二维码技术在林木遗传改良中的应用

李树春 王福维 金允哲 董元海 赵国辉 赵曦阳

摘要 随着数字化管理系统日益成熟和完善，二维码这个新兴条码技术逐渐渗透到人们生活中，使人们从繁琐的工作中全面解脱出来。该研究对二维码技术在林木遗传改良各个层次中的应用（林木基因库、种子园、母树林及其他各种层次林地）进行说明，为方便不同层次的资源管理及开发共享提供基础，也为林木遗传改良档案管理提供保障，最终为实现林木育种数字化管理体系提供思路。

关键词 二维码；林木育种；遗传改良；数字化管理

中图分类号 S771.8 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）34-332-02

二维码（2dimensional bar code）也称为二维条码，是相对于一维码而言的升级产物。它根据某种特定的几何图形，将数据符号信息按照一定的规律记录在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形内。在代码编制上，它巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”“1”比特流的概念，使用若干与二进制相对应的几何图形来表示文字数值信息，通过图像设备输入设备或者光电扫描设备自动读取以实现信息自动处理[1]。目前，人们对二维码这一专业术语已经不再陌生，二维码技术如今已普遍出现在各国各个领域，包括传统的信息管理和信息交换领域[2]，身边处处皆有二维码应用的实例，特别是掏手机“刷”二维码获得信息的行为，正在潜移默化的引领人们享受智能化的便捷生活[3]。笔者借鉴二维码的基本原理和技术，利用二维码在林木育种过程中的树体、档案智能检索等应用进行探讨，提出一些构想及建议，为林木育种过程中的数字化管理提供基础。

1 二维码在林木基因库和林木种子园上的应用

1.1 二维码在林木基因库中的应用 树种的基因资源是指经过长期自然选择和人工选创造的所有树种及其变异资源，而基因库是搜集、保存和研究、利用树种基因资源的场所[4]。建立树种基因库的目的，就是对树种进行引种栽培，为丰富遗传资源提供保障，更为优良材料的常规选育、分子改良提供材料。营建基因库还可以为了解不同地点、不同类型的生物学特性提供基础乃至为林业的科普教育提供便利场所。由于基因库内树种的材料收集地点和类型均不相同且数量较大，利用定植图对林木生长过程中进行调查会带来更多不变，利用二维码的方式可以大大提高工作效率，在调查过程中只需带手机，随时刷二维码，就可以确定某一单株的来源、形态及产量等信息。例如大青杨基因库某一单株信息如下：

地点：四平大青杨基因库；编号：DQ01；采种地点：吉林露水河（127°59′E、42°32′N）；采种树龄：30年；采种树高：22 m；采种胸径：35 cm；定植后8年生树高：12 m；胸径：15 cm，冠幅：3.2 m；通直度5；主要用途：可供建筑、舟船、造纸、火柴杆等用，为东北东部山地森林更新主要树种之一。当利用二维码生成软件进行制作二维码后就可以形成图1左侧的一个二维码，而当利用手机进行“扫一扫”操作，图1右侧的图片及各种信息就会出现在手机屏幕上。

图1 大青杨基因库单株二维码（左）和扫描二维码生成内容（右）

1.2 二维码在林木种子园上的应用 林木种子园是用优树无性系或家系按设计要求营建，实行集约经营，以生产优良遗传品质和播种品质种子为目的的特种人工林。种子园是生产遗传和播种品质优良种子的繁育基地，是林木育种系统的重要组成部分，对林木良种化进程具有重要的意义[5]。我国种子园的营建始于20世纪60年代，主要建立的都是造林树种种子园，目前我国建立的种子园树种约40种[6]。至今为止，部分种子园为实际生产提供了大量遗传增益较高的良种，然而产量不稳定、结实量有限的问题也伴随着种子园的发展而出现[7]，随着树龄的增大，种子园间伐势在必行，但各种子园缺少合适的间伐理论支撑。种子园间伐重要依据之一是依靠子代测定林数据，对亲本某些性状的一般配合力进行分析[8]。由于初级种子园营建过程中，亲本选择均是以生长性状为基础进行评价，导致种子园部分亲本生长性状优良，但是结实量低下，因此种子园间伐的第二个理论依据是连年结实量。而在种子园营建过程中，一般以单株小区，随机排列、错位排列等方式为主，在采种、调查、和跟踪过程中带来极大的困难和阻力。在这种情况下，完善的电子档案及二维码的应用优势明显体现。首先在电脑利用Excel编辑每个单株各性状表格，最后列为调查第一年的结实量，之后一列均为次年（以此类推）结实量，多年生结实量可以在文本中记录，利用加和对多年结实量进行计算、排序，确定多年结实量最高的单株为优良单株。此过程要用可以直接更新信息的二维码进行，那样在试验林现场可以直接读取多年结实量数据、平均值等信息，为调查及优良亲本选择提供依据。

2 二维码在母树林、林场等场所的应用

2.1 二维码在母树林管理的重要性 母树林是为发展大面积造林生产提供大量优质种子的采种基地，其由人工林或天然林去劣疏伐而获得，我国对红松、马尾松、云南松、樟子松等多个树种进行了母树林的营建，经营管理好母树林，是林木良种繁育的重要手段。常规母树林的管理方法包括截干、去顶、施肥、环溢等，一般会对单株进行采种并播种育苗，最终对母树林进行评价。在管理过程中如果可以利用二维码对单株进行标记，可以在采种、采穗和科研处理过程中大大减少工作量，减少人力、物力，进一步降低成本。

2.2 二维码在其他层次林地数字化管理的重要性 除了种子园、母树林和基因庫等林木育种基地，林木种源（家系、无性系）对比试验林、林木示范林、林木采穗圃等也亟需数字化和系统化的管理，二维码在这些不同层次的林地上的应用均能起到重要作用。尤其在新品种、良种审定和推广过程中，二维码可以让验收者最快、最迅速地获得品种信息，为缩短审定时间、提高审定效率提供最佳保障。

2.3 二维码在林木良种基地（苗圃、林场）管理中的重要性 我国林木遗传改良起步较晚，发展较为缓慢，对于基层苗圃、种子园、林场等生产第一线单位，还很少实现电子档案管理，尤其基层工作人员流动较大，文本档案丢失、流失现象严重，且基层工作人员专业技术人才缺乏，对现代信息技术在林木遗传改良种的应用技术接受较慢，营建全面的管理系统更是难上加难。对于管理较完善的单位一般会采用挂牌 的方式对单株进行挂牌，但常规的树体挂牌信息内容有限，也就只能容纳树种名，以及所属大区、小区和种源等基本信息，这也就使得挂牌信息较少，不能全面准确地描述一个树体的信息；若加大树牌，又会增加成本，维护困难，且难绑定树体[9]。另外，挂牌容易受风吹雨打的侵袭和丢失，导致树种信息的丢失，虽然可以根据定植图纸进行信息的补充，但费时费力，给外出作业者带来很多麻烦。二维码的出现完美的体现了科学技术在生产上的应用，随时更新的二维码可以让调查者、观赏者随时随地获得调查材料的各种信息，为科研、生活均提供便利条件。

3 二維码在林木遗传改良中可能存在的问题

二维码虽然自身存在许多优点，在林木遗传改良过程中具有重要作用，可是在实践应用过程中也存在一些重要问题。二维码虽制作简单，且容易实现，但面对基因库、种子园、母树林等大规模的数量，二维码制作比较费时费力，而且对资金的要求也较高；二维码信息更新和同步性较差，现在普通二维码技术还难以实现网络自动更新，可以自动更新的二维码制作需要支付昂贵的费用，同时还需要专人随时管理；二维码的识别虽然快速、精准且容错力强，但一般都需要连接网络才能获得识别信息，而一般林地比较偏僻，特别是在高原地带，信号网络难以连接，利用手机扫描二维码很不方便。虽然存在以上问题，但相信随着科学技术的不断发展，便捷且经济的二维码、三维码技术已经被开发，而且随着基层工作人员技术和科研素质的提高，二维码管理应该很快可以达到我国林业的每一个角落，特别是随着技术的发展，二维码识别系统卫星定位肯定可以很快实现，那样就可以让世界林木信息化管理成为可能。

参考文献

[1] 徐国辉，陈婕娴.手机二维码技术原理及应用[J].信息与电脑，2013（22）：18-19.

[2] 徐蕾，白晓梅，王立玲，等.矩阵式二维码在药用植物标本中的应用[J].中国药物经济学，2015（2）：21-22，25.

[3] 张倩.二维码在档案信息只能检索中的应用[J].建设档案，2012（9）：11-14.

[4] 廖秀娥.建立湘西南树种基因库的构想[J].中南林业调查规划，2003，22（3）：14-17.

[5] 张华新，沈熙环.林木种子园生殖系统研究进展[J].林业科学，2002（2）：129-134.

[6] 杨培华，王亚峰，郭俊荣，等.油松第二代无性系种子园营建技术[J].陕西林业科技，2002（2）：77-79.

[7] 崔宝禄，杨俊明，杨敏生.华北落叶松种子园无性系雌花量与选优性状的相关分析[J].安徽农业科学，2011（16）：9616-9617.

[8] 李英武，杨斌，唐建宁，等.六盘山华北落叶松无性系种子园现状分析及地产改良关键技术探讨[J].宁夏农林科技，2012，53（2）：10-12.

[9] 张元燕，周兰平，杨勋，等.基于二维码技术的植物科普系统[J].广东园林，2014（3）：62-64.