據是通過后臺“種質信息詳細管理”的歷年數據經過一定邏輯運算的結果，檢索出的每個數據都是基于多個數據經過一定運算的結果，而且該結果隨著新數據的錄入而相應地動態變化，隨著數據錄入項的增多，該結果會更加精確，更加接近品種特性的真實值。

參 考 文 獻：

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