海南三亚：年轻育种人利用大数据和人工智能育成新品种

十月深秋，长江南北的农田中，进入了秋收的最后阶段，一层又一层秋风，把玉米、水稻、大豆吹得金黄一片。而远在海南三亚，温暖如春的海岛上，也迎来了一年一度南下育种的人们。

海南是育种圣地，冬季温暖的气候，使需要世代选育的育种，在这里可以增加一代。所以，每年冬天，都有来自全国各地的育种人，带着他们正在选育的种子，播种在三亚的农田中，这一过程，被称为“南繁加代”。

不过，与以往不同的是，如今的海南三亚，有一群年轻的育种人，他们没有自己的农田和种子，甚至也不是农学专业出身。他们学习分子生物学或者现代信息技术，利用大数据、人工智能等，在数据之中，开辟自己的“田园”，在虚拟世界，育成“新的品种”。

“电脑上的育种人”

一台电脑，就是陈守坤的“试验田”。

陈守坤。受访者供图

几年中，从打造自己的“大模型”开始，到搜集数据、进行配组、测试千万种不同的组合，再到找到育种者需要的作物基因组合，同样的工作，不知道重复了多少次。陈守坤也不记得，到底成功了多少种组合。

一粒种子的育成，从选择父本和母本开始，然后进行一次又一次杂交，一代又一代种植和选择。传统时代的育种家们，需要六到八年的时间，才能选出一个新的品种。南繁加代的出现，使得育种家们每年能多种一季，将这个时间缩短了三分之一到一半。

陈守坤原本也是众多南繁加代育种大军中的一员。每年秋冬，他都会带着自己培育的种子，一路南下，在三亚的土地种植。第二年春天，北方开始播种的时候，三亚的种子正好成熟，他又带着种子北上。周而复始，像候鸟一样，追逐着气候的变化而迁徙。

直到转做分子设计育种，陈守坤“失去”了自己的农田。

这是一种利用大数据、人工智能、机器学习等各种新技术的育种新模式。育种者们建立数字化的育种模型，将育种材料的基因数据导入模型，寻找自己需要的组合，进行大量匹配，再输入各种环境参数，通过模型预测，就可以精准地组合成想要的品种。这个过程，通常在一周之内就能得出结果，最快的情况下，只要一天。

整个分子设计育种的过程，完全在电脑上完成，几乎彻底离开了农田。

和陈守坤同在一个课题组的年轻学生们，有许多从来没有下过地，甚至也没有农学背景。今年研二的郭晓冰和冯晓轩，两个人都是学习统计学的，在南繁基地，他们每天的工作就是操作电脑，和各种各样的数据打交道。这些数据来自过去到现在许许多多的育种家们，漫长的育种史中，积累了大量的数据。而随着分子生物学的进步，基因组测序每天都会增加更多的作物基因数据。他们在庞大的数据中，挖掘一切有价值的基因，然后根据需要，配成不同的组合，再通过大模型，预测每一种组合的效果。

农学生的数字庄园

考入中国农科院南繁院之前，统计学专业的郭晓冰，几乎对农业完全不了解，也没有想过，育种究竟该如何进行。冯晓轩同样如此，他们考研的专业，叫作“生物信息学”，听起来和农业、育种毫无关系。他们只知道，考上之后，未来三年的学习，都在海南三亚，一个四季都是夏天的地方。

中国农科院南繁院研二学生郭晓冰。受访者供图

中国农科院南繁院建于5年前，位于南繁育种的核心地带，海南三亚崖州湾科技城。这里云集了中国最多的农业科研机构，最多的育种科学家，还有最先进的育种设施。

对郭晓冰他们来说，这里也有最丰富的育种数据。课题组的师生们，都住在南繁院的宿舍里，每天早晨，迎着海风和朝阳，一路骑车到实验室，坐在电脑前，开始一天的学习和工作。

风雨、气温、土壤、微生物、病菌、水分……大自然中的一切，变成一组组数据，不断交互作用，模拟出真实世界的农田。

在这个看不见的虚拟世界中，一粒种子落入“土壤”，生根发芽，经历风雨，开花结果，重新长出新的种子。

当外界急剧变化的气候、频发的极端天气和高发的病虫害，不断影响着人们的粮食时，这间实验室的电脑中，也在不断增加新的数据。

干旱高温、极速降温、病虫害高发……农民需要可以抵抗各种逆境的作物新品种，而传统育种漫长的时间，很难完全应对快速变化的农业环境。作为最尖端的育种方式，分子设计育种可以用最快的方式，进行不同目标的育种预测，通过庞大的作物基因数据库以及各种环境数据，一天到一周之内，就可以组合出相应的品种，并进行预测。

遍布摄像头的农田

“我们是把袁隆平院士这样的育种家的工作，从田间搬到了电脑上。”中国农科院南繁院分子设计育种课题组博士赵盈说。

中国农科院南繁院博士赵盈。受访者供图

从许多年前开始，育种就不再只是农业科学家的领域。中国农科院副院长孙坦介绍，在国外，分子设计育种已经发展多年，国际上知名的种业企业，耗费数十亿美元，打造自己的分子设计育种平台，育成了大量新品种。我国分子育种起步较晚，但发展很快，尤其在技术应用上，已经非常广泛，不论是玉米、小麦、水稻等大田粮食作物，还是蔬菜水果，都在利用分子设计育种技术。

赵盈正在进行一项大豆育种的分子设计和预测，大豆是我国最大的油料和饲料作物，也是我国进口最多的作物，提升我国大豆的产量，是关系粮食安全的重要部分，“目前大豆育种最大的目标，首先是单产提升。我国耕地有限，很难通过大规模扩大面积的方式提高大豆产量，提高单产是唯一的途径。同时，因为气候变化等各种影响，未来的大豆生产面临着重重威胁，亟须培育高产且抗逆的大豆品种。”

电脑上的设计和预测，在整个分子设计育种中，是最关键的部分，但并不是全部过程。在预测完成之后，还要在田间进行验证，收集和观察配组之后的各种表型数据。

中国农科院南繁院表型大楼。受访者供图

在同一座大楼中，还有另外一个表型鉴定的课题组。所谓表型，即生物所有可被观察和鉴定的特征，比如人的身高、血型，植物的株高、颜色等。在育种中，一些典型的表型，必须在作物真实的生长中观察和收集。比如株高、节数、节间距等，这些特征直接关系着作物的生长能力、抗倒伏能力等。再如穗数、穗粒数、千粒重等，直接关系着产量。

在过去，像袁隆平这样的育种家们，需要年复一年，长时间蹲在田里，用肉眼一株株观察，用笔一个个记录。而在现代智慧育种中，遍布田间的传感器和摄像头，代替了人的眼睛和手中的笔，进行表型鉴定的育种者们，同样在办公室里，用电脑或监视器，观察田间的情况，摄像头会把各种作物的各种表型数据，包括环境的变化搜集起来，传输到后方，育种者们则通过电脑进行汇总、分析、处理。

在赵盈工作的大楼旁边，就有一处我国目前最专业、技术含量最高的田间“高通量植物表型平台”。这是一座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”，稻田遍设轨道，钢架搭载十多种监测仪器，在田间自由移动，监测植物从播种到收获全周期的表型数据。

中国农科院南繁院基地中的“高通量植物表型平台”。受访者供图

智慧育种的新时代

育种的新模式，远超冯晓轩想象。在进入中国农科院南繁院之前，她只是一个刚刚大学毕业、从未下过田的学生。学习统计学的她，要从零开始，学习育种中的一切知识。尽管她的工作不需要农学背景也可以进行，但她觉得，农学也同样很重要。

中国农科院南繁院研二学生冯晓轩。受访者供图

“我们是从零开始做分子设计与育种的，需要自己设计模型，搜集数据，进行模拟预测。”冯晓轩说，“所以学习农学知识也是有必要的。”

虽然同样没下过地，但赵盈学过农学，她本科学农学，硕士学生物，也曾经在实验室里做过农作物的分子实验。

陈守坤自己找了一小块地，延续着以前种地的习惯。虽然新的工作并不需要，但他觉得，有一块自己的地，可以随时验证电脑上的设计结果，同时也保留了一点点过去种地的记忆，“习惯了，总想着有一小块地更好。”

不论是从传统育种转入分子设计育种，还是刚刚进入育种领域的年轻人，他们其实都走在整个世界的最前列。

“我国分子育种的理论，在全球也处于领先地位。”孙坦说。

中国农科院副院长孙坦。受访者供图

从很多年前开始，各种新技术就开始运用到育种，从大数据到雷达，从摄像头到计算机，越来越多领域的研究者们，加入了育种的大军。“最开始当然需要磨合，一个计算机专业的博士，和一个传统育种的博士，两个人同在一个课题组，可能连对话都难。但慢慢地，不同领域的科学技术，逐渐融合成一体，变成了现代化的智慧育种。”孙坦说，“和所有科学一样，农业科学的发展，同样越来越超出普通人可感知的世界，向着超微观和超宏观两极发展。如超微观的基因、分子，需要特定的仪器，才能被人们所观察和干预。超宏观的层面，整个地球的生态环境、土壤、植保、栽培，还有计算机、传感器、卫星遥感等技术，都已经融合到了育种之中。所以，今天的育种，和以往的育种已经完全不同，超出了普通人的认知。”

领先的理论水平，并不意味着所有的科研领域都领先。孙坦介绍，我国在基础性研究、数据积累等领域，仍然相对落后，“智慧育种是一个很庞大的系统，不亚于芯片设计和制造，事实上，育种本身也是农业的芯片。它是一个漫长且庞大的工程，举例来说，基因的精准鉴定，需要庞大的人力物力和财力，软件研发，需要很多年轻人参与和创新，数据累积，需要漫长的时间和庞大的人力物力，英国的表型数据、环境数据有百年的积累，我们还差得很远。”

对于陈守坤和他的同事、同学们来说，众多的困难，其实也正蕴含着无限的未来。毕竟，他们走在一个全新的世界里，而且是这个世界中的先行者。

新京报记者 周怀宗

编辑 张树婧 校对 张彦君