葡萄种质资源数据库系统的构建

2015-07-18姜建福李川战非等

山东农业科学 2015年1期

姜建福　李川　战非等

摘要：以国家果树种质郑州葡萄圃中保存的历史数据为数据源，以《葡萄种质资源描述规范和数据标准》为基础，以“每个数据都是一个‘数据库、数据动态变化”为原则，采用浏览器/服务器结构、ASP动态网页、SQL Server 2005数据库技术，构建了葡萄种质资源数据库系统，实现了对种质历年数据的管理，为科学合理地管理和利用葡萄种质资源提供技术支持。本文简单介绍了该数据库系统的结构、功能和使用特点。

关键词：葡萄；种质资源；数据库；构建

中图分类号：S126 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2015）01-0119-05

Abstract In order to provide technical support for management and utilization of grape germplasm resources， the Grape Germplasm Resources Database was constructed utilizing the techniques of ASP.NET and SQL Server 2005 with the B/S structure and the data from historical survey of the National Fruit Germplasm Repository for Grapevine （Zhengzhou）. It was based on the principle“every data was a database， and the data change dynamiclly” and referenced to the “Descriptors and Data Standard for Grape （Vitis L.）”. The database system could manage the data over the years effectively， and its structure， function and feature were introduced simply in this study.

Key words Grape； Germplasm resources； Database； Construction

中国农业科学院郑州果树研究所是国家果树种质郑州葡萄圃的依托单位，长期从事葡萄种质资源的收集、保存、鉴定与利用工作，已收集保存葡萄野生种、地方品种、育成品种、育种材料、珍稀资源和近缘植物1 400余份，积累了大量的葡萄农艺、经济性状数据，并以纸质文本形式进行数据的采集和保存。随着圃内种质资源调查工作的深入开展，传统的数据调查与保存方法已经不利于种质资源的管理利用以及信息的交流共享。因此，构建一个葡萄种质资源数据库系统显得尤为必要。

自20世纪70年代开始，一些发达国家相继实现了种质资源档案的计算机管理。如美国农业部种质资源信息网（Germplasm Resources Information Network，GRIN）[1]，日本的农林水产省基因库（National Institute of Agrobiological Sciences Genebank，NIAS）[2]，欧洲作物遗传资源保存和交换合作计划（European Cooperative Programme for Crop Genetic Resources，ECPGR）[3]，德国葡萄育种研究所创建的国际葡萄品种目录（Vitis International Variety Catalogue，VIVC）[4]等，这些数据库系统的建成大大提高了种质资源的利用率。

我国自20世纪80年代以来也相继建立了多个种质资源数据库系统，如包含多种作物的中国作物种质资源信息系统（Chinese Crop Germplasm Resources Information System，CGRIS）[5]、国家果树种质资源数据库[6]；基于FoxPro数据库编程语言的玉米、甘薯品种资源数据库、黑龙江省农作物种质资源数据库[7～9]；基于ACCESS数据库软花生、牧草、小麦、粳稻、木菠萝、山楂种质资源数据库，山西省农作物种质资源数据库，浙江省农林生物种质资源数据库，新疆野生果树资源数据库，热带亚热带果树种质资源管理系统等[10～19]；基于B/S模式开发的中国砂梨、茄子、辣椒、南疆特色果树种质资源信息库系统[20～23]；基于Web GIS的热带作物种质资源信息系统和基于Google Maps API的烟草种质资源数据库等[24，25]。这些数据库的建成，极大地提高了我国种质资源信息管理的水平。

纵观数据库的发展，目前数据库多基于种质资源的基本信息进行录入和查询，未见针对某一种质资源多年调查数据管理的系统，缺乏持续的数据观测和数据库建设，不利于种质潜在信息的挖掘和利用。中国农业科学院郑州果树研究所联合西安航空学院，经过系统的前期探索和设计以及不断的调试完善，以《葡萄种质资源描述规范和数据标准》[26]为基础，以“每个数据都是一个‘数据库、数据动态变化”为原则，最终建成了葡萄种质资源数据库系统，为科学合理地管理和利用葡萄种质资源提供保障。

1 数据库的系统设计

1.1 系统开发环境

数据库建立的主要目的是为用户提供高效便捷的数据查询服务，这就要求信息系统一方面能够存储和管理日益增长的海量数据信息，同时还要提高主要使用者的工作效率，降低系统维护、更新、升级和运行的成本。在综合考虑了用户系统需求和使用需求后，本数据库选用Windows 2003 Server（含iis6.0）作为ASP的服务环境，SQL Server 2005为后台数据库，采用B/S模式进行构建。endprint

1.2 数据项的确定

基于《葡萄种质资源描述规范和数据标准》一书中的165个描述符[26]，根据实际应用需求添加了别名、调查年份和参考文献三项，以共计168个描述符作为数据库的数据项。

在葡萄生产上常会有“同名异物”和“异名同物”现象，给准确、快速检索种质信息带来不便，而“别名”的设置则使检索更快捷。由于种质的部分可变性状（如物候期、果粒大小等）受环境影响较大，不同年份调查数据有差异，需要将调查的数据具体到相关年份，这样更有针对性，因此添加“调查年份”数据项，以满足数据的精确化需求。“参考文献”即为国内外涉及到该品种的文字档案，可用文献中的信息来填补各种质描述符中某些性状的空白，使评价更全面。文献数据包括品种选育报告、品种介绍、引种试验、审定公告、相关书籍等有关该品种性状描述的信息。

1.3 数据来源

数据来自国家果树种质郑州葡萄圃中保存的1 400余份种质的历史调查数据。

2 数据库系统的实现

主要包括前台的用户服务与后台的系统管理两部分，其中前台主要包括种质清单、数据查询、数据分析等功能，后台主要是对用户和数据进行编辑和管理，其主要功能模块见图1。

2.1 前台用户服务模块

2.1.1 种质清单种质清单是该数据库中所有品种的名录，该信息随后台种质的添加或修改而动态变化。点击“种质清单”，系统会显示本系统中所有已录入的种质份数，并显示每份种质的基本信息，包括种质名称、别名、外文名、系谱、学名、原产地、花器类型、果皮颜色等8项（图2），为了显示和查看方便，鼠标所在种质行自动生成蓝色。

点击相关各项基本信息，系统会自动对该基本信息列进行升序排列，再次点击则系统会自动对该列进行降序排列。点击种质名称可查看该份种质具体的168项详细性状信息，包括基本信息、形态特征和生物学特征、形状品质特征、抗逆性、抗病虫性以及其他特性。

对所有年份调查数据的管理是本数据库的一大特色之一，检索数据的平均化处理则是特色中的核心。品种的历年调查数据具有年份特点，某一年的调查数据并不能代表该品种的真实值，因此，数据的平均化处理使调查数据具有了统计意义，更有科学性。该数据库中每份种质的168项性状信息会随着每年该份种质数据的录入更新而不断地动态变化，如新梢卷须长度这个性状，首页显示的是各年度的平均值，随着新一年数据的录入，该数据由于重新平均化而相应变化；又如萌芽始期这个性状，该处显示的是最新录入年份的数据，随着录入新的数据，该数据不断的变化。

在“种质清单”界面下，最后一栏为“查看历年”按键，点击则可以查看该份种质录入的所有年份的具体数据，点击对应年份的该种质名称，则显示该份种质在本年度的具体调查数据；在显示界面下方有一个“数据导出”按键，可以将本年度调查的168项的所有数据导入到Microsoft Excel中，以便后期进行数据处理与统计。

2.1.2 数据查询数据查询是本数据库系统的核心和实用部分，包括快速查询和标准查询（即向导式查询）两部分。快速查询能够满足基本的查询需要，方便快速地获取查询结果；标准查询是在快速查询基础上的外延，包括对所有的168个检索项进行检索，更适合专业人士使用。

①快速查询：快速查询是数据查询最常用的部分，主要针对一般的检索需求设计，检索参数根据主要使用人员最经常用的字段设计，包括种质名称、别名、外文名、学名、原产国、原产地、种质类型、种子粒数、开花始期、浆果始熟期、果肉香味、果粒形状、果皮颜色、种质用途共14个检索描述符，使用哪个描述符进行检索，则检索结果的初始界面就可以显示哪项的检索结果。点击“种质名称”可以查看该份种质的168项详细性状，点击“查看历年”则可以查看该份种质的历年具体调查数据。为了更好地辅助检索，设置了“=、≠、≤、≥、<、>、在……之间、显示数据”8个操作符对常见检索参数进行条件性筛选，其中“在……之间”操作符主要是针对数值型的数据，当使用时系统自动弹出两个数据框，添加数据后就会检索出介于两者之间符合条件的种质情况；“显示数据”操作符主要作用是要求在检索结果的初始界面显示该性状。

在逻辑方面，设置了“加”和“减”操作键，可以进行多条件检索；同其他检索数据库一样，逻辑关系设置了“并且”和“或者”两个功能。

若一次性没有检索到符合条件的种质，还可以使用“在结果中检索”这一功能继续添加限定条件进行查询，直到检索出符合条件的种质信息。同时还可以将检索出的数据导入到Microsoft Excel中进行保存，或者选择列进行打印，具体方法同“种质清单”功能。

②标准查询：该检索模块根据《葡萄种质资源数据描述规范和标准》分为基本信息、形态特征和生物学特征、品质特征、抗逆性、抗病虫性等6个检索大项，可对168项描述符的一项或若干项信息进行查询。查询的时候，若不设置调查年份，所有数值型描述符显示该数据所有调查年份的平均值，文字型和日期型描述数据则显示最新一次录入的调查数据。为了便于相关性状的识别，在录入界面还增加了相关性状的标准模式图片，相关结果显示界面同快速检索。

2.1.3 统计功能的实现该功能模块可对葡萄种质资源的文字型或数值型字段按照一定的原则分类后，统计分析出符合条件的各种质的类型、数量和所占的百分比，点击相关性状链接，则会进一步显示符合该性状条件的种质名称等信息；数值型数据可以在已知的最大值和最小值范围内设置区间进行统计分析。

对于数值型数据，选择需要统计的性状后，系统会自动给出该性状的最小值、最大值及5个大小区间，用户可以根据自己的实际情况设置区间大小，还可以将分析结果生成柱状图或者饼状图，以更加直观；也可以将数据分析结果导入到Microsoft Excel中。

2.2 后台系统管理模块endprint

后台管理系统的功能主要包括种质管理、种质详细信息管理、描述符管理、用户管理等。

2.2.1 种质管理该管理模块中的数据是前台在不限制年份条件下所调用“平均数据”的来源，共168项，实则是在历年调查数据的基础上根据计算公式虚拟的平均值（数值型数据显示该数据所有调查年份的平均值，文字型和日期型数据则显示最新的录入数据）。同一份种质不同年份的调查数据以“保存单位编号”这一数据项作为基本信息导入的链接。该部分的数据需要根据历年的数据进行录入和编辑。

2.2.2 种质详细信息管理该部分是数据库的基础，主要功能是为每份种质录入历年的调查数据，为后台种质管理提供数据源，同时该部分也是前台查看历年数据功能的数据来源，共计168项，与种质资源管理数据项一一对应。

2.2.3 描述符管理该模块主要功能是对数据库中具体描述符进行添加、修改和删除，为数据库的日后拓展做准备。

2.2.4 用户管理系统根据不同用户的权限将用户分为管理员和一般用户，管理员主要是对后台数据和用户进行编辑管理和系统维护。而一般用户只能访问前台，不能对后台进行操作。

3 结论与讨论

葡萄种质资源数据库的建成，实现了国家果树种质郑州葡萄圃中历年数据的电子化管理，在功能细节的设计上相对于其他同类数据库来说更适合葡萄种质资源的调查和评价需求，为种质资源信息管理、数据查询、分析、种质资源调查工作提供了全新的途径。

种质的历年调查数据具有年份特点，某一年的调查数据并不能代表该品种最接近实际的特性，本数据库初步检索出的结果是调用的后台“种质管理”的数据，而“种质管理”的数据是通过后台“种质信息详细管理”的历年数据经过一定逻辑运算的结果，检索出的每个数据都是基于多个数据经过一定运算的结果，而且该结果随着新数据的录入而相应地动态变化，随着数据录入项的增多，该结果会更加精确，更加接近品种特性的真实值。

参考文献：

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