信息化技術在農業育種中的應用

安徽省蕪湖市南陵縣弋江鎮人民政府農業綜合服務中心 楊文兵

前言

農業不僅是國民經濟的重要支柱，同時還是國際競爭的重要領域。育種技術作為農業生產的基礎技術，其水平高低直接影響著我國農業發展水平?！胺N子是農業的芯片”的提法發人深省。如何優化育種流程，改善育種方式，提高育出種子的質量和數量，是擺在育種企業面前的突出性問題。隨著信息化技術的不斷發展，農業育種也逐漸呈現出一種智能化、數字化和信息化趨勢。信息化技術在農業育種中的應用不僅能夠有效提升育種效率，降低育種成本，還能夠有效改善農業環境，實現農業可持續發展。由此可見，本文研究的信息化技術在農業育種中的應用，對于農業發展具有一定的現實意義。

1 農業育種的重要性

1.1 提高糧食產量

在農業生產活動中，農業育種可以選育出性狀更加優良的農產品品種，是提高糧食產量的重要手段。通過將孕育出的優良品種投入到農業生產活動中，能夠有效提升相關品種的生長適應性，從而獲得更高的農作物產量[1]。例如，最廣為人知的“雜交水稻”就是一種育種方式，自雜交水稻問世以來，稻谷作物的產量大幅度提升，解決了世界各地的溫飽問題。

1.2 增強農產品品質

農業育種除了能夠提高糧食產量之外，還能夠有效增強農產品品質。通過農業育種，可以培育出更多品質更加優良且符合市場需求的農產品。例如，當前農業生產活動中的高筋小麥就是一種采用農業育種技術培育出的優良小麥品種，這種小麥的蛋白質含量更高、品質更加優質，采用高筋小麥制作的面包、面條等面制品的口感和風味也更加優良。另外，巧克力草莓、蜜瓜等都是育種技術的優良產物，通過育種進一步增加了水果的色澤美觀性和口感。由此可以看出，農業育種是增強農產品品質的有效手段。

1.3 提高農產品的環境適應性

農業育種還能夠有效提高農產品的環境適應性。隨著全球環境變化情況的不斷加劇，農產品種植的穩定性受到嚴峻挑戰。通過農業育種技術，能夠選育出環境適應性更強的優良品種。這些優良品種在面對環境變化時，具有更高的抵抗性，從而能夠在惡劣環境下保持較為良好的生長狀態。例如，東北地區的抗寒白菜就是一種對寒冷具有較強適應性的優良白菜品種。

2 當前農業育種現狀

當前，我國的農業育種工作依舊采用較為傳統的方式進行。在農業育種過程中，依舊采用人工的方式進行數據的收集和選擇。從確立育種目標、選配親本、鑒定不同品系到最終培育出優良農產品品種，往往需要耗費大量的人力物力。并且，在育種完成之后，還需要經過實踐才能夠得出最終育種結果，品種產量及品質往往需要到農產品成熟之后才能夠為研究人員所知，沒辦法在育種過程中對品種優劣進行提前測試。在傳統育種模式下，影響育種效率的因素主要有以下幾種。其一，個體特征描述工作較為繁瑣，不僅需要耗費大量時間，還會耗費大量人力物力資源，并且這一過程還存在一定的個人主觀性。其二，傳統育種數據記錄難度大，常常采用書面形式進行記錄，這種記錄方式不僅存在準確性不足的問題，分析難度也比較大，并且難以實現數據追溯。其三，育種環節不能夠被遠程觀察，查閱相關數據的過程也比較麻煩。其四，人為因素對材料篩選工作的影響較大，在育種規模不斷擴大的背景下，優良品種的篩選難度也進一步增加。

3 信息化技術對農業育種的促進作用

3.1 方便育種數據收集和管理

在農業育種過程中，加入對信息化技術的應用，將能夠更好地幫助育種人員進行數據收集和管理工作。通過在育種過程應用傳感器、無線通信及物聯網技術，可以對育種各項數據進行實時獲取。育種人員不需要經過大量的農作物生長監測工作，就能夠清晰地了解到農作物生長速度、病蟲害情況，從而對育種工作進行科學的調試。并且，使用信息化技術收集到的育種數據更加方便育種人員探查和追溯。

3.2 數據分析和挖掘

在農業育種工作中，應用信息化技術能夠有效降低數據分析和挖掘難度。在傳統的育種工作中，很多時候，數據分析工作需要相關育種人員采用筆算方式進行。這種方式不僅繁瑣，并且得出的數據還會存在不準確的可能。利用信息化技術，則能夠通過建立數學模型的方式，來進一步降低數據分析難度，并且還能夠挖掘出隱藏在數據中的關聯性和規律性，從而幫助育種人員發現育種關鍵性狀和基因[2]。

3.3 遺傳標記和基因組分析

在農業育種工作中，加入對信息化技術的應用，還能夠對農作物的基因組進行深入分析和研究，從而更好地幫助育種人員了解育種品種的基因和性狀的遺傳背景，以進一步提升育種效率。在傳統育種方式中，雖然能夠得出相應的遺傳基因性狀結論，但是，要想將各種基因性狀進行統一的分析，往往存在較大難度。但是，利用信息化技術，能夠使基因組測序變得更加高效和便捷。例如，通過高通量測序平臺，能夠更加快速地獲取到作物的基因組信息和相應分析結果，從而使育種人員了解作物性狀和基因遺傳基礎變得更加便捷。

4 現代作物育種對信息化管理和信息技術的需求

4.1 現代育種對輔助裝備的迫切需求

在當前的農業生產過程中，農業機械的應用不斷普及，農田現代栽培管理技術也在不斷進步發展，可以說我國農業生產技術水平得到了顯著提升。但是，就農業育種工作來看，雖然受到現代生物技術的影響，育種方式也發生了深刻的變化，但是育種過程對作物性狀參數的獲取方式依舊較為傳統。在農業育種工作中，品種育成需時久、工作量大、作物性狀參數獲取難度大、配套技術設備落后等諸多問題限制了育種工作的進一步發展。據研究發現，以水稻育種為例，單次育種的材料就達上萬份，多時更是達數十萬份。對這些育種材料，往往需要進行相應的田間調查工作，從而獲取材料的外觀、抗逆性、抗病蟲害以及產量等多種性狀參數。這些性狀參數往往都是依靠人工觀察測量，不僅耗時耗力，還容易出現誤差。在這一背景下，現代育種工具十分迫切地需要一種輔助裝備，來對育種作物的各項性狀進行實時、快速準確、無損測量，從而進一步降低育種繁瑣程度，減少育種勞動量，最終提升農業育種效率[3]。

就國外農業育種情況來看，很多發達國家已經充分將現代信息化技術應用于育種工作中。例如，在檢查育種作物的品質、形態以及組分時，采用較為先進的光電檢測技術，另外，這些國家還研發出相應的植株田間綜合性狀檢測設備，采用脫粒、重量和水分測試等方式來進行考種。但是，這種儀器不僅價格高昂，并且還不能夠與我國的農作物育種工作相契合。因此，我國當前應該積極進行育種輔助裝備設計研究，盡快設計出符合我國育種實際情況的育種設備。

4.2 現代育種對信息化管理的迫切需求

就當前農作物育種現狀來看，我國迫切需要一種能夠對農作物育種過程進行信息化管理的軟硬件輔助裝備。為了盡快實現這一需求，相關人員正在致力于研發一種能夠實現對作物育種全過程信息化和智能化管理的軟件設備。在育種過程中，親本配組、試驗設計、試驗數據的記錄歸納總結及最終的選種抉擇，都涉及對海量育種數據的收集管理和分析，這一過程往往需要育種人員花費較多的時間和精力。在選種工作中，一系列的選擇和決定都依靠育種專家的工作經驗，存在一定的主觀性，并且，最終結果也可能不夠標準和規范。另外，由于育種人員精力的限制，育種過程中產生的品種、中間和引進材料往往得不到有效管理，更不用說能夠充分被應用，這就會導致一些優良品種難以發揮作用。因此，引進信息化技術，來對農業育種過程中產生的各種數據和種質資源進行分析和管理，可有效減少育種人員的經驗對選種過程的影響，從而提升育種選種的科學性，實現對大部分優質品種的選擇和利用。

5 信息化技術在農業育種中的應用

5.1 信息技術在種質資源管理中的應用

在育種工作中，對于種質資源的保存及利用需求，可以通過引入信息化技術的方式來實現。通過引入信息化技術，可以對種質出入庫過程進行嚴格管理，對種質入庫、出庫過程進行整體把握。例如，可以采用標志碼識別的方式，來將育種過程中的各種種質信息錄入到信息庫中，相關育種人員可以通過檢索的方式提取出種質在資料庫中的保存時間以及各種信息，以實現種質資源的信息化和便捷化管理。種質資源庫主要可以采用單機形式和網絡瀏覽形式進行管理和利用。單機形式的種質資源庫管理功能主要包括：種質入庫管理、種質性狀查詢、種質出庫管理、倉庫管理以及預警提醒等。

（1）種質入庫管理：在育種過程中得出的相關種質信息，能夠通過傳感器、計算機存儲、物聯網等技術的應用，被自動傳輸至種質信息庫中。

（2）種質性狀查詢：利用信息化技術通過條件限制就能夠實現對數據庫中的各種種質性狀的查詢，例如，能夠查詢信息庫中種質的生長周期、病蟲害情況、產量等。

（3）種質出庫管理：種質出庫之后，信息庫中相關種質信息依舊會被保存，以方便育種人員對其各種性狀進行追溯。

（4）倉庫管理：倉庫管理主要作用就是能夠對種質儲存設備的設置、種質儲存位置以及相應庫存信息的查詢，通過倉庫管理，能夠更加便捷地實現對種質的利用。

（5）預警提醒：預警提醒就是能夠就育種過程中儲存期滿或者是庫存不足的種質對育種人員進行提醒，以避免種質存放時間過久活力喪失或者種質數量不足的情況出現。

通過信息技術來實現種質資源管理，將能夠進一步提升種質資源管理和利用的規范性，從而有效提升育種效率。

5.2 信息技術在育種數據快速采集中的應用

信息技術在育種數據快速采集中的應用主要是通過使用應用程序、傳感器、無人機監測技術等方式來實現的。例如，Field Book App 是一款專門為植物育種者設計的移動應用程序，其可以被用于進行田間或實驗室中收集和組織植物表型數據工作。這款App 是由美國堪薩斯州立大學的一個致力于推動小麥基因學研究和開發小麥育種資源的研究中心WGRC 進行開發研究的，其App 開發目的是為了進一步簡化育種數據的采集和管理過程。這款App 允許用戶進行試驗創建，并且能夠直接在田間錄入各種育種作物的數據表型。用戶使用這款App 能夠根據自身育種情況，設置不同的重復次數、區組設計、行列信息，以更好地進行育種試驗[4]。傳感器和無人機監測技術則能夠直接對育種過程進行監測，對各種育種數據進行快速準確采集，從而進一步提高農業育種數據采集效率。例如，當前農業育種工作中，相關研究者利用傳感器及無人機監測技術集合掌上電腦，研制了田間信息移動采集終端。這一系統實現了對育種過程中的種質性狀數據、圖片等多種信息的田間采集和無線傳輸，節省了采集完成后的人工錄入環節，并一定程度上提升了育種數據的采集準確性。

5.3 信息技術在育種過程輔助管理中的應用

信息技術在育種過程輔助管理中的應用主要體現為研發育種綜合數據管理庫，通過構建標準化種質信息通道，將試驗田中檢測儀器所獲取到的數據及相關育種人員觀測到的種質性狀表現、環境氣候和農技措施的圖文數據實現高效管理和共享，從而方便農業育種人員對往年的育種信息和種質性狀計劃性跨年度檢索和追溯。要想實現這一目的，可以結合對較為成熟的數量遺傳分析模型來建立常規統計分析模型，對育種種質進行模糊綜合評判，并開展育種材料、性狀進行綜合分析決策，從而為育種人員淘汰劣種提供有效幫助，起到相應的輔助作用。信息技術在育種過程輔助管理中的應用還包括進行育種綜合信息管理，這一管理過程主要包括數據整理、試驗結果分析、數據整合等，在輔助育種人員做出品種利用和品種淘汰等方面發揮著較大作用[5]。

6 結語

育種技術作為農業生產的基礎技術，其水平高低直接影響著我國農業發展水平。隨著信息化技術的不斷發展，農業育種也逐漸呈現出一種智能化、數字化、和信息化趨勢。信息化技術在農業育種中的應用不僅能夠有效提升育種效率，降低育種成本，還能夠有效改善農業環境，實現農業可持續發展。為了促進信息化技術在農業育種過程中的應用，本文主要從農業育種的重要性、我國當前農業育種現狀、信息化技術對農業育種的促進作用、現代作物育種對信息化管理和信息技術的需求、信息化技術在農業育種中的應用等方面進行了探究和分析，希望能夠為提升農業育種效率，促進現代化農業發展提供一些有利幫助。