信息化技术在农业育种中的应用

安徽省芜湖市南陵县弋江镇人民政府农业综合服务中心 杨文兵

前言

农业不仅是国民经济的重要支柱，同时还是国际竞争的重要领域。育种技术作为农业生产的基础技术，其水平高低直接影响着我国农业发展水平。“种子是农业的芯片”的提法发人深省。如何优化育种流程，改善育种方式，提高育出种子的质量和数量，是摆在育种企业面前的突出性问题。随着信息化技术的不断发展，农业育种也逐渐呈现出一种智能化、数字化和信息化趋势。信息化技术在农业育种中的应用不仅能够有效提升育种效率，降低育种成本，还能够有效改善农业环境，实现农业可持续发展。由此可见，本文研究的信息化技术在农业育种中的应用，对于农业发展具有一定的现实意义。

1 农业育种的重要性

1.1 提高粮食产量

在农业生产活动中，农业育种可以选育出性状更加优良的农产品品种，是提高粮食产量的重要手段。通过将孕育出的优良品种投入到农业生产活动中，能够有效提升相关品种的生长适应性，从而获得更高的农作物产量[1]。例如，最广为人知的“杂交水稻”就是一种育种方式，自杂交水稻问世以来，稻谷作物的产量大幅度提升，解决了世界各地的温饱问题。

1.2 增强农产品品质

农业育种除了能够提高粮食产量之外，还能够有效增强农产品品质。通过农业育种，可以培育出更多品质更加优良且符合市场需求的农产品。例如，当前农业生产活动中的高筋小麦就是一种采用农业育种技术培育出的优良小麦品种，这种小麦的蛋白质含量更高、品质更加优质，采用高筋小麦制作的面包、面条等面制品的口感和风味也更加优良。另外，巧克力草莓、蜜瓜等都是育种技术的优良产物，通过育种进一步增加了水果的色泽美观性和口感。由此可以看出，农业育种是增强农产品品质的有效手段。

1.3 提高农产品的环境适应性

农业育种还能够有效提高农产品的环境适应性。随着全球环境变化情况的不断加剧，农产品种植的稳定性受到严峻挑战。通过农业育种技术，能够选育出环境适应性更强的优良品种。这些优良品种在面对环境变化时，具有更高的抵抗性，从而能够在恶劣环境下保持较为良好的生长状态。例如，东北地区的抗寒白菜就是一种对寒冷具有较强适应性的优良白菜品种。

2 当前农业育种现状

当前，我国的农业育种工作依旧采用较为传统的方式进行。在农业育种过程中，依旧采用人工的方式进行数据的收集和选择。从确立育种目标、选配亲本、鉴定不同品系到最终培育出优良农产品品种，往往需要耗费大量的人力物力。并且，在育种完成之后，还需要经过实践才能够得出最终育种结果，品种产量及品质往往需要到农产品成熟之后才能够为研究人员所知，没办法在育种过程中对品种优劣进行提前测试。在传统育种模式下，影响育种效率的因素主要有以下几种。其一，个体特征描述工作较为繁琐，不仅需要耗费大量时间，还会耗费大量人力物力资源，并且这一过程还存在一定的个人主观性。其二，传统育种数据记录难度大，常常采用书面形式进行记录，这种记录方式不仅存在准确性不足的问题，分析难度也比较大，并且难以实现数据追溯。其三，育种环节不能够被远程观察，查阅相关数据的过程也比较麻烦。其四，人为因素对材料筛选工作的影响较大，在育种规模不断扩大的背景下，优良品种的筛选难度也进一步增加。

3 信息化技术对农业育种的促进作用

3.1 方便育种数据收集和管理

在农业育种过程中，加入对信息化技术的应用，将能够更好地帮助育种人员进行数据收集和管理工作。通过在育种过程应用传感器、无线通信及物联网技术，可以对育种各项数据进行实时获取。育种人员不需要经过大量的农作物生长监测工作，就能够清晰地了解到农作物生长速度、病虫害情况，从而对育种工作进行科学的调试。并且，使用信息化技术收集到的育种数据更加方便育种人员探查和追溯。

3.2 数据分析和挖掘

在农业育种工作中，应用信息化技术能够有效降低数据分析和挖掘难度。在传统的育种工作中，很多时候，数据分析工作需要相关育种人员采用笔算方式进行。这种方式不仅繁琐，并且得出的数据还会存在不准确的可能。利用信息化技术，则能够通过建立数学模型的方式，来进一步降低数据分析难度，并且还能够挖掘出隐藏在数据中的关联性和规律性，从而帮助育种人员发现育种关键性状和基因[2]。

3.3 遗传标记和基因组分析

在农业育种工作中，加入对信息化技术的应用，还能够对农作物的基因组进行深入分析和研究，从而更好地帮助育种人员了解育种品种的基因和性状的遗传背景，以进一步提升育种效率。在传统育种方式中，虽然能够得出相应的遗传基因性状结论，但是，要想将各种基因性状进行统一的分析，往往存在较大难度。但是，利用信息化技术，能够使基因组测序变得更加高效和便捷。例如，通过高通量测序平台，能够更加快速地获取到作物的基因组信息和相应分析结果，从而使育种人员了解作物性状和基因遗传基础变得更加便捷。

4 现代作物育种对信息化管理和信息技术的需求

4.1 现代育种对辅助装备的迫切需求

在当前的农业生产过程中，农业机械的应用不断普及，农田现代栽培管理技术也在不断进步发展，可以说我国农业生产技术水平得到了显著提升。但是，就农业育种工作来看，虽然受到现代生物技术的影响，育种方式也发生了深刻的变化，但是育种过程对作物性状参数的获取方式依旧较为传统。在农业育种工作中，品种育成需时久、工作量大、作物性状参数获取难度大、配套技术设备落后等诸多问题限制了育种工作的进一步发展。据研究发现，以水稻育种为例，单次育种的材料就达上万份，多时更是达数十万份。对这些育种材料，往往需要进行相应的田间调查工作，从而获取材料的外观、抗逆性、抗病虫害以及产量等多种性状参数。这些性状参数往往都是依靠人工观察测量，不仅耗时耗力，还容易出现误差。在这一背景下，现代育种工具十分迫切地需要一种辅助装备，来对育种作物的各项性状进行实时、快速准确、无损测量，从而进一步降低育种繁琐程度，减少育种劳动量，最终提升农业育种效率[3]。

就国外农业育种情况来看，很多发达国家已经充分将现代信息化技术应用于育种工作中。例如，在检查育种作物的品质、形态以及组分时，采用较为先进的光电检测技术，另外，这些国家还研发出相应的植株田间综合性状检测设备，采用脱粒、重量和水分测试等方式来进行考种。但是，这种仪器不仅价格高昂，并且还不能够与我国的农作物育种工作相契合。因此，我国当前应该积极进行育种辅助装备设计研究，尽快设计出符合我国育种实际情况的育种设备。

4.2 现代育种对信息化管理的迫切需求

就当前农作物育种现状来看，我国迫切需要一种能够对农作物育种过程进行信息化管理的软硬件辅助装备。为了尽快实现这一需求，相关人员正在致力于研发一种能够实现对作物育种全过程信息化和智能化管理的软件设备。在育种过程中，亲本配组、试验设计、试验数据的记录归纳总结及最终的选种抉择，都涉及对海量育种数据的收集管理和分析，这一过程往往需要育种人员花费较多的时间和精力。在选种工作中，一系列的选择和决定都依靠育种专家的工作经验，存在一定的主观性，并且，最终结果也可能不够标准和规范。另外，由于育种人员精力的限制，育种过程中产生的品种、中间和引进材料往往得不到有效管理，更不用说能够充分被应用，这就会导致一些优良品种难以发挥作用。因此，引进信息化技术，来对农业育种过程中产生的各种数据和种质资源进行分析和管理，可有效减少育种人员的经验对选种过程的影响，从而提升育种选种的科学性，实现对大部分优质品种的选择和利用。

5 信息化技术在农业育种中的应用

5.1 信息技术在种质资源管理中的应用

在育种工作中，对于种质资源的保存及利用需求，可以通过引入信息化技术的方式来实现。通过引入信息化技术，可以对种质出入库过程进行严格管理，对种质入库、出库过程进行整体把握。例如，可以采用标志码识别的方式，来将育种过程中的各种种质信息录入到信息库中，相关育种人员可以通过检索的方式提取出种质在资料库中的保存时间以及各种信息，以实现种质资源的信息化和便捷化管理。种质资源库主要可以采用单机形式和网络浏览形式进行管理和利用。单机形式的种质资源库管理功能主要包括：种质入库管理、种质性状查询、种质出库管理、仓库管理以及预警提醒等。

（1）种质入库管理：在育种过程中得出的相关种质信息，能够通过传感器、计算机存储、物联网等技术的应用，被自动传输至种质信息库中。

（2）种质性状查询：利用信息化技术通过条件限制就能够实现对数据库中的各种种质性状的查询，例如，能够查询信息库中种质的生长周期、病虫害情况、产量等。

（3）种质出库管理：种质出库之后，信息库中相关种质信息依旧会被保存，以方便育种人员对其各种性状进行追溯。

（4）仓库管理：仓库管理主要作用就是能够对种质储存设备的设置、种质储存位置以及相应库存信息的查询，通过仓库管理，能够更加便捷地实现对种质的利用。

（5）预警提醒：预警提醒就是能够就育种过程中储存期满或者是库存不足的种质对育种人员进行提醒，以避免种质存放时间过久活力丧失或者种质数量不足的情况出现。

通过信息技术来实现种质资源管理，将能够进一步提升种质资源管理和利用的规范性，从而有效提升育种效率。

5.2 信息技术在育种数据快速采集中的应用

信息技术在育种数据快速采集中的应用主要是通过使用应用程序、传感器、无人机监测技术等方式来实现的。例如，Field Book App 是一款专门为植物育种者设计的移动应用程序，其可以被用于进行田间或实验室中收集和组织植物表型数据工作。这款App 是由美国堪萨斯州立大学的一个致力于推动小麦基因学研究和开发小麦育种资源的研究中心WGRC 进行开发研究的，其App 开发目的是为了进一步简化育种数据的采集和管理过程。这款App 允许用户进行试验创建，并且能够直接在田间录入各种育种作物的数据表型。用户使用这款App 能够根据自身育种情况，设置不同的重复次数、区组设计、行列信息，以更好地进行育种试验[4]。传感器和无人机监测技术则能够直接对育种过程进行监测，对各种育种数据进行快速准确采集，从而进一步提高农业育种数据采集效率。例如，当前农业育种工作中，相关研究者利用传感器及无人机监测技术集合掌上电脑，研制了田间信息移动采集终端。这一系统实现了对育种过程中的种质性状数据、图片等多种信息的田间采集和无线传输，节省了采集完成后的人工录入环节，并一定程度上提升了育种数据的采集准确性。

5.3 信息技术在育种过程辅助管理中的应用

信息技术在育种过程辅助管理中的应用主要体现为研发育种综合数据管理库，通过构建标准化种质信息通道，将试验田中检测仪器所获取到的数据及相关育种人员观测到的种质性状表现、环境气候和农技措施的图文数据实现高效管理和共享，从而方便农业育种人员对往年的育种信息和种质性状计划性跨年度检索和追溯。要想实现这一目的，可以结合对较为成熟的数量遗传分析模型来建立常规统计分析模型，对育种种质进行模糊综合评判，并开展育种材料、性状进行综合分析决策，从而为育种人员淘汰劣种提供有效帮助，起到相应的辅助作用。信息技术在育种过程辅助管理中的应用还包括进行育种综合信息管理，这一管理过程主要包括数据整理、试验结果分析、数据整合等，在辅助育种人员做出品种利用和品种淘汰等方面发挥着较大作用[5]。

6 结语

育种技术作为农业生产的基础技术，其水平高低直接影响着我国农业发展水平。随着信息化技术的不断发展，农业育种也逐渐呈现出一种智能化、数字化、和信息化趋势。信息化技术在农业育种中的应用不仅能够有效提升育种效率，降低育种成本，还能够有效改善农业环境，实现农业可持续发展。为了促进信息化技术在农业育种过程中的应用，本文主要从农业育种的重要性、我国当前农业育种现状、信息化技术对农业育种的促进作用、现代作物育种对信息化管理和信息技术的需求、信息化技术在农业育种中的应用等方面进行了探究和分析，希望能够为提升农业育种效率，促进现代化农业发展提供一些有利帮助。