林木种质资源信息管理的现状与发展※李志君 顾万春 李 斌 郭文英(中国林业科学研究院林业研究所,北京100091)摘要 介绍了林木种质资源信息管理的概念目的、林木种质资源信息系统建立的基本技术、林木种质资源信息描述规范的制定、相关背景知识和具有应用前景的新技术。
介绍了国内外林木种质资源信息管理领域内的研究现状与技术发展状况。
关键词 林木种质资源 信息管理 林木种质资源信息系统种质资源信息管理是种质资源保存的必要保障和种质资源评价工作的有力工具,对林木种质资源的保存与评价显得尤其重要。
许多开展林木种质资源保存工作的世界各国和国际组织都重视林木种质资源信息的管理。
中国国家“八五”、“九五”攻关计划相关林木种质资源的研究项目中,林木种质资源信息管理技术的研究都被列为项目的主要内容之一[1,2]。
1 概述1.1 林木种质资源信息管理的概念林木种质资源信息管理就是在林木种质资源保存、评价的各种相关活动间建立联系(信息流动),汇总分析它们的内容和效果。
林木种质资源信息管理包括:林木种质资源的信息收集、整理、储存、分析处理等项工作。
林木种质资源信息管理通常又被认为是计算机化的文档系统(documentatio n sy stem)+林木种质资源评价系统(ev alua tio n sy stem),即林木种质资源信息管理系统的开发与维护。
林木种质资源信息管理系统是对林木种质资源保存材料的登记信息,动态调查信息和数量、生化分析信息进行储存、管理的计算机化的系统。
同时,林木种质资源信息系统为这些信息的查询统计和高级分析提供手段和工具。
1.2 林木种质资源信息管理的作用与目的1.2.1 储存林木种质资源保存信息、为林木种质资源保存工作提供有力保障林木种质资源信息管理利用计算机技术实现对林木种质资源保存材料的数量化的描述和这些描述数据的高效存储。
林木种质资源保存材料的评价和保存工作的进一步开展依赖于这些信息。
所以林木种质资源信息管理是林木种质资源保存工作的数量化保障。
1.2.2 林木种质资源信息管理是林木种质资源评价的有力工具林木种质资源信息管理对林木种质资源评价的作用体现在2个方面:①记录对林木种质资源保存材料一般特性的评价信息;②通过分析、提高、升华林木种质资源信息,对林木种质资源进行判别评价,最终提出林木种质资源的数量化和模式化的特性指标。
1.2.3 林木种质资源信息管理是林木种质资源利用工作的必不可少的途径林木种质资源利用是林木种质资源评价的延续,在林木种质资源评价的基础上,提出林木种质资源的若干性状尤其是经济性状的数量化指标,从而为育种利用和林木种质资源保存工作提供信息保障。
第12卷 第4期 世 界 林 业 研 究 V o l.12 N o.41999年8月 W o rld For estry Research Aug.1999该文为“九五”国家科技攻关专题“主要树种种质资源评价与利用研究”(96-014-03-01)研究内容。
收稿日期:1999-05-061.2.4 林木种质资源信息系统的信息服务功能林木种质资源信息系统为国家和国际范围内的育种工作者和林木种质资源保存、利用领域内制定策略的管理者提供信息服务,提高他们决策的科学性和预见性。
1.3 研究内容林木种质资源信息管理研究的主要内容可以概括为2个方面:林木种质资源信息的标准化和规范化;林木种质资源信息系统的建立。
1.3.1 林木种质资源信息的标准化和规范化描述(1)林木种质资源信息的组成[3]林木种质资源信息主要由林木种质资源的描述信息(descripto r info rmation)组成。
根据原国际植物林木种质资源委员会(IBPG R)的分类,描述信息包括:护照信息(passpo rt info r ma tio n)、属性信息(cha r-acteriza tio n da ta)、基本评价信息(pr eliminary ev alua tio n da ta)、高级评价信息(full ev aluation da ta )4类。
认识和了解所要保存林木种质资源的这4类信息的内容是种质资源信息管理的重要步骤。
护照信息:是一些最基本的信息,如识别名称、编号等,护照信息由林木种质保存材料采集时所记录的数据组成;属性信息:对林木种质资源某些高度遗传的属性的描述信息,这些属性应该易于观察,同时属性的表达应该不受环境影响;基本评价信息:对林木种质资源的特定数目的性状的描述,如保存材料的繁殖性能、抗性等。
这些性状是为林木育种改良工作所普遍需要的,易于进行目估;性状表达可以随环境和种质资源所在种群的变化而不同;高级评价信息:这一类信息主要是与育种计划相关的性状评价的信息,林木种质资源的描述规范就是根据自身的保存对象、目的和现有的设备条件,以及国际上相应的惯例制定出相对固定的林木种质资源描述标准。
(2)林木种质资源信息描述规范的制定[1～3]林木种质资源信息描述规范的制定步骤有:创建描述信息项目清单、规定描述信息项目的内容、修订描述信息项目清单,规定数据表达方式:如描述信息的长度、编码等、创建数据字典、设计数据记录表和数据记录卡片,作为永久保存和计算机录入的原始材料。
制定林木种质资源信息描述规范的条件:首先要考虑通用性——要易于交换、查询和升级,然后要考虑保存材料的特性,再有就是要考虑保存信息的处理工具——计算机的特性;最后要有一定的超前性。
因此,具体制定林木种质资源信息规范时,应该:①充分注意描述信息的遗传方面的有效性,因为林木种质资源信息主要的应用对象还是林木育种工作。
②尽可能地将最小的遗传单位用林木种质资源信息表示出来,这样可以更加精确、有效地记录林木种质资源在遗传方面的特性。
③对林木种质资源数据的描述可以尽量采用编码来实现。
但是,在林业上对某些性状的描述标准,国内外学者持有不同意见,有些在相当一段时间内无法统一。
1.3.2 林木种质资源信息系统的建立技术[3,4]开发林木种质资源信息管理系统的任务是,在数据库开发系统的支持下,按照林木种质资源保存的要求,设计和实施一个结构合理、操作方便、效率较高的种质资源数据库及其应用系统。
林木种质资源信息系统的开发是一项系统工程,林木种质资源信息系统的开发大致包括以下几个步骤:需求分析,设计E-R 图,设计和建立关系模式,建立林木种质资源信息系统的框架,最后收集和组织林木种质资源信息数据,并把它们存储到林木种质资源信息系统中去。
林木种质资源是一种特殊的信息系统管理对象,它首先是一种战略性资源,有着巨大的现实和潜在的经济社会效益;其次,林木种质资源的保存材料为多年生的,林木种质资源地理分布范围广、生态属性13第4期 李志君等:林木种质资源信息管理的现状与发展 14 世 界 林 业 研 究 第12卷强;林木种质资源多年生异花授粉的群体属性强;林木种质资源的评价需要多年开展,滚动进行;林木种质资源的分析需要较为复杂的分子手段和统计手段。
因此,林木种质资源信息系统不同于一般的信息管理系统,也与农作物种质资源信息系统有着很大的差别,在研制开发林木种质资源信息系统时,必须充分考虑上述特殊性,这就要求林木种质资源信息系统具有如下特点:·具有较高的稳定性和较为完善的安全保密性,保证林木种质资源这种战略性资源信息安全稳定地保存,同时这也是林木种质资源多年滚动评价的需要。
·具有林木种质资源地理、生态属性数据的表达与分析功能。
这就要求把地理信息系统的一些功能结合到林木种质资源信息系统中去。
·较强的统计分析功能,为分析、评价林木种质资源的群体属性提供工具。
·为林木种质资源的生化和分子遗传分析提供分析手段和信息存储机制。
2 林木种质资源信息管理的发展现状2.1 计算机化的林木种质资源信息系统的发展[3～8]早期的林木种质资源管理系统,由登记卡片按统一的编号排列而成,查询管理都不方便,随着计算机在信息管理领域上的应用,很多开展基因保存的研究机构都积极地将计算机技术应用于林木种质资源信息管理上。
其中值得一提的是,由美国科罗拉多大学D.J.Ro ger s教授等开发的EX IS系统,它最初叫做分类学数据检索系统(T AX IR),目的是利用电子计算机管理植物分类和博物馆标本。
在70年代,该系统作为植物林木种质资源信息管理系统应用于植物林木种质资源保存,FAO和IBP GR曾考虑到将它作为通用植物种质资源信息管理系统,并在此基础上建立了改良型的小型EX I R,这种EX I R系统在一些国家和地区的基因库得到一定程度的应用,如土耳其的伊兹米尔和意大利的巴里。
70年代末～80年代初,日本利用从EX I R2.5改进的EX I R3.2版本开发了农林水产研究所的植物林木种质资源EX IS 计算机系统。
目前,种质资源数据库应用软件系统的开发工作仍在开展,如SY ST EM+种子信息管理系统(SY S-T EM+Seed M anag er)、植物研究和标本管理信息系统(Bo tanical Research and Her ba rium M ana gement System)、森林可持续经营管理和绘图软件(T ree M anag ement and M apping Softw ar e fo r Sustainable Fo r est M ana gement)、BG-BASE系统等。
这些系统在开发时都充分考虑了植物/林木种质资源信息管理的需要。
但是成型的软件系统大多不是为林木/植物种质资源信息管理的单一目的开发的,否则会造成功能多余而缺少灵活性。
从80年代后期开始,随着第4代数据库开发工具平台的成熟和推广,愈来愈多的研究机构将这一类软件应用于林木种质资源信息管理上,第4代数据库开发工具平台提供了丰富的数据管理功能。
采用微机数据库开发平台可以在开发种质资源信息系统时充分满足自己的实际需要,从而使种质资源信息系统更加适合各自不同的情况。
因此,越来越多的种质资源保存研究机构利用微机数据库开发平台开发更适合。
2.2 国内外林木种质资源信息管理的现状(1)国外种质资源信息管理的现状[9～19]植物/林木种质资源信息管理工作开展得比较好的国家多为西方发达国家,他们的种质资源信息管理一般都有中央化数据库系统,以及完善的种质资源信息的分发共享和备份机制。
不少国家在种质资源信息管理中应用了地理信息系统和网络技术。
其中规模较大,成果较为显著的有[10,11]:加拿大植物林木种质资源信息系统(CA PG RIS),1988年开始研制,1993年9月植物林木种质资源保存(P GRC)工作人员使用的CAP GR IS版本投入使用。
美国的国家植物种质资源系统(N P GS)中的种质资源信息都保存在种质资源信息网络数据库中(G RIN)。