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现代猪场计算机辅助育种系统的开发与应用研究

时间:2013-09-18 来源:互联网 作者:佚名


随着我国种猪生产向规模化、专业化和集约化方向的不断发展,每天产生大量的生产数据和育种测定数据,传统的种猪育种管理方法由于其数据信息处理效率不高,导致育种操作难度大,效率低下,逐渐成为制约种猪生产改良的瓶颈,而计算机辅助育种则适应现代育种发展要求,利用现代信息处理工具,能极大地提高育种效率,对种猪育种和生产提供有效帮助。因此,我们根据我国种猪生产的实际情况,结合现代比较育种学理论和计算机应用技术的发展趋势,本着技术先进、方法科学、操作性强、简单易用等原则,经过两年多努力,开发出了《现代种猪管理软件》,并经多个大中型种猪场试用,以期能为现代种猪生产者提供有益帮助。 
1  系统的设计
1.1  开发过程  本系统的设计、开发按照结构化方法进行,分为:问题定义、可行性研究、需求分析、软件设计、软件编码、软件测试、软件发行与维护。
1.2  结构化分析
1.2.1  系统的数据流图  数据流图(DFD)是软件需求分析的基本工具,也是软件模型的一种图示方法。合理的数据流图可以减少软件开发过程中的错误,提高软件开发效率。本系统总体结构的DFD如图1所示。

1.2.2  系统的模块结构  模块结构图是软件总体设计的工具,可以清晰的表示软件结构,科学合理的模块结构图可提高软件的可靠性、可维护性和可读性。本软件系统模块结构系根据现代肉猪生产所涉及的管理内容而设计,由顶向下逐步分解可划分为三层,第一层为主控模块,控制下一层的4个分控模块,每个分控模块又分别由完成不同任务的功能模块组成(图2)。
1.3  数据库设计  数据库设计要考虑数据结构的合理性、完整性和安全性,便于程序设计及系统的维护和升级。根据这些原则,本软件设计了种猪性能鉴定表、产仔记录表、种猪系谱表、淘汰种猪记录表等20多个专业数据表(Table)、临时表和计算表,并使用索引(Index)、表关联(一对一、一对多、多对多等关系)等数据库技术,实现了数据库的构建效率高、独立性高、共享性高等特点。
1.4  开发工具与运行环境  本系统是在Windows98环境下利用Visual FoxPro6.0软件包开发完成,利用关系型数据库编程的国际标准语言—SQL来操纵和控制数据库,可在Windows9X/Me/NT/2000/XP等操作平台上运行。

 
系统的功能
    本软件的功能模块主要由四部分组成。
2.1  育种数据的输入、校验和修改  种猪个体鉴定资料、系谱资料、产仔记录、仔猪资料以及种猪淘汰记录等数据的输入、校验和修改,能够方便快捷地输入数据,并采用自动校验等技术手段,对于输入的不合理数据能够及时报警,保证数据输入的正确性,减少了人为因素所造成的误差。
2.1  育种数据的查询、输出和打印  现役种猪性能资料、出栏种猪资料、繁殖记录、以及淘汰种猪的资料等数据的查询和输出管理。此功能既可方便快捷地输出、查询和打印种猪选种选育所需要的各种数据,又可将种猪个体资料输出或打印成系谱卡片。
2.3  种猪种用价值的评定、估算与排序  本系统将种猪种用价值(即比较育种值)的估算综合多性状动物模型最佳线性无偏估计法(MTBLUP)和多性状综合选择指数法,并按照品种和性别分类进行评定。然后将种猪的种用价值按照综合性能、体型外貌、繁殖性能、肥育性能分类进行群体内比较排序,其结果既可作为种猪选种选配的依据,又可使生产者了解每头种猪在当前群内的优劣位置。
2.4  系统功能维护模块  主要包括系统资料初始化、数据清空、数据备份、数据恢复、密码修改与设定、帮助等。系统资料初始化可对输入的育种数据信息进行及时地统计、计算;数据的备份、恢复则可以实现数据的多重保存,提高数据保存的安全性,有效地防止数据的丢失;密码的修改与设定则进一步加强系统的安全性、防止无关人员对系统进行操作。
种猪遗传评估的实现
3.1  种猪生产性状遗传评估模型  根据全国种猪遗传评估方案(试行),种猪遗传评估和场内评估采用多性状动物模型最佳线性无偏估计法(MTBLUP)估计个体育种值。
肥育性能育种值估计模型如下:
yijklm i+hyssij +lik+gil +aijklm+ eijklm
其中:i: 第i个性状,其中i=(1,2),1=达100kg体重日龄,2=达100kg体重活体膘厚
yijklm:个体生长性能的观察值
µ i :总平均数
hyssij:出生时场年季性别固定效应
lik:窝随机效应
gil:虚拟遗传组固定效应
aijklm:个体的随机遗传效应
eijklm:随机剩余效应
母猪繁殖性能育种值估计模型如下:
yijk=µ +hysi+lj+aijk+pijk+eijk
其中:yijk :总产仔数的观察值
µ :总平均数
hysi: 母猪产仔时场年季固定效应
lj:母猪出生的窝效应
aijk:个体的随机遗传效应
eijk:随机剩余效应
3.2  种猪生产性状校正模型
3.2.1  达100kg体重的日龄的校正公式:
校正日龄=测定日龄-[(实测体重-100)/ CF]
其中:CF =(实测体重 / 测定日龄)×1.826040 (公猪)
=(实测体重 / 测定日龄)×1.714615 (母猪)
3.2.1  达100kg体重的活体背膘厚校正公式:
       校正背膘厚 = 实测背膘厚×CF
其中:CF = A÷{A + [B×(实测体重 – 100)]}
A和B为校正系数,与品种和性别有关。
3.3  种猪多性状综合选择指数的计算   种猪综合选择指数由体型外貌、繁殖性能、肥育性能的各项指标计算,个体的选择指数(I)为:I=b1P1+b2P2+……+bnPbP,根据最小二乘法原理,用矩阵求解待定系数b的公式是:bP-1GW,式中P为表型方差(协方差矩阵);G为遗传方差(协方差矩阵);W为经济加权值矩阵;b为待定系数矩阵。公式所用遗传参数根据国内现有遗传参数,经济加权值由专家给定。
系统的试验运行
本软件经过充分调试和检验,并编写了详细的使用手册,已在山东省济宁原种猪场、山东省华盛原种猪场、微山海利科技养猪育种中心、山东省良种猪技术中心等种猪场进行试验推广运行,证明本软件具备以下特点:①界面美观简洁,操作简单,稍有计算机基础的人员均可操作;②数据输入输出操作方便,输出的育种信息科学合理;③系统的安装和维护方便,并可以随种猪育种水平的发展提高而方便地升级添加新的功能模块;④占用系统资源少,运行快速稳定等,能有效地进行辅助育种和提高种猪生产企业的管理效率。
建议与讨论
5.1  数据管理是正确使用软件的基本保证  数据管理是现代种猪生产管理的重要组成部分,也是软件形成各种具体有用信息的基础性工作,数据测评、记录和输入的准确性直接影响到整理加工、统计分析和汇总结果的正确与否。因此,要求猪场技术人员或专职统计员一定做到以下几点:一是收集数据的方法前后保持一致,符合畜牧生产统计规范和财务统计规范,确保数据管理的准确性、及时性和连续性;二是个体信息资料的输入要做到与其种猪编号保持一致,以免产生错误的评选结果而误选中猪;三是要加强数据的多重保存,包括保留原始记录、及时数据备份和定时输出处理结果,以防止数据丢失。
5.2  种用价值评定要适用于比较育种的原理  种用价值评定是提高种猪选择准确性的关键技术,所采用的具体测评指标则反映出种猪的育种方向和实际效果。目前,在我国种猪的联合育种正在普及过程中,故本软件利用比较育种学原理设计了客观评定和场内小群体比较相结合的种猪评定方法。此法要求使用者在测评种猪种用性状时,其中可直接度量的客观指标应是实际测定结果,但反映品种特征和育种倾向的主观评分一定要按好、中、差三个层次拉开分值距离,尤其是对于有明显缺陷的个体敢于打低分甚至评为0分,以真正做到优中选优。最后,在按综合评分排序结果将猪群分为育种核心群、育种群和生产繁育群等三个等级进行分开饲养,成年后每年测定的结果可作为升降等级的依据。
5.3  使用者的信息反馈对系统的升级完善是非常必要的  本软件在设计上尽管考虑到科学性、先进性和易操作性等原则,但随着我国种猪生产技术的发展变化、规模化程度的不断提高以及种猪联合育种的不断普及,软件的某些功能设置可能会不太适应育种实际。因此,开发者将与用户密切结合,及时使用系统维护功能,经常反馈使用信息,注意根据生产需求和育种管理技术发展不断对软件升级,以促进本软件广泛的推广应用。