李雪　楊濤

摘要：針對(duì)遼寧省玉米育種工作的實(shí)際需求，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)線考種、田間試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)的調(diào)研以及查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，獲取了穗型、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、粒型、百粒質(zhì)量等玉米數(shù)據(jù)信息以及配合力分析的基本概念、模型、方法和作用等資料。利用SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)編程技術(shù)，圍繞考種信息管理、種子信息管理、數(shù)據(jù)分析3個(gè)主要功能模塊設(shè)計(jì)了對(duì)玉米性狀數(shù)據(jù)等相關(guān)信息進(jìn)行有效管理和綜合分析利用的玉米育種信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)了玉米育種信息的科學(xué)管理，提高了育種效率，使數(shù)據(jù)化育種成為可能。

關(guān)鍵詞：玉米育種；管理；信息系統(tǒng)；配合力

中圖分類號(hào)：S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002—1302（2016）01—0418—04

近年來(lái)，國(guó)外大型種業(yè)公司早已實(shí)現(xiàn)了玉米育種信息綜合管理信息化，使用專業(yè)的育種數(shù)據(jù)管理軟件，極大提升了育種工作的效率，減輕了育種工作量。與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)種業(yè)發(fā)展仍處于初級(jí)階段，性狀參數(shù)等信息的管理大多還停留在借助Excel等通用辦公軟件的半手工階段，時(shí)間成本很高，數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重，人為誤差大。

國(guó)內(nèi)目前僅有2款專業(yè)的育種軟件，分別為北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心研發(fā)的作物育種信息綜合管理平臺(tái)、博思公司開(kāi)發(fā)的農(nóng)博士育種專家軟件。其中作物育種信息綜合管理平臺(tái)與傳統(tǒng)育種資源的保存管理等方式相比，具有化繁為簡(jiǎn)、實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)；農(nóng)博士育種專家軟件于2004年設(shè)計(jì)研發(fā)，國(guó)內(nèi)多位頂尖育種專家對(duì)這款軟件的開(kāi)發(fā)給出了指導(dǎo)建議，采用大型數(shù)據(jù)庫(kù)，支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)異地匯總，照片及文本數(shù)據(jù)采用一體化管理，在育種信息化應(yīng)用的多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域掌握了核心技術(shù)，極大推動(dòng)了中國(guó)育種信息化應(yīng)用的水平。這款軟件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)在于，可以不用修改軟件，用戶定制不同育種作物種類進(jìn)行設(shè)置，直接應(yīng)用在數(shù)據(jù)管理上。

然而以上2款軟件所處理的數(shù)據(jù)多數(shù)來(lái)自人工采集，資源少，參數(shù)不全，幾乎沒(méi)有涉及配合力（combining ability，ca或CA）方面的分析。相比較而言，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源為筆者所在課題組自主研發(fā)的高通量工廠化玉米考種生產(chǎn)線，數(shù)據(jù)量大，指標(biāo)全面，且應(yīng)用了配合力相關(guān)分析。本研究采用相關(guān)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)育種數(shù)據(jù)的管理與分析，可以有效解決育種、考種工作中信息量大、管理復(fù)雜的問(wèn)題，減少育種人員對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴，提高育種精度和數(shù)據(jù)利用效率。

1配合力分析基本原理

1.1配合力概述

無(wú)論育種目標(biāo)是創(chuàng)造具有雜種優(yōu)勢(shì)的雜合體或分離出超親的優(yōu)異純合體品種，關(guān)鍵問(wèn)題之一是雜交親本的選擇，根據(jù)調(diào)查資料顯示，配合力是雜交組合中親本各性狀配合能力的一個(gè)指標(biāo)。

1.3配合力分析方法

完全雙列雜交法，也稱Griffing法，指在一級(jí)親本間（P個(gè)自交系或品種）進(jìn)行所有可能的雜交，配成包括雜交組合、自交組合在內(nèi)的全部組合。根據(jù)試驗(yàn)中所包含的組合模型不同，有如下4種設(shè)計(jì)方法：

（1）Griffing法1：自交親本P個(gè)，正、反交組合P（P-1）個(gè)，共有P個(gè)組合試驗(yàn)；（2）Griffing法2：自交親本P個(gè)，正交或反交組合1套1/2（P-1）個(gè)，共有W2（P-1）P個(gè)組合試驗(yàn)；（3）Griffing法3：只有正、反交組合，共有P（P-1）個(gè)組合試驗(yàn)；（4）Griffing法4：只有正交或反交組合1/2P（P-1）個(gè)組合試驗(yàn)。

不完全雙列雜交，是指2套親本之間兩兩雜交（不包括反交）。部分雙列雜交，是完全雙列雜交的1個(gè)樣本，為使每個(gè)親本有關(guān)的參數(shù)保持均衡可比，我們要求這n個(gè)用來(lái)雜交的親本中的每1個(gè)都將出現(xiàn)在s個(gè)雜交組合當(dāng)中。設(shè)計(jì)方案包括：輪回設(shè)計(jì)、“三角形”設(shè)計(jì)、“因子”設(shè)計(jì)。

由于完全雙列雜交法包括所有親本的全部可能組合，因此能充分地提供各種試驗(yàn)信息，使我們能對(duì)材料進(jìn)行細(xì)致的系統(tǒng)分析，估計(jì)內(nèi)容較多，而且較為精準(zhǔn)。幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外采用此法研究數(shù)量性狀的遺傳和育種問(wèn)題甚為普遍。

配合力分析對(duì)玉米雜種優(yōu)勢(shì)利用的研究工作起著很大的推動(dòng)作用，玉米自交系配合力的測(cè)定已成為組配新雜交種必不可少的環(huán)節(jié)。因此，本研究將致力于把配合力相關(guān)分析應(yīng)用到系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。

2輔助玉米育種綜合信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為前端頁(yè)面、后臺(tái)服務(wù)端代碼2個(gè)部分。在Visual Studio開(kāi)發(fā)平臺(tái)上使用HTML、JavaScript腳本語(yǔ)言進(jìn)行前端的編寫(xiě)，使用C#語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端代碼。如圖1所示，用戶通過(guò)瀏覽器進(jìn)行操作，并實(shí)現(xiàn)如下幾個(gè)主要功能：（1）考種信息管理，對(duì)玉米果穗、籽粒等考種信息利用ASP.NET技術(shù)連接數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的展示、新增、刪除、修改功能并可導(dǎo)人已有的資源數(shù)據(jù)；（2）種子信息管理，對(duì)育種資源進(jìn)行系統(tǒng)管理，包括父母本信息、操作信息、出入庫(kù)日志等；（3）育種信息分析，提供配合力分析等常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析，糅合育種家的經(jīng)驗(yàn)，輔助育種家篩選出綜合性狀優(yōu)良的材料。

2.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

基于上述設(shè)計(jì)，利用SQL Sever建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖2所示，主要表格包括：（1）種子信息表，在該數(shù)據(jù)表中，主要存儲(chǔ)種子的基本信息，如親本信息、類別、雜交值、配合力效應(yīng)、實(shí)時(shí)入庫(kù)時(shí)間等，其中以數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)生成的編號(hào)作為該表的主鍵；（2）考種信息表，在該數(shù)據(jù)表中，主要存儲(chǔ)玉米的考種信息，如穗型、百粒質(zhì)量、粒型等，仍以數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)生成的編號(hào)作為該表的主鍵；（3）種子分類表，作為種子信息表的關(guān)聯(lián)表，主要存儲(chǔ)種子的類別名稱、圖片，以數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)生成的編號(hào)作為該表的主鍵。

以下為本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中與用戶權(quán)限管理相關(guān)的數(shù)據(jù)表——系統(tǒng)用戶表，在該數(shù)據(jù)表中，主要存儲(chǔ)注冊(cè)用戶的賬號(hào)、密碼以及真實(shí)姓名，以數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)生成的編號(hào)作為該表的主鍵。

2.3系統(tǒng)流程

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，主體部署在服務(wù)器上，與SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的玉米信息庫(kù)進(jìn)行通訊。如圖3所示，將從考種生產(chǎn)線等渠道獲得的數(shù)據(jù)輸入或?qū)讼到y(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)操作。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)通過(guò)東亞種業(yè)公司推出的玉米種子數(shù)據(jù)進(jìn)行試測(cè)，如圖4、圖5所示，全部數(shù)據(jù)會(huì)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，可多次利用且防止數(shù)據(jù)丟失。結(jié)果表明數(shù)據(jù)均處理準(zhǔn)確、精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了信息的管理和分析利用。

其中用戶可分為2大類：（1）高級(jí)用戶，負(fù)責(zé)育種數(shù)據(jù)等信息的增加、刪除和修改等操作，這類用戶擁有較高級(jí)別的操作權(quán)限，需認(rèn)證賬號(hào)和密碼才能進(jìn)行相關(guān)操作；（2）一般用戶，可以瀏覽經(jīng)后臺(tái)分析和處理后的數(shù)據(jù)并就相關(guān)問(wèn)題及時(shí)提出反饋。

單株產(chǎn)量GCA與穗長(zhǎng)、百粒質(zhì)量等性狀的GCA呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，因此數(shù)據(jù)分析部分以產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。由圖6可見(jiàn)，設(shè)有4個(gè)父本A、B、C、D和4個(gè)母本E、F、G、H，它們所有交配的正交組合16個(gè)（其中AE即表示A和E雜交），置于親本數(shù)據(jù)欄，經(jīng)過(guò)服務(wù)器端的分析方法計(jì)算得出一般和特殊配合力效應(yīng)的數(shù)據(jù)，發(fā)回到客戶端供系統(tǒng)用戶使用，并同步顯示測(cè)試時(shí)間。以第2組測(cè)試數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說(shuō)明：服務(wù)器端將實(shí)現(xiàn)以下過(guò)程，首先可得這16個(gè)F₁（組合）的小區(qū)總平均產(chǎn)量8.5，以A為父本的4個(gè)組合的平均產(chǎn)量8.3等數(shù)據(jù)。在不考慮隨機(jī)誤差的情況下，進(jìn)而計(jì)算出不同母本和父本的一般配合力的大小。根據(jù)一般配合力的含義，E×A的產(chǎn)量應(yīng)該這樣計(jì)算：A為父本，結(jié)果應(yīng)比總平均8.5少0.2，又由于E為母本應(yīng)多0.4；從而（E×A）_r小區(qū)產(chǎn)量應(yīng)為8.5-0.2+0.4=8.7。但實(shí)際小區(qū)產(chǎn)量是8.8，比根據(jù)一般配合力的預(yù)測(cè)值8.7多0.1，我們稱這0.1為E×A這個(gè)特定組合的特殊配合力。最后將初始數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果展示到頁(yè)面，供系統(tǒng)用戶參考利用。

4結(jié)論與討論

為了解決玉米育種信息管理過(guò)程中考種及種子信息的數(shù)據(jù)多、管理難等問(wèn)題，本研究設(shè)計(jì)了1個(gè)玉米育種信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)利用配合力相關(guān)分析輔助玉米育種優(yōu)勢(shì)決策，通過(guò)構(gòu)建玉米育種信息數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合ASP.NET技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了基于B/S架構(gòu)的輔助玉米育種綜合信息管理的功能。系統(tǒng)測(cè)試證明，本系統(tǒng)運(yùn)行正常，信息管理可靠、有效，從而為玉米育種信息的管理和分析利用提供了1種有效的解決方案。