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南繁“智”變:AI賦能讓育種煥發(fā)新活力


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2025-03-04

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2025年中央一號(hào)文件明確提出,“以科技創(chuàng)新引領(lǐng)先進(jìn)生產(chǎn)要素集聚,因地制宜發(fā)展農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力”“深入實(shí)施種業(yè)振興行動(dòng),發(fā)揮‘南繁硅谷’等重大農(nóng)業(yè)科研平臺(tái)作用,加快攻克一批突破性品種”。這一綱領(lǐng)性文件為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化指明了方向,也為三亞打造“南繁硅谷”注入了新動(dòng)能。

三亞如何依托自身優(yōu)勢(shì),發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力,助力國(guó)家打贏種業(yè)“翻身仗”?前幾日,記者走進(jìn)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家南繁研究院,探尋培育和發(fā)展農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的答案,感受科技賦能下南繁育種的深刻變革。

在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家南繁研究院的棉花基地里,智能設(shè)備的引入與應(yīng)用,加速了育種進(jìn)程。

 

智慧育種

從“人海戰(zhàn)術(shù)”邁向“機(jī)器換人”新時(shí)代

 

 

在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家南繁研究院的棉花基地,上百畝棉田正值花鈴期。智慧化數(shù)字化南繁技術(shù)團(tuán)隊(duì)執(zhí)行首席張建華及團(tuán)隊(duì)成員正操作著一臺(tái)田間作物表型智能獲取機(jī)器人在棉田中穿梭作業(yè)。

 

張建華手持操控器,機(jī)器人靈活地在棉田間“行走”。他介紹道:“我們正在對(duì)棉花植株進(jìn)行視頻采集,數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)傳遞回后臺(tái)進(jìn)行分析?!边@臺(tái)配備6個(gè)攝像頭的智能設(shè)備,能夠多角度精準(zhǔn)捕捉棉花的株高、莖粗、病害等關(guān)鍵表型特征。

 

“機(jī)器人頂部的攝像頭負(fù)責(zé)捕捉棉花的開花數(shù)量和磷元素分布,下方攝像頭則專注于測(cè)量莖稈粗細(xì)和植株結(jié)構(gòu)?!睆埥ㄈA感慨地說,傳統(tǒng)育種模式采集這片棉田的表型數(shù)據(jù)需要近10人花費(fèi)近半年時(shí)間,而如今,機(jī)器人只需輕松“走一走”,就能迅速完成數(shù)據(jù)采集和分析。

 

長(zhǎng)期以來,南繁傳統(tǒng)育種主要依賴人工,效率低下且難以持續(xù)觀測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。“南繁很‘繁’,這是科研人員必吃的苦?!睆埥ㄈA說道。而今,隨著科技賦能,智慧育種正逐步改變這一現(xiàn)狀。

 

作為棉花基地的主要負(fù)責(zé)人,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所助理研究員黃龍雨對(duì)機(jī)器人贊不絕口:“以前南繁季,大家都要泡在試驗(yàn)田里觀察棉花生長(zhǎng)情況,既辛苦又漫長(zhǎng)?,F(xiàn)在有了機(jī)器人幫手,工作效率大大提高了。”

 

智慧育種不僅減少了親本用量和組配組合數(shù),還在相同用地面積下培育了更多品種,實(shí)現(xiàn)了更快、更高效的材料篩選。黃龍雨表示:“結(jié)合AI輔助育種手段,我們實(shí)現(xiàn)了智慧育種的全流程優(yōu)化,大幅節(jié)約了資源成本,提升了育種效率,縮短了育種周期?!?/span>

 

科技助力

從表型采集邁向精準(zhǔn)決策新階段

 

 

不僅棉花基地充滿了“科技感”,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家南繁研究院的各個(gè)試驗(yàn)田都展現(xiàn)了科技的力量。

 

在該院的一處玉米試驗(yàn)田,一臺(tái)高5.7米、寬21米的龍門吊正在緩緩移動(dòng),對(duì)1.23畝、84個(gè)品種近4000多株玉米植株進(jìn)行各類性狀數(shù)據(jù)采集。

 


中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家南繁研究院的試驗(yàn)田里軌道式高通量植物表型采集平臺(tái)。

 

“這是軌道式高通量植物表型采集平臺(tái),能集成多光譜等6種高精度的圖像采集傳感器,實(shí)時(shí)采集植物表型數(shù)據(jù)。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家南繁研究院作物表型組學(xué)研究團(tuán)隊(duì)科研助理李藝超介紹道。通過這臺(tái)設(shè)備,科研人員可以在實(shí)驗(yàn)室中通過攝像頭感應(yīng)器收集各種作物信息,利用大數(shù)據(jù)模型篩選作物基因進(jìn)行配組模擬,開展育種工作。

 

該設(shè)備不僅能分析植株的結(jié)構(gòu),包括株高、株型等關(guān)鍵表型性狀,還能結(jié)合可見光、紅外、高光譜及葉綠素?zé)晒?/span>等多維度數(shù)據(jù),快速分析品種的抗旱性、抗病蟲害能力等特性。

 

“這臺(tái)龍門架式設(shè)備實(shí)現(xiàn)了全天候、自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集,即使在夜間或惡劣天氣條件下也能持續(xù)工作?!崩钏嚦硎荆c傳統(tǒng)人工采集相比,龍門架不僅大幅提高了數(shù)據(jù)采集效率,還降低了人力成本。數(shù)據(jù)采集的體力活有了新裝備助力,培育篩選出一個(gè)新品種的周期可以從10年縮短到4年。

 

從經(jīng)驗(yàn)育種到精準(zhǔn)育種,再到智慧育種的跨越,生物技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能正重塑現(xiàn)代育種模式……中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家南繁研究院構(gòu)建了立體化科技支撐體系,包括地面步移式高通量植物表型采集平臺(tái)、機(jī)載表型采集設(shè)備和自走式無(wú)人小車、空中無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng),以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的分子標(biāo)記輔助選擇平臺(tái)和基因組選擇育種系統(tǒng)。

 

“這些設(shè)備整合了不同空間和時(shí)間維度的表型數(shù)據(jù),顯著加速了育種進(jìn)程,為作物遺傳改良和品種選育提供了高效、精準(zhǔn)的技術(shù)支撐?!崩钏嚦硎?,我國(guó)在農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域已處于國(guó)際領(lǐng)先地位,在表型組學(xué)研究和智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)方面實(shí)現(xiàn)了并跑乃至領(lǐng)跑。

 

“中央一號(hào)文件的發(fā)布給予科研工作者極大的激勵(lì)與鼓舞,堅(jiān)定了我們推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的信心。”李藝超說,將繼續(xù)以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),推動(dòng)“南繁硅谷”建設(shè),助力國(guó)家種業(yè)振興戰(zhàn)略。

 

在科技創(chuàng)新的推動(dòng)下,生物技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能正不斷改變著現(xiàn)代育種的模式,南繁育種也變了“新貌”。

 

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家南繁研究院從機(jī)器人到高通量設(shè)備,從表型采集到精準(zhǔn)決策,科技的力量正在讓南繁不“繁”,讓農(nóng)業(yè)更“智”。同時(shí),人才構(gòu)成也更加多元化,不僅有農(nóng)學(xué)出身的“育種家”,還有來自統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)、遙感等各種不同領(lǐng)域的年輕人,他們的專業(yè)正在深刻影響著現(xiàn)代育種的發(fā)展趨勢(shì)。

 

而崖州灣科技城正集中資源全力推進(jìn)智慧育種相關(guān)工作,更多的科研單位正通過科技賦能,讓南繁育種從傳統(tǒng)的“繁”向“簡(jiǎn)”轉(zhuǎn)變,從人工操作向智能化、自動(dòng)化升級(jí),大幅提升了育種效率,為我國(guó)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。

 

來源:三亞日?qǐng)?bào)  記者 張慧臏  蘇應(yīng)欣 文/圖

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