李建新，席蒙慧，張嘉瑋，席蒙娟，田丁，魯懿哲，陳曉陽，李衛(wèi)華，張雪海，湯繼華

（1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/省部共建小麥玉米作物學(xué)國家重點實驗室，鄭州 450002；2南陽師范學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河南南陽 473061；3新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院管理學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 450003；4鄭州工程技術(shù)學(xué)院中德學(xué)院，鄭州 450000）

0 引言

【研究意義】玉米是世界上主要的糧食、飼料與工業(yè)原料，對保證全球糧食安全發(fā)揮了重要作用[1]。在玉米增產(chǎn)的諸多因素中，品種改良的貢獻(xiàn)率約為35%[2]，因此，新品種的選育與推廣是促進(jìn)中國玉米產(chǎn)量不斷提高的重要因素。由于玉米是利用雜種優(yōu)勢的作物，優(yōu)良自交系的選育是組配出強(qiáng)優(yōu)勢雜交組合的前提，而明確不同自交系的血緣關(guān)系是自交系改良與雜交組合組配的重要基礎(chǔ)[3]。然而，中國玉米種質(zhì)資源主要來源于外來種的引進(jìn)。此外，隨著中國種子法的頒布實施及玉米試驗與審定制度的改革，玉米育種逐漸由科研單位主導(dǎo)的公益性研究向以企業(yè)為主的商業(yè)化育種模式轉(zhuǎn)變，形成了科研單位、企業(yè)和獨立育種人并行的局面。商業(yè)化育種在一定程度上限制了種質(zhì)資源的交流利用，導(dǎo)致不同單位間選育的自交系系譜關(guān)系并不十分明確，已成為不同來源種質(zhì)資源進(jìn)一步改良利用的限制因素[4]。在自交系選系基礎(chǔ)材料組配過程中，育種家如果想要了解基礎(chǔ)材料的血緣與系譜關(guān)系，往往需要翻閱大量資料。另外，在種質(zhì)資源交流與利用過程中，許多育種人員對自交系的來源與系譜關(guān)系并不一定全面了解，致使在基礎(chǔ)材料組配過程中存在一定的盲目性，從而限制了育種效率的提高。【前人研究進(jìn)展】隨著計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)思維逐漸滲入到育種行業(yè)[5]，一些商業(yè)化育種軟件及考種系統(tǒng)被逐漸開發(fā)。而在品種系譜數(shù)據(jù)庫方面，目前，僅有水稻和花生兩大作物構(gòu)建了詳細(xì)的品種系譜數(shù)據(jù)庫[6-7]，并且被廣泛使用。而玉米上，僅有諸如種業(yè)商務(wù)網(wǎng)[8]、中國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺[9]、第一種業(yè)網(wǎng)[10]、《中國玉米品種及其系譜》[11]等可以查詢自交系或品種信息的網(wǎng)站或書本，未見可以查詢自交系或品種詳細(xì)系譜數(shù)據(jù)庫的報道?！颈狙芯壳腥朦c】玉米是中國第一大糧食作物，且播種區(qū)域跨度大，品種類型繁多，加之不同自交系之間相互雜交改良，親緣信息沒有得到有效梳理，造成很多自交系的系譜難以有效追溯，給自交系的進(jìn)一步改良利用造成一定困難[12]。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究以現(xiàn)有玉米自交系及品種審定信息為基礎(chǔ)，構(gòu)建了中國玉米品種及其親本系譜數(shù)據(jù)庫，彌補了現(xiàn)有玉米品種信息數(shù)據(jù)庫的不足，尤其是添加了系譜追溯、子代查詢、定制化查詢、糾錯系譜信息及他人上傳自交系及品種系譜信息等功能，供國內(nèi)玉米育種及科研工作者共同使用、開發(fā)和維護(hù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)庫以省級及中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部網(wǎng)站的玉米品種審定公示公告、引種公示公告、更名公示公告（僅有2017年及以后審定的品種信息）等信息作為第一數(shù)據(jù)源；以百度文庫、種業(yè)商務(wù)網(wǎng)、中國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺、第一種業(yè)網(wǎng)[8-10]的自交系及品種信息作為第二數(shù)據(jù)源；以書本[11-16]及相關(guān)文獻(xiàn)[3,17-30]的自交系及品種信息作為第三數(shù)據(jù)源。

1.2 服務(wù)器環(huán)境配置和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫采用基于LNMP（Linux系統(tǒng)+Nginx服務(wù)器軟件+MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)+PHP超文本預(yù)處理軟件）的服務(wù)器環(huán)境配置[31]，相比于 Windows+IIS+SQL服務(wù)器環(huán)境配置，LNMP具有成熟、開源、穩(wěn)定、免費等特點，已被各大網(wǎng)站廣泛使用[32-34]。MySQL數(shù)據(jù)庫根據(jù)《主要農(nóng)作物品種審定辦法》第五章第三十二條內(nèi)容，通過查閱大量審定品種的詳細(xì)信息并總結(jié)規(guī)律，確定了基本信息、特征信息和其他信息三張數(shù)據(jù)表。其中，基本信息表包括8個字段：品種名稱（name）、審定編號（certification code）、審定年份（year）、審定地點（certification place）、審定單位（certification organization）、選育單位（breeding organization）、母本（mother）和父本（father）；特征信息表包括5個字段：來源類型（origin）、種植區(qū)域（area）、特征特性（feature）、產(chǎn)量表現(xiàn)（yield）和栽培要點（point）；其他信息表包括2個字段：數(shù)據(jù)來源（data source）和備注（note）。每個字段根據(jù)其文字?jǐn)?shù)量配置不同的字段類型，確保數(shù)據(jù)庫信息被充分利用。

1.3 數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)化管理

在服務(wù)器上運行織夢內(nèi)容管理系統(tǒng)（DedeCMS），用于數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)站制作及對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行快速操作[35]。系譜樹的實現(xiàn)通過 AJAX（Asynchronous Javascript And XML）異步請求方式向服務(wù)器提交查詢請求，經(jīng)PHP處理后從數(shù)據(jù)庫提取相關(guān)自交系及品種信息，并將處理后的信息以詳細(xì)信息及系譜樹返回給網(wǎng)頁前端展現(xiàn)給用戶（圖1和圖2）。

圖1 客戶端向服務(wù)端發(fā)送ajax請求后處理流程圖Fig.1 The processing flowchart of an ajax request sent by the client to the server

圖2 系譜樹顯示原理Fig.2 The principle of genealogical tree

1.4 數(shù)據(jù)庫的維護(hù)

利用 DedeCMS管理并更新數(shù)據(jù)庫，可實現(xiàn)玉米品種及自交系系譜信息的增加、修改、刪除等操作。同時使用phpMyAdmin軟件對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進(jìn)行后期優(yōu)化和新功能的添加，滿足玉米育種及科研工作者的需求。

2 結(jié)果

2.1 數(shù)據(jù)錄入及網(wǎng)頁特點

第一數(shù)據(jù)源采用通配符、正則表達(dá)式等方式匹配并整合到數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的字段中。第二和第三數(shù)據(jù)源因數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，無法采用通配符和正則表達(dá)式等方式匹配數(shù)據(jù)，則采用人工錄入整合到數(shù)據(jù)庫。為方便第二、三數(shù)據(jù)源的錄入，網(wǎng)頁前端設(shè)置了數(shù)據(jù)提交入口（https://maizedata.cn/submit/genealogy/），采用前臺提交數(shù)據(jù)，后臺審核發(fā)布的方式將采集到的數(shù)據(jù)開放給用戶瀏覽，訪客也可自行通過該入口提交信息。目前總共收錄玉米自交系及品種信息10 000余條，其中涉及自交系1 218個，雜交種7 823個，每個雜交種因?qū)彾ň幪柌煌?，收錄的品種信息從1至10條不等。

網(wǎng)站采用自適應(yīng)頁面，自適應(yīng)不同屏幕尺寸的PC、手機(jī)及平板電腦端，無需安裝客戶端，即可快捷查詢。此外，本網(wǎng)站（https://www.maizedata.cn）已被百度、360搜索、必應(yīng)等搜索引擎收錄；亦可通過小麥玉米作物學(xué)國家重點實驗室（http://foodcrop.henau.edu.cn/）頁面的常用網(wǎng)站鏈接進(jìn)入。

2.2 關(guān)鍵詞查詢

網(wǎng)站首頁搜索欄中輸入自交系或品種名稱，即可檢索出相應(yīng)自交系和品種信息；網(wǎng)頁搜索欄下方為定制化查詢板塊（圖 3）。“按關(guān)鍵詞搜索”欄，可根據(jù)品種名稱、審定編號、母本名和父本名等任意一條或多條信息組合，檢索自交系和品種的系譜及信息；此外，在審定編號欄輸入年份，即可查詢該年份審定的所有品種及其系譜信息；輸入父（母）本信息，可查詢該自交系所有子一代品種及其系譜信息；按此方法循環(huán)查詢該檢索結(jié)果頁面的所有品種信息，則可查詢到一份既有親代又有子代的完整系譜樹。

2.3 審定年份查詢

高級搜索板塊“按時間跨度搜索”欄（圖 3），訪客可輸入起始時間（左邊輸入框）和結(jié)束時間（右邊輸入框）或拖動輸入框上方的滑塊來確定查詢時間區(qū)間，點擊“提交”按鈕即可查詢到該時間區(qū)間內(nèi)的所有自交系、品種及其系譜信息。

2.4 審定地點查詢

在高級搜索板塊“按地點搜索”欄中（圖 3），用戶只需點擊相應(yīng)省份或直轄市即可查詢該地區(qū)不同時期的玉米自交系及歷年審定品種信息。

2.5 系譜樹查詢

圖3 高級搜索頁面Fig.3 Advanced Search page

詳情頁可同時查看品種信息和系譜樹，為節(jié)省服務(wù)器帶寬，系譜樹默認(rèn)不展開（圖4，以必祥101為例）。訪客點擊“”展開下一級系譜樹（父母本縮進(jìn)約2個字符）；已展開系譜的品種左邊顯示為“”，再次點擊即可收起。若品種左邊顯示為“□”，表示該品種已無父母本。點擊自交系或品種名稱即可查看其詳細(xì)信息。

2.6 子代查詢

子代查詢模塊位于詳情頁中系譜樹模塊下方，該模塊列出了該自交系或品種的所有子代及子代的子代（圖5，以黃早四為例，所有雜交種前面均注明雜交種，未注明的為自交系）。訪客點擊“”展開下一級系譜樹（每一代縮進(jìn)約2個字符），已展開系譜的自交系或品種左邊顯示為“”，再次點擊即可收起。若用戶點完“”，子一代左邊顯示為“”，但下一級卻不顯示，則表示數(shù)據(jù)庫中沒有該自交系或品種的子代。點擊自交系或品種名稱即可查看其詳細(xì)信息。

圖4 必祥101系譜Fig.4 Genealogical of Bixiang 101

圖5 黃早四的子代及子代的子代Fig.5 Offsprings of Huang Zaosi and their offsprings

3 討論

玉米品種及其親本系譜數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，在一定程度上集合了更多的玉米自交系信息及品種審定信息，解決了系譜追溯困難等問題，節(jié)約了玉米育種及科研工作者查詢玉米自交系和品種信息及系譜追溯的時間。截止到目前，本數(shù)據(jù)庫收錄的玉米自交系及品種信息最為齊全（10 000余條）。此外，本數(shù)據(jù)庫的查詢功能更豐富，擁有強(qiáng)大的系譜樹組件、子代查詢及定制化查詢等功能。然而由于從網(wǎng)上及文獻(xiàn)搜集的系譜信息有限，導(dǎo)致有些品種僅能查詢到品種本身信息，無父母本信息，加之近幾年玉米審定品種數(shù)量大幅度增加，部分品種信息可能未被及時收錄。未來隨著數(shù)據(jù)量的增多，仍有需要優(yōu)化和完善的地方，比如品種權(quán)、推廣面積等查詢功能；或根據(jù)品種特征的定制化查詢功能，如查詢畝產(chǎn)大于特定重量或生育期低于特定天數(shù)的所有品種；或根據(jù)用戶需求開發(fā)出滿意且實用的功能等。鑒于此，呼吁玉米育種及科研工作者一起向數(shù)據(jù)庫添加更多系譜數(shù)據(jù)，及時補充更新相關(guān)自交系及品種信息，完善數(shù)據(jù)庫/網(wǎng)站，相信在用戶+互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)的支持下，數(shù)據(jù)庫會建設(shè)的更加完善。需要注意的是編寫本網(wǎng)站采用的 css代碼版本較高（frontawsome5.0，jquery1.9.8），使用IE瀏覽器瀏覽本網(wǎng)站時會出現(xiàn)模塊無法加載的情況，故不兼容internet explorer全系瀏覽器，遇此情況，建議根據(jù)頁面提示更換瀏覽器。

3.1 為用戶提供自交系及品種信息

為明確不同自交系的血緣與系譜關(guān)系，育種工作者需要查閱審定品種信息、追溯親本來源，特別是對親本信息不詳?shù)钠贩N需要查閱大量文獻(xiàn)資料，而建立基于互聯(lián)網(wǎng)的玉米系譜數(shù)據(jù)庫可減少系譜查詢時間，提高工作效率，為育種家在基礎(chǔ)材料組配過程中選擇合適的種質(zhì)資源提供重要參考依據(jù)。本數(shù)據(jù)庫在搜集、整合多個網(wǎng)站及文獻(xiàn)中自交系和品種信息的基礎(chǔ)上，通過完善并優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以為用戶提供更完善的信息支撐。

3.2 提供系譜樹，減少手工繪制時間

玉米自交系及品種的系譜來源及系譜樹的繪制一般通過查閱系譜資料手工繪制，費時費力，不易保存且出錯率高。現(xiàn)有玉米品種信息數(shù)據(jù)庫均無系譜樹功能，雖然某些紙質(zhì)版文件提供系譜樹，但查詢不方便；單機(jī)版系譜查詢軟件存在數(shù)據(jù)更新不及時問題；本數(shù)據(jù)庫添加了可快速對某一品種或親本進(jìn)行系譜追溯的系譜樹功能，且系譜樹和子代樹均為系統(tǒng)自動生成，降低了錯誤率，保證了系譜的完整性及準(zhǔn)確性。

3.3 解決紙質(zhì)版系譜書籍查詢繁瑣、數(shù)據(jù)更新滯后等問題

傳統(tǒng)紙質(zhì)版系譜如《中國玉米品種及其系譜》[14]，僅能通過目錄查詢相關(guān)自交系或品種的系譜，系譜樹因紙質(zhì)媒介而固定，可用性及靈活性不高，數(shù)據(jù)更新難度大，存在一定的滯后性?，F(xiàn)今，新審定玉米品種數(shù)量飛速增長，紙質(zhì)版系譜已無法滿足育種需求，利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢構(gòu)建的系譜數(shù)據(jù)庫，更新速度快，可以顯著提高查詢效率。

3.4 定制化查詢功能，快速檢索有用數(shù)據(jù)

本數(shù)據(jù)庫添加定制查詢功能，用戶可通過關(guān)鍵詞、時間區(qū)間、審定地點、審定編號、模糊和自動分詞查詢等方式進(jìn)行查詢，方便用戶快速查詢所需品種信息。此外，還提供了用戶上傳、糾錯系譜信息等功能，供國內(nèi)玉米育種及科研工作者共同使用、開發(fā)和維護(hù)。

4 結(jié)論

基于LNMP服務(wù)器環(huán)境配置創(chuàng)建了中國玉米品種及其親本系譜數(shù)據(jù)庫（https://www.maizedata.cn）；目前總共收錄玉米自交系及品種信息10 000余條，其中涉及自交系1 218個，雜交種7 823個；實現(xiàn)了品種信息檢索、系譜追溯、子代查詢、定制化查詢、用戶上傳及糾錯系譜信息等核心功能。