建设辽宁省大农业基因资源数据平台的思考

文丨孟未来 陈爱国 纪晔

为提高辽宁省“农业芯片”——种质资源的共享利用效率，作者调查了辽宁省微生物、柞蚕、淡水鱼类、海产品、经济林等基因资源的保存利用及信息化系统建设情况，发现和归纳了存在的问题，并针对问题提出了相关建议。

农业种质资源是新品种选育和农业科技原始创新的基础，是保障国家粮食安全的战略性资源。

随着2021 年中央一号文件的发布， 种业在国家的基础性和战略性核心产业地位得到进一步强化，种质资源保护的基础性、公益性、战略性、长期性定位得到进一步明确，农业种质资源保护与利用开启了新的篇章。 广义上的农业种质资源即大农业的基因资源不仅包括农作物，还包括畜禽、水产、海洋、果树、经济林、农业微生物等种质资源。 农业种质资源是新品种选育和农业科技原始创新的基础，是保障国家粮食安全的战略性资源。

辽宁省农作物种质资源丰富， 拥有省级及以上农作物种质库23 个，畜禽保护场11 个，水产种质资源保护区15 个，累计种质库（圃、场、区）49个。 目前，辽宁省农业科学院种质基因库已收集、保存农作物资源3 万余份，涵盖玉米、水稻、大豆、高粱、花生、小麦、大麦、小豆、芝麻、黍稷、谷子等16 种主要农作物。 非主要农作物方面同样保存了许多优质种质资源， 如辽宁省果树研究所的国家李杏资源圃保存了李种质资源779 份， 杏种质资源919 份； 沈阳农业大学的国家山楂种质资源圃保存山楂种质资源420 份，榛子种质资源164 份。2011 年，辽宁省农业科学院根据种质库日常出入库管理自主设计开发了LGRIS（Liaoning Germplasm Resources Information System）， 该系统实现了种质库库内管理与库外发布的联动管理。 多年来，该系统运行稳定， 在辽宁省农作物种质资源管理和引种共享，以及农业育种科研方面发挥了重要作用。但LGRIS 一代系统已经运行多年， 功能上已明显落后，并且未包含非主要农作物如果树、畜禽、林草、海洋、淡水、柞蚕、微生物等基因资源，已经不能满足建立辽宁省大农业、大数据平台的需求。 为建设统一规范的辽宁省农业生物基因资源共享管理平台，作者以微生物、柞蚕、淡水鱼类、海产品、经济林5 个基因资源为主要方向， 以非主要农作物基因资源的保存和信息化建设情况为主要内容进行了调查研究。 调研单位为辽宁省农业科学院相关院所和沈阳农业大学， 数据获取方式为实地科研单位考察和电话访谈相关专家。

一、非主要农作物种质资源调查

（一）微生物资源

微生物无处不在，它与人类的生存、生产和生活息息相关。 微生物用途广泛， 可用于生产如奶酪、酒、酸奶、面包、馒头等食品，也可用于净化水源、吸附重金属等领域，人体内的肠道微生物可助力食物的消化和吸收， 土壤内的微生物在维持土壤生态环境中也起着重要作用。

辽宁省微生物科学研究院目前保存农业微生物资源700 余份，根据微生物的不同品性，主要有4℃低温库保存、-80℃冷冻保存、 液氮方式保存、冻干法常温保存几种保存方式。

辽宁省微生物共享平台于2006 年立项，信息系统管理程序的开发单位是辽宁省科学技术情报研究所， 数据标准采用国家农业微生物共享平台的描述标准， 运行后网站数据库服务器也在辽宁省科学技术情报研究所。 共享平台于2008 年开始上线运行。 此平台面向对象主要为微生物科研工作人员和微生物专业学生。 运行期间，每年都有大量的微生物菌种被互换、交流、共享，为辽宁省及全国的微生物科研工作提供了有力支撑。 然而，该系统在运行4~5 年后， 由于辽宁省科学技术情报研究所办公地点搬迁及后续项目经费欠缺， 导致共享平台关闭。 目前，微生物种质资源库只有单位内部管理系统用于日常查询使用。

（二）柞蚕资源

柞蚕（Antheraea pernyi）是鳞翅目大蚕蛾科，属一种吐丝昆虫，联合国粮食及农业组织（FAO）称之为非家蚕（No-mulberry silkworm），是柞蚕属35 个种和变种中生产利用量及经济价值最大的一个。

目前，柞蚕一化性种质主要分布在河南省，二化性种质分布主要以辽宁省为中心， 范围覆盖吉林省、黑龙江省及内蒙古自治区。 这些地区集中保存了全国70%以上的柞蚕种质资源， 汇集了柞蚕丰富的遗传多样性和基因资源， 为柞蚕遗传学研究和优良品种选育， 以及保障柞蚕产业可持续发展奠定了重要的物质基础。

辽宁省柞蚕资源数据库记载保存数量是118份，保存方式为活体保存。 辽宁省蚕业科学研究所于2008 年建立柞蚕信息共享平台，目前一直在使用中，平台挂靠在辽宁省蚕业科学研究所网站上，但数据库结构比较简单，功能较为单一。

（三）淡水鱼类资源

水产种质资源是渔业捕捞、 水产增殖养殖和良种选育的生物基础， 是渔业可持续发展的重要物质基础之一， 具有较高的经济价值和遗传育种价值。

辽宁省淡水鱼类，目前主要采用活体库保存，有普通鱼类和特色鱼类共37 种，并保存了部分物种的分子标记序列。 但目前一直没有淡水鱼信息管理系统和对外共享网站。 相较于农作物资源交流共享，淡水鱼类共享交流要少一些，主要资源交流是把从南方运来的大众品种向省内鱼塘饲养户周转。 目前辽宁省正在筹备建设基因库（包括信息化系统建设）， 资源保存方式采用-80℃超低温冰箱冷冻保存和液氮保存两种方式。

（四）海产品资源

辽宁省海洋水产科学研究院目前保存海产品种质资源数量有150 种，其中鱼类85 种、甲壳类14 种、贝类31 种、藻类6 种、棘皮类3 种、头足类6种、哺乳类1 种、其他4 种。 保存方式有活体保存、基因保存、精子和卵子保存3 种模式。 目前尚未建设海洋基因资源信息系统和共享网站， 种质基因库和数据库平台正在规划建设中。 在实际科研工作中， 与主要农作物种质资源共享交流的数量相比，海产品基因资源共享交流的不多。

（五）经济林资源

经济林是指以生产果品、食用油料、饮料、调料、工业原料和药材为主要目的的林木。 除用作木材以外，相应产品有树木的果实、种子、花、叶、皮、根、 树脂、 树液等直接产品或是经加工制成的油脂、食品、能源、药品、香料、饮料、调料、漆料、蜡料、胶料、树脂、单宁、纤维等间接产品，国外称之为非木材（质）林产品（Non-Wood Forest Product，NWFP）。

目前，辽宁省经济林资源主要分为4 个品种：核桃、榛子、栗子、软枣猕猴桃，累计保存资源200余份，资源渠道是外引和自己培育。 经济林基因资源共享交流需求量不大， 主要是行业内兄弟单位或科研人员之间直接互相交流。 资源共享网站和信息管理系统目前都尚未建设， 单位网站也没有关于资源共享展示的模块。 目前经济林性状描述缺乏国家标准，原相关部门下发的标准过于简单，适用于大林业，而由于经济林偏重果树和干果类，所以性状描述相对要复杂详细得多， 因此辽宁省经济林种质资源性状描述需要重新规划设置。 在第二个百年奋斗目标的历史阶段， 林木资源的基础性、根本性影响更加凸显出来，扎实做好林木资源保护管理工作显得尤为重要。

二、分析与建议

在全球“基因大战”的大背景下，农作物种质资源的利用效率、 农作物育种和生产水平直接影响着我国的竞争力水平。 种质资源共享是保护种质资源和提高资源利用率的一种有效途径。 各科研单位应将分散的“私有资源”及其信息汇总纳入种质资源数据平台进行统一管理和发放。 目前辽宁省微生物、海产品、淡水鱼类、经济林等资源都没有建设和使用数据信息系统， 柞蚕有对外服务数据库，但年限已久且功能相对简单。 种质基因资源工作是长久性的公益工作， 其信息系统类数据库建设项目需要资金长久支持， 项目结题后财政支持的停止会造成信息系统后期运行、维护、升级等受到干扰或停摆。 习近平总书记在东北三省考察中强调“率先实现农业物质装备现代化、科技现代化、经营管理现代化、农业信息化、资源利用可持续化”， 凸显了发展农业信息化工作的重要性。在2022 年中央农村工作会议上，习近平总书记还强调“依靠自己力量端牢饭碗”。 饭碗的背后是好种子，好种子的背后是基因资源。 基因资源是发展“大农业”的基础，是中国粮食的安全保障。 如何让静态保存的基因资源发挥出最大化的动态效益，这就需要借助数字信息的力量。 江苏省、广东省已经率先在国内建立起了涵盖所有农业基因资源的大农业数据平台。

鉴于辽宁省农业生物基因资源调查的实际情况，如今农业生物基因数据亟待整合，需要设计建设统一规范的辽宁农业生物基因资源共享管理系统。 以辽宁省农业科学院种质库农作物基因资源为主，以其他库圃资源为辅，通过“物理分散，逻辑统一”的方式进行资源库圃建设与管理。各类资源信息整合后所有权仍归保藏机构所有，平台作为资源信息的汇交中心和展示窗口，通过统一的入口界面为辽宁省科技工作者提供快速便捷的查询、索引、提交等一站式信息资源共享开放服务。

按照我国种质基因资源工作“广泛收集、妥善保存、深入研究、积极创新、充分利用”的指导方针，辽宁大农业生物基因资源共享平台将部署在辽宁省政务云平台上，集电脑、微信小程序、智能手机App 三终端合一，汇集了辽宁省各类农业生物基因数据形成对外展示窗口，全方位、多角度为资源管理者和资源引用者提供高效服务。 同时将目前已积累的大量关于作物种质资源遗传多样性、 相关目标性状基因等分子标记信息，乃至基因序列信息与现有平台相联合，这是进一步利用信息技术实现科技创新和突破的新支撑点，也必然是今后信息共享体系的重要内容。