基于“云计算”的甘蔗种质资源管理系统

徐铭超,李富生,何丽莲,毛孝强,王先宏

(云南农业大学甘蔗研究所，云南 昆明 650201)

基于“云计算”的甘蔗种质资源管理系统

徐铭超,李富生,何丽莲,毛孝强,王先宏

(云南农业大学甘蔗研究所，云南 昆明 650201)

基于“云计算”设计了甘蔗种质资源的管理系统，以网络接口为切入点，将田间管理中的各项数据整合到系统界面，直观清晰地展示了各项数据，为农业科技人员提供新型、快捷、经济、实用的信息化管理手段。

甘蔗种质资源;云计算;农业信息化;管理系统

甘蔗种质资源是指携带有甘蔗属(Saccharum)及其近缘物种的各种种质(基因)植物材料，包括古老的地方品种、新培育的推广品种、有特点的育种品系和遗传材料、甘蔗属内及其近缘野生种等[1]。甘蔗属内约10个种，其中，热带种(S.officinarumL.)、中国种(S.sinenseRoxb)、印度种(S.barberiJeswiet)、割手密(细茎野生种，S.spontaneumL.)、斑茅(S.anmdinaceumRetz.)、大茎野生种(S.robusrumGrassl)等6个种与栽培和育种关系密切，前三者为栽培种，后三者为野生种[2]。与甘蔗属近缘的植物种群包括蔗茅属(Erianthus)、硬穗属(Sclerostachya)、河八王属(Narenga)、芒属(Miscanthus)、白茅属(Imperata)、高粱属(Sorghum)、油芒属(Eccoilopus)、大油芒属(Spodiopogon)，统称“甘蔗属复合体”[3]。

甘蔗种质资源是甘蔗育种的基因库。云南农业大学甘蔗研究所在“八五”期间完成了甘蔗野生种质资源的考察、采集工作，建立了“属种”齐全的甘蔗资源圃[4]，至今保育了9属18种共1000多份核心种质；“九五”期间开展了甘蔗种质资源的鉴定评价研究；“十五”期间开展了“甘蔗与蔗茅属间远缘杂交创造新种质”的研究，并获得了含有蔗茅(E.fulvusNess)野生种血缘的高产、高糖、抗逆(抗旱、耐寒、耐瘠)的甘蔗新种质[5]。目前，本课题组自育的第1个抗旱耐寒甘蔗新品种滇蔗01/58已通过云南省省级品种审定，并在云南高原蔗区(海拔1300 m以上)推广应用，还有一些甘蔗新品系已完成或即将完成区域化试验。

目前，云南农业大学甘蔗研究所已积累了大量甘蔗资源的研究资料和基础数据。“云计算”具有将IT上农业信息整合成分布式网络资源的特点和优势。本研究对已有的甘蔗种质资源信息进行采集、整理和加工，并建立“云南农业大学甘蔗种质资源管理系统”，以期为实现在互联网中将各种甘蔗育种和栽培的基础数据进行比较分析、视频指导和数据共享、远程答疑等甘蔗产业标准化[6]服务功能提供技术支撑。

1 “云计算”的先进性及其在农业领域的应用

“云计算”是一种基于互联网的计算方式，一种新的IT模式。通过这种新一代的计算方式，在自动化程度和可靠性都非常高的“云计算”中心的支持下，已经在“云”中共享的软硬件资源和信息可以按照不同需要提供给计算机、PDA、手机等终端，终端通过网络访问已存储在“云”中的应用和信息，避免了不断安装、维护、升级等繁琐的操作。

“云计算”与传统互联网通讯技术相比具有以下先进性：(1)规模可调节。“云计算”规模可大可小，适用于任何企业。(2)系统稳定。“云计算”中心在软硬件层面采用了可靠性设计以保证服务的可靠性，不会因为终端系统故障或其他原因而导致无法操作。(3)涵盖广泛。一个“云”可以支撑多种不同类型的复杂应用同时运行，以确保服务的运行效果和运行质量。(4)按用户需求服务。“云计算”是异常庞大的资源应用池，用户可以根据需求量的多少购买，就像水、电等根据用户的使用量进行收费。(5)完善的运行维护机制。在“云”的另一端，会有世界上最先进的数据中心来储存数据，有世界最新的“云”应用。

目前，“云计算”已广泛应用于电子商务，但大部分“云”产品主要应用于具有高附加值的工业、加工业、服务业等，而农业领域应用较少。据报道，美国康奈尔大学访问学者赵金石博士已研发了国内首款奶牛牧场“云计算”管理系统[7]。而基于大田实验和田间数据管理的“云”数据库，在国内尚处于起步阶段，有待于进一步地开发和应用。

2 甘蔗种质资源管理系统的设计与构成

2.1 “云”平台实现模型

甘蔗种质资源管理系统可分为3个层面：物理层、计算层、应用层(图1)。(1)物理层将所有需要呈现的数据放到服务器、存储介质和计算机等设备上，方便各种端口的访问。(2)计算层设计存储虚拟化、数据分布虚拟化、计算虚拟化、用户权限数据安全等模块。存储虚拟化是指种质资源管理系统的所有数据统一存储在 “云”服务器上，终端用户看不到数据存储的具体位置，存储的具体文件也不在终端用户的存储空间内。终端用户对数据的操作是清晰可见的，但数据存储的过程及位置相对于用户是虚拟的[8]。计算虚拟化是对进程、线程进行调度，并且管理对应的进程、线程资源，最后将结果汇总[9]。(3)应用层设计可视化软件界面，以生长性状、育成品种、育种材料、遗传研究等项目为依据。设计基于“云计算”的信息查询工具，可以查询甘蔗种质信息的各种资料，以甘蔗的种质类型(野生种、栽培种、杂交种等)进行信息分类，将各个种质类型的采集地、种植号、性状表现、编号等信息转化成表格，体现出相同种质不同类型的差异性；对每个品种进行详细的信息化管理，可以查看种质资源管理系统内每个品种的详细信息，如株高、节间长度、纤维分、糖分、锤度、品种图片等；设计田间生产过程的“云”管理，实现“云”决策；设计内部聊天室，实现生产人员、实验人员、实验设计人员、管理人员的无缝对接，用最快的时间、最直接的方式解决大田生产和实验中出现的疑难问题，出现特例性问题时可以第一时间邀请最权威的专家参与讨论；设计大田和实验室视频监测数据的在线“云”存储，在装备高清摄像头后，可以实时监控大田和实验室的情况(如大田的甘蔗生长情况、田间实验的周边环境、田间小气候、实验室人员到岗情况、实验进展情况等)，也可以定时录像，以方便使用时调阅；在甘蔗种质资源管理系统里登记的每个甘蔗种质可以独立打印条形码以便实验人员进行分辨。

2.2 甘蔗种质资源管理系统的架构组成

管理系统是将传感器、远程控制、共享数据集成到一个整体，由服务主体、服务客体、信息采集、传输媒介4个部分组成(图2)。服务主体包括管理部门、基层推广部门、科研机构等；服务客体指需要甘蔗种质资源信息的各种类型用户；信息采集指传感器数据传输和其他平台信息，通过温度、湿度、紫外线强度等传感器将数据传输到“云计算”平台，进行数据汇总工作，为进一步分析田间情况提供扎实依据。

图1 甘蔗种质资源管理系统的云模型实现Fig.1 Realization of the cloud model of sugarcane germplasm resources management system

图2 甘蔗种质资源管理系统架构组成Fig.2 Framework of sugarcane germplasm resources management system

甘蔗种质资源管理系统在“云”平台外设计了问题解决实体，将“云计算”平台提供的服务拓展到一线生产人员。该实体将科技人员的隐性知识与存储在“云计算”平台中的显性知识及其他相关信息集合在一起，通过实体服务人员和“云计算”平台组成的人机系统，生成新的知识，形成特定问题的解决方案，并将解决方案反馈给一线生产人员。

3 甘蔗种质资源管理系统的功能实现

服务器或计算机上安装好IIS后，在IE浏览器中输入甘蔗种质资源管理系统的服务器IP或域名即可登陆系统。由于该系统不对外使用，所以没有设计注册按钮，只有得到超级管理员授权的帐号才可以登录。输入正确的用户名和密码后，经系统验证，点击登录即可进入系统(图3)。

图3 甘蔗种质资源管理系统界面Fig.3 Interface of the sugarcane germplasm resources management system

用户名和密码部分代码实现如下：

甘蔗种质资源管理系统的主要功能是将所有的甘蔗种质资源依据野生资源、栽培原种、栽培品种、杂交利用4种属性进行第1次分类，分类后以属或种为特性再次分类。最底层的分类可以添加该类别的甘蔗种质资源数据属性，如性状信息、形态特征和生理学特征等。所有数据均以竖排表格形式列出。以野生资源管理为例，将甘蔗野生资源分为割手密、斑茅、蔗茅、五节芒、河八王和其他(图4)。

单击添加即可添加甘蔗种质资源数据，种质资源的性状信息、形态特征和生理学特征会以表格形式列出，如编号、产地、海拔、根、茎、叶等属性(图5)。添加成功后，可以对已经添加的甘蔗种质资源数据进行编辑、删除等操作。

实现功能部分代码如下：

编号：

ErrorMessage="*该项不可以为空?">

图5 甘蔗种质资源管理系统信息添加Fig.5 Information to be added into the sugarcane germplasm resources management system

4 小结

本系统解决了甘蔗种质资源管理上的诸多问题，综合网络技术，设计出一套操作简易、功能完善的甘蔗种质资源管理系统。解除各田间管理系统的“信息孤岛”[10]状态。一台终端无需安装几套软件，提高了管理效率，充分考虑到农业科研人员在服务内容、服务形式、便捷性等方面需求，具有较高使用价值。

本系统针对我国农业信息化进程田间管理规范化、智能化等方面的问题，以甘蔗种质资源管理为例，采用“云计算”设计，构建一个面向从事田间管理的农业科技人员的综合管理系统，并依托我国现阶段互联网和手机基站建设，将分散的终端整合，用户可以使用各种简单的终端(手机、PDA等)，综合使用有线和无线网络在“云”端获得所需的信息。在甘蔗种质资源管理系统下，机构之间可以使用共同的信息存储空间，分享由“云”服务商提供的基础设施，而不需要购置存储设备，农业信息资源都将存储在“云”服务器上，因此，相同的信息环境为农业信息资源的共建、共享提供基础，也为数据安全提供了保障。

[1]刘思衡.作物育种与良种繁育词典[M].北京:中国农业出版社,2001:137.

[2]四川农业大学,贵州农学院,云南农业大学.作物栽培学(各论)[M].贵阳:贵州科技出版社,1992:621-664.

[3]彭绍光.甘蔗育种学[M].北京:农业出版社,1990:98-151.

[4]何顺长,杨清辉,肖风迥,等.全国甘蔗野生种质资源的采集和考察[J].甘蔗,1994,1(1):11-17.

[5]李富生,林位夫,何顺长.甘蔗与蔗茅属间杂交F1代真实性的鉴定[J].热带作物学报,2004,25(4):102-105.

[6]吴棉国,林彦铨,张华.我国甘蔗产业标准研究现状与展望[J].亚热带农业研究,2010,6(3):209-212.

[7]杨曙光.我国首款奶牛牧场云计算管理系统在京发布[N].中国畜牧兽医报,2012-05-06(1).

[8]陈敏克,王晋宁,逯张禹,等.基于云计算的农业信息资源共享系统建设研究[J].农业网络信息,2011(4):5-11.

[9]钱坤.浅议云计算在农业管理信息系统中的应用[J].湖北农业科学,2010，51(1):160-162.

[10]徐超.云计算技术在中国农村信息化建设中的应用[D].济南:山东大学,2010.

(责任编辑:张云燕)

Asugarcanegermplasmresourcesmanagementsystembasedon“cloudcomputing”

XU Ming-chao,LI Fu-sheng,HE Li-lian,MAO Xiao-qiang,WANG Xian-hong

(Sugarcane Research Institute of Yunnan Agricultural University,Kunming,Yunnan 650201,China)

A sugarcane germplasm resources management system was designed based on “cloud computing”.By the network entrance,the data of field management were integrated into the system interface so that the various data appeared to be intuitive and clear to offer agricultural science and technology personnel with new-typed,rapid economic and feasible means of information management.

sugarcane germplasm resources;cloud computing;agriculture informatization;management system

2013-10-25

云南省现代农业甘蔗产业技术体系建设专项(2009-2014)；云南省重点新产品开发计划项目(2012BB014)；云南省创新团队项目(云科人发[2012]18号)。

徐铭超(1988-)，男，硕士研究生。研究方向：甘蔗种质资源研究与利用。Email:44636238@qq.com。通讯作者李富生(1968-)，男，教授，博士生导师。研究方向：甘蔗种质资源研究与利用。Email:Lfs810@sina.com。

TU984

A

1673-0925(2014)01-0064-05