專利名稱：作物同異育種智能決策系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種作物同異育種智能決策系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
同異理論是繼灰色育種理論之后，針對作物育種中的同異現(xiàn)象而提出來的又一種新的定量化育種理論。它的提出和應(yīng)用，有效地克服了傳統(tǒng)經(jīng)驗育種的局限性，使得作物育種能夠從定量的角度解釋和描述作物育種過程各個關(guān)鍵階段和環(huán)節(jié)，從而為育種決策提供可靠的科學依據(jù)。因此，備受育種工作者青睞，目前已在小麥、水稻 、棉花、玉米、大豆、谷子、綠豆、蕓豆、馬鈴薯、甘蔗、葡萄等11種作物育種中得到應(yīng)用，產(chǎn)生了良好效果。雖然育種決策過程中牽涉到的數(shù)學運算并不復雜，但育種材料成千上萬，處理起來卻相當麻煩，這樣無形中便限制了這種理論在育種實際工作中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種作物同異育種智能決策系統(tǒng)，以Java技術(shù)為支撐，以Eclipse為開發(fā)平臺，研制出了作物同異育種智能決策系統(tǒng)，為育種工作者提供一種快捷有效的決策工具和手段。其技術(shù)方案如下作物同異育種智能決策系統(tǒng)，包括育種目標同異關(guān)系分析模塊、親本同異分類模塊、雜交組合同異評估模塊、單株同異選擇模塊、品種同異比較模塊、品種同異布局模塊、品種同異栽培模塊所述育種目標同異關(guān)系分析模塊采用同異關(guān)系分析原理與方法，分析各性狀對產(chǎn)量或品質(zhì)的影響，區(qū)分主要性狀與次要性狀，明確各性狀之間的數(shù)量關(guān)系，從而為確定客觀合理的育種目標提供依據(jù)；所述親本同異分類模塊定量地確定各親本之間的親疏關(guān)系，并按這種關(guān)系從本質(zhì)屬性上將親本進行分類，用于指導雜交組合的配制；雜交組合同異評判模塊采用雜交組合同異評估原理與方法，對雜種Fl雜交組合進行綜合評估，從而確定重點組合；單株同異選擇模塊采用單株同異選擇原理與方法，對育種分離世代個體或單株進行選擇，從而決定取舍，將單株分為3個等級一等單株為重點單株，在以后世代中加以重點觀察、選擇；二等單株為一般單株，保留種植，并繼續(xù)觀察、選擇；三等單株則加以淘汰；品種同異比較模塊采用品種同異比較原理與方法，從多個目標性狀對品系鑒定、品種比較試驗或生產(chǎn)示范試驗的參試品種進行綜合評價；品種同異布局模塊采用品種同異布局原理與方法，對品種多點聯(lián)合區(qū)域試驗結(jié)果進行分析，提出不同生態(tài)類型區(qū)最適宜種植的品種；品種同異栽培模塊采用品種同異栽培原理與方法，通過待推廣品種與大面積推廣品種之間在栽培學特性上的同一度來確定相似性品種，進而實現(xiàn)良種與良法的配套。
本發(fā)明所述作物同異育種智能決策系統(tǒng)在小麥育種中的應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果
與傳統(tǒng)經(jīng)驗育種相比，該系統(tǒng)具有明顯的特點一是能夠闡明作物育種過程中的各種現(xiàn)象，不但給出質(zhì)的定性解釋，同時也給出量的確切描述，從而實現(xiàn)作物育種的定量化、信息化和科學化，使作物育種學科發(fā)展成為一門精密的學科。二是能夠綜合考慮多種因素，描述作物育種過程中極為復雜的因果關(guān)系。三是能夠充分利用育種信息對育種現(xiàn)象進行解釋，能為品種選育過程各關(guān)鍵階段或環(huán)節(jié)做出最優(yōu)決策。四是能夠與計算機原理和技術(shù)相融合，編制成程序，操作規(guī)范、方便，即使是育種初學者，也能得到育種專家那樣的決策水平。
與通常品種比較試驗統(tǒng)計分析方法相比，其優(yōu)越之處就在于可以同時考慮多個性狀，因而對品種的評價更加客觀、合理；能夠克服通常分析結(jié)果導致在全省統(tǒng)一推廣平均產(chǎn)量居前幾位的品種的局限。不僅重視廣適性品種的充分利用，而且重視特定適應(yīng)性品種的增產(chǎn)潛能的發(fā)揮。
與通常栽培試驗方法相比，這種方法的不同之處就在于它可以省去繁瑣復雜的栽培試驗，僅根據(jù)某新品種與大面積推廣品種栽培學特性的相似性程度即可推斷該品種的栽培類型，繼而采用相應(yīng)的栽培技術(shù)和措施與之匹配，在新品種推廣的當年.直接實現(xiàn)良種與良法的配套，從而有效地解決了生產(chǎn)上良種與良法相脫節(jié)的矛盾，使品種的產(chǎn)量和優(yōu)質(zhì)潛力得到充分發(fā)揮。



圖1為作物同異育種智能決策系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖2為作物同異育種智能決策系統(tǒng)操作流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細地說明。
作物同異育種智能決策系統(tǒng)以Eclipse為開發(fā)環(huán)境。該開發(fā)環(huán)境以跨平臺自由集成(IDE)而著稱。主要由四個部分組成,分別為Eclipse平臺(Eclipse Platform)、Java開發(fā)工具包(JDT :支持Java開發(fā))、C開發(fā)工具包(⑶T :支持C開發(fā))和插件開發(fā)環(huán)境(PDE 用來支持插件開發(fā))。而后三者是作為插件無縫集成在其上的，這樣，就使得它具有了其它 IDE軟件很難具有的靈活性和可擴展性。因此，可以認為這是一個功能卓越、技術(shù)先進、具有諸多優(yōu)點的開發(fā)工具。
由于使用窗口構(gòu)件集和圖形庫SWT組件完成軟件界面的設(shè)計，因此作物同異育種智能決策系統(tǒng)界面友好、美觀，操作簡捷、舒適。
考慮到Excel已經(jīng)大眾化，數(shù)據(jù)輸入方便快捷，而諳熟數(shù)據(jù)庫的育種工作者則不多，因此作物同異育種智能決策系統(tǒng)在進行軟件設(shè)計時擯棄了以往使用數(shù)據(jù)庫的方案，利用POI組件實現(xiàn)對Excel的操作，完成數(shù)據(jù)存貯和管理，從而使數(shù)據(jù)的輸入、輸出極為方便。
由此可見，Eclipse優(yōu)越的開發(fā)環(huán)境和Excel的強大功能，為作物同異育種智能決策系統(tǒng)的研制奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
作物同異育種智能決策系統(tǒng)以Eclipse為開發(fā)平臺，對近年來作物同異育種理論與方法的研究成果進行了系統(tǒng)開發(fā)，其開發(fā)流程簡述如下作物同異育種系統(tǒng)分析一作物同異育種系統(tǒng)設(shè)計一建立作物同異育種應(yīng)用對象一生成作物同異育種用戶對象、函數(shù)和結(jié)構(gòu)一建立作物同異育種窗口和菜單一創(chuàng)建作物同異育種數(shù)據(jù)窗口對象一編寫作物同異育種事件(包括數(shù)學模型程序)一調(diào)試應(yīng)用一測試系統(tǒng)一生成作物同異育種可執(zhí)行文件。
作物育種程序包括育種目標的制定、親本選配、雜交組合評估、單株選擇、品系鑒定、品種比較試驗、品種布局和品種利用等一系列環(huán)節(jié)和步驟。作物同異育種智能決策系統(tǒng)就是圍繞這些環(huán)節(jié)和步驟進行研制和開發(fā)的，從而構(gòu)成了育種決策系統(tǒng)的七大核心內(nèi)容和模塊，如圖1所示，包括育種目標同異關(guān)系分析模塊、親本同異分類模塊、雜交組合同異評估模塊、單株同異選擇模塊、品種同異比較模塊、品種同異布局模塊、品種同異栽培模塊。這些模塊既相互獨立，又相互聯(lián)系，共同構(gòu)成一個整體。在作物育種實際操作過程中，任何一個模塊所負責的環(huán)節(jié)的缺失或脫節(jié)，都將殃及全局，使作物育種無法進行。
育種目標同異關(guān)系分析模塊與功能
本模塊采用同異關(guān)系分析原理與方法，分析各性狀對產(chǎn)量或品質(zhì)的影響，區(qū)分主要性狀與次要性狀，明確各性狀之間的數(shù)量關(guān)系，從而為確定客觀合理的育種目標提供依據(jù)。
親本同異分類模塊與功能
本模塊采用親本同異分類原理與方法，定量地確定各親本之間的親疏關(guān)系(遺傳差異)，并按這種關(guān)系從本質(zhì)屬性上將親本進行分類，用于指導雜交組合的配制。
雜交組合同異評判模塊與功能
本模塊采用雜交組合同異評估原理與方法，對雜種Fl雜交組合進行綜合評估，從而確定重點組合，使育種工作者在雜種早代就做到胸中有數(shù)，把精力盡早集中到有希望的組合上。
單株同異選擇模塊與功能
本模塊采用單株同異選擇原理與方法，對育種分離世代個體或單株進行選擇，從而決定取舍。通常將單株分為3個等級一等單株為重點單株,在以后世代中加以重點觀察、選擇；二等單株為一般單株，保留種植，并繼續(xù)觀察、選擇；三等單株則加以淘汰。
品種同異比較模塊與功能
本模塊采用品種同異比較原理與方法，從多個目標性狀對品系鑒定、品種比較試驗或生產(chǎn)示范試驗的參試品種進行綜合評價，為品種審定推廣提供科學依據(jù)。與通常品種比較試驗統(tǒng)計分析方法相比，其優(yōu)越之處就在于可以同時考慮多個性狀，因而對品種的評價更加客觀、合理。
品種同異布局模塊與功能
本模塊采用品種同異布局原理與方法，對品種多點聯(lián)合區(qū)域試驗結(jié)果進行分析， 提出不同生態(tài)類型區(qū)最適宜種植的品種，做到種盡其用，以取得最好的經(jīng)濟效益和社會效益。其突出優(yōu)點是能夠克服通常分析結(jié)果導致在全省統(tǒng)一推廣平均產(chǎn)量居前幾位的品種的局限。不僅重視廣適性品種的充分利用，而且重視特定適應(yīng)性品種的增產(chǎn)潛能的發(fā)揮。
品種同異栽培模塊與功能
本模塊采用品種同異栽培原理與方法，通過待推廣品種與大面積推廣品種之間在栽培學特性上的同一度來確定相似性品種，進而實現(xiàn)良種與良法的配套。與通常栽培試驗方法相比，這種方法的不同之處就在于它可以省去繁瑣復雜的栽培試驗，僅根據(jù)某新品種與大面積推廣品種栽培學特性的相似性程度即可推斷該品種的栽培類型，繼而采用相應(yīng)的栽培技術(shù)和措施與之匹配，在新品種推廣的當年.直接實現(xiàn)良種與良法的配套，從而有效地解決了生產(chǎn)上良種與良法相脫節(jié)的矛盾，使品種的產(chǎn)量和優(yōu)質(zhì)潛力得到充分發(fā)揮。
作物同異育種智能決策系統(tǒng)在小麥育種中的應(yīng)用示例
作物同異育種智能決策系統(tǒng)的研制成功，對于減少育種工作量，指導作物育種決策，提高選擇效果，將育種工作者從繁瑣復雜的數(shù)據(jù)處理過程中解放出來具有重要意義和作用?，F(xiàn)結(jié)合安陽工學院生物與食品工程學院2007-2008年度小麥雜交組合0701 (安0455/ 邯鄲6172)和0702(安0455/許農(nóng)5號)F239個田間入選單株室內(nèi)考種數(shù)據(jù)，說明單株同異選擇在小麥育種中的應(yīng)用。其他環(huán)節(jié)諸如育種目標同異關(guān)系分析、親本同異分類、雜交組合同異評估、品種同異比較、品種同異布局和品種同異栽培等育種程序的實現(xiàn)則與此類同。 如圖2所示
第一步錄入育種數(shù)據(jù)。將育種考種數(shù)據(jù)按性狀依次輸入Excel表格。注意，輸入數(shù)據(jù)時，前兩列字段分別為“單株編號”和“系譜號”，其余列可按性狀隨意排列。輸入數(shù)據(jù)后，為Excel命名并將其保存到特定盤中。
第二步啟動系統(tǒng)，編輯育種數(shù)據(jù)。在“作物同異育種智能決策系統(tǒng)”安裝盤上雙擊系統(tǒng)圖標，進入系統(tǒng)，出現(xiàn)菜單界面。點擊菜單界面左上方“育種數(shù)據(jù)管理”菜單右側(cè)的下拉菜單，出現(xiàn)“編輯Excel表數(shù)據(jù)”菜單，點擊該菜單，在特定盤中打開命名的Excel表， 檢查其輸入數(shù)據(jù)是否準確無誤，確定無誤后結(jié)束編輯并保存。
第三步進入單株同異選擇程序。在“單株同異選擇”菜單右側(cè)打開下 拉菜單，出現(xiàn)六個次級菜單。點擊“導入單株試驗數(shù)據(jù)”，出現(xiàn)“FileDialog Example”對話框，選中上述特定盤中存貯的Excel數(shù)據(jù)表，點擊對話框中的“打開”按鈕，出現(xiàn)單株試驗數(shù)據(jù)表。
第四步選擇性狀。點擊“單株性狀選擇”，右側(cè)出現(xiàn)“請選擇性狀”界面，勾選單株選擇過程中所需性狀，如全部性狀都參與運算，則勾選“全選”即可。然后，點擊“性狀選擇確定”。接著，點擊“性狀變換類型”，在“請選擇性狀變換類型”下方，選擇各性狀所屬類型。 如株高為區(qū)間型性狀，飽滿度為下限性狀，單株產(chǎn)量為上限性狀，以此類推。
第五步計算各性狀與理想性狀同一度。點擊“性狀同一度計算”，出現(xiàn)各性狀與理想性狀同一度表。
第六步確定性狀權(quán)重，輸出分析結(jié)果。點擊“選權(quán)值確定方法”，出現(xiàn)“請選擇權(quán)值確定的方法”對話框，據(jù)具體情況任選其一。如本例中選擇“專家確定法”，點擊“確定”按鈕，出現(xiàn)“請輸入適當?shù)闹怠睂υ捒?，將專家確定的各性狀權(quán)重值依次輸入。點擊“0K”按鈕。 出現(xiàn)“權(quán)值計算完成”對話框，點擊“是”，彈出“單株同異選擇結(jié)果”。分析結(jié)束。
由本例結(jié)果可知，兩個小麥雜交組合39個小麥F2單株，其中綜合性狀表現(xiàn)好的一等單株12株，綜合性狀同一度在O. 8136-0. 9365之間，說明這些單株綜合性狀較好，與育種目標的要求非常接近，應(yīng)作為重點單株，在隨后世代中加強田間觀察并加以重點選擇； 二等單株24株，綜合性狀同一度在O. 695-0. 801之間，說明這些單株綜合性狀一般，應(yīng)保留種植，在其后代繼續(xù)進行觀察，視具體表現(xiàn)加以選擇；三等單株3株，綜合性狀同一度在 O. 6063-0. 69之間，說明這些單株綜合性狀同一度較差，遠離育種目標要求，應(yīng)加以淘汰。作物育種智能決策系統(tǒng)對小麥育種工作的指導由此可見一斑。
以上所述，僅為本發(fā)明最佳實施方式，同樣可用于其他作物育種之中。任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種作物同異育種智能決策系統(tǒng)，其特征在于，包括育種目標同異關(guān)系分析模塊、親本同異分類模塊、雜交組合同異評估模塊、單株同異選擇模塊、品種同異比較模塊、品種同異布局模塊、品種同異栽培模塊 所述育種目標同異關(guān)系分析模塊采用同異關(guān)系分析原理與方法，分析各性狀對產(chǎn)量或品質(zhì)的影響，區(qū)分主要性狀與次要性狀，明確各性狀之間的數(shù)量關(guān)系，從而為確定客觀合理的育種目標提供依據(jù)； 所述親本同異分類模塊定量地確定各親本之間的親疏關(guān)系，并按這種關(guān)系從本質(zhì)屬性上將親本進行分類，用于指導雜交組合的配制； 雜交組合同異評判模塊采用雜交組合同異評估原理與方法，對雜種Fl雜交組合進行綜合評估，從而確定重點組合； 單株同異選擇模塊采用單株同異選擇原理與方法，對育種分離世代個體或單株進行選擇，從而決定取舍，將單株分為3個等級一等單株為重點單株,在以后世代中加以重點觀察、選擇；二等單株為一般單株，保留種植，并繼續(xù)觀察、選擇；三等單株則加以淘汰；品種同異比較模塊采用品種同異比較原理與方法，從多個目標性狀對品系鑒定、品種比較試驗或生產(chǎn)示范試驗的參試品種進行綜合評價； 品種同異布局模塊采用品種同異布局原理與方法，對品種多點聯(lián)合區(qū)域試驗結(jié)果進行分析，提出不同生態(tài)類型區(qū)最適宜種植的品種； 品種同異栽培模塊采用品種同異栽培原理與方法，通過待推廣品種與大面積推廣品種之間在栽培學特性上的同一度來確定相似性品種，進而實現(xiàn)良種與良法的配套。
2.權(quán)利要求1所述作物同異育種智能決策系統(tǒng)在作物育種中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種作物同異育種智能決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括育種目標同異關(guān)系分析模塊、親本同異分類模塊、雜交組合同異評估模塊、單株同異選擇模塊、品種同異比較模塊、品種同異布局模塊、品種同異栽培模塊。這些模塊既相互獨立，又相互聯(lián)系，共同構(gòu)成一個整體。本發(fā)明所述作物同異育種智能決策系統(tǒng)在小麥育種中的應(yīng)用效果良好。該系統(tǒng)同樣可用于其他作物育種之中。
文檔編號A01H1/04GK103004578SQ20121048016
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者郭瑞林, 王占中, 劉亞飛, 吳秋芳, 王景順, 劉彥珍, 毛光志, 路志芳 申請人:安陽工學院