孟秋時(shí)節(jié)，大地鋪金。揚(yáng)州大學(xué)位于南通市海門區(qū)的玉米示范田迎來(lái)大豐收。9月中旬，這里種植的“蘇玉161”和“通玉1701”等新品種，較對(duì)照組增產(chǎn)均超10%。不同于以往品種，這些表現(xiàn)優(yōu)異的玉米是經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)和基因組輔助育種設(shè)計(jì)鑒定出的“智慧品種”。
揚(yáng)州大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)廣泛利用人工智能技術(shù)開(kāi)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究與生產(chǎn)。（揚(yáng)大供圖）
近年來(lái)，該校利用大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)智技術(shù)賦能育種選育，攻克了數(shù)據(jù)融合共享、智能數(shù)據(jù)分析等數(shù)智育種關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生物育種從“經(jīng)驗(yàn)選配”到“精準(zhǔn)設(shè)計(jì)”的迭代創(chuàng)新，大幅提升了品種選育的效率和質(zhì)量，加速推進(jìn)了生物育種產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
“傳統(tǒng)雜交育種依賴經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)，普遍存在耗時(shí)長(zhǎng)、效率低、雜交表現(xiàn)難以預(yù)測(cè)等問(wèn)題。”生物統(tǒng)計(jì)和數(shù)量遺傳學(xué)專家、揚(yáng)州大學(xué)徐辰武教授介紹說(shuō)，以玉米選育為例，需要處理成千上萬(wàn)的種雜交組合、品種對(duì)比試驗(yàn)以及田間記錄歸檔等繁瑣工作，以往一個(gè)新品種至少需要8-10年才能完成選育到推廣工作。
“‘一把尺子、一桿秤’的傳統(tǒng)育種時(shí)代即將成為歷史。”團(tuán)隊(duì)科研人員陶天云形象地介紹說(shuō)，面對(duì)繁雜的過(guò)程，任何一個(gè)環(huán)節(jié)失誤都可能影響整個(gè)育種工作。
“人工智能+生物育種改變了低效的育種科研范式。”揚(yáng)州大學(xué)作物數(shù)量遺傳與分子進(jìn)化研究團(tuán)隊(duì)徐揚(yáng)教授介紹說(shuō)，數(shù)智技術(shù)能夠在對(duì)育種對(duì)象進(jìn)行定性描述的基礎(chǔ)上，通過(guò)信息感知、大數(shù)據(jù)和智能控制等數(shù)智技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估、鑒定與篩選，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、個(gè)性化和智能化育種。
該校科學(xué)技術(shù)處處長(zhǎng)楊澤峰介紹說(shuō)，團(tuán)隊(duì)利用高通量育種數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，進(jìn)行全基因組選擇——相當(dāng)于對(duì)種質(zhì)進(jìn)行“全身CT掃描”，快速預(yù)測(cè)出聚合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病等優(yōu)良性狀的理想基因型，同時(shí)還可以借助人工智能輔助進(jìn)行精準(zhǔn)基因編輯，獲得所期待的遺傳材料。
實(shí)驗(yàn)室獲得的新品種，最終還得回到稻田，進(jìn)行鑒定和篩選，進(jìn)一步提升育種效率。這一過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)運(yùn)用無(wú)人機(jī)、傳感器等設(shè)備采集玉米生長(zhǎng)的株高、葉面積、產(chǎn)量、抗性等性狀數(shù)據(jù)。基于多種智能算法對(duì)雜交種穗重等性狀進(jìn)行預(yù)測(cè)，最高準(zhǔn)確率達(dá)79.5%。大規(guī)模田間試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)數(shù)智技術(shù)“優(yōu)生優(yōu)育”的新品種，預(yù)測(cè)高產(chǎn)組合的平均穗重顯著高于低產(chǎn)組，最高對(duì)比差異超一倍以上。
合作單位，江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所副所長(zhǎng)郝德榮研究員介紹說(shuō)，通過(guò)該體系鑒定與篩選出的“蘇玉161”和“通玉1701”兩個(gè)品種在產(chǎn)量、抗逆性和適應(yīng)性等方面表現(xiàn)突出，并大幅縮短了育種周期。
目前，團(tuán)隊(duì)數(shù)智育種相關(guān)成果已經(jīng)在《科學(xué)進(jìn)展》《基因組生物學(xué)》等期刊發(fā)表研究論文20余篇，形成10余項(xiàng)發(fā)明專利和軟件著作權(quán)等構(gòu)成的技術(shù)壁壘。
“數(shù)智技術(shù)正推動(dòng)育種產(chǎn)業(yè)進(jìn)入‘優(yōu)生優(yōu)育’新時(shí)代。”揚(yáng)州大學(xué)校長(zhǎng)劉巧泉評(píng)價(jià)說(shuō)，當(dāng)下種業(yè)發(fā)展關(guān)鍵在于進(jìn)一步提升種源創(chuàng)新效率，將生物技術(shù)與信息技術(shù)融合，推動(dòng)育種技術(shù)向數(shù)字化、信息化、智能化方向發(fā)展。為此，學(xué)校正在加快構(gòu)建生物育種大模型，搶贏新一輪育種產(chǎn)業(yè)變革新賽道。
種子是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“芯片”，也是糧食安全的“基石”。據(jù)悉，2023年6月，生物育種鐘山實(shí)驗(yàn)室（揚(yáng)州大學(xué)）正式揭牌。這是該校聯(lián)合江蘇省農(nóng)科院等單位，聚力開(kāi)展種業(yè)“卡脖子”問(wèn)題攻關(guān)的重要平臺(tái)。校政企三方緊密合作，打造全省第一、全國(guó)一流、世界領(lǐng)先的“種業(yè)硅谷”。
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