编辑|新锐恒丰研究院

来源 |百博智慧大讲堂

2016 年起全球种业进入新一轮并购重组浪潮，形成“两超，四强，差异化发展”新格局。依据 2018 年初，美国科学院院士 Edwards Buckler 教授提出了“育种 4.0”的理念，世界种业巨头已进入“常规育种＋生物技术＋信息技术＋人工智能”的育种 4.0 时代。

特别今年年初 ChatGPT 火遍全球，行业普遍认为在新技术的驱动和国家战略加持下，中国智能育种 4.0 时代即将到来。

中国智能育种 4.0 如何实现呢？2023 年 3 月 28-30 日百博智慧大讲堂合伙人百奥云、博瑞迪、智种网、慧诺瑞德和瀚辰光翼为此，联合崖州湾国际农业科技孵化器，邀请相关领域取得突出成果的优秀青年科研、育种和研发人员近 200 人在海南三亚举办百博智慧大讲堂青年论坛-智能育种时代。

本次论坛由因美纳（中国）科学器材有限公司参与协办。

植物表型

智能育种时代的关键卡脖子技术

慧诺瑞德韩志国博士

慧诺瑞德创始人韩志国博士指出当前育种的一大痛点是尚未建成海量基因型材料的精准表型测量和筛选体系，亟需大量苗期材料的快速、自动化表型筛查系统，急需大规模田间小区测试的精准表型鉴定。目前国内育种领域的表型测量主要还是依赖于“一把尺子一杆秤”和“手摸牙咬眼瞪”，尽管高通量表型技术已经开始落地使用，但受限于进口设备的造价等原因还无法普及。植物表型和生物技术是智能育种的一体两翼，生物技术取得了如火如荼的进展，而植物表型数据的采集已经成为智能育种的关键卡脖子技术。

慧诺瑞德自主开发的高通量植物表型平台技术整合了自动化、多源多维多谱成像、人工智能、大数据等技术，已经在国内代表性育种单位推广使用；为了更好的让表型技术在产业落地，韩博士团队还在国内首创开发了表型物联网技术，实现了大规模田间表型数据的智能化采集。

中国农科院作物所肖永贵研究员

中国农业科学院作物科学研究所肖永贵博士指出目前作物育种进入快速育种时代，需要更快、更好的表型分析。作物改良的快速编辑和快速基因组选择，可以加速植物驯化，加快实现快速育种 2.0。我们青年科学家要掌握科技竞争主动权，必须做好小麦源头科技创新，突破小麦育种卡脖子技术，特别是小麦表型性状研究与遗传解析的研究。

中国科学院遗传与发育研究所胡伟娟博士

中国科学院遗传与发育研究所胡伟娟博士指出挖掘表型-基因型内在联系是精准设计育种的核心。数以万计基因是如何通过发育调控、网络互作、环境适应，进而表现出株型、穗型、穗粒数等表型性状的呢？这是建立分子设计育种体系必须回答的重大科学问题。解析基因型-表型-环境之间的关系，支撑精准设计育种，实现育种导航。

中国农科院作物所金秀良研究员

中国农业科学院作物科学研究所金秀良研究员阐述了当前田间表型平台主要集中在将特异性与稳定性兼备的光学传感器、高时效性的搭载平台、新发展的特征提取算法、深度学习算法及高运算能力的计算集群技术、大数据存储技术等最大化整合，为田间作物表型的精准化研究服务。作物表型平台主要面向作物群体，能鉴定的性状主要有作物群体形态特征、叶面积指数、株高、群体生物量、重要的生育期、氮素营养水平和抗逆性等。当前，快速发展的新兴技术为田间作物表型的快速精确鉴定，提供了有效的技术保证。同时作物表型鉴定技术（图像算法、传感器技术和高通量数据的处理和分析）可以促进智慧农业的发展。

中国农业大学马韫韬教授

中国农业大学马韫韬教授回答了大家遇到常见问题-为什么研究植物表型：田间测试人员，尤其临时雇工人员年龄偏大，测量数据可能很不准确；作物育种在种和收时候实现了自动化，作物生长过程和产量品质休戚相关的，但是对其认知基本还是空白；自动化表型量化势在必行。马教授还系统介绍了三维表型和无人机表型在育种和大田管理上的具体应用案例，包括玉米、油菜、甜菜等。

浙江大学岑海燕教授

浙江大学岑海燕教授总结了未来植物表型研究的思考：光与植物交互作物机理研究，以便我们开发新型低成本光学传感器，尤其是轻量化高光谱相机的应用潜力巨大；数据驱动的模型与物理机理模型的耦合研究也是值得探索的方向；当然现在所有表型数据从采集，应用端，分析端暂时没有标准，作物表型图谱数据库构建与表型标准体系的构建至关重要；我们希望用图像传感技术，图像识别技术等，能够帮助育种家开发新的表型参数，为种质资源筛选，基因挖掘提供数据支撑。

分子育种

开启智能育种的上帝视角

三亚大北农创种基因科技有限公司周毅

三亚大北农创种基因科技有限公司总经理周毅阐述了商业化生物育种的破局策略。破局一：种业持续创新、高市场覆盖率即收集企业商业化有利用价值的种质资源，适度选择适合企业自身发展的新兴育种技术，整合利用好CRO资源和技术工具，加速遗传增益，提高育种成功概率；破局二：生物育种的基因底盘亟需高通量的原创性设计即从人工设计几条基因，到计算机高通量同步千条基因、元件或位点组合的打磨，持续迭代的组学逻辑底层数据库是生物技术企业开展多元化性状研发的源动力，机器学习算法优化是降维武器。破局三：生物育种需要出众性能和验证通量即优异品种是产品底盘，常规育种不能快速解决、且必须是“出众”的生物技术性状，才是生物育种商业价值增益。高通量规模化的生物技术性状评估与验证，是疏解基因设计“堰塞湖”的必要前提。破局四：种业与生物技术两条腿“跑步”，需要诞生一家“生物数字育种”企业，整合高价值种质、利用已有CRO资源和新兴育种技术、持续迭代组学逻辑数据、搭建高通量规模化生物性状评估平台、融合品种市场渠道。轻资产、低成本、高通量、持续地产出高质量新品种，提升企业“一揽子”产品的市场占有率。

海南绿谷生物育种有限公司陈岩博士

海南绿谷生物育种有限公司陈岩博士提出应对部分Bt蛋白抗性害虫的出现-延缓昆虫对Bt蛋白产生抗性的三大策略：一是高剂量/庇护所策略-昆虫的抗性是隐性遗传；随机交配发生在抗性昆虫与感性昆虫之间；二是多基因聚合策略-构建多基因表达载体或多个载体进行多次转化培育多价转基因作物；三是研究与应用新的抗虫基因-研发与Cry1Ab等具有不同杀虫机理的抗虫基因。

隆平生物技术（海南）有限公司李晓娇博士

隆平生物技术（海南）有限公司李晓娇博士指出生物技术是提高粮食产量的关键技术，生物育种加上种质资源是粮食增产贡献率高达40%以上。生物育种是国家战略，急需突破卡脖子技术，目前国际生物育种现状：多基因的转化体遗传叠加，实现性状复合，隆平生物007系列产品具有Cry1Ab、Cry2Ab、vip3Aa、epsps四个功能基因，可以抗玉米螟、棉铃虫、东方黏虫、桃蛀螟、二点委夜饿、甜菜夜蛾、斜纹夜蛾、小地老虎、草地贪夜蛾等害虫，目前已获生产性试验，已提交生物安全证书申请。同时隆平生物还拥有玉米一年四代不间断回交转育技术，两年内可以完成回交转育。

瀚辰光翼产品总监徐大彬

成都瀚辰光翼科技有限责任公司产品总监徐大彬认为当前科研机构或育种企业都会面临样本处理环节繁琐、单批次样本洪峰、大量手动操作、数据产出不标准、步骤繁琐且耗时，难以满足大规模、高效率的样本检测需求。

为此我们通过信息化、数字化、自动化技术推动育种流程智能化、 一体化运行，可实现分子育种全息追溯，全流程数据存储、全面的数据分析和数据应用，提升分子育种效率，降低实验成本。将分子育种实现工程化，研发一系例种源“卡脖子”攻关破卡利器。

博瑞迪生物张嘉楠

博瑞迪生物创始人张嘉楠自主研发GBTS液相芯片技术是通过对目标位点进行高深度重测序，从而达到精准检测基因型的目的。基于多重PCR技术和探针捕获的技术，从而实现目标基因富集，通过其他技术手段将非目标基因纯化掉。

GBTS技术特点：定制灵活性-没有起始样本限制，没有位点限制；升级灵活性-经过评估后可向GBTS体系中加入新的引物和探针；使用灵活性-单次检测没有样本量限制。

目前通过分子标记筛选和淘汰DH系材料；通过分子标记辅助背景选择可以缩短回交选育周期50%以上；针对F1或测交后代进行基因组选择，提高选择准确性，可以直接给出杂交建议，例如隆平高科玉米育种团队可以在缩减20%试验规模时保留93%的晋级品种，在缩减50%试验规模时保留73%的晋级品种，在缩减70%试验规模时仍可保留51%的晋级品种。还可以通过一次性鉴定全部转基因事件筛选的信息等

华中农业大学李林教授

华中农业大学李林教授认为重要农艺性状的解析是作物改良的基础，为作物的分子育种与定向改良打下了基础。株型决定玉米种植密度与最终产量，玉米株型是一个复杂的综合性状。

当前玉米株型定向改良的巨大挑战：突变体基因较多，能直接应用的优良等位基因较少；单个或少量基因的效应有限，不同背景下效应变化较大；GS盲盒预测精度不高，成本高，在中国难以落地应用。为此提出了应用生物大数据系统解析遗传机制的新策略，多套高通量遗传群体为智能设计育种提供材料基础；全息功能图谱与人工智能算法提供数据与算法基础；批量株型功能基因与分子机制提供靶位点与理论基础。这些理论研究所为玉米理想株型与高产智能设计育种打下坚实的基础。

山东省农业科学院张士永研究员

山东省农业科学院张士永研究员认为在水稻分子育种实践中，通常需要进行大规模的群体标记基因型分析，要求分子检测方法要简单、快速、准确、成本低廉、检测过程(包括DNA提取、分子标记的检测、数据分析等)自动化。基因型选择技术是分子育种的关键技术。

HRM（High-Resolution Melting,高分辨率熔解曲线技术）：基于核酸分子物理性质不同的一种核酸分析技术。不同核酸分子片段长短、GC含量、GC分布等是不同的，因此任何双链DNA分子在加热变性时都会有自己熔解曲线的形状和位置，通过熔解曲线的不同检测DNA链之间的差异。可以快速判定目标基因在检测个体中的有无、纯合或杂合，协助育种家通过“一票否决”找到目标个体。能够减少25-90%的田间工作量。

四川农业大学钦鹏教授

四川农业大学钦鹏教授团队利用反向遗传学挖掘耐高温等位基因，大规模鉴定高温下特异性结实差突变体，利用Mutmap策略基因定位及转基因验证，进行序列多态性，分布及表达量相关性分析，利用片段代换系穗期高温胁迫前后表达量，表型分析，筛选出DG1等突变体，DG1介导叶片到颖果的ABA长距离转运，且响应温度确保不同温度下种子正常灌浆充实。DG1 籼稻基因型能提高高温下水稻产量和品质。在西南稻区评估了各高产优质等位基因效应，结合传统育种，选育出高温下仍可高产优质的新品种-审定4个国审新品种（其中一级优质米2个，二级米2个）、并均实现成果转化。

育种大数据

智能育种的灵魂

中国农科院作物所/南繁院李慧慧研究员

中国农科院作物所/南繁院李慧慧研究员认为智慧育种（IT+BT）：模拟育种家智慧 ，预测育种家行为；全基因组选择对传统遗传育种技术的重大革新：对育种群体后代表现的精准预测是全基因组选择的核心-利用覆盖全基因组的高密度遗传标记计算个体的基因组估计育种值（GEBV）；标记辅助选择思想在全基因组范围内的扩展；是智慧育种的重要组成部分。机器学习原理与全基因组选择思想高度统一，二者深度交叉融合为作物育种技术迭代升级提供了契机。

智慧育种可以预测最优亲本选配方案-目前强优势杂交组合的选育仍基于大规模的人工测交，测交上千甚至上万个组合才可能选育出1个强优势组合，工作量巨大。通过建立全基因组杂种优势预测模型，指导强优势亲本的配组模式，可以极大提高两系杂交稻育种效率，收到事半功倍的效果。

中国农科院作物所黎亮研究员

中国农科院作物所黎亮研究员认为种质创新和自交系快速改良仍是新品种培育的核心，结合自己工作经验分享十条育种体会：一：育种需要具备一定的规模；二：多环境测试是品种选育的重要支撑；三是杂优模式仍是当前育种的核心；四是遗传进展是育种效率衡量的重要标准；五是耐密抗逆性的不断提升以提高群体产量；六是循环改良是商业化育种的最佳策略；七是丰富的种质基础是长期遗传增益的保障；八是流程化操作与规范化管理；九是打破作坊式育种提升系统竞争力 ；十是基于数据的育种决策。

扬州大学徐扬副教授

扬州大学徐扬副教授指出全基因组选择育种已成为动植物育种领域的一项革命性新技术。影响基因组预测准确性的主要因素：训练群体和测试群体间的亲缘关系；训练群体大小及构成；标记密度；目标性状遗传力；统计方法。

徐扬副教授首次提出将亲本表型信息纳入杂交水稻表型预测的新策略，阐明了该策略的实现方法及最优模型，可较大幅度提高表型预测的准确性。由于转录组和代谢组存在时空特异性，建议在GS育种实践中优先考虑结合亲本表型信息。随着高通量表型平台和GS模型的不断发展，该策略有望进一步提高杂交种预测的准确性，为实现作物的精准育种奠定理论基础。现有的SNP芯片仍有一定的优化空间。将GWAS鉴定的功能标记整合到1K SNP芯片中，有望成为玉米GS育种芯片研发的有效策略。

河北省农林科学院粮油作物所刘长友研究员

河北省农林科学院粮油作物所刘长友研究员认为遗传基础狭窄是绿豆育种难以突破的问题：绿豆核心资源缺乏不同生态环境下的表型精准鉴定信息；绿豆核心资源利用率不高，育种中缺乏优异骨干亲本。全面解析绿豆遗传变异本底提升我国绿豆种质资源的利用效率。为此刘长友研究员技术团队组装了一个高质量绿豆参考基因组，构建了首个绿豆泛基因组和全基因组变异图谱；首次利用高深度测序鉴定到的SNP和PAV对33个重要农艺性状进行全基因组关联分析，发掘出一系列与产量、品质、抗性等性状相关的重要候选位点。为绿豆优质高产与产业提质增效科技创新提供技术支撑。

湖南农科院杂交水稻研究中心孙志忠研究员

湖南农科院杂交水稻研究中心孙志忠研究员指出全基因组范围内的变异、表达差异是影响杂种优势的重要因素。利用多组学（表型组学，基因组学，转录组学）解析水稻杂种优势，发现Y900在单株总粒数、株高、穗长等性状上显著超双亲；单株总粒数是2-4期超级稻产量杂种优势差异的关键，组装了R900和Y58S高质量参考基因组。

粳型成分提高（亲本籼粳遗传分化显示Y58S的粳型成分较高）增加功能基因差异（亲本籼粳分化热点区域包含多个功能基因）+精细基因表达调控（ASEG表达调控模式是动态的，具有组织时空性）=Y900强优势。R900在穗粒数、有效穗、生育期上与Y58S的互补性更好；2-4期超级稻产量优势的提升主要来源于单株颖花数的增加，该单倍型组合部分解释了单株颖花数的遗传基础。Ghd8 主要通过缩短生育期来影响两系杂交稻的产量杂种优势。

百奥云王冰冰博士

百奥云创始人王冰冰博士认为通过多种渠道采集大量的田间生长数据，基因数据和环境数据，把这些数据集成整合起来，用大数据技术进行管理。用机器学习算法，构建植物基因与表型之间的模型。这样我们在种地之前，只用检测亲本的基因型，即可通过这套智能育种系统准确预测杂交后代在这块地上的产量和品质，那么育种的主要痛点问题就能迎刃而解。

为此百奥云技术团队开发了百奥e采、种质资源系统、表型数据系统、基因型大数据系统GBDS、全基因组选择系统（GWS）、百奥云统计分析引擎 – AgriOS等工具，目的是让育种变轻松！

育种产业

智能育种的底盘和根基

北大荒垦丰种业股份有限公司技术开发中心主任王超

垦丰种业探索“Pipeline育种”模式，打破课题组各自为战，系统整合资源，按育种流程设立专业团队，细化任务分工，组成创新链，构建起了由技术总监负责，团队成员分工协作，流水线程序化运行的商业化育种体系，结合信息化建设，实现了资源共享、技术共享、信息共享，大大提高了育种效率。将生物技术已整合应用于商业化育种流程的各环节，大幅提高育种效率。

种质资源是育种的基础。利用覆盖全基因组水平的分子标记能够有效的评价种质资源间的遗传多样性、遗传相似度和遗传距离，为种质资源的杂种优势类群划分提供了可靠的依据。同时可利用全基因组分子标记构建材料的DNA指纹图谱文库，从而对本单位特有的及新育成的材料进行有效的保护和确权。利用分子信息对资源进行遗传评价，可以清楚的分析资源之间的亲缘关系和遗传距离、系谱关系及杂种优势群信息等。

通过基因功能分析平台和群体组配育种平台建设，开展多组学分析、基因功能鉴定、互作分析，将大数据与分子育种紧密结合，开展基因组选择辅助育种是未来精准育种的发展方向。围绕北方春玉米区，与中国农大合作开展玉米全基因组智能设计辅助育种项目，针对性开展智能设计辅助育种，创制垦丰自有的优势种质类群，进而推出一批优良新品种。

智种网CEO叶剑

智种网CEO/新锐恒丰研究院院长叶剑通过对美国种业，尤其基础种子公司的发展历程的回顾和梳理，认为基础种子公司在种业发展的过程中起到了重要作用。因此，根据我国的种业现状，新锐恒丰作为专注于玉米种质资源创新、开发的新型科技公司，为客户提供优质种质（资源）+ 性状（种质2.0）。

新锐恒丰通过联盟和许可协议的方式持续提供高性能种质基因，同时采取联合资源创制、DH系联合创制项目、研发资产托管、品种权入股等方式，年生产单倍体苗 2 万株，常规加代规模 5000 个、品种权保护数量 100 件以上、对外推荐合作杂交种 50 个和审定新品种 5 个以上。

公司高度重视知识产权保护与植物新品种创新工作，坚持平台整合 ＋ 自主研发的模式，积极创制优异种质资源和新性状的开发，选育独家自主知识产权的新自交系，加大种质资源的收集和鉴定力度，助力种源“卡脖子”技术攻关，为打好种业翻身仗贡献力量。

河南金苑种业股份有限公司研发总监范弘伟

河南金苑种业股份有限公司研发总监范弘伟博士认为世界上没有十全十美的品种；前三强PVP限制互不交流VS海量资源整合，国内花粉测配；国内玉米种业集中度不高；技术成熟：液相芯片成本低廉，双单倍体加倍技术，南繁加代。这些都是中小型育种单位的机会。

我们应积极迎接转基因时代的到来：坚持非转育种，杜绝转基因污染；主要测验种转基因储备；参试开始回交；普通版审定后转基因版只需做一年生产试验；比较灵活，形式不明朗，选择自由；国外都是这么做，除非是性状产权单位。

寻找出目标市场，挖一米宽：不同的气候、土壤、播期、收获方式、用途等造成市场对品种需求多种多样，再小的市场也足够一个研发团队很好的活下去。

北京中地种业有限公司总裁孙志伟

北京中地种业有限公司总裁孙志伟回答了中小种企究竟要建什么样的研发才能适应当前的生存环境？国内多数玉米种子企业研发组织形式多是课题组式、专家式、海归式，不管是阵型企业或是骨干企业，还是上市央企，科研投入巨大，但在品种方面并没有处在绝对领跑地位，还是有一定机会！种企的研发水平主要看吸收消化能力，育种材料、技术、人才能不能消化吸收利用，还是要建立应用式研发体系才能获得更好的发展机会。

工厂化育种对中小企业来说为更适合，流水线，分段规模化，快速高效引进、应用技术成果和材料改良，工厂化更偏向组织方式，更高效，更实际。中地工厂化育种：利用美国育种软件prism、精田采集系统，结合分子实验室，建立了表现型、基因型的大数据库，将育种设计、快速选系、DNA分析，组合测配、杂交种异地鉴定等各环节车间化，实现工厂化玉米育种。工厂化育种的优势：能够快速跟进市场热点品种、材料，保证快速跟跑，不落后！

三亚畦盛农业科技有限公司倪志刚

三亚畦盛农业科技有限公司创始人倪志刚认为单倍体育种技术经历20余年发展，已经成为目前玉米育种上能够规模化应用关键核心技术，在提高纯系创制的效率方面起到了重要作用。需要在DH选系过程注意这5个问题：组材设计是关键；每个组材要多少份纯系 ；获得纯系如何选育使用；分子辅助检测应用；不同生态区鉴定法。

倪志刚老师认为育种技术迭代，生物育种为大势所趋，但需要注意转基因回交转育遇到问题：与常规品种是否存在性状差异；产量是否增产明显；常规品种推广优良性状是否保持（例如：倒伏，病害）。

中林集团张掖金象种业有限公司郭婷婷

中林集团张掖金象种业有限公司实现每年10万小区，80%小区实现机械播种收获；在分子育种技术应用：种质分析，育种项目和种子生产质控，MAS抗性改良/性状转育，DH+GS。在环境型数据应用上与中国农业大学王喜庆教授团队合作进行品种适应性分析；2022年底完成种质管理、育种圃、试验设计、数据采集、表型分析、基因型管理与分析等公共软件和自研软件相结合数据管理。

中林集团张掖金象种业有限公司郭婷婷博士认为常规育种是技术发展和技术转化的载体；产量测试是种质迭代的核心；产量测试技术亟需加强数量遗传学教育和培训亟需加强；技术驱动需要先做好常规育种：a)种质应用系统规范;b)产量测试准确有效。

星辰集因石成蹊

星辰集因石成蹊博士认为基因编辑直接修改内源基因进行改良，精准的性状改变，缩短育种年限至3-5年；除了单基因层面，基因编辑在染色体层面的修改也能加速育种周期。

我国基因改造和编辑育种行业发展现状及挑战：监管政策：相比许多国家，监管尚需要进一步完善: 转基因:生物安全证书发放较为谨慎和严格，基因编辑:2022年1月农业部出台《农业用基因编辑植物安全 评价指南(试行)》，尚无具体监管细则；基因编辑技术：缺乏拥有自主知识产权的底层基因编辑和改造技术:不掌握基因编辑、单碱基编辑、大片段编辑等技术平台的主要专利，面临被“卡脖子”的风险；公众认知：公众对于转基因存在误解，多年来公众对于转基因作物和食品存在不够科学的认知误解， 造成产品推广的挑战。

星辰集因具有新型的基因改造和编辑工具，和业界合作并助力分子育种行业的发展，技术进步推动现代农业进入数字化和智慧化时代，确保我国种业安全！

本次论坛已圆满结束，今年百博智慧大讲堂将会举办类似的线下活动，愿3月底三亚-智种育种的星星之火，燎原中国智能育种之势，拥抱变革，开启智能育种新时代！

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