数据库技术论文：基于数据库技术的鹅掌楸属遗传改良决策系统

第 34卷 � 第 6期 2010年 11月 南京林业大学学报 (自然科学版 ) Journa l o fNan jing Forestry Un iversity (N atural Sc ience Ed ition) Vo.l 34, No. 6 Nov. , 2010 http: / /www. n ldxb. com � 收稿日期: 2010- 03- 10� � � � 修回日期: 2010- 09- 27 � 基金项目: �十一五 国家科技支撑计划 ( 2006BAD01A16) ;江苏省 2009年度普通高校研究生科研创新计划 � 作者简介:边黎明 ( 1977! ) ,讲师,博士生。* 施季森 (通信作者 ) ,教授。E�m ai:l jsh i_1221@ 163. com。 � 引文格式:边黎明,施季森,张煜,等. 基于数据库技术的鹅掌楸属遗传改良决策系统 [ J] . 南京林业大学学报: 自然科学版, 2010, 34 ( 6) : 153- 156. 基于数据库技术的鹅掌楸属遗传改良决策系统 边黎明,施季森* ,张 � 煜,李火根 (南京林业大学,林木遗传与生物技术省部共建教育部重点实验室,江苏 � 南京 � 210037) 摘要:采用 C /S模式的数据传送和处理方式, 利用 Pow erBu ilder 9. 0和 SQL SERVER 2000语言, 应用模块化的数据库方法, 建立了鹅掌楸属遗传与改良数据库,实现了鹅掌楸育种的智能化 决策系统。在鹅掌楸属遗传与改良数据库的框架下, 描述了鹅掌楸种质资源的智能化管理和无 性系利用的决策系统。该系统实现了鹅掌楸属遗传与改良信息的动态管理和适地适树进行鹅掌 楸良种推广的智能决策,操作简便、界面友好, 并具有良好的人机交互功能。 关键词:鹅掌楸属;遗传改良;数据库;决策系统 中图分类号: TP311. 135. 3; S722� � 文献码: A � � 文章编号: 1000- 2006( 2010) 06- 0153- 04 Decision system ofLiriodendron genetics and improvem ent based on database technology B IAN L i�m ing, SH I Jisen* , ZHANG Yu, LIH uo�gen ( Key Laboratory of Forest Genetics and B io techno logyM in istry of Education, Nan jing Fo restryUn iversity, Nan jing 210037, Ch ina) Abstrac t: By means of the prog ramm ing languages of Powe rBu ilder 9. 0 and SQL SERVER 2000, adopting C /S pa tterns for da ta transfer and processing and the design m ethodo logy ofm odu lization, a da tabase forL iriodendron genetics and im� provem ent w as constructed to support the intelligence dec ision concern ing L iriodendron breed ing prac tices in th is pape r. Under the fram e o fL iriodendron genetics and improvem en t database, a dec ision system for compu ter based L ir iodendron ge rmp lasm resources m anagem ent and c lonal utiliza tion w as e labo rated also. Additionally, the functions of dynam icm an� agem ent o fL iriod endron genetics and improvem en t and inte lligence decision of the top c lones w ith a fundam en tal require� m ent o f site�spec ies m atch ing were successfully ach ieved in this system, and the sy stem was charac terized by pow erful functions, easym anipulation, fr iend ly interface and exce llent hum an�computer interactions. K ey words: Lir iodendron; g enetics and improvem ent; da tabase; dec is ion system � � 鹅掌楸属植物仅两种 (鹅掌楸和北美鹅掌楸 )。 在自然条件下,鹅掌楸种群小且彼此隔离,再加上人 为干预,使得鹅掌楸的天然资源处于严重濒危状态。 南京林业大学早在 1963年就进行了鹅掌楸的种间 杂交,并获得了杂种鹅掌楸,因其表现出很好的速生 性和适应性,现已广泛栽植于我国十几个省市和地 区 [ 1]。为更好地开展鹅掌楸属的遗传改良研究,充 分挖掘丰富的遗传资源, 选育出具有重要生产性状 的无性系,急需科学的管理方法和决策系统。 鹅掌楸遗传与改良包括种质资源、杂交育种、 子代测定和无性系繁殖等内容, 涵盖大量的数据。 数据库技术可以实现对这些数据进行有效的动态 管理, 实现动态存储大量关联数据,保证数据的充 分共享、交叉访问, 为维持鹅掌楸的遗传多样性和 提高鹅掌楸改良效果提供数据参考。目前, 国内外 已经将数据库技术广泛应用于农业和林业生产研 究 [ 2] : M art in iello[ 3]分析和建立了农艺性状数据库 并为生产者提供了一个决策系统; Kozub等 [ 4]建立 了西红柿育种的数据库管理系统;段旭明等 [ 5]报道 了基于 Internet、应用 ASP技术搭建林木和花卉种 质资源信息共享平台的设计思想及实现过程;陈砣 等 [ 6]利用 JSP技术实现了棉花施肥的管理决策系 统。林木遗传与改良智能化决策系统的设计与应 用尚未见报道。笔者利用 Pow erBu ilder 9. 0和 SQL 南 京 林 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 34卷 SERVER 2000语言实现鹅掌楸属遗传与改良的智 能化管理决策系统,重点介绍鹅掌楸属种质资源在 该数据库系统中的设计、实现与应用以及良种选育 的智能化决策。 1� 鹅掌楸属遗传与改良数据库结构 一个完整的鹅掌楸属遗传与改良数据库功能是 多样而复杂的,不同的功能其开发源程序也有各自对 应的参数和结构特点,因此如果将所有功能合在一 起,则势必造成程序的冗长和混乱,最终影响数据库 的可维护性。而模块化设计是计算机软件开发与创 作的基础,也是解决系统功能多样化的最佳方法。所 以鹅掌楸属遗传与改良数据库采用模块化设计方式, 可以在软件创作、更新及开发时运用局部修改、移植 及模块重组的方式提高效率使其方便易行。考虑到 系统建立的目的和用途,将鹅掌楸属遗传与改良数据 库分为 4个模块:系统管理模块、数据输入模块、数据 查询模块和数据修改模块。具体功能模块见图 1。 图 1� 鹅掌楸属遗传与改良数据库的结构 Fig. 1� Fram ework of gene tics and im provem en t database of Liriodendron � � ( 1)系统管理模块。该模块主要实现进入数 据库的权限管理,不同等级的用户可以拥有不同的 权利,只有正确的用户名和密码才能使用相应的权 限。普通用户能进行浏览, 高级使用者可进行基本 的查询,而管理员可以对数据进行编辑、增加和删 除,同时对进入系统的用户也可进行安全性检查, 防止非法用户进入系统 [ 7- 8]。该系统登录界面如 图 2所示。 图 2� 系统的登录界面 F ig. 2� In ter face of logging in the database ofL irioden� dron genetics and im provem en t ( 2)数据输入模块。该模块分为种源信息输 入和样本信息输入模块。种源信息输入模块主要 功能为基本信息的输入,能实现种属、种源分布、原 产地概况、生长习性、生物学特性、引种情况和主要 用途等功能。这部分主要对鹅掌楸属树种的基本 信息进行简要的介绍,让用户进入系统后, 对鹅掌 楸属树种有一个基本的认识,进而可以继续对样本 信息有更深入的了解。 样本信息输入模块实现种质资源输入、杂交育 种输入、子代测定输入和无性系繁殖输入等功能, 这部分是该数据库的核心部分。在此模块可把采 集整理的鹅掌楸属种质资源信息全部输入。如发 现输入信息有误时, 也可进行修改。 ( 3)数据查询模块。分为种源信息查询和样 本信息查询模块。种源信息查询模块实现名称与 科属查询、种源天然分布查询、原产地概况查询、生 长习性查询、生物学特性查询、引种情况查询和主 要用途查询等功能,此模块便于对鹅掌楸属树种不 了解的用户对鹅掌楸有生动、形象、全面的了解。 样本信息查询模块可分别通过样本编号、采集人、 采集地点、保存编号、保存单位和保存地点来分别 查询所需要的信息。 ( 4) 数据修改模块。该模块可以分别在种源 信息和样本信息中进行。在种源信息模块中,通过 还原或修改对种源信息进行更新;在样本信息中可 对数据库中先前输入的信息进行提取和修改。 2� 鹅掌楸属遗传改良智能决策系统 的分析与实现 � � 鹅掌楸亲本的性状和遗传背景对鹅掌楸的高 世代改良有着重要的影响。设计鹅掌楸属遗传改 良智能决策系统, 通过充分收集丰富的背景 154 � 第 6期 边黎明, 等:基于数据库技术的鹅掌楸属遗传改良决策系统 (即育种材料 )、明确科学研究和生产应用中的问 题 (即育种目标 )、列举可能实施的并对这些 方案进行分析比较,为改良工作做出正确决策提供 必要的人机交互信息。智能优选决策过程流程框 图 3� 智能决策过程流程图 F ig. 3� F lowchar t of in te lligen t dec ision process 图见图 3。该系统首先要求用户输入试验林的自 然条件、试验设计、各种表型和分子水平等数据,以 确定目标种植地点的立地和气候条件,进入鹅掌楸 属遗传与改良数据库查询相关信息后,智能决策系 统将作出判断,如果没有适合于目标种植地的无性 系,则提示用户 �鹅掌楸遗传改良数据库中暂无适 合的无性系 , 如果有适合于目标种植地的无性 系,则需要结合生长性状和抗性性状进行下一步决 策,如用于园林绿化要求树形端正、冠幅大; 作为纸 浆材要求速生和具有一定微纤丝角; 作为抗病虫害 要求所选的无性系能抵御病虫害。经过智能优选 决策系统决策后,最终提供能满足用户要求的优良 杂交组合亲本和优良无性系,用户可以根据自己的 需要利用该父本和母本进行杂交育种,得到全同胞 家系后可进行规模化无性繁殖。建立智能决策系 统,研究物种对空间、时间和实际条件的要求与反 应,在专家库经验积累与分析处理的基础上, 分析 不同种源鹅掌楸的生长发育规律, 必将为有效利 用空间、时间和实际资源及合理制订鹅掌楸属的 遗传改良计划提供战略参考和理论科学依据。同 时, 系统具有较好的人机交互性: 一方面, 用户向 系统提供信息, 提出任务要求; 而另一方面, 系统 向用户提供交配方案和决策命令, 也可向用户索 取完成任务所需要的补充信息。通过人与系统的 集成, 对鹅掌楸属遗传与改良信息进行科学、有 效的管理, 使用户在遗传改良的过程中, 能把人、 信息和决策过程联系起来, 提供一个具有开放 性、可伸缩性和可重构的信息系统, 推进林业良 种繁育信息服务领域的现代化进程。 3� 鹅掌楸属遗传与改良数据库的建立 南京林业大学林木遗传和基因工程实验室于 2007年和 2008年 10至 11月分别在云南省的昆明 市、马关县、麻栗坡县、西畴县和金平县, 贵州省的 松桃县和黎平县,安徽省绩溪县,浙江省安吉县,四 川省叙永县,福建省武夷山市等地采集北美鹅掌楸 和中国鹅掌楸的当年生枝条以及种子进行迁地保 存,每个种源地选择间隔距离在 30 m以上优树 30 株,每株优树采集 30根枝条和约 200 g种子,同时 记录每株优树的树高、胸径、经度、纬度、健康状况、 海拔、伴生树种、气候和土壤条件等数据。 2007年 10至 11月采集的中国鹅掌楸枝条于 2008年 3月 在南京林业大学下蜀实习林场进行嫁接,共计嫁接 约 7 000株;种子于 2008年 3月在南京市浦口区桥 林镇播种, 共得实生苗计约 8 000棵, 2009年 3月 在南京市浦口区桥林镇定植。 2008年 10至 11月 和 2009年 4月在南京林业大学下蜀实习林场采集 的鹅掌楸枝条在南京市浦口区桥林镇嫁接定植,共 计嫁接约 14 000株。对于国家濒危树种, 原则上 要求鹅掌楸种质资源保存圃中每个无性系的保存 数在 10株以上, 每个家系在 50株以上 [ 9]。 鹅掌楸属遗传与改良数据库主要用于对种质 资源的录入保存、信息检索查询和管理应用, 使用 该数据库, 便于掌握采集地信息、样本信息和保存 信息, 为鹅掌楸属树种的遗传改良提供基础。用 SQL SERVER对 Pow erBu ilder数据库进行开发, 通 过开发界面和编写代码,数据库具备了系统用户设 置和初始化、种质资源数据的录入、动态管理的详 细记录、林木遗传改良信息的查询和修改等功能。 包含了 z_ log (日志 )、w_p ic (图片 )、u _cd(菜单 )、 w_w z(物种 )、w _w zsx (物种属性 )、u_ yh (用户 )、 u_yhcd(用户菜单 )、u_yb(样本 )等 8个表, 其中菜 单表、用户菜单表和用户表三者间关系是用户表对 用户菜单表一对多的关系,一个用户可以在用户菜 单表里有多个菜单。菜单表和用户菜单表为一对 多的关系, 一个菜单可以在用户菜单里面找到多条 155 南 京 林 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 34卷 记录。物种属性表、物种表、样本表和图片表四者 的关系是物种对属性为一对多 ( 1∀N )的关系,物种 对样本也是一对多 ( 1∀N )的关系, 样本对图片为一 对一 ( 1∀1)的关系。设计如图 4所示的鹅掌楸属 遗传与改良数据库种质资源管理的 E�R图 ( ent i� ty! relationsh ip, 实体 ! 联系 )来描述各实体、属性 和联系 [ 8]。根据需求分析的样本信息输入及查询 界面见图 5。 4� 结 � 语 该研究设计和建立了鹅掌楸属遗传与改良数 据库并实现了鹅掌楸属育种的智能化决策, 该系统 操作简便、界面友好, 提供了方便、实用、安全和高 效的功能。同时鹅掌楸属遗传与改良数据库能对 大量的外业调查和试验数据进行存储、分析和管 理,加快了林木育种的效率,提高了鹅掌楸属树种 遗传与改良的智能化和现代化程度, 为鹅掌楸属树 种的资源保护、良种选育以及优良无性系的推广奠 定了基础。在今后的工作中,将进一步完善智能决 策系统和数据库功能,不断充实杂交育种、子代测 定和无性系繁殖内容,随着研究的不断深入, 可将 其推广应用到其他树种,为林木遗传育种提供理论 和技术支持。 参考文献: [ 1 ] 王章荣. 鹅掌楸属树种杂交育种与利用 [M ] . 北京: 中国林 业出版社, 2005. [ 2 ] 王珊,张孝, 李翠平. 数据库技术与应用 [M ]. 北京:清华大 学出版社, 2005. [ 3 ] M art in iello P. Developm en t of a datab ase com puter m anagem en t system for retrieval on varieta l f ield evalu at ion and p lant breed ing inform at ion in agricu lture[ J] . C om pu ters and E lectron ics inAgri� cu lture, 1988, 2 ( 3) : 183- 192. [ 4 ] Kozub JG, Lyn chD R, Kozub G C, et a.l A relational database system for potato b reeding p rogram s [ J] . Am er J of Potato Res, 2000, 77: 95- 101. [ 5 ] 段旭良,冯秀兰,赵蕾, 等. 林木和花卉种质资源信息共享平 台的设计与开发 [ J] . 北京林业大学学报, 2007, 29 ( 5 ): 147 - 152. [ 6 ] 陈砣,吕新. 基于 JSP的棉花施肥管理决策系统的设计与实 现 [ J]. 农业工程学报, 2009, 25 ( 3) : 124- 129. [ 7 ] 蔡毅,邓格琳. Pow erBu ilder 9. 0基础开发篇 [M ]. 北京: 清华 大学出版社, 2003. [ 8 ] 苏啸. 数据库原理与 SQL Sever 2000 [M ]. 北京:北京工 业大学出版社, 2002. [ 9 ] 沈熙环. 森林遗传育种资源的保存策略 [ J] . 林业科技开发, 2007, 21( 3 ): 1- 4. (责任编辑 � 郑琰燚 ) 156