建設遼寧省大農業基因資源數據平臺的思考

文丨孟未來 陳愛國 紀曄

為提高遼寧省“農業芯片”——種質資源的共享利用效率，作者調查了遼寧省微生物、柞蠶、淡水魚類、海產品、經濟林等基因資源的保存利用及信息化系統建設情況，發現和歸納了存在的問題，并針對問題提出了相關建議。

農業種質資源是新品種選育和農業科技原始創新的基礎，是保障國家糧食安全的戰略性資源。

隨著2021 年中央一號文件的發布， 種業在國家的基礎性和戰略性核心產業地位得到進一步強化，種質資源保護的基礎性、公益性、戰略性、長期性定位得到進一步明確，農業種質資源保護與利用開啟了新的篇章。 廣義上的農業種質資源即大農業的基因資源不僅包括農作物，還包括畜禽、水產、海洋、果樹、經濟林、農業微生物等種質資源。 農業種質資源是新品種選育和農業科技原始創新的基礎，是保障國家糧食安全的戰略性資源。

遼寧省農作物種質資源豐富， 擁有省級及以上農作物種質庫23 個，畜禽保護場11 個，水產種質資源保護區15 個，累計種質庫（圃、場、區）49個。 目前，遼寧省農業科學院種質基因庫已收集、保存農作物資源3 萬余份，涵蓋玉米、水稻、大豆、高粱、花生、小麥、大麥、小豆、芝麻、黍稷、谷子等16 種主要農作物。 非主要農作物方面同樣保存了許多優質種質資源， 如遼寧省果樹研究所的國家李杏資源圃保存了李種質資源779 份， 杏種質資源919 份； 沈陽農業大學的國家山楂種質資源圃保存山楂種質資源420 份，榛子種質資源164 份。2011 年，遼寧省農業科學院根據種質庫日常出入庫管理自主設計開發了LGRIS（Liaoning Germplasm Resources Information System）， 該系統實現了種質庫庫內管理與庫外發布的聯動管理。 多年來，該系統運行穩定， 在遼寧省農作物種質資源管理和引種共享，以及農業育種科研方面發揮了重要作用。但LGRIS 一代系統已經運行多年， 功能上已明顯落后，并且未包含非主要農作物如果樹、畜禽、林草、海洋、淡水、柞蠶、微生物等基因資源，已經不能滿足建立遼寧省大農業、大數據平臺的需求。 為建設統一規范的遼寧省農業生物基因資源共享管理平臺，作者以微生物、柞蠶、淡水魚類、海產品、經濟林5 個基因資源為主要方向， 以非主要農作物基因資源的保存和信息化建設情況為主要內容進行了調查研究。 調研單位為遼寧省農業科學院相關院所和沈陽農業大學， 數據獲取方式為實地科研單位考察和電話訪談相關專家。

一、非主要農作物種質資源調查

（一）微生物資源

微生物無處不在，它與人類的生存、生產和生活息息相關。 微生物用途廣泛， 可用于生產如奶酪、酒、酸奶、面包、饅頭等食品，也可用于凈化水源、吸附重金屬等領域，人體內的腸道微生物可助力食物的消化和吸收， 土壤內的微生物在維持土壤生態環境中也起著重要作用。

遼寧省微生物科學研究院目前保存農業微生物資源700 余份，根據微生物的不同品性，主要有4℃低溫庫保存、-80℃冷凍保存、 液氮方式保存、凍干法常溫保存幾種保存方式。

遼寧省微生物共享平臺于2006 年立項，信息系統管理程序的開發單位是遼寧省科學技術情報研究所， 數據標準采用國家農業微生物共享平臺的描述標準， 運行后網站數據庫服務器也在遼寧省科學技術情報研究所。 共享平臺于2008 年開始上線運行。 此平臺面向對象主要為微生物科研工作人員和微生物專業學生。 運行期間，每年都有大量的微生物菌種被互換、交流、共享，為遼寧省及全國的微生物科研工作提供了有力支撐。 然而，該系統在運行4~5 年后， 由于遼寧省科學技術情報研究所辦公地點搬遷及后續項目經費欠缺， 導致共享平臺關閉。 目前，微生物種質資源庫只有單位內部管理系統用于日常查詢使用。

（二）柞蠶資源

柞蠶（Antheraea pernyi）是鱗翅目大蠶蛾科，屬一種吐絲昆蟲，聯合國糧食及農業組織（FAO）稱之為非家蠶（No-mulberry silkworm），是柞蠶屬35 個種和變種中生產利用量及經濟價值最大的一個。

目前，柞蠶一化性種質主要分布在河南省，二化性種質分布主要以遼寧省為中心， 范圍覆蓋吉林省、黑龍江省及內蒙古自治區。 這些地區集中保存了全國70%以上的柞蠶種質資源， 匯集了柞蠶豐富的遺傳多樣性和基因資源， 為柞蠶遺傳學研究和優良品種選育， 以及保障柞蠶產業可持續發展奠定了重要的物質基礎。

遼寧省柞蠶資源數據庫記載保存數量是118份，保存方式為活體保存。 遼寧省蠶業科學研究所于2008 年建立柞蠶信息共享平臺，目前一直在使用中，平臺掛靠在遼寧省蠶業科學研究所網站上，但數據庫結構比較簡單，功能較為單一。

（三）淡水魚類資源

水產種質資源是漁業捕撈、 水產增殖養殖和良種選育的生物基礎， 是漁業可持續發展的重要物質基礎之一， 具有較高的經濟價值和遺傳育種價值。

遼寧省淡水魚類，目前主要采用活體庫保存，有普通魚類和特色魚類共37 種，并保存了部分物種的分子標記序列。 但目前一直沒有淡水魚信息管理系統和對外共享網站。 相較于農作物資源交流共享，淡水魚類共享交流要少一些，主要資源交流是把從南方運來的大眾品種向省內魚塘飼養戶周轉。 目前遼寧省正在籌備建設基因庫（包括信息化系統建設）， 資源保存方式采用-80℃超低溫冰箱冷凍保存和液氮保存兩種方式。

（四）海產品資源

遼寧省海洋水產科學研究院目前保存海產品種質資源數量有150 種，其中魚類85 種、甲殼類14 種、貝類31 種、藻類6 種、棘皮類3 種、頭足類6種、哺乳類1 種、其他4 種。 保存方式有活體保存、基因保存、精子和卵子保存3 種模式。 目前尚未建設海洋基因資源信息系統和共享網站， 種質基因庫和數據庫平臺正在規劃建設中。 在實際科研工作中， 與主要農作物種質資源共享交流的數量相比，海產品基因資源共享交流的不多。

（五）經濟林資源

經濟林是指以生產果品、食用油料、飲料、調料、工業原料和藥材為主要目的的林木。 除用作木材以外，相應產品有樹木的果實、種子、花、葉、皮、根、 樹脂、 樹液等直接產品或是經加工制成的油脂、食品、能源、藥品、香料、飲料、調料、漆料、蠟料、膠料、樹脂、單寧、纖維等間接產品，國外稱之為非木材（質）林產品（Non-Wood Forest Product，NWFP）。

目前，遼寧省經濟林資源主要分為4 個品種：核桃、榛子、栗子、軟棗獼猴桃，累計保存資源200余份，資源渠道是外引和自己培育。 經濟林基因資源共享交流需求量不大， 主要是行業內兄弟單位或科研人員之間直接互相交流。 資源共享網站和信息管理系統目前都尚未建設， 單位網站也沒有關于資源共享展示的模塊。 目前經濟林性狀描述缺乏國家標準，原相關部門下發的標準過于簡單，適用于大林業，而由于經濟林偏重果樹和干果類，所以性狀描述相對要復雜詳細得多， 因此遼寧省經濟林種質資源性狀描述需要重新規劃設置。 在第二個百年奮斗目標的歷史階段， 林木資源的基礎性、根本性影響更加凸顯出來，扎實做好林木資源保護管理工作顯得尤為重要。

二、分析與建議

在全球“基因大戰”的大背景下，農作物種質資源的利用效率、 農作物育種和生產水平直接影響著我國的競爭力水平。 種質資源共享是保護種質資源和提高資源利用率的一種有效途徑。 各科研單位應將分散的“私有資源”及其信息匯總納入種質資源數據平臺進行統一管理和發放。 目前遼寧省微生物、海產品、淡水魚類、經濟林等資源都沒有建設和使用數據信息系統， 柞蠶有對外服務數據庫，但年限已久且功能相對簡單。 種質基因資源工作是長久性的公益工作， 其信息系統類數據庫建設項目需要資金長久支持， 項目結題后財政支持的停止會造成信息系統后期運行、維護、升級等受到干擾或停擺。 習近平總書記在東北三省考察中強調“率先實現農業物質裝備現代化、科技現代化、經營管理現代化、農業信息化、資源利用可持續化”， 凸顯了發展農業信息化工作的重要性。在2022 年中央農村工作會議上，習近平總書記還強調“依靠自己力量端牢飯碗”。 飯碗的背后是好種子，好種子的背后是基因資源。 基因資源是發展“大農業”的基礎，是中國糧食的安全保障。 如何讓靜態保存的基因資源發揮出最大化的動態效益，這就需要借助數字信息的力量。 江蘇省、廣東省已經率先在國內建立起了涵蓋所有農業基因資源的大農業數據平臺。

鑒于遼寧省農業生物基因資源調查的實際情況，如今農業生物基因數據亟待整合，需要設計建設統一規范的遼寧農業生物基因資源共享管理系統。 以遼寧省農業科學院種質庫農作物基因資源為主，以其他庫圃資源為輔，通過“物理分散，邏輯統一”的方式進行資源庫圃建設與管理。各類資源信息整合后所有權仍歸保藏機構所有，平臺作為資源信息的匯交中心和展示窗口，通過統一的入口界面為遼寧省科技工作者提供快速便捷的查詢、索引、提交等一站式信息資源共享開放服務。

按照我國種質基因資源工作“廣泛收集、妥善保存、深入研究、積極創新、充分利用”的指導方針，遼寧大農業生物基因資源共享平臺將部署在遼寧省政務云平臺上，集電腦、微信小程序、智能手機App 三終端合一，匯集了遼寧省各類農業生物基因數據形成對外展示窗口，全方位、多角度為資源管理者和資源引用者提供高效服務。 同時將目前已積累的大量關于作物種質資源遺傳多樣性、 相關目標性狀基因等分子標記信息，乃至基因序列信息與現有平臺相聯合，這是進一步利用信息技術實現科技創新和突破的新支撐點，也必然是今后信息共享體系的重要內容。