天津市原种场水稻种质资源数据库的建设

李 翔，徐建坡

（天津市原种场，天津 301504）

种质资源是在长期人工选择和自然选择过程中形成的，它们携带着多种遗传基因，并将其丰富的遗传信息从亲代传递给后代的遗传物质的总体，是作物品种选育及生物学理论研究非常重要的基础材料来源，是育种的原始材料。水稻是我国主要粮食作物之一，随着人们生活水平的提高，对水稻品质的追求也日益提高，为水稻育种工作带来了很大的机遇和挑战，需要丰富的水稻种质资源做基础。国内外研究表明，水稻育种工作的突破性进展主要取决于携带关键性基因的种质资源的发现和利用。如洪君英、洪春利在广东发现自然变异矮秆化植株，培育出了“矮脚南特”；李必湖利用在海南发现花粉败育的野生稻实现了籼型杂交水稻三系配套；石明松在湖北发现农垦58不育株，使两系杂交稻得到广泛应用。由此可见，水稻种质资源的发掘和利用是水稻育种持续发展的基础保障。

1 天津市原种场水稻种质资源管理现状

天津市原种场开展水稻品种选育工作已有20余年的历程，所选品种在天津、河北及东北等地广泛种植，具有一定的知名度。但在水稻种质资源管理上还存在不足，每年有大量的育种材料和种质资源数据信息目前基本以纸质形式记录和管理，由于工作量较大，导致有的记录不准确或遗失；育种人员查询某个种质资源的祖代亲本和田间表现，需逐年翻阅十几年的育种记录，耗费大量的精力和时间，而且纸质材料也不利于长期保存。因此，建设水稻品种种质资源数据库，精确采集各类亲本信息、田间性状信息，实现谱系管理、种质查询、分类管理、统计分析等功能，能有效解决目前品种选育中信息不准确、查询繁琐、工作量繁重等突出问题，从而加强水稻种质资源的开发利用，提高育种效率，缩短育种年限，实现精准育种。

2 水稻种质资源数据库的建设

2.1 水稻种质资源数据库的信息类型

水稻种质资源数据库的设计以《水稻品种资源观察调查项目及记载标准》和《稻属野生种种质资源记载标准》为基础，结合水稻种质资源品质分析和育种家多年经验，对水稻各项性状进行分类归纳整理，分析数据字段名称、数据类型等，确定数据存储结构。系统基于Brower/Server的架构模式，采用ASP.NET作为开发平台，建立基于Sql Server数据库管理系统，运行于 NET 4.0 框架下，实现育种过程的信息化管理。数据库依次记载水稻种质资源父母本、典型性状特征、繁茂性、抗倒伏性、抗病性等田间观察性状和株高、穗长、穗粒数、结实率等室内考种性状、米质情况以及产量等信息类型（图1）。

图1 水稻种质资源数据库部分信息结构

2.2 水稻种质资源数据库的功能

2.2.1 种质资源数据的保存 水稻种质资源数据库保存有各种种质资源的年份、编号、入选号，采用RFID标签对育种小区进行管理，研发了基于电子标签的育种小区标识。采用专用RFID读写设备等，实现小区和单株性状田间观测数据的快速采集，包括株高、穗长、穗粒数、分蘖、叶色、株型等各项性状和照片信息，通过无线方式传输至数据库，后期对采集到的实时数据进行人工标注和删减，优化种质资源数据。

2.2.2 种质资源查询功能 种质资源数据库分为关键词查找和精确查找2种方式。关键词查找指通过查找具体性状特征，系统自动筛选出所有符合关键词的种质资源（图2）。精确查找是通过查找具体的种质资源编号，系统自动查找到该种质资源的具体性状表现及亲本、子代编号（图3）。这样可快速地获取种质资源数据和查询到种质信息，提高查询和利用效率。

图2 水稻种质资源数据关键词查询

图3 水稻种质资源数据精确查询

2.2.3 谱系管理和亲缘追溯 水稻种质资源数据库可通过谱系分析，查找任意一种质资源编号，即可搜索到该种质资源各代亲本信息和每年的性状表现（图4），为品种选育提供依据。

图4 水稻种质资源数据库谱系查询

2.2.4 预留接口和数据补充 在系统开发中，考虑数据库的可扩展性，提前预留数据接口，对种质资源数据库的信息进行删减和增加。通过多年种质资源数据的补充和积累，不断完善信息，研究数据挖掘功能。参照完整性，设置数据库级联更新和级联删除，确保各相关数据准确性和关联性的完整统一。

3 水稻种质资源数据库的作用

3.1 实现水稻种质资源的高效管理

水稻种质资源数据库以及查询检索系统的建立，为水稻遗传育种提供了高效快捷的信息查询服务，可大大提高种质资源的实际利用率，加快培育突破性品种进程，使资源数据管理更加科学化、规范化、智能化。

3.2 利于品种的亲缘追溯和遗传分析

水稻种质资源数据库应用亲缘追溯技术，在品种与资源之间搭建桥梁，可了解该品种的选育过程和遗传背景，并通过遗传分析，清楚地掌握该品种中每一个亲缘所占的比重。同时通过亲缘追溯和遗传分析，可查找任意一种质资源编号或性状，了解该种质资源在各代的表现和利用情况，便于育种者更好地选择和利用种质资源。

3.3 有利于精准育种

将水稻种质资源在当地的试验表现，与本地优秀品种进行杂交选育、田间农艺性状调查等，与已建立的水稻种质资源库相结合，便于种质资源的分类整理与规范化管理，实现谱系管理、种质查询、统计分析、智能决策等核心功能，把握育种方向，实现精准育种（图5）。

4 水稻种质资源数据库的未来工作展望

4.1 加强水稻种质资源的引进和收集

基于水稻种质资源的重要作用，应继续加强引进优秀的水稻种质资源，利用不同遗传背景的材料，拓宽遗传基础，尤其是国外水稻种质资源的利用。同时也要做好新种质资源的利用和创新，利用杂交、诱变、分子技术等手段，改造或创新优良的水稻新品种和新品系。

图5 精准育种流程图

4.2 完善水稻种质资源数据库

天津市原种场水稻种质资源数据库已初步建成，但每年仍有大量新的种质资源引进和发现，需要不断完善和创新，深度挖掘水稻种质资源数据库的功能。

4.3 水稻育种与高新技术的联结

随着水稻种质资源数据库的不断完善和发展，在庞大数据量的支持下，利用优秀种质资源进行智能匹配，将分子标记等高新技术应用于水稻育种已成为未来发展趋势。

同时，高新技术将在常规技术无法或难以解决的某个点或局部问题上发挥重要作用，如稻瘟病持久抗性育种，应用单粒分析仪在分离世代对谷粒直链淀粉含量进行活体单粒测定筛选等。随着物联网信息技术的日益发展，也有大量应用于农业生产的案例，未来有望实现和水稻育种的全面结合。