果樹(shù)育種信息數(shù)字化描述處理規(guī)范設(shè)計(jì)和應(yīng)用

張小斌，楊素，顧清，戴美松，鄭可鋒*

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院a數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，b園藝研究所，浙江 杭州 310021)

水果中含有豐富的維生素、礦物質(zhì)和膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)人體非常有益。隨著物質(zhì)水平的不斷提升，水果越來(lái)越成為人們生活中不可或缺的一項(xiàng)消費(fèi)品，且消費(fèi)需求日益增長(zhǎng)。我國(guó)是果品生產(chǎn)大國(guó)，果品的總收獲面積和產(chǎn)量均居世界首位[1]。優(yōu)良品種是影響水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心要素，果樹(shù)育種研究也是水果生產(chǎn)中最基本、最重要的環(huán)節(jié)。隨著近十幾年生物技術(shù)的發(fā)展，育種技術(shù)不斷創(chuàng)新，由單一的實(shí)生選種、雜交育種和芽變選種發(fā)展為常規(guī)育種和分子輔助育種相結(jié)合的方式[2]。雖然現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了育種方式的革命性變化，但大部分性狀參數(shù)的獲取主要依靠人工測(cè)量和紙筆記錄，耗時(shí)耗力、效率低且準(zhǔn)確度差[3]，傳統(tǒng)育種亟須向數(shù)字化育種方向轉(zhuǎn)變。

數(shù)字化育種的前提是要能定量描述各類育種數(shù)據(jù)，并建立育種數(shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)、檢索、統(tǒng)計(jì)分析、建模等平臺(tái)；其次是要有能適應(yīng)育種數(shù)字化的性狀數(shù)據(jù)大規(guī)模快速采集技術(shù)。果樹(shù)育種信息數(shù)字化描述處理規(guī)范是基于計(jì)算機(jī)與移動(dòng)智能終端開(kāi)展育種信息無(wú)紙化采集的重要基礎(chǔ)。為了奠定果樹(shù)育種信息管理與采集系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)，滿足育種過(guò)程中的數(shù)值、文字、圖像等信息的標(biāo)準(zhǔn)采集、快速匯總與高效管理的需求，本研究根據(jù)果樹(shù)育種多年考種工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)果樹(shù)單株標(biāo)識(shí)編碼準(zhǔn)則，使標(biāo)識(shí)包含種類或組合名稱、定植位置和原始編碼等信息，并可被機(jī)器識(shí)別。在單株標(biāo)識(shí)編碼規(guī)則確定的基礎(chǔ)上根據(jù)果樹(shù)種質(zhì)資源行業(yè)描述數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)原理，制定選擇、錄入與拍照等類型性狀描述記錄準(zhǔn)則，形成一套果樹(shù)育種信息數(shù)字化描述處理基礎(chǔ)規(guī)范，滿足田間移動(dòng)記錄時(shí)操作便利性、數(shù)據(jù)統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性等要求[4]。

1 制定依據(jù)

為了在計(jì)算機(jī)中系統(tǒng)、有序、統(tǒng)一地采集記錄與存儲(chǔ)各類果樹(shù)育種信息數(shù)據(jù)，通過(guò)參照常見(jiàn)果樹(shù)種質(zhì)資源描述數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[5-8]和業(yè)界專家知識(shí)，根據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)存儲(chǔ)原理提出了果樹(shù)育種信息數(shù)字化描述處理規(guī)范。該規(guī)范包含果樹(shù)單株標(biāo)識(shí)編碼準(zhǔn)則與果樹(shù)性狀描述記錄準(zhǔn)則。

2 果樹(shù)單株標(biāo)識(shí)編碼準(zhǔn)則

單株編碼是在田間區(qū)分每一份果樹(shù)材料的身份標(biāo)識(shí)，具有唯一性。由四個(gè)部分組成，以“-”符合分隔，例如：P54-YD03-1102-13，簡(jiǎn)稱“四段式編碼”。四段式編碼具體準(zhǔn)則定義如表1所示。

3 果樹(shù)性狀描述記錄準(zhǔn)則

性狀描述記錄準(zhǔn)則是種質(zhì)資源標(biāo)準(zhǔn)化信息化采集與管理的基礎(chǔ)。參照常見(jiàn)果樹(shù)種質(zhì)資源描述數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)界專家知識(shí)，結(jié)合實(shí)際操作便利性制定了選擇(表2)、錄入(表3)與拍照(表4)等類型性狀描述記錄準(zhǔn)則，滿足田間移動(dòng)記錄的統(tǒng)一性、便捷性和準(zhǔn)確性。

表1 四段式編碼準(zhǔn)則的定義

表2 選擇性狀描述記錄的準(zhǔn)則

表3 錄入性狀描述記錄的準(zhǔn)則

表4 拍照性狀描述記錄的準(zhǔn)則

4 規(guī)范應(yīng)用

目前，該規(guī)范已融合應(yīng)用于果樹(shù)育種信息管理與采集系統(tǒng)[9-10]的開(kāi)發(fā)中，以此規(guī)范內(nèi)容為準(zhǔn)則，研發(fā)了包含四段式編碼的果樹(shù)單株二維碼標(biāo)簽(圖1)，形成了桃、梨、柑橘等3套果樹(shù)育種信息數(shù)字化描述處理規(guī)范實(shí)例(表5)。其中：桃規(guī)范包含61個(gè)選擇性狀和76個(gè)錄入性狀；梨規(guī)范包含78個(gè)選擇性狀和25個(gè)錄入性狀；柑橘規(guī)范包含77個(gè)選擇性狀和61個(gè)錄入性狀。它們?yōu)橛N信息數(shù)字化采集和匯總提供了完善的數(shù)據(jù)約束規(guī)范和統(tǒng)一參考依據(jù)。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，該規(guī)范設(shè)計(jì)科學(xué)、內(nèi)容全面，便于用戶在啟用系統(tǒng)前根據(jù)自身育種工作要求自定義性狀描述記錄字段，形成貼合實(shí)際育種需求的果樹(shù)性狀描述符數(shù)據(jù)庫(kù)，利于后期信息采集和管理。同時(shí)，該規(guī)范也有利于開(kāi)展果品區(qū)試實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)果樹(shù)育種科研院所間數(shù)據(jù)共享與交流。

圖1 果樹(shù)單株二維碼標(biāo)簽的示例

表5 梨育種信息數(shù)字化描述處理規(guī)范的部分實(shí)例

5 小結(jié)

本研究從提升我國(guó)果樹(shù)育種信息化技術(shù)水平實(shí)際需要出發(fā)，根據(jù)果樹(shù)育種信息內(nèi)容特點(diǎn)和專業(yè)育種工作要求設(shè)計(jì)了果樹(shù)育種信息數(shù)字化描述處理基礎(chǔ)規(guī)范，并將它成功應(yīng)用于開(kāi)發(fā)果樹(shù)育種信息管理與采集系統(tǒng)[9-10]，形成了桃、梨、柑橘等育種信息數(shù)字化描述規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)與田間各類育種信息的標(biāo)準(zhǔn)采集、快速匯總與高效管理，確保育種數(shù)據(jù)的統(tǒng)一完整，省去了田間手寫紙記與記載后人工轉(zhuǎn)錄的環(huán)節(jié)，提升了育種標(biāo)準(zhǔn)化、信息化管理水平。其他果樹(shù)也可借鑒此基礎(chǔ)框架制定實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)，以支撐相應(yīng)果樹(shù)育種信息的數(shù)字化采集、管理和利用。