Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Теоретические и практические аспекты создания Федеральной информационно-аналитической системы в свиноводстве России (ФИАС)

ВАК РФ 06.02.01, Разведение, селекция, генетика и воспроизводство сельскохозяйственных животных

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Гарай, Виктор Васильевич, Лесные поляны



ВСЕЮССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПЛЕМЕННОГО ДЕЛА (Головной информационно-селекционный центр в животноводстве

России)

№ ; 99

..........Л! ......

на правах рукописи

/

ЪиПЦШ /

ГАРАИ ВИКТОР ВАСИЛЬЕВИЧ

Теоретические и практические аспекты создания Федеральной информационно-аналитической системы в свиноводстве России (ФИАС)

06.02.01 - Разведение, селекция, генетика и воспроизводство сельскохозяйственных животных

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Научный консультант, доктор с.-х. наук Епишин В.А.

Лесные Поляны 1999

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 6

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12

1.1. Эволюционная теория и некоторые факторы породообразовательных процессов 12

1.2. Современные направления совершенствования селекции животных в свиноводстве 28

1.3. Некоторые аспекты использования генетически обусловленных факторов групп крови в селекции свиней 35

1.4. Методы реализации межпородного гетерозиса при скрещивании 42

1.5. Информационные технологии и автоматизированные системы в свиноводстве 52

1.5.1. Базы данных и автоматизированные системы управления 52

1.5.2. Информационные системы и технологии в АПК России и стран СНГ на различных уровнях интеграции 55

1.5.3. Автоматизированные рабочие места АРМ специалистов сельского хозяйства 57

1.5.4. Применение математических методов и моделей в свиноводстве 59

1.5.5. Существующие разработки программных систем в свиноводстве 60

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 63

2.1. Методы разработки баз данных и программных средств 66

2.2. Методы вычисления биометрических параметров 72

2.3. Математические методы (модели) для оценки и прогнозирования продуктивных качеств свиней 73

2.4. Эффективность селекции и разработка целевых стандартов и стандартов отбора 74

2.5. Иммуногенетический контроль селекционного процесса на популяционном уровне 74

2.6. Количественная оценка комбинационной способности и прогнозирование эффекта гетерозиса 75

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 77

3.1. Теоретическое обоснование концепции информатизации

отрасли племенного свиноводства России в системе АПК 77

3.1.1. Цель и задачи информатизации племенного свиноводства 80

ЗЛ .2. Основные направления развития информатизации

племенного свиноводства 82

3.1.3. Технология формирования информационных массивов 91

3.1.4. Принципы построения информационной системы для управления банком данных 92

4. КОМПЛЕКС ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ПЛЕМЕННОГО УЧЕТА С РЕШЕНИЕМ СЕЛЕКЦИОННО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ НА УРОВНЯХ ПЛЕМХОЗЯЙСТВО-РАЙОН-РЕГИОН-ФЕДЕРАЦИЯ (ФИАС-1)

4.1. Разработка системы автоматизации зоотехнического учета и формирования банка данных 97

4.2. Система автоматизации зоотехнического учета с решением селекционно-генетических задач 101

4.3. Объем программных средств системы ФИАС-1 112

__Щф

5. ГЕНЕТИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИИ АНАЛИЗ СЕЛЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА В ПОПУЛЯЦИЯХ СВИНЕЙ 114

5.1. Количественная оценка показателей продуктивности племенного стада (уровень "хозяйство") 114

5.2. Разработка алгоритмов расчета коэффициентов наследуемости 116

5.3. Разработка алгоритмов моделирования эффекта селекции 124

5.4. Количественная оценка показателей продуктивности

племенных стад (уровень "Федерация") 136

5.4.1. Фенотипическая изменчивость, наследуемость и межплеядные корреляции воспроизводительных признаков свиноматок 141

5.4.2. Прогноз эффекта селекции и целевые стандарты 150

6. ИММУНОГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СЕЛЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА ПРИ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ ЛИНИЙ И ТИПОВ СВИНЕЙ 161

6.1. Иммуногенетическая характеристика популяций свиней по группам крови 161

6.2. Иммуногенетическая характеристика стада свиней крупной

белой породы ГПЗ "Прималкинский" 165

6.3. Влияние селекционных процессов на иммуногенетическую характеристику при формировании заводской линии 173

7. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ПО АВТОМАТИЗАЦИИ СВОДНОГО ОТЧЕТА О РЕЗУЛЬТАТАХ БОНИТИРОВКИ СВИНЕЙ И ФОРМИРОВАНИЮ БАНКА ДАННЫХ НА УРОВНЕ РАЙОНА-РЕГИОНА И ФЕДЕРАЦИИ (ФИАС-2) 183

7.1. Структура комплекса программных средств (ПС) 184

8. СОСТОЯНИЕ И ОЦЕНКА ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ СВИНОВОДСТВА РОССИИ 187

8.1. Структура и организационные формы свиноводства России 187

8.2. Генетический потенциал пород свиней, разводимых в хозяйствах Российской Федерации 199

9. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА КОМБИНАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭФФЕКТА ГЕТЕРОЗИСА 205

9.1. Разработка программных средств по формированию баз данных в промышленном свиноводстве и селекционно-гибридных центрах 207

9.2. Дисперсионный анализ диалпельных таблиц и разработка алгоритмов по оценке ОКС - общей комбинационной способности и СКС - специфической комбинационной способности при кроссировании линий и скрещивании пород 211

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 246

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 269

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 273

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 274

ПРИЛОЖЕНИЕ 313

ВВЕДЕНИЕ

Диссертационная работа является итогом научно-исследовательских изысканий в области селекции в свиноводстве, создания ин-

1 и и г-

формационных технологии в селекционно-племеннои работе, применения методов популяционной генетики для качественного совершенствования популяции свиней. Исследования выполнены в соответствии с Государственной научно-технической программой "Молоко, мясо, шерсть и другая продукция животноводства" и тематическим планом НИР в лаборатории информационного обеспечения в селекции и разведении свиней ВНИИплем за период с 1990 по 1998 годы.

Актуальность темы. Одним из наиболее важных стратегических направлений развития общества является удовлетворение потребностей населения в продуктах питания. Решение этой задачи во многом связано с интенсификацией ведения отрасли свиноводства, следствием которой является повышение продуктивности животных. В этой связи возросла роль современных селекционных программ, базирующихся на основополагающих принципах популяционной генетики и методах селекции. Сложившаяся в нашей стране за многие годы традиционная система селекционно-племенной работы в свиноводстве, как правило, замыкается в рамках отдельных стад, что не способствует реализации максимального генетического прогресса популяции в целом.

В этой связи необходима стройная система управления селекционно-племенной работой на всех уровнях, более широкое внедрение методов популяционной генетики для анализа и прогнозирования эффективности тех или иных селекционно-генетических методов на базе ПЭВМ.

Очевидно, что внедрение автоматизированных систем по оценке селекционно-генетических методов многократно увеличит объем анализируемой информации. Следовательно, возникает задача сбора, накопления, хранения, обработки, передачи информации на различные уровни управления. Причем отдельные массивы информации по породам, селекционным группам животных должны быть интегрированы в единую информационно-вычислительную систему, позволяющую обеспечить племенную службу необходимой информацией и оперативно решать самые разнообразные задачи селекционно-генетического процесса на всех уровнях управления (племхозяйство -район - регион - Федерация).

Генетическое совершенствование популяций предполагает интенсивный отбор животных в племенных стадах с целью их дальнейшего размножения и оптимального использования в племенных репродукторах и системах разведения и гибридизации . В этой связи возникает проблема адекватной оценки племенных качеств животных.

В настоящее время в практике используются различные методы оценки племенного достоинства отдельных генотипов животных. Разнообразие методов обусловлено, в первую очередь, целями селекционно-племенной работы.

До последнего времени в свиноводстве России математические методы (модели) детально не проанализированы и не получили широкого распространения в практической работе, вследствие чего, объективность, точность оценки и прогноз отдельных аспектов селекции не значительны. В результате занижаются темпы генетического совершенствования популяции и эффективность племенной работы. Все вышеизложенное определяет актуальность проведенных исследований.

Цшь и задачи исследований. Целью исследований явились оценка и анализ сложившейся системы селекционно-племенной работы, теоретическое обоснование и создание Федеральной информационно-аналитической системы на базе ПЭВМ для интенсификации селекционно-племенной работы в свиноводстве.

Для реализации цели поставлены задачи:

1 .Разработать и теоретически обосновать концепцию информатизации свиноводства России в системе АПК.

2.Разработать и внедрить в производство автоматизированную информационно-аналитическую систему управления селекционно-племенной работой в свиноводстве России (племхозяйство - район -регион - Федерация).

3.Изучшъ и проанализировать принципы построения оптимальных вариантов селекции в свиноводстве.

4.Разработать программные средства (ПС) по автоматизации генетико-математических методов (моделей) для оценки и прогноза селекционного процесса в популяциях.

В результате проведенных исследований разработаны и выносятся на защиту следующие положения:

1 .Теоретическое обоснование стратегии и идеологии информатизации свиноводства России.

2.Методология построения информационно-аналитической системы управления селекционно-племенной работой на уровнях плем-хозяйств-районов-регионов-Федерации.

3.Автоматизация методов оценки генотипа животного и прогнозирование эффекта селекции.

4.Автоматизация иммуногенетических методов для контроля селекционных процессов на популяционном уровне.

5.Автоматизация методов количественной оценки комбинационной способности и прогнозирования эффекта гетерозиса.

Научная новизна. Впервые осуществлен комплексный анализ современного состояния селекционно-племенной работы, оценен генетический потенциал пород свиней, разводимых в хозяйствах Российской Федерации.

Впервые разработана концепция информатизации свиноводства России, определена стратегия и идеология информатизации всех уровней управления селекционно-племенной работой на перспективу. Разработаны комплексные программы средств (ПС) по формированию баз и банка данных (БД), охватывающие все уровни управления селекционно-племенной работы.

Разработаны основные принципы создания информационно-вычислительной системы в свиноводстве: формирование архивов и основных массивов информации, определение потоков информации, разработана технологическая схема функционирования (ФИАС).

Разработан методический и программный аппарат анализа, генеалогической структуры популяции пород, линии, семейств с учетом определения родственных отношений животных для оптимизации системы подбора.

Разработан комплекс программных средств по моделированию и оценке эффективности селекции за ряд поколений, имунногенети-ческому контролю селекционного процесса, по генной частоте, частоте встречаемости генотипов, определение уровня гомогетерозигот-ности и иммуно-генетического сходства пород, стад, линии свиней.

Проведена сравнительная характеристика эффективности моделей оценки гетерозисного эффекта на основе определения общей комбинационной способности (ОКС) и специфической комбинационной способности (СКС) основных пород свиней.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Разработаны оригинальные методики сбора, накопления информации для формирования баз и банка данных на популяционном и породном уровне. Информационная система, реализованная на основе этих разработок, охватывает 54 региона Российской Федерации. Такой крупномасштабный подход к анализу состояния селекционно-племенной работы позволяет координировать работу племенных служб всех уровней управления (племхозяйство-район-регион-Федерация), анализировать состояние племенных стад по продуктивности, централизованно проводить оценку племенных жшвотных на популяционном уровне.

Разработанная информационно-аналитическая система, (ФИАС) служит инструментом для анализа селекционно-генетических процессов в популяциях свиней и разработки оптимальных программ при чистопородном разведении и гибридизации свиней.

За разработку федеральной аналитической системы в свиноводстве Российской Федерации присуждены: две золотые и две серебренные медали Всероссийского Выставочного Центра.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации доложены и одобрены на :

- Ученых Советах ВНИИппем (1990 - 1998);

- Совете по племенной работе с породами свиней СевероКавказского района (Ставрополь 1994, Краснодар 1993, 1995);

- 3-ей Международной конференции по проблеме: "Совершенствование селекционных и технологических процессов в современных условиях ведения свиноводства" (Одесса 1996);

- 4-ой Международной конференции по проблеме: "Научно-производственные аспекты развития отрасли свиноводства" (ВНИИплем 1997).

- на совместной научно-практической конференции по проблемам:

1. "Повышение конкурентоспособности животноводства и задачи кадрового обеспечения"

2. 'Эффективность развития свиноводства в современных условиях рыночной экономики" (ВНИИ свиноводства 1998).

Публикация результатов исследований. Результаты исследований опубликованы в 95 научных работах, в том числе в 3 авторских свидетельствах.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Эволюционная теория и некоторые факторы породообразовательных процессов

Материальный мир многообразен как по формам организации, так и по формам развития. Именно это многообразие определяет дифференциацию научного познания на отдельные отрасли. В их число входит наука об историческом развитии и формировании видов в живой природе, называемая эволюционной теорией.

Историческое развитие живой природы уже более 100 лет обозначают термином "Эволюция" (от лат. еуокше - развертывание), введенным швейцарским натуралистом Шарлем Боне в XVIII веке.

В самом широком смысле эволюцией называют совокупность всех преобразований живой материи (А.С.Северцов, 1981).

Дать содержательную характеристику эволюции можно на основе вычленения самых существенных ее признаков как форм развития материи: биологическая эволюция необратима; эволюция - это изменение биологически полезных признаков; эволюция основана на преемственности, т.е. гармоничном встраивании новых элементов в старую структуру. Объясняя названные положения, можно отметить, что всякое подлинное развитие есть не повторение старого, а образование качественно новых состояний, другими словами, развитие представляет собой творческий процесс. Возникновение полезной для организма биологической реакции, морфологического или физиологического признака, формы поведения или образование вида, а в его составе чего-то нового - все это факторы эволюционного развития

(Н.Н.Воронцов, 1980, 1984; Л.П.Татаринов, 1987 ; И.И.Шмальгаузен, 1969). Развитие же,как цепь новообразований^ характеризуется необратимостью к своему прежнему состоянию.

Необратимость характерна для эволюционного процесса в целом, в частности может происходить возврат, близкий к прежним состояниям (А.С.Мамзин, 1974).

Вместе с тем, для исторического развития живых организмов характерно не просто образование нового качества, а образование таких свойств, которые полезны для отдельного организма и вида в целом. Именно в возникновении биологически полезных признаков заключается основное содержание эволюционного процесса (В.Т.Грант, 1980).

Развитие представляет собой переход от одного состояния к другому не только путем образования новых свойств, но и с сохранением многих особенностей старой организации. Эволюционные преобразования организмов и видов в целом осуществляются благодаря преемственности - передаче наследственной информации через смену поколений.

В отличие от индивидуального развития эволюция не запрограммирована. Вместе с тем, она не является хаотическим процессом, а имеет общую прогрессивную направленность усложнения организации (О.Солбриг, 1982; А.А.Гинатулин, 1984).

Главные задачи эволюции заключаются в познании причин и общих закономерностей развития живого организма. Их решение осуществляется по двум основным направлениям.

Первое - широкое экспериментальное изучение всех звеньев эволюционного процесса, начиная с изменчивости популяций и заканчивая, к примеру, в породообразовании, новым качественным преобразованием старой организации.

Главным инструментом эволюции является отбор. Изучение теоретических предпосылок, форм и направлений действия отбора составляет центральную проблему в новообразованиях вида.

Второе направление - развитие теоретических исследований основных проблем эволюции. Один из путей данной задачи - выдвижение новых теорий, гипотез и т. д. (И.Х.Шарова, 1981).

Для успешного решения задач экспериментальных и теоретических исследований различного вида преобразований требуетс