产品

  9月15日，丰收节前夕，新一轮的南繁即将开启。海南三亚，中国农业科学院国家南繁研究院，即将落成的作物基因编辑与表型鉴定创新中心外，作物表型组学研究团队

  5.7米高，21米宽的钢架，横跨在金色的稻田中，仿佛一个小型的“龙门吊”，稻田四周布设的轨道，可以让钢架在田间自由移动，这是我国目前最专业、技术上的含金量最高的田间“高通量植物表型平台”，可以搭载十多种监测仪器，监测植物从播种到收获全周期的表型数据。

  “这个设备的安装已经差不多到尾声了，调试期间，还需要遥控器，正式运行后，就可以在电脑上一键操作了。”金秀良说。

  9月15日，海南三亚中国农科院南繁研究院，正在安装调试的“高通量植物表型平台”。新京报记者 周怀宗 摄

  “表型”，一个让普通人似懂非懂的词，它是一个生物可以被观察或鉴定的所有特征，比如人的身高、血型，植物的株高、颜色等。

  在农业育种中，鉴定表型是最基础的工作，所有的育种家们，都要从田间观察一株苗开始，记录它们的每一个特征，植株高矮、茎秆粗细、节间长短、产量高低等，通过漫长的时间，在田间千万个植株中，选择各自最需要的那一株。

  9月的三亚，即将迎来新一季南繁的高峰，来自全国各地的育种家们，即将带着他们的种子，汇聚到这里，在海南温暖的气候下，加代种植。

  很少有人了解，在这里有一群打破了“候鸟”式育种的南繁人，他们来自中国农科院的各个研究所，有多年从事育种的科学家，也有刚刚进入科学领域的研究生，他们常年在三亚的试验田和实验室中，做着最基础的研究，推动着南繁育种的技术模式和育种方式的不断更新。

  “育种是一件极其繁杂、漫长的工作，作为育种的基础，表型鉴定也同样存在这样的问题。”金秀良介绍，“比如穗数、穗粒数等，是作物产量的重要指标，过去怎么得到这一些数据呢？需要等到收获之后，育种家们拿回去，一项项测量，大量的实验材料，在大多数情况下要两到三个月才能获得数据，所以更多时候，育种家们不但要自己干，还要雇工人帮助一起干。”

  9月15日，金秀良在“高通量植物表型平台”下介绍，新建的设备能全天候全周期监测作物生长和旁边的环境。新京报记者 周怀宗 摄

  “我们现在做的工作，可以称为智慧育种，核心之一就是表型组学，除此以外还有基因组选择、大数据算法等。”金秀良介绍，他身边正在安装调试的“高通量植物表型平台”就是智慧育种的重要工具，“它可以搭载激光雷达、高光谱相机、深度相机、各种传感器，大约有十多种监测设备，从作物种植到收获，全周期全天候监测作物生长情况，实时获得倒伏性状、抗旱性状、抗病性状等数十个指标数据，效率远超人工，还能做到人做不到的事情，比如搭载多光谱传感器，就可以收集到人眼不可能观察到的性状。”

  分子生物学、基因组学、大数据、人工智能……慢慢的变多的科技成果在不断进入育种领域。育种家们的试验田中，不再只有农作物，还多了各种高科技的设备。

  类似于“龙门吊”的“高通量植物表型平台”，可以实时监测1000多份实验材料的数十种数据，同时配合安置在田间的监测设备，还可以同步监测温度、湿度、病虫害发生情况，乃至监测到地表之下的土壤结构变化，还有无人机影像、卫星遥感影像等。

  “智慧育种中，作物被一个覆盖天空地的监测系统来进行全生命周期的监测，这为育种带来了更多可靠和翔实的数据，同时极大地减少了人工投入。”金秀良说，比如穗粒数，一张照片就解决了，机器深度学习之下，还能够获得许多动态发育中的数据，比如种子灌浆速率的变化，这是以前依靠人力不可能做到的。

  9月15日，中国农业科学院南繁研究院科研人员正在介绍智慧育种相关情况。新京报记者 周怀宗 摄

  天空地全程监测的数据，如何帮助育种家们做出合理的选择？大量的数据怎么样处理？就在新建成的南繁院中，来自大数据智能设计育种团队的一群年轻人，正在为这一些数据设计算法和模型。“通过开发数量遗传算法，帮助育种家们在众多的表型数据中，挖掘出有价值的遗传材料资源，通过大数据和人工智能结合，还能够在一定程度上帮助育种家们预测后代的表型，以此为参照，进行育种方案的设计。”小组成员何坤辉介绍，“简单来说，就像是一个解方程的过程，有现成的方程式，我们把海量的数据代入，包括作物本身数据，环境数据等，以此计算出结果，在众多的结果中分析寻找最好的那一种可能。”

  团队的另外一名成员陈守坤和记者说，他所在的团队，集合了育种、分子生物学、计算机等多个专业的人才，是一个多学科交叉的团队，“就和我们团队一样，智慧育种的时代，育种本身就慢慢的变成了了一个多学科交叉的领域。”

  2015年，中国农科院棉花研究所副研究员刘记开始了他的南繁生涯，南繁是我国育种领域中重要的一环，利用海南的热带气候特征，在冬季多种一季，加快育种速度。

  南繁多年，刘记在这里度过了绝大部分时间，和农田、数据、实验室为伴，从事分子育种的刘记，经历了近年来育种科技的飞速变化。“今天的育种，和过去已经完全不一样了。”

  随着现代科技的发展，海南三亚越来越成为中国育种科技的重地，2022年，中国农科院南繁院开始建设，开启了南繁工作实体化的进程。

  中国农科院南繁院院长彭军介绍，中国农科院的科学家们，从1959年开始在海南加代育种，半个多世纪以来，在这里建立了12个育种基地，有1000多位育种家们，常年驻扎三亚，在三亚播下一季又一季的种子。

  中国农科院南繁研究院院长彭军介绍，和候鸟式的南繁不同，南繁研究院有数百位科研人员和学生，常年驻扎在海南，进行育种相关的工作。新京报记者 周怀宗 摄

  最早开始建设的是表型基地，“表型鉴定是育种的前置条件，表型基地则是生物育种中的重大设施。”彭军介绍，除了配套500亩大田之外，表型基地最主要的设施是两栋实验大楼，大楼中大部分都是实验室，15个创新团队常年驻扎在这里，60多位博士后、近300位研究生在这里学习和实验。

  在彭军的设想中，这座位于三亚的南繁研究院，最终将成为“南繁硅谷”一样的地方，这里将集合最顶尖的团队，落地最顶尖的技术，成为未来智慧育种的孵化平台。

  “南繁院有三大任务，也可以看作是三期建设，第一是表型设施，配套有一流的作物表型鉴定、基因编辑仪器设施，目前已经接近尾声，即将交付，开始安装和调适设备。”彭军介绍，“表型设施之外，南繁院还有种业创新和生物安全两大任务，也会陆续建设专用实验大楼。但同时，这些工作也一直在开展，比如生物安全方面，南繁院已完成了农业农村部果品及苗木质量监督检验测试中心等12个功能平台的入驻，还为当地公司可以提供芒果品质及农药残留技术检验测试等方面的服务。”

  从人工选育到智慧育种，追求更高产量、更好品质、更强适应性的品种，一直都是育种家们的目标，但育种的方式在不断进步。

  在表型鉴定创新中心，一个20多人的“智慧化数字化南繁技术团队”，正在进行农业信息化的研究，这是一个年轻的团队，他们更习惯于使用各种新的设备和技术，去改变传统的育种方式。小组成员贺子康介绍，他们开发了一套覆盖天地空的物联网感知与智慧管理系统，可以实时对农田进行环境监视测定和分析，“比如虫情监测，过去依靠人力采取，人到地里去拍摄，拿回来分析，至少要一天，但通过我们的物联网系统，一张实时的照片传到后方，很短的时间内，人工智能就能够最终靠算法做多元化的分析和判断，并给出参考结论。”

  高通量植物表型平台，可以搭载十多种不同的监测设备，比人工更高效、更准确。新京报记者 周怀宗 摄

  在不远的未来，这有几率会成为育种家们工作的常态，甚至有可能进入到普通的农业科研和农业生产中。

  今年刚刚考入中国农科院的研究生赵鸿鑫介绍，他入学的第一个课题，就是在田间布设传感器，这些传感器能实时采集作物的表型信息，并将信息传输到后方，通过算法，由AI做多元化的分析和预判，“布设在地里的传感器，有多种类型的，比如气象站、虫情监测仪、高清摄像头、孢子监测仪等，可以全方位地监测农田的变化，而在过去，这些都需要人每天去观察。”

  在海南三亚，还有许多年轻人，在做着和他们相类似的工作。陈守坤介绍，他所在的团队有二十多人，平均岁数只有25岁左右，和传统的育种家们相比，他们更善于接受和利用新的技术和知识，并以此一点一点地改变着育种模式。

  中国是农业大国，也是种业大国，2022年11月发布的《中国农业科学技术论文与专利全球竞争力分析》显示，中国是全球最大的农业专利产出贡献国，并以平均每年18.92%的高增长率逐年增长。

  金秀良和记者说，新技术带来的变化正在进入不同的应用场景，“比如表型鉴定中的株高调查，作物的株高和抗倒伏性状有关，在过去，育种家们要到田地，一株一株测量株高，数百个地块中的测量，是一件艰巨而复杂的工作，但通过田间无人机拍摄，可以一次性获得整个小区域的数据，比人工快四到五倍，而且更准确。我们目前已经开发了相应的软硬件，2023年为北京、陕西的育种公司可以提供了相应的技术服务，拍张照片，上传到手机APP，30分钟左右就能转化成相应的数据。”

  在室内实验室中，新的传感器技术能做到更多人力难以做到的事情，金秀良介绍，“比如一盆实验作物，通过传感器进行360度扫描，就能够获得这株作物的三维图像，和相关的形状数据，只要定期扫描，就可以实时更新这一些数据。在育种中，实验室培育同样是重要的一环，而这种高通量的数据采集，可以极大地提高实验数据采集的效率。”

  在更多人眼无法观测的微观领域，智慧育种技术正在发挥着更重要的作用，“比如基因组配对，我们要选择那些亲本去杂交，才能得到更符合预期的后代？过去依靠的是人的经验，但人工智能配合基因组学，就可以在基因层面作出选择，不仅能帮助育种家筛选出最合适的配对，同时还可以预判杂交后的后代，适合在什么区域种植，而在过去，这样的适应性试验，要在不同的区域进行长时间的种植才能完成。”

• 上一篇: 育成杂交培养新种类可大致分为哪几个过程？
• 下一篇: 太空育种的这些特色您了解多少？