计算机与农业 1999年增刊
国家库种质监测信息系统构建的基本思路
卢新雄 崔聪淑 陈贞 陈叔平 陈晓玲
(中国农业科学院作物品种资源研究所,北京100081）
提 要：本文简要讨论了国家库贮存种质及种质监测的基本特点，提出通过建立专家数据库、监测数据库、更新繁种数据库和分析工具软件系统，来构建国家库种质监测信息管理系统。并强调指出，建立完善而有效的种质监测信息管理系统，是确保国家库贮存种质长期安全保存的关键因素之一。
关键词：种质库，监测，数据库，农作物，种质资源
国家种质库（以下简称国家库）建成于1986年，其贮藏温度-18℃，相对湿度 < 57%。至1998年，贮存种质数量已达160多种作物近32万份，居世界各种质库首位。这些资源将为我国农作物育种、生物工程及作物学科发展提供重要的物质基础，也将为21世纪我国农业可持续发展提供可靠保障。
根据理论上计算，种子在-18℃贮存条件下，其寿命可达20至数十年，甚至上百年。但许多报道指出，即使在贮存设备条件很好的种质保存中心，有些种子生活力却在较短贮藏时间内出现明显的下降，并诱导了种质遗传组成发生变化（漂移）。在国家库，1991年开始对8种作物400多份贮存种子进行生活力跟踪监测研究，初步获得了不同种子类型、不同发芽率水平的贮存种质在贮藏过程中生活力变化情况。1996～1998年进一步扩大了监测作物范围和监测数量，共抽查监测作物14种，种质1.5万余份（贮存年限10年以上），发现竟有80份（占被监测总数的0.53%）的贮存种子发芽率出现了明显下降（从85%以上降至70%以下）。因此，摆在国家库管理者面前很现实的问题是如何确保种质的长期安全保存，而建立国家库种质监测信息管理系统则是确保种质安全保存的重要途径之一。本文从种质安全监测角度出发，就国家库种质监测信息管理系统的构建提出一些看法，以供参考。
1.国家库贮存种质及种质监测的基本特点
在讨论国家库种质监测信息管理系统构建之前，很有必要了解国家库贮存种质与种质监测的一些基本特点。
1.1 国家库贮存的种质资源多样性丰富
国家库贮存的32万份种质，隶属30科、170属、600个物种。除栽培种外，还有野生种、半野生种、近缘野生植物及特殊遗传材料，可见种质类型异常丰富多样。因而，在入库贮存的种子初始发芽率最低标准制订上，各作物及类型之间要求也不一样，大多数栽培作物发芽率最低标准是85%，但某些野生种及难繁作物种子，其入库发芽率标准仅为50%～60%，远远低于IPGRI推荐的85%更新发芽率标准。 1.2 国家库贮存种子生活力下降的差异很大且无规律可循
卢新雄等：国家库种质监测信息系统构建的基本思路 31
从理论上讲，种子在-18℃低温下贮藏，其生活力下降是极为缓慢的。近几年的库存种子生活力监测结果也表明，种子在贮藏10年以后，大部分种子生活力几乎没有下降，但个别贮存种子（约占0.53%）生活力出现明显下降。其原因，一是种子本身的遗传因素所决定的，如短寿命种子；二是由于种子在入库贮存之前所受到的损伤，如种子从繁种到入库贮存，种子质量可能受到以下几个方面的影响：种子成熟及收获时期的恶劣气候及其它不良环境因素；种子收获时的干燥、脱粒及运输等环节可能引起的损伤；种子在入低温库贮存之前的前处理损伤，如临时贮存、加温干燥或发芽检测不当等。这些因素虽然一时没有影响到种子生活力的下降，但种子潜在活力水平却受到影响。由于这些因素大多是意外发生的，因而难以预测出某份材料生活力的下降趋势。
1.3 国家库贮存种子的监测方案还有待不断完善
在进行种质监测时，首先要制定出各种作物的监测方案，其内容包括监测间期、监测方式、生活力和活力检测方法、种子质量变化评估和预警指标、种子寿命预测方法及更新标准等。但由于国家库贮存年限才10多年，生活力监测和监测方法及预警指标的研究也才刚刚开展，监测方案的许多内容也正在研究探讨之中。因此，国家库贮存种子的监测方案还有待于今后不断补充和完善。 综上所述，国家库贮存种质的特点是种类繁多、数量巨大，入库起始发芽率参差不齐。种子在低温条件下贮存，尽管大部分种子的生活力下降极为缓慢，但个别种子却出现较为明显下降且无规律可循；此外，国家库种质监测工作仍处于起步阶段，监测方法、预警指标及更新标准等关键指标仍处于研究探索阶段。因而国家库贮存种子生活力监测将面临难度大、工作量巨大，而且在一定程度上存在复杂性。因此，尽快建立起国家库种质监测信息管理系统，对于指导和完善国家库监测工作是很有帮助的。
2监测信息管理系统的构成
依据目前国家库实际情况，国家库监测信息管理系统构成应包括专家数据库、监测数据库、分析工具系统和更新繁种数据库等子系统。
2.1 专家数据库
前面已指出，国家种质库贮存作物种类丰富而且类型多。此外，国家库也才运行10多年，大多数作物种质监测方案的内容几乎是空白。因而在制定种质监测方案时，有必要借鉴其他种质库和研究者的研究成果及经验。因此，建立专家数据库是非常重要的，其目的是把国内外有关监测研究成果和经验收录进来，以便为制定国家库贮存种子的监测方案提供科学依据。专家数据库可按作物为单位收录以下内容：监测间期、更新标准、生活力和数量标准、生活力和活力检测方法、种子寿命的预测方法及其他。 2.1.1 监测间期。含以下数据项：
① IPGRI的标准； ② 其他种质库采用的标准； ③ 该作物的贮藏特性；
④ 国家库管理专家的建议（依据先前的监测结果而提出的监测间期）。 2.1.2发芽率更新标准：
① IPGRI的标准； ② 其他基因库标准及研究报道；
32 计算机与农业
③ 国家库研究结果或本所种质专家的建议。 2.1.2 种子数量更新标准:
① IPGRI建议； ② 其他种质库标准； ③ 依据千粒重；
④ 国家库标准。
2.1.3 生活力与活力监测方法：
① IPGRI建议：固定样本法和序列测定法； ② 其他基因库的检测方法； ③ 国家库的检测方法。
2.1.4 其他，如繁种有关的信息等:
① 授粉类型； ② 每次繁种最低种植株数； ③ 隔离是否； ④ 异交率。 2.2
监测数据库
监测数据库应含以下数据项： 1）作物名称； 2）拉丁学名； 3）品种名称； 4）统一编号； 5）种质库编号； 6）种子类型； 7）供种单位； 8）种子千粒重； 9）入库贮存日期； 10）入库起始发芽率； 11）入库起始发芽势； 12）种子数量；
13）第1次监测间期； 14）第1次监测发芽率； 15）第1次监测发芽势；
16）第1次监测日期；
17）第2次监测日期（下一次监测日期）； 18）库位号；
19）监测评价：继续保存或更新。 2.3 分析工具系统
分析工具系统是种质监测信息管理系统的核心，它用于基因库管理者对监测数据进行处理、统计和评估分析。因此，建立起完善的分析工具系统是确保种质安全保存的关键，
卢新雄等：国家库种质监测信息系统构建的基本思路 33
该系统应包括以下几方面：
2.3.1 种质库位号的立体图示系统
依据种质库管理者的需要，该系统应具备以下几方面的功能： ① 能显示各种作物和品种在冷库中的存放位置； ② 依据贮存年限，显示需进行生活力监测的作物、种质及所在位置；
③ 依据生活力和数量更新标准，显示需进行更新作物、种质及所在位置。 2.3.2 统计分析工具系统
以作物为单位，对监测数据库进行分析统计。其功能应包括以下内容： ①统计不同发芽率水平的种质分布及图形； ②统计发芽率下降的平均数；
③统计不同供种单位贮存种质的生活力变化情况；
④ 以不同发芽率水平、种子类型和供种单位为分析对象，统计种子批的变异系数（CV%）、两次测定一致性比率（RCT%）及第2天种子发芽数等监测预警指标的动态变化；
⑤ 用不同图形直观显示库存种子生活力的变化动态（分别以种子类型、发芽率水平以及供种单位为对象）；
⑥ 国家库贮存的每份种子材料生活力变化曲线。
2.3.3 库存种子生活力寿命预测系统
发展该系统对于种质库管理者是非常重要的，它是分析工具系统的最重要分析工
具，应包括以下功能：
① 依据种子监测结果推导出种子存活曲线； ② 依据种质监测的存活曲线，并结合种子寿命公式，预测未来5年或10年的生活力变化情况； ③ 依据以上结果，预测未来5年内需进行种质更新的数量，以便种质库管理者安排种质更新计划。
2.4 更新繁种数据库
更新繁种数据库包括以下数据项: ① 品种名称；
② 作物名称； ③ 繁种时间； ④ 繁种地； ⑤ 繁种单位； ⑥ 繁种联系人； ⑦ 繁种原因； ⑧ 基因库繁种联系人。
34 计算机与农业
3种质监测信息管理系统操作流程
分析工具系统 否
是
图1 种质监测信息操作系统流程图
重新繁种 国家库 管理数据库 分发数据库 监测间期的确定 生活力监测试验 下一次监测 时间的建议 监测数据库 专家数据库 （是或否） 更新标准的确定 繁种更新数据库 繁殖 4 结语
应特别强调，上述的国家库种质监测信息管理系统的构建思路仅是初步的，还很不成熟。随着有关种质监测及研究资料的不断积累，种质监测信息管理系统将逐步得到完善。但应该看到，随着种质贮存时间的延长，国家库对种质监测信息系统的需求更加迫切，但由于国家库许多作物监测方案的内容仍在研究之中，如监测时期、活力监测方法、种质质量评估和预警指标、种子寿命预测方法和更新标准等，致使国家库在近阶段难以建立起较为完善的监测信息管理系统。因此，在重视种质信息管理系统建设的同时，非常有必要加强种质监测方案关键问题的研究，以确保国家库贮存种质的长期安全保存，造福于子孙后代。
卢新雄等：国家库种质监测信息系统构建的基本思路 35
参考文献
1. 卢新雄.国家种质库贮存种子的生活力监测，作物品种资源.1995,(2):48-50
2. 卢新雄、崔聪淑、姬茚利. 国家种质库水稻贮存种子生活力监测研究，《作物种质资源保存论文集》,中国农业科技出版社.1996.12
3. 卢新雄.种子老化过程中生活力丧失特性及其生理生化遗传变异的研究，硕士学位论文，1999 4. 崔聪淑、卢新雄、武杰峰，跟踪监测国家种质库长期贮藏小麦种子生活力研究，《作物种质资源保存论文集》,中国农业科技出版社.1996.12
5. 崔聪淑、卢新雄、王鸿凤. 跟踪监测国家种质库长期贮藏豌豆种子生活力研 究,《作物种质资源保存论文集》,中国农业科技出版社.1996.12
6. 陈贞. 花生种子生活力跟踪监测研究,《作物种质资源保存论文集》, 中国农业科技出版社.1996.12 7. 陈叔平. 辣椒、白菜种子1992～1995年生活力监测结果（I）,《作物种质资源保存论文集》,中国农业科技出版社.1996.12
8. 陈叔平. 辣椒、白菜监测种子的相关、回归及因子分析 1992～1995年生活力监测结果（II）,《作物种质资源保存论文集》,中国农业科技出版社.1996.12
9. Roberts, E.H. Loss of viability: chromosomal and genetical aspects, Seed Sci. Technol. 1973,1:515～527
10. Roos, E.E. Physiological, biochemical, and genetic changes in seed quality during storage. Hortscience.1980, 15:781～784
11. Singh, R.B. and Williams, J.T. Maintenance and multiplication of plant genetic resources. In: Crop Genetic Resources: Conservation and Evaluation (Eds. Holden J.H.W. and Willinms, J. T.). Allen and Unwin Led, 1984
Development of a Monitoring Information Management System
in the National Genebank of China
Lu Xinxiong; Cui Congshu; Chen Zhen; Chen Shuping; Chen Xiaolin
（Institute of Crop Germplasm Resources,CAAS,Beijing,100081）