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发布日期：2024-11-26 作者：开云
当前，人工智能等新一代信息手艺迅猛成长，为我国智能育种手艺成长带来新机缘，也为我国打赢种业翻身仗供给了新方式新手段。
中国工程院院士、中国农业年夜黉舍长孙其信持久从事作物遗传育种研究。环绕我国智能育种手艺成长的近况、挑战和前景，科技日报记者日前采访了孙其信院士。
育种更高效、精准、个性化
记者：您屡次谈到，人工智能等手艺会鞭策农业科技和农业出产系统的革命性转变。人工智能会给育种带来哪些变化？
孙其信：人工智能将鞭策农业育种迈向一个全新智能化时期。人工智能手艺与育种手艺的连系将完全改变传统农业出产体例，让育种更高效、精准、个性化。
我认为，变化首要表现在四个方面：加快育种历程、提高育种切确度、供给基在年夜数据的育种决议计划、下降贸易化育种运营治理本钱。
记者：人工智能若何加快育种历程？
孙其信：传统育种是一场“马拉松”，得靠育种家的经验和直觉，一步步缔造、选择、固定那些好的遗传变异，才能培养出优良作物。这个进程，短则几年，长则十几年。
但人工智能就像个“超等年夜脑”，能把农业科学、计较机科学、生物信息学等范畴的常识融会起来，快速处置和阐发海量数据。之前我们得靠人工去田间地头不雅察记实一个个数据，而人工智能可以跟遥感手艺、无人机、物联网装备等“科技辅佐”一路，从田间到尝试室，全方位搜集和阐发数据。如许就可以更快找到与作物良好性状相干的基因，更敏捷选择和操纵优良遗传位点，年夜年夜缩短育种周期。
记者：如何理解提高育种切确度？
孙其信：育种的素质就是对天然界中的良好基因变异进行聚合。这就像在年夜天然里“淘金”。人工智能犹如给我们配了一副“超等眼镜”，让我们能看得更清晰、更正确。
经由过程机械进修、深度进修等手艺，人工智能可以深度解读种质资本的“基因暗码”。它不但能阐发出分歧作物基因组的复杂布局，还能猜测基因在分歧情况下的表示，帮忙科研人员更好地舆解哪些基因能在特定情况中表示出最好性状。然后，科研人员就可以精准遴选出含有这些良好基因的育种材料，进行“定制式”育种，培养出抗病虫害、耐旱、耐盐碱、营养更丰硕的作物品种。
记者：您能举一些人工智能助力育种决议计划的例子吗？
孙其信：人工智能可以经由过程阐发年夜数据猜测出育种环节中最优的杂交组合、最优的单株个别、最有潜力的儿女，从而提高育种成功率。人工智能还能按照分歧的具体需求，如市场需求、泥土前提、病虫害状态等，为农人或育种公司供给个性化育种建议，设计出最合适其出产情况的作物品种。
例如，全球小麦有好几万个类型，怎样知道哪几种类型经由过程优化组合后能成为最优品种？我们团队构建了一个决议计划模子，经由过程阐发田间小麦表示型数据，连系测定的2000份小麦基因组信息，和关在小麦品质的各项指标，为育种决议计划供给支持。
记者：人工智能若何鞭策贸易化育种成长？
孙其信：贸易化育种系统包罗材料创制、杂交育种、份子检测、品种测试、品种评价等多个育种部分的多个手艺环节。每一个部分都需要分歧专业布景的团队完成工作。是以，从公司运营的角度看，治理本钱较高。
育种公司可以操纵人工智能年夜模子，集成各个部分的尺度化数据阐发与操作流程，构成数据驱动、模子决议计划的智能育种手艺系统。
记者：科学信息阐发公司爱思唯尔日前发布的《全球高校与科研机构农业与生物科技立异进献陈述》显示，学科交叉是鞭策农业科研立异的三年夜身分之一。智能育种对学科交叉提出了哪些新要求？
孙其信：智能育种将生物手艺、信息手艺、人工智能、年夜数据和工程手艺等多个学科深度连系，以应对复杂的农业问题，它从多方面临学科交叉提出了新要求。
起首是生物学与信息手艺的深度连系。智能育种的焦点在在处置年夜量基因组数据和作物表型数据，而这需要生物学与信息手艺的慎密连系。传统育种首要依靠在基因组学、遗传学和植物生物学等范畴的研究，智能育种则需要将这些生物学常识与年夜数据手艺、计较机科学和生物信息学进行深度融会。
其次是人工智能与农业科学的连系。人工智能在智能育种中的利用愈来愈普遍，特殊是在基因组选择、表型猜测和育种方案优化等要害环节阐扬侧重要感化。人工智能手艺可以用在阐发海量农业数据，并经由过程模子猜测作物在分歧情况前提下的表示，为科研人员供给决议计划撑持。
最后是物联网与传感器手艺的连系。智能育种不但依靠尝试室数据，还需要泥土湿度、气温、光照强度等年夜量及时情况数据。这就要求物联网和传感器手艺参与，在田间及时监测作物发展情况，并将这些数据反馈给科研人员。
我国智能育种研究与世界同步
记者：成长智能育种对我国实现种业科技自立自强、种源自立可控有甚么意义？
孙其信：当前全球种业竞争剧烈，我国在高端种源和育种手艺上仍面对一些挑战。智能育种经由过程整合人工智能、基因编纂、年夜数据等手艺手段，加快优良品种研发，给育种工作装上了“加快器”。这有益在晋升我国种业自立立异能力，确保种源平安，加强我国种业国际竞争力。
智能育种最显著的优势在在提高育种效力和精准度，能帮忙我国快速培养顺应本土生态情况的高产、抗病、抗逆作物品种，削减对国外手艺和种质资本的依靠，加强种业的自立可控性。
另外，智能育种将鞭策农业可延续成长。经由过程基因编纂手艺，科研人员可以培养出耐旱、耐盐碱、抗病虫害的作物，削减对化肥、农药的依靠，下降农业出产的情况负荷。所以，智能育种有助在实现绿色出产，提高农业资本操纵效力。
记者：我国相干研究处在甚么程度？
孙其信：在我看来，我国智能育种研究与世界是同步的。我国现代育种起步晚在西方，但现在我国智能育种走向了世界前沿。在个体范畴，乃至可以说我们已“快了半步”。好比，在相干年夜模子的开辟上，国内良多机构做了很多工作，都在加年夜人工智能手艺同农业范畴的交叉研究。
将来不久，我国智能育种有望实现底子性冲破。
记者：您的决定信念从何而来？
孙其信：“十三五”“十四五”时代，我国在生物育种范畴投入了年夜量资本，展开各类作物种质资本的基因型与表型研究、主要农艺性状基因发掘与功能研究、年夜数据驱动的育种决议计划研究和智能设计育种模子开辟等，为人工智能真正利用在育种实践打下了根本。
年夜模子与机械人手艺的慢慢成熟与利用落地，也极年夜鞭策了人工智能在育种范畴的利用与成长。人工智能是以数据为根本的。最近几年来，多地农科院的育种团队、处所性中小育种公司发生了年夜量练习数据集。年夜模子与机械人手艺可以高效整合各个层级的练习数据，构成针对分歧农作物的育种预练习年夜模子，有用解决育种数据匮乏、练习群体小而散的问题。传感器、机械人手艺慢慢成熟，也能年夜年夜下降表型数据、基因型数据、情况数据的收集本钱，助力年夜模子的练习。
另外，生物说话年夜模子在农业生物范畴的利用正慢慢睁开。生物说话年夜模子是将说话年夜模子的手艺利用到生物学范畴。不外，它处置的不是人类说话，而是生物学中的序列数据。它有助在在植物基因组这一“底盘”长进行育种性状的精准改进。例如，经由过程卵白质说话年夜模子，可以实现人工卵白质从头设计，再连系尝试室快速进化与定向进化手艺，我们有望之前所未有的高效力和低本钱，缔造出天然界中不存在的新卵白质和基因，晋升作物的抗逆性和品质，解决传统育种方式难以霸占的困难。
记者：中国农业年夜学在智能育种方面进行了哪些摸索？
孙其信：中国农业年夜学成立了教育部门子设计育种前沿科学中间，并以专项经费情势撑持智能育种范畴前沿研究。例如，黉舍专门帮助了“神农 固芯育种年夜模子”课题，研发“神农 固芯”育种年夜模子、“神农 筑基”莳植年夜模子、“神农 强牧”养殖年夜模子、“神农 问穹”遥感年夜模子。
此中，“神农 固芯”是专门解决动植物育种决议计划的年夜模子。它是按照贸易化育种系统各个手艺环节设计的全进程数字育种决议计划平台，涵盖基因型与表型数据阐发、育种年夜模子智能决议计划、品种区域实验摹拟等功能模块，笼盖了“从育种到品种”的全进程数字化决议计划，具有较高行业落地性。
记者：您对我国智能育种成长有如何的愿景？
孙其信：回覆这个问题前，我讲一个布景。2021年，中国农业年夜学与华为签定计谋合作和谈，配合展开智能育种研究。那时，人工智能的热度还没有今天这么高。在和谈告竣前，我向华为描画了我对将来场景的想象：但愿借助人工智能手艺，鞭策育种手艺到达乃至超出世界顶级育种家的程度。
具体来讲，我等候我国智能育种从四方面实现冲破。
第一，在智能育种范畴实现自立可控，在焦点育种算法模子、要害基因编纂东西等方面具有完全自立的常识产权。
第二，利用智能育种手艺对我国丰硕的本土种质资本进行系统开辟和庇护。在人工智能辅助下，可以切确挖掘和操纵本土和全球的优良种质资本，培养出具有良好性状的作物品种，同时确珍重要的种质资本获得妥帖庇护，实现种质资本的自立可控与可延续操纵。
第三，带动全部种子财产链数字化和智能化进级，为种业供给更智能的解决方案，保障我国食粮平安。
第四，培育新型跨学科种业人材，经由过程校企结合培育、强基打算等多种情势，培育出一多量把握现代生物手艺、信息手艺、年夜数据阐发与人工智能的复合型人材，鞭策我国在育种范畴的科技立异和延续成长。
要培育一批跨界高手
记者：若何培育智能育种人材？
孙其信：事实上，种业科技立异人材欠缺，一向是制约我国种业自立立异的首要瓶颈之一。为增强智能育种人材培育，我认为要做好三方面工作。
起首，增强智能育种学科扶植，设立生物手艺、数据科学与遗传育种相连系的跨学科专业，增强人工智能辅修专业与第二专业的课程扶植，培育具有多学科布景的复合型人材。中国农业年夜学除结构直接与人工智能、年夜数据相干的专业以外，还实行“人工智能+”的专业进级。
其次，增强校企结合培育硕博研究生的专项工作，成立校企双导师制，企业导师提出明白的攻关需求并由企业供给科研经费，高校导师率领研究生有针对性地解决企业碰到的问题。
最后，优化智能育种范畴的科研鼓励机制，为育种年夜模子、生物说话年夜模子等前沿研究供给足够研究经费，鼓动勉励青年科研工作者率先展开智能育种相干科研项目。
不久前，中国农业年夜学进行了2024年度本科招生工作总结会，考生报考的第一年夜热点就是与人工智能信息手艺、生物育种相干的专业。我相信，对农业教育范畴的延续投入，将不竭晋升对科技立异的支持力。
记者：具体来看，传感器手艺研发人材的培育问题怎样解决？
孙其信：这确切是个要害问题。表型组手艺就像是育种的“眼睛”和“耳朵”，它依托各类高精尖的生物传感器、物联网手艺、软件工程来及时捕获动植物的外表特点、心理状况，然后和时反馈给科研人员。
但是，我国育种所依靠的表型组手艺与国外进步前辈程度比拟还不小差距，特别是周详传感器的焦点元件和算法方面仍存在短板。解决这个问题，需要加年夜专项财务经费投入，培育一批跨界高手，他们得既懂生物学，又精晓计较机，还领会传感器，如许才能真正打破手艺壁垒。
在项目立项上，要设立以需求利用为导向的智能育种表型组研发专项。同时，还要指导相干学科的设置调剂与人材培育模式鼎新。
记者：您认为我国智能育种成长还面对哪些挑战？
孙其信：一是市场化水平有待晋升。我认为，当局应增强指导，营建智能育种财产立异创业的友爱情况。当局可以经由过程资金撑持、税收优惠、风险投资指导等政策，鼓动勉励科技人员在智能育种范畴创业，为科研人员供给从研发到产物化的全流程撑持，加快智能育种范畴的立异功效进入市场。
二是育种数据同享平台扶植尚不完美。各方应鼎力撑持集成种质资本、基因数据、表型数据和情况数据等，为育种年夜模子的预练习与智能决议计划模子研究供给丰硕的“养料”。另外，育种年夜模子对算力的要求较高，各级当局应撑持育种年夜模子专用的算力扶植，保障智能育种手艺系统构建。
三是下层科技人员专业化培训有待增强。田间测试的数据规范性、完全性与正确性，直接决议了构建育种模子的精度。高校等机构应开设数字种业研修班等课程，增强对下层科技工作者的继续教育与技术培训，提高下层工作者的专业素养。
不雅点聚焦
育种手艺成长历经多个要害阶段，不竭鞭策农业科技前进。1.0阶段是经验育种，首要依托育种家对表型的直接不雅察选择育种材料。2.0阶段是尝试育种，将统计学与遗传学应用到育种实践中，使育种加倍科学和客不雅。3.0阶段是生物育种，以份子标识表记标帜辅助选择手艺等在贸易化育种系统中的普遍利用为标记。4.0阶段是切确育种，实现生物手艺与信息手艺的深度融会。5.0阶段将是真实的智能育种时期，育种范畴有望迎出处年夜模子驱动的全新育种模式。操纵生物说话年夜模子，能缔造出天然界中不存在的卵白和基因；经由过程构建育种智能体，可以使育种公司的治理决议计划加倍智能和高效；连系传感器、田间机械人、无人机等硬件装备，可实现育种进程的周全智能化。——孙其信
（原题目：中国工程院院士孙其信： 我国智能育种有望实现底子性冲破）
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