近年來，在元宇宙、大數(shù)據(jù)、人工智能等新科技、新技術(shù)的持續(xù)發(fā)展下，各領(lǐng)域不斷激發(fā)著新一輪產(chǎn)業(yè)革命。在農(nóng)業(yè)高投入、高科技領(lǐng)域，數(shù)字技術(shù)能為種業(yè)發(fā)展帶來哪些新的可能？
聚焦“種業(yè)振興”，集聚北京種業(yè)科研人才和頭部種業(yè)企業(yè)資源，助力打造數(shù)字種業(yè)的創(chuàng)新高地，7月5日，全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)大會(huì)·數(shù)字經(jīng)濟(jì)賦能種業(yè)振興專題論壇在京舉辦，來自管理部門、科研單位、有關(guān)企業(yè)代表齊聚一堂，共探數(shù)字種業(yè)未來。
智能育種急需數(shù)字化“加持”
巧婦難為無米之炊。種質(zhì)資源作為育種必需材料，是我國(guó)種業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)。
早在2020年，我國(guó)作物種質(zhì)資源保存總量已突破52萬份，位居世界第二。但近年來，如何高效挖掘利用這些資源，持續(xù)育成突破性品種，一直是種業(yè)科研的瓶頸。
論壇上，中國(guó)科學(xué)院院士錢前介紹，經(jīng)過袁隆平、謝華安為代表的中國(guó)育種家們的努力，我國(guó)的水稻已實(shí)現(xiàn)“聚優(yōu)去劣”?！叭缃瘢覈?guó)的水稻經(jīng)過育種技術(shù)創(chuàng)新，正在邁入智能育種的4.0階段。目前的關(guān)鍵，是要充分利用數(shù)字化能力，將我國(guó)的種質(zhì)資源優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為育種創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。”
錢前指出，近年來，發(fā)掘利用庫(kù)存種質(zhì)資源已成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)，智能育種是利用生物技術(shù)和數(shù)字技術(shù)進(jìn)行基因編輯的育種方式，將大幅度提升種質(zhì)資源的利用率，從而釋放資源價(jià)值，支撐種業(yè)振興。
論壇上，中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)所所長(zhǎng)周文彬介紹了團(tuán)隊(duì)最新研究進(jìn)展：其團(tuán)隊(duì)克隆了水稻OsDREB1C基因，該基因可通過多個(gè)重要生理途徑的聚合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)、早熟以及氮素高效利用，為我國(guó)有效應(yīng)對(duì)人口與糧食危機(jī)、保障國(guó)家糧食安全和生態(tài)安全具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
“數(shù)字化是未來趨勢(shì)，如何把種質(zhì)資源變成基因資源，提升資源挖掘利用效率，是至關(guān)重要的一步。”對(duì)于種質(zhì)資源挖掘的數(shù)字化應(yīng)用，周文彬十分期待。
國(guó)際上，利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行育種研究也已展現(xiàn)出巨大潛力。德國(guó)萊布尼茨植物遺傳與作物研究所育種研究部主任Jochen C.Reif在論壇上介紹了國(guó)外利用數(shù)字技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)：團(tuán)隊(duì)將12858份小麥材料的基因組數(shù)據(jù)和12.5萬個(gè)小區(qū)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，建立了可靠的產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型，發(fā)現(xiàn)隨著群體樣品量的增加和6個(gè)不同實(shí)驗(yàn)系列的表型數(shù)據(jù)量的累加，對(duì)雜交小麥測(cè)試群體在新環(huán)境下的產(chǎn)量預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率提高至少一倍。
數(shù)字技術(shù)讓育種更高效
隨著各項(xiàng)新興技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字與種業(yè)的碰撞，早已開始。“育種與數(shù)字的結(jié)合得益于測(cè)序技術(shù)、表型技術(shù)、芯片技術(shù)的發(fā)展，這對(duì)育種各個(gè)方面、各個(gè)環(huán)節(jié)都有深遠(yuǎn)的影響?！敝袊?guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所遺傳育種中心副主任黎亮介紹。
黎亮坦言，“以前搞育種，‘一把尺子一桿秤，用牙咬用眼瞪’，沒有數(shù)字概念，但是現(xiàn)在不一樣了。可以實(shí)現(xiàn)‘云看地’，科研人員在辦公室就可以看到地里植株長(zhǎng)什么樣子，這是數(shù)字帶給我們的變革?！?
玉米太高了，表型車不好走，怎么辦？“通過目前正在研發(fā)的田間機(jī)器人，可實(shí)時(shí)傳輸圖像數(shù)據(jù)。育種家比較關(guān)心的株高、穗位、病害、成熟情況，一目了然。再比如無人機(jī)一天飛一次，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)多動(dòng)態(tài)搜集數(shù)據(jù)。以前田間只能看到株高、穗位、顏色，現(xiàn)在可以直接看到葉綠素含量等數(shù)據(jù)。”黎亮又舉了幾個(gè)例子。
對(duì)育種家來說，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了育種效率?！斑^去的育種家們是‘看見什么就選擇什么’，現(xiàn)在可以通過數(shù)字技術(shù)來進(jìn)行選擇——‘先預(yù)測(cè)再驗(yàn)證’，這大大擴(kuò)大了育種規(guī)模，加快了育種進(jìn)程。”黎亮認(rèn)為，種業(yè)的未來，將是BT（生物技術(shù)）+IT（信息技術(shù)）的雙融合發(fā)展。這方面技術(shù)的革新是種業(yè)振興重要的攻關(guān)內(nèi)容，需要全力去突破。
“全國(guó)十粒種，一粒自北京”。北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局副局長(zhǎng)朱西安介紹了北京的種業(yè)創(chuàng)新情況：北京市將農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新納入北京國(guó)際科技創(chuàng)新中心建設(shè)范疇，全力打造“種業(yè)之都”，正逐步推進(jìn)“種業(yè)數(shù)字化”，建立“表型+基因型”智能育種技術(shù)，加快“精準(zhǔn)育種”步伐，逐步實(shí)現(xiàn)定制設(shè)計(jì)育種。
世界首個(gè)水稻全基因組芯片、世界首張西瓜全基因組序列圖譜、全球數(shù)量最大的玉米品種標(biāo)準(zhǔn)DNA指紋庫(kù)……一系列數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新成果夯實(shí)了北京種業(yè)之都的科技基礎(chǔ)。
“北京市平谷區(qū)政府和企業(yè)正在共建數(shù)字種業(yè)大數(shù)據(jù)庫(kù)，在畜禽種業(yè)上進(jìn)行自動(dòng)化性狀采集的嘗試，一旦實(shí)現(xiàn)，育種工作會(huì)實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)的躍升?！北本┦修r(nóng)業(yè)農(nóng)村局種業(yè)管理處處長(zhǎng)王以中舉例說。
北京通州國(guó)際種業(yè)科技有限公司搭建起了智慧育種共性技術(shù)服務(wù)平臺(tái)。據(jù)該公司分子育種實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)負(fù)責(zé)人靳鳳介紹：“平臺(tái)與科研院所、種企合作，在番茄、辣椒、西瓜、甜瓜、黃瓜、大白菜等經(jīng)濟(jì)作物上共同開發(fā)了60余個(gè)與品質(zhì)和抗病性狀相關(guān)的分子標(biāo)記，為29個(gè)省市400多家蔬菜種企提供每年近50萬份株育種材料的抗性篩查。同時(shí)，平臺(tái)還與多家科研院所和種企合作，共同開發(fā)了玉米全基因組預(yù)測(cè)系統(tǒng)，未來將用于種企和科研院所育種團(tuán)隊(duì)的玉米DH系材料選擇上?！?
通過研究機(jī)構(gòu)和高科技平臺(tái)等多方的落地實(shí)踐，我國(guó)的種質(zhì)資源正在得以有力創(chuàng)新，育種成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程也正在加快。
給種質(zhì)庫(kù)插上數(shù)字化“翅膀”
種質(zhì)資源是一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略資源，而種質(zhì)庫(kù)就是守護(hù)資源的“諾亞方舟”。
2021年，新國(guó)家作物種質(zhì)庫(kù)建成并投入使用，可保存種質(zhì)資源150萬份。與上世紀(jì)80年代落成的原國(guó)家作物種質(zhì)庫(kù)相比，新庫(kù)在容量上提升了數(shù)倍，配備了一系列先進(jìn)的數(shù)字化、自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備。
“我國(guó)擁有世界第二大種質(zhì)庫(kù)，如何把它數(shù)字化，讓國(guó)家的種質(zhì)資源被更多的科學(xué)家利用起來，發(fā)現(xiàn)顛覆性、革命性的基因，是我們致力在做的事情。我們希望跟騰訊這樣對(duì)智慧育種感興趣的公司合作，構(gòu)建數(shù)字化的模型。通過精準(zhǔn)分子設(shè)計(jì)與全基因組分子標(biāo)記輔助選擇，聚合具有理想株型、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐逆等特點(diǎn)的作物?！卞X前說。
如今，國(guó)家作物種質(zhì)庫(kù)在數(shù)字化上已經(jīng)開始了進(jìn)一步的探索。今年2月，國(guó)家作物種質(zhì)庫(kù)聯(lián)合騰訊公司，共同發(fā)起了“國(guó)家作物種質(zhì)庫(kù)2.0項(xiàng)目”，由騰訊基金會(huì)捐贈(zèng)2000萬元，用于滿足種質(zhì)的數(shù)字化存儲(chǔ)、計(jì)算、展示、安全等方面的迫切需求，進(jìn)而為全國(guó)育種機(jī)構(gòu)和科研人員提供數(shù)字化支持。
通過2.0項(xiàng)目的建設(shè)，國(guó)家作物種質(zhì)庫(kù)的信息化建設(shè)能力將有望得以提升，從而推動(dòng)助力農(nóng)作物種業(yè)“芯片”創(chuàng)新發(fā)展。
騰訊可持續(xù)社會(huì)價(jià)值事業(yè)部副總裁趙國(guó)臣在論壇上表示，在當(dāng)前信息技術(shù)與傳統(tǒng)育種加速融合的育種新階段，通過利用數(shù)字技術(shù)幫助破解育種科研的痛點(diǎn)，加速我國(guó)種業(yè)彎道超車，助力打好種業(yè)翻身仗，這正是騰訊堅(jiān)持“科技助力社會(huì)共益”定位，推動(dòng)騰訊可持續(xù)社會(huì)價(jià)值創(chuàng)新的使命所在。
在未來，AI技術(shù)能如何幫助育種家？
“關(guān)鍵是搭建橋梁。”騰訊可持續(xù)社會(huì)價(jià)值事業(yè)部數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)人張驍表示，目前科技企業(yè)和農(nóng)業(yè)育種領(lǐng)域的互相了解，還有望進(jìn)一步提升，需要架一座橋梁，來把雙方的能力連接在一起。
對(duì)于數(shù)字種業(yè)未來的設(shè)想，張驍以人工智能ChatGPT舉例，其在育種領(lǐng)域或可成為一名科研助手——能幫助育種家在統(tǒng)計(jì)學(xué)和數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)工作中，有效減少工作量、提煉規(guī)律。
“作為科技企業(yè)，我們希望利用技術(shù)的積累和優(yōu)勢(shì)，來幫助育種這樣的重要行業(yè)提升效率，創(chuàng)造更多的社會(huì)價(jià)值?！睆堯敱硎?。
