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数字化时代,信息化育种的实施步骤和要点

2021-09-24 08:5217650
       中国种业正面临,前所未有的机遇与挑战。随着第四次工业革命的进行,数字化时代即将来临。数字计算机应用,已经辐射到种植行业。

       能否完成数字化转化工作,成为未来发展的重要影响因素。电子计算机和生物工程的发明和应用,是人类文明第三次科技革命的主要标志。

       现代信息技术和生物技术,是构建现代化作物育种平台的根本方法。大数据是与材料和能源一样,重要的新型战略资源。信息化是育种的主流趋势和必然选择。

       而信息化育种平台较少,严重制约了中国现代种业的发展。在大数据背景下,推动作物育种由3.0时代的设计育种,转变为4.0时代的信息化育种。这是农业育种机构,近期面临的关键问题。

数字化时代,信息化育种的实施步骤和要点

       本文以促进育种效率提升,解决信息化育种存在的主要问题,规划出可行的信息化育种实施策略为研究重点。

一、信息化在育种中的应用

       1、种质资源管理

       种质资源管理工作,对于作物育种来说是一项基础性工作。传统种质资源管理耗费大量人力物力。信息数据收集缓慢。且资源库信息传递,易受种质管理人员流动的影响。

       采用信息技术对种质资源进行管理,可以实现种质资源快速查询、高效利用。上海农业生物基因中心建立的种质资源库管理信息系统,为农作物准入、品种权执法提供技术支撑。

       2、数据采集

       育种亲本性状调查与比较、后代室内考种,以及实验室检测等各个环节,都要大量采集数据。传统数据获取的方法劳动强度大、时间长、操作要求高,易受主观因素影响,限制育种规模化发展。

       传统的数据采集方式,在短时间内很难准确对试验点数据进行分析和比较。目前许多国家已开始将现代信息技术、传感技术、自动化技术,应用到育种中。

       并开发出一系列,适用于育种环节的智能检测辅助仪器设备。依托信息化智能化产品设备,可以减少劳动强度、降低投入成本。

       提高育种效率,加速育种进程。同时数字图像处理技术在病害诊断、子粒发芽监测等方面,应用日益广泛。采用先进的图像扫描技术,可以准确地获得农作物的形貌特征数据。

       3、系谱分析

       近年审定农作物品种,普遍存在遗传背景狭窄、遗传多样性不够丰富的问题。多数品种亲缘关系较近,在育种中迫切需要引入新的种质资源,拓宽遗传背景。

       系谱图记载了家族各世代成员及亲属关系,是指导杂交育种和亲本选配的基础信息。在传统育种中,系谱图通过手绘或普通电脑作图软件查询绘制,繁琐且费时费力。

       利用信息化数据设计系谱图绘制软件,可快速轻松获得系谱图,为杂交育种和亲本选配提供详细资料。

       4、试验设计

       常用的数理统计软件如 DPS、SPSS、SAS 等,已具备试验设计功能。Design Expert等专业试验设计软件,可通过两级因子筛选设计、一般因子研究、混合物设计技术以及分割图设计和分析等功能,帮助操作者提高试验速率。

       5、参试进程管理

       农作物品种审定,需要经过申请和受理、品种试验、审定与公告等环节。其中品种试验包括区域试验、生产试验和DUS测试3部分。

       对于育种单位来说,品种参试步骤繁多,且涉及知识产权责任重大。所以进程管理,变得十分重要。近年来随着改革的深入,国家农业部门拓宽了试验渠道、简化了试验程序、缩短了试验审定时间。

       面对诸多的作物类型和大量涌现的新品系,迫切需要专业的信息化平台,对品系参试进程进行记录、审核、跟踪管理。

二、信息化育种实施步骤和要点

       1、育种软件的应用和软件开发

       国际种业巨头纷纷采用现代信息技术开展智能育种,加快“经验育种”向“精确育种”的转变。目前市场上的主流商业化育种软件产品有10余种。

       国内仅有金种子育种平台和农博士两款。托普云农公司开发的种质资源库管理系统(TPZY-CV2.0),主要用于作物种质及中间材料等种质资源的信息化管理。

       作为育种机构,目前可以先引进一些有成功案例的育种软件,或信息管理系统进行应用。例如农博士育种家软件V1.0、数据采集系统及条码打印机。

       仅需16万元左右就可以完成单个作物育种课题组的信息化育种管理。在今后可以根据实际需要,利用R语言等开源软件,设计和开发有自主知识产权的育种软件和数据平台。

       2、管理规范化与流程信息化相互促进

       无论是育种企业还是政府育种机构,行政管理规范化都是促进信息化的有效手段。例如在育种品系参试申报和植物新品种保护申报过程中,都需要加盖单位公章。

       在这个过程中,可以将信息化的工作落实到各育种课题,保证所有签批事项中所涉及的信息均已录入信息管理系统。从品种试验信息管理,到种质资源库管理再到产业化跟踪管理循序渐进,实现作物育种全流程信息化。

       3、信息化人才的引进和培养

       作物育种信息化的实施,需要有既懂作物育种又懂计算机科学的复合型人才。在对育种信息进行采集和整理的过程中,能够熟练使用育种软件。

       并且还需要实现各种自动化采集设备的数据对接。目前多数应用型农业科研机构,缺乏此类复合型人才。省级以上科研院所,拥有的生物信息学专业人才侧重基础研究,在品种选育方面缺乏足够的经验。

       因此应在今后的人才培养过程中,重视原有育种人员的信息技术培养。使其在原有育种经验的基础上,能熟练掌握信息化技巧,推进信息技术在作物育种中普及。

       4、信息共享与交流

       数据公开、软件开源与数据共享,已经成为了科技发展的重要潮流。为促进作物育种创新,育种机构应该抓住中国种业大数据平台等免费数据平台的利好。

       在品种推广和知识产权保护方面掌握实际动态。在育种数据资源得到有效保护和安全管理的前提下,与其他育种机构实施信息共享与互通。

       随着传感器技术、物联网技术和农业信息服务技术的不断发展,信息化技术在育种中的作用日益明显。通过构建信息化种质资源数据库,摸清“家底”。

       将亲本选择、材料组配、试验管理、数据采集、遗传分析、产业化应用等环节高效衔接。可以实现育种全程,数字化、一体化。与现有育种形式相比,可以节约资源、降低成本,是构建现代化作物育种平台的根本途径。
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