精準(zhǔn)識(shí)別花朵、伸出機(jī)械臂輕柔完成雜交授粉……溫室里，一位“鋼筋鐵骨”的機(jī)器人在花叢中輕盈穿梭，代替工人完成全流程育種工作。

科幻的場(chǎng)景，變成現(xiàn)實(shí)。11日晚間，全球首臺(tái)全流程智能育種機(jī)器人“吉兒”（GEAIR）登上國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》雜志，標(biāo)志著我國(guó)在農(nóng)業(yè)智能育種創(chuàng)新中率先實(shí)現(xiàn)生物技術(shù)與人工智能深度融合，農(nóng)業(yè)育種有望從“經(jīng)驗(yàn)農(nóng)業(yè)”走向“精準(zhǔn)工業(yè)”。

打破雜交育種和制種瓶頸

與公眾熟悉的雜交水稻相比，“吉兒”可以運(yùn)用從頭馴化、育種加速器等新一代育種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異品種的快速定制。比如，在大豆育種中，首次實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)型大豆雄性不育系快速創(chuàng)制，有望突破大豆雜交育種的瓶頸，大幅提高單產(chǎn)。

論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員許操表示，這項(xiàng)研究開(kāi)辟了“生物技術(shù)筑基+人工智能賦能+機(jī)器人勞作”的智能育種模式，標(biāo)志著我國(guó)率先完成智能機(jī)器人育種閉環(huán)技術(shù)體系構(gòu)建，展現(xiàn)了“人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究”（AI for science）在生物育種領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

《細(xì)胞》雜志審稿人對(duì)該研究給予高度評(píng)價(jià)，稱贊其為一項(xiàng)令人振奮的創(chuàng)新性突破，具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖為“吉兒”智能育種機(jī)器人。（科研團(tuán)隊(duì)提供）

“定制化”智能育種

雜交育種如同讓作物“優(yōu)生優(yōu)育”，是提高作物產(chǎn)量品質(zhì)的重要途徑。通過(guò)將不同親本的優(yōu)良基因聚合，比如具有抗病性的父本基因和高產(chǎn)量的母本基因，后代可產(chǎn)生各取所長(zhǎng)、超越雙親的“雜種優(yōu)勢(shì)”。

“雜交育種和制種通常需先對(duì)母本花朵去雄，再將父本花粉涂抹到母本花朵柱頭上，整個(gè)過(guò)程依賴熟練工人在花朵綻放前的短暫窗口期操作。”許操說(shuō)，雜交育種需要使用不同親本重復(fù)這項(xiàng)操作，而雜交制種則使用固定親本大批量重復(fù)這項(xiàng)操作，耗時(shí)耗力。

以番茄為例，雜交種已占商品種的90%以上，但因柱頭內(nèi)縮的閉合花型，全球番茄雜交育種和制種至今仍完全依賴人工進(jìn)行雜交授粉，這項(xiàng)工作的人力成本已占番茄總育種成本的25%以上，僅人工去雄一項(xiàng)就占番茄雜交授粉成本的40%。

“更重要的是，一些花型閉合的作物（如大豆）因雜交制種成本過(guò)高，至今仍無(wú)法利用雜種優(yōu)勢(shì)。”許操說(shuō)，通過(guò)基因編輯重塑作物花型，使雄蕊自然開(kāi)裂敗育、柱頭外露，就像給機(jī)器人定制的“接口”，同時(shí)通過(guò)人工智能視覺(jué)識(shí)別和先進(jìn)定位技術(shù)，能夠更好使機(jī)器人在作物間穿梭、授粉，提高育種效率。

圖為“吉兒”智能育種機(jī)器人。（科研團(tuán)隊(duì)提供）

激發(fā)未來(lái)農(nóng)業(yè)無(wú)限可能

從袁隆平院士提出水稻“三系配套”的雜交育種技術(shù)路線，到如今我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)成功打造全流程智能育種機(jī)器人“吉兒”……一代代中國(guó)科技工作者扎根農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一線，用科技突破耕地與自然的限制，在田間地頭收獲創(chuàng)新碩果。

“當(dāng)生物技術(shù)同人工智能攜手，將激發(fā)無(wú)限可能。”論文共同第一作者、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所副研究員楊明浩介紹，未來(lái)，這一智能育種新模式有望應(yīng)用于更多場(chǎng)景和空間。

“比如機(jī)器人更加適應(yīng)密閉環(huán)境操作，這為將來(lái)在月球甚至火星上建造溫室提供了育種方案，為在太空中發(fā)展農(nóng)業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)面對(duì)可能滅絕的野生作物，快速馴化技術(shù)和智能育種新模式有望成為種質(zhì)資源搶救的新方案。”楊明浩說(shuō)。

“當(dāng)機(jī)器人能讀懂每一朵花，育種就從‘經(jīng)驗(yàn)農(nóng)業(yè)’走向‘精準(zhǔn)工業(yè)’。”許操表示，只有堅(jiān)持以創(chuàng)新為引領(lǐng)，向科學(xué)要方法、要答案，“中國(guó)飯碗”才能端得更穩(wěn)更牢。

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