植物、作物种质资源库数据采集-多光谱和计算机断层扫描系统

 中国是世界上最依赖生物多样性资源的国家之一。 如今世界上许多国家已下大力气建设了自己的种质资源库。如果我们没有自己的种质资源保藏，一旦某些物种在我国消失，将来我们不得不花费巨额资金向国外种质资源库买回本属于自己国家的资源。为此，我们国家也建立了自己的种质基因库。

植物离体库

 种质资源库包括“五库”——种子库、离体库、DNA库、微生物库、动物库和“一圃”——种质资源圃，收集保存野生动植物和微生物种质资源，重点收集濒危、特有、有重要经济价值和科学价值的物种。

 经过10余年建设，中国西南野生生物种质资源库保存的野生植物种子已达10048种，突破万种大关，提前实现了保存野生植物种子1万种的长期目标比2014年有了大幅度提升。而截至2014年年底，中国西南野生生物种质资源库已收集保存包括植物种子、植物离体材料、DNA、动物细胞系、微生物菌株等各类种质资源20955种，169281份（株）。其中，野生植物种子8855种(占我国野生植物物种的30%)，65067份。抢救性地收集保存了123种357份濒危植物种质资源，900种8783份经济植物种质资源，以及2943种8538份狭域特有植物的种质资源，对一批处于极度濒危的种质资源进行抢救性收集和保存，如“消失”100年后的弥勒苣苔于2007年再次被发现，对其种子繁殖、超低温保存和离体保存技术等方面进行研究，成功实现了长期保存目的。

 我国已知的高等植物有3万多种。中国西南野生生物种质资源库是我国野生生物种质资源库，也是亚洲较大的野生生物种质资源收集、保藏机构。

 该库按照国际标准对我国重要野生生物种质资源进行了抢救性采集和保藏，重点收集、保存珍稀濒危物种、中国特有物种和具有重要经济价值的野生物种，已保存野生植物种子80105份、10048种，占我国种子植物总数的1/3。

 作物种质资源（又称品种资源、遗传资源或基因资源）作为生物资源的重要组成部分，是培育作物优质、高产、抗病（虫），抗逆新品种的物质基础，是人类社会生存与发展的战略性资源；是提高农业综合生产能力，维系国家食物安全的重要保证；是我国农业得以持续发展的重要基础。

 作物种质资源不仅为人类的衣、食等方面提供原料，为人类的健康提供营养品和药物，而且为人类幸福生存提供了良好的环境，同时它为选育新品种，开展生物技术研究提供取之不尽，用之不竭的基因来源。保护、研究和利用好作物种质资源是我国农业科技创新和增强国力的需要，是争取国际市场参加国际竞争的需要。

 中国作物种质资源信息系统的建立，对发展我国农业科学具有较高的实用价值和理论意义，可以实现国家对作物资源信息的集中管理，克服资源数据的个人或单位占有，互相保密封锁的状态，使分散在全国各地的种质资料变成可供迅速查询的种质信息，为农业科学工作者和生产者全面了解作物种质的特性，拓宽优异资源和遗传基因的使用范围，培育丰产、优质、抗病虫、抗不良环境新品种提供了新的手段，为作物遗传多样性的保护和持续利用提供了重要依据,使我国作物种质信息管理达到世界先进水平。

 通过国家“七五”、“八五”、“九五”科技攻关，我国已建成了拥有200种作物(隶属78个科、256个属、810个种或亚种)、41万份种质信息、2400万个数据项值、4000兆字节的中国作物种质资源信息系统(CGRIS )。CGRIS是目前世界上较大的植物遗传资源信息系统之一,包括国家种质库管理和动态监测、青海国家复份库管理、32个国家多年生和野生近缘植物种质圃管理、中期库管理和种子繁种分发、农作物种质基本情况和特性评价鉴定、优异资源综合评价、国内外种质交换、品种区试和审定、指纹图谱管理等9个子系统，700多个数据库，130万条记录。

 中国作物种质资源信息系统用于管理粮、棉、油、菜、果、糖、烟、茶、桑、牧草、绿肥等作物的野生、地方、选育、引进种质资源和遗传材料信息，包括种质考察、引种、保存、监测、繁种、更新、分发、鉴定、评价和利用数据，作物品种系谱、区试、示范和审定数据，以及作物指纹图谱和DNA序列数据，为领导部门提供作物资源保护和持续利用的决策信息，为作物育种和农业生产提供优良品种资源信息,为社会公众提供作物品种及生物多样性方面的科普信息。

 中国作物种质资源信息系统的主要用户包括决策部门、新品种保护和品种审定机构、种质资源和生物技术研究人员、育种家、种质库管理、引种和考察人员、农民及种子、饲料、酿酒、制药、食品、饮料、烟草、轻纺和环保等企业。

 中国农作物种质资源数据采集是在国家统一规划下，有组织的在全国范围内进行的。鉴定的项目是依其重要性，经专家评审后确定的。鉴定的方法和技术是在对国内外多种鉴定方法对比分析的基础上，征求国内有关专家意见而统一的。数据采集表是在已制定的农作物种质资源信息处理规范的基础上制定的。

种质资源库建设中种子测量（种质信息采集）

VideommeterLab多光谱成像系统

 VideometerLab多光谱成像系统和Frauhofer计算机断层扫描成像系统可用于种质资源库建设、种子资源库建设，测量种子颜色、形态、生理、活力以及种子内部三维结构等等各个指标。目前已经被国际种子检验协会所大力推荐，广泛应用于世界末日种子库等机构。

 VideometerLab直接测量的参数：尺寸、形状、颜色、形态纹理、光谱质构、与表面化学相关的光谱成分、计数等。

 VideometerLab间接测量或计算：种子纯度、发芽百分比、发芽率、种子活力、种子健康度、种子成熟度、种子寿命等。

应用实例

 T. T. Chang Genetic Resources Center拥有超过 100000 序列的水稻。对每个序列而言，都有一小批采集的最原始材料，存储在基因库中 。每次将该序列的种子再次繁育来替换种子库存，需要将新收获种子与种子档案进行比较以确保表型匹配。该对比工作由经验极丰富的基因库人员进行。近年来，研究表明有限数据集光谱成像可用于区分不同品系种子，从而用于替代或协助基因库人员确保种子表型在更替换代时的稳定。现研究工作已经扩展到更大数据集，将成像特征与水稻的特定表型特征相关联。研究中使用了365nm-970nm的紫外、可见光与红外波段。特征向量包括尺寸、性状、光谱以及纹理特征，特征经过计算并进一步利用机器学习算法处理。特征选择用于鉴别特征集并获取单个特征和特定特征子集的通用描述信息。该技术可用于基因库领域，来确保种子表型在多代次繁育后仍与最原始材料匹配。 该技术也可用将现有序列批次与新进入材料进行比较，避免不必要重复。

Frauhofer计算机断层扫描系统

 Frauhofer计算机断层扫描技术可用于种子质量控制以及种子检测标准确立，该系统能检测细微的内部结构（种皮、外壳、胚芽、空腔）。对每一粒种子检测，都需要复杂的处理流程。检测的目的是为了保证其不变高品质。尽管有各种实验方法可以选择，但是在种子检测方面，X射线仍是比较可靠的方法，通过影响处理系统，CT设备可检测到每一粒种子。自2003年起，Frauhofer EZRT开始了种子CT断层扫描系统的研究，近年来，对植物材料的研究已经从种子扩展到植物根、茎、果实等领域，走在CT植物表型研究的最前列。计算机断层扫描系统分为便携式、台式、落地式以及高通量等型号。台式高精度计算断层扫描系统的精度可达2um，可显示植物种子的细微结构如缝隙、损伤、缺陷等等。其中一款自动化系统，种子无需单独分开，软件可将每粒种子从混合种子中分离，从而简化了样品制备，能在一次实验中实现大量种子检测。此外，也可实现自动机械臂取料，托盘内科放置多个小盒。操作界面简单，校准或系统射线管温度控制均为独立。该设备可实现对种子内部结构的稳定、清晰成像，几何分辨率约为50um。

 北京博普特科技有限公司是丹麦Videometer公司和德国Frauhofer研究院系列CT断层扫描系统中国区总代理，全面负责其系列产品在中国市场的推广、销售和售后服务。