周 婧，李鑫星，许文涛，刘恒一，焦伟华，张领先，*

(1.中国农业大学信息与电气工程学院,北京 100083;2.中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 100083;3.山东财经大学农业与农村经济研究中心,山东济南 250014)

1 引言

转基因作物在近几年来发展迅猛，国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA）的数据表明，2010年全球转基因作物种植面积达到1.48亿hm2，比2009年的1.34亿hm2增加了1 400万hm2，年增长率达10%，这是转基因作物种植15年来排名第二的增长速度[1-3]。1996～2010年的15年间，全球转基因作物的种植面积增加了87倍，转基因作物累计种植面积超过10亿hm2[4-5]。目前，中国已成为世界上最大的大豆进口国[6-8]。中国作为世界第一人口大国，耕地面积相对较小，有限耕地下的农产品产量与人民日益提高的需求产生矛盾[9-10]。在耕地不能扩大的基本国情下，还要保证提高粮食的产量，转基因给予了非常好的解决方案[11-12]。

然而，随着转基因作物的迅速发展，人们对其安全性的争论也越来越激烈[13-15]。国际上关于转基因作物安全性问题的报道不断出现，如1996年的巴西果过敏事件，1999年的美国大斑蝶事件，以及2010年初中国广西精子事件等[16-17]。尽管以上事件被证明其试验设计或结论都存在问题，但其无不加剧了人们对于转基因食品安全性的疑虑。目前转基因作物安全性问题主要包括两个方面：一是有关转基因作物环境释放或商业化带来的环境安全性问题[18-20]；二是食用安全性问题，即转基因作物用于食品和饲料的安全性[21]。在遇到类似问题时，政府部门对于食品安全问题的解决方案通常是加大监管力度，但这种方法的成效是非常有限的，漫长的生产、加工、管理、运输线极大地增加了监管与追溯的难度。而食品溯源技术可以打消人们疑虑，让大家买的放心、吃的放心[22]。消费者有知情权，虽然学界对于转基因食品安全性的争论仍未停止，但国家法律已经允许许多转基因食品上架销售，消费者在选择此类商品时，有权了解其是否是转基因、属于哪类转基因、转的是哪些品系品类等信息[23-25]。消费者有选择是否购买的权利，但商家更有提供商品全部详细信息的义务，而食品溯源技术恰恰是保证消费者知情权的最有效手段[26-27]。

针对上述转基因作物生产过程中缺乏管理等情况，安全问题急需重视。再考虑到转基因作物生产过程周期长，生产工序地点分散，需要监管程序多，从业人员受教育程度参差不齐等情况，急需构建一套质量安全追溯系统，以加强生产管理，并有效保障消费者的知情权。本研究设计并开发了一整套质量安全追溯系统，主要提供生产信息追溯功能，将主要信息写入易于读取的二维码中，便于消费者获知生产信息，以此来保证转基因食品的安全性。

2 系统需求分析

传统意义来讲，溯源系统最重要的两个功能是：质量相关要素的追踪，在生产过程中的每个重要环节都记录下相关数据；其次就是当食品发生危害时，可以第一时间追溯危害的源头，及时切断事故的进一步扩大[28]。另外，考虑到转基因作物生产过程特点，该系统还需要从用户角度考虑，协助用户在复杂分散的工作环境中准确地记录数据。具体需满足如下功能需求：

（1）转基因作物质量信息追踪功能；

（2）多用户协同使用与权限层级划分的功能[29]。

韩杨等[30]在2011年对影响中国食品追溯体系的因素做了分析，认为纵向一体化是企业实施食品追溯体系最理想的形式。即企业应该多元化其进货渠道并与有规模有组织的供货商合作。本系统设计时将其考虑为前提条件。值得注意的是，本系统为转基因作物安全追溯系统，所以在生产过程中，虽然农民和不同工种的工人信息需要详细存储，但他们并不是系统的使用者。农民和工人的详细信息的存储是为了满足记录生产活动中溯源信息的需要[31-33]。该系统的用例图如下所示：

图1 转基因作物安全可追溯系统用例图

3 系统设计

3.1 系统功能模块设计

根据需求分析，结合转基因作物溯源系统的特点，将转基因作物质量安全可溯源系统划分为育种管理子系统、种植管理子系统、产品阶段管理子系统、二维码管理子系统和数据管理子系统。其中种植管理子系统又包括地块分配、计划种植、施肥管理、检测、灌溉管理和病虫害防治六个模块。产品阶段管理包括入库管理、加工、出库管理和运输管理四个模块。系统功能模块图如图2所示：

3.2 系统服务流程设计

图2 转基因作物质量安全可追溯系统功能模块设计图

由需求分析和系统整体设计，并结合转基因作物生产流程的具体情况和参与部门，设计出系统整体工作流程如图3所示：

图3 系统工作流程

工作流程由分配地块、确定种植计划开始。种植户开始进行转基因作物的种植。在此期间的施肥、灌溉、防治活动都要留下相关记录。另外，检验部门要根据计划对地块的转基因作物进行检验，如果不合格则立即开始追溯问题原因。转基因作物成熟后，仓库工作人员要进行采摘入库工作，记录入库信息并生成追溯码标签。入库后进行产品加工包装存储等待出库。出库之后转基因产品可能需要若干次的运输过程才能到达目的地，在此过程中仍要在每一次完成阶段运输后进行转基因的检测。

3.3 追溯码编码设计

转基因作物的生产过程周期较长，空间分布较广，为了保证转基因作物溯源的准确性，需在整个生产流程中对转基因作物进行唯一性的标识。在入库前，转基因作物的唯一标识是地块，即转基因作物与地块标号一一对应。在入库后，转基因作物被贴上溯源码标签，转基因作物的唯一标识转化为溯源码。其后的生产销售过程，用户都根据入库时生成的溯源码追溯转基因作物生产信息。所以追溯码是由当天的8位日期与4位地块编号和4位每天不重复的随机数组成的。追溯码的9到12位与地块一一对应。

3.4 查询方式设计

转基因作物溯源系统提供多种层次的查询方式。最基本的生产商、生产日期信息会以文字的形式写在追溯标签上；其次，重要的追溯信息，例如转基因的品种、转入方式、检测标准等信息会以二维码的形式写入追溯标签，用户只需要用手机微信的“扫一扫”功能即可查看这些信息；最全面的生产信息，将会以数据库链接的形式写入二维码中，用户用手机扫过二维码后会向服务器的数据库发送查看信息的请求，在这种形式中，用户会全面得知该转基因产品在生产运输中的所有信息，确保该转基因产品可以放心食用。

3.5 系统数据库设计

根据上述需求分析以及系统流程设计，可以进行数据库设计，数据库设计汇总表如下：

表1 系统数据库表设计汇总表

图4 数据库表关系图

为了保证系统可以有效运行，数据库的主外键设计应具有完备性。数据库表关系如图4所示：

4 系统实现

4.1 开发环境

本研究选用Java作为开发语言，该语言的优点在于其跨平台性，编写成功后，能十分方便的在各个平台运行，使得系统移植与平台变迁更加便捷。语言运行环境为运行于Windows 7 64bit操作系统上的JDK1.6 64位版本。开发时的集成开发环境为IDE：Eclipse 3.4和安卓开发插件for Eclipse（ADT）。使用到了安卓开发库：Android SDK（包含Android 1.5以上版本的类库和AVD模拟器）。本系统采用Oracle进行数据库的设计。Oracle数据库处理数据速度快并且安全级别高，支持快闪以及完美恢复。

4.2 系统界面展示

图5 登录界面

图6 系统主要功能界面

图7 采购管理界面

图8 种植管理界面

图9 产品阶段管理界面（入库管理）

图10 基础数据（地块信息）

图11 二维码扫描界面

图12 二维码扫描结果

5 结论

（1）通过对转基因食品从生产到被消费者购买整个流程的详细分析，找出了对转基因作物质量安全影响较大的流程。通过对这些流程的分析，以及考虑到追溯系统的需求，对其进行了系统模块设计。最后利用Java语言实现。

（2）对于转基因作物质量安全可追溯系统做了细致的用户权限划分、需求分析、系统功能模块设计和工作流程的梳理。针对转基因作物生产过程周期长、工作地点分散和人员管理难度大等问题，设计出了功能完善、体验友好的转基因作物质量安全可追溯系统。

（3）在上述分析和研究的基础上，配合SDK、IDE：Eclipse 3.4和安卓开发插件for Eclipse（ADT）的环境完成了系统的实现。然后，对系统的功能和性能做了测试，证明系统设计合理、开发技术过关，可以满足各类用户的实际需求。

［1］段又生. 转基因作物种植15年累计超过10亿公顷［J］.中国农药,2011(5):59-60.

［2］孙雷心. 国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)发布转基因作物年度发展报告［J］.中国农业科学,2012,45(4):616.

［3］ 孙雷心. 2010年全球转基因作物商业化概况［J］.中国农业科学,2011,44(6):1108.

［4］李建平,肖琴,周振亚,等. 转基因作物产业化现状及我国的发展策略［J］.农业经济问题,2012(1):23-28.

［5］张俊祥,李晓峰. 对我国转基因食品发展的建议［J］.创新科技,2011(11):14-16.

［6］卢立岩,刘金兰. 中国大豆净进口额增大的原因分析及应对措施［J］.广东科技,2004(11):23-26.

［7］谷强平. 中国大豆进口贸易影响因素及效应研究［D］. 沈阳农业大学,2015.

［8］罗书宏. 进口粮攻城掠地转基因来势凶猛［J］.中国对外贸易,2011(4):86-89.

［9］赵文. 国内支持与农产品贸易次优格局研究［D］.南京:南京农业大学,2009.

［10］褚丽丽. 关于实施测土配方施肥的探索［J］.甘肃农业,2006(10):281-282.

［11］张梦然. 全球转基因农作物发展现状与趋势［J］.农家参谋·种业大观,2012(5):9-10.

［12］许小康. 转基因技术视角下的粮食安全与知识产权保护［D］. 武汉:华中科技大学,2011.

［13］KANG Qing,Vahl Christopher I. Statistical Analysis in the Safety Evaluation of Genetically-Modified Crops:Equivalence Tests［J］.Crop Science,2014,54(5):2183-2220.

［14］Vahl C I,Kang Q. Equivalence criteria for the safety evaluation of a genetically modified crop:a statistical perspective［J］.Journal of Agriculture Science,2016,154(3):383-406.

［15］Steijven,Karin,Steffan-Dewenter,Ingolf,Haertel,Stephan. Testing dose-dependent effects of stacked Bt maize pollen on in vitro-reared honey bee larvae［J］.Agriculture,Ecosystems & Environment,2016,47(2):216-226.

［16］陈笑瑜. Bt玉米与美洲大斑蝶［J］.生物技术通报,1999,15(6):56-57.

［17］田庚. 我国转基因生物环境安全监管法律制度研究［D］. 武汉:华中农业大学,2009.

［18］贾士荣. 转基因作物的环境风险分析研究进展［J］.中国农业科学,2004,37(2):175-187.

［19］Gregory S. Ladics,Andrew Bartholomaeus,Phil Bregitzer,et al. Genetic basis and detection of unintended effects in genetically modified crop plants［J］.Transgenic Research,2015,24(4):587-603.

［20］Koch Michael S,Desesso John M,Williams Amy Lavin,et al. Adaptation of the ToxRTool to Assess the Reliability of Toxicology Studies Conducted with Genetically Modified Crops and Implications for Future Safety Testing［J］.Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2016,56(3):512-526.

［21］武小霞,张彬彬,王志坤,等. 转基因作物的生物安全性管理及安全评价［J］.作物杂志,2010(4):1-4.

［22］陈红华,田志宏. 国内外农产品可追溯系统比较研究［J］.商场现代化,2007(7X):5-6.

［23］Bartholomaeus A,Parrott W,Bondy G,et al.The use of whole food animal studies in the safety assessment of genetically modified crops:limitations and recommendations［J］.Critical Reviews in Toxicology,2013,43(2):1-24.

［24］Snell C,Bernheim A,Bergé J B,et al.Assessment of the health impact of GM plant diets in long-term and multigenerational animal feeding trials:A literature review［J］.Food & Chemical Toxicology An International Journal Published for the British Industrial Biological Research Association,2011,50(3-4):1134-48.

［25］高炜,罗云波. 转基因食品标识的争论及得失利弊的分析与研究［J］.中国食品学报,2016,16(1):1-9.

［26］Velandia Diana M Segura,Kaur Navjot,Whittow William G,et al. Towards industrial internet of things:Crankshaft monitoring,traceability and tracking using RFID［J］.Robotics and Computer-Integrated Manufacturing,2016(41):66-67.

［27］Amenta M,Fabroni S,Costa C,et al.Traceability of ‘Limone di Siracusa PGI’by a multidisciplinary analytical and chemometric approach［J］.Food Chemistry,2016,211(2016):734-740.

［28］王祖乐,宋波,肖瑜,等. 农产品质量溯源系统的研究［J］.成都信息工程学院学报,2011,26(1):77-80.

［29］马懿,林靖,李晨,等. 国内外农产品溯源系统研究现状综述［J］.科技资讯,2011(27):158-158.

［30］韩杨,陈建先,李成贵. 中国食品追溯体系纵向协作形式及影响因素分析--以蔬菜加工企业为例［J］.中国农村经济,2011(12):54-67.

［31］刘中华. 蔬菜质量安全可追溯体系建设研究［D］.青岛:中国海洋大学,2012.

［32］张标,张领先,傅泽田. 北京市蔬菜生产技术采纳意愿与采纳行为分析［J］.宁夏农林科技,2014,55(5):44-47.

［33］马鸿健,柳平增,张耘凡,等. 我国蔬菜供应链可追溯体系研究现状［J］.农业网络信息,2014(4):52-55.