原標(biāo)題：種質(zhì)資源數(shù)據(jù)管理智能化、雜交組合篩選用上模型推演——

從一粒玉米看智慧育種（經(jīng)濟(jì)聚焦·農(nóng)田里的新鮮事）

正大種業(yè)海南樂(lè)東南繁基地，65畝試驗(yàn)田里的玉米大多迎來(lái)收獲期。湖北襄陽(yáng)正大種業(yè)股份有限公司首席生物育種專家吳坤走到一株玉米旁，掰下一個(gè)玉米棒，剝開(kāi)層層葉子，整齊、圓潤(rùn)、飽滿的玉米粒粒分明?！翱雌饋?lái)，這是一個(gè)有顯著產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)的雜交組合?！彼醪脚袛?。

從幾平方米到十幾平方米，65畝試驗(yàn)田被分成1.6萬(wàn)余個(gè)面積大小不一的種植小區(qū)，每一個(gè)小區(qū)都種著不同的材料或品種。過(guò)去的這個(gè)冬季，吳坤帶著團(tuán)隊(duì)在這里種植提純鑒定1.1萬(wàn)余份用作玉米雜交的親本材料；同時(shí)，還繁育組配了超過(guò)5000個(gè)雜交組合，為6月初在黃淮海地區(qū)廣泛開(kāi)展品種試驗(yàn)備種。

打開(kāi)手機(jī)，對(duì)準(zhǔn)一個(gè)試驗(yàn)品種的條形碼，吳坤示范起如何利用湖南長(zhǎng)沙百奧云數(shù)據(jù)科技有限公司研發(fā)的田間采集終端豐富品種數(shù)據(jù)：株高、病害、果穗情況……這些數(shù)據(jù)采集后會(huì)被上傳到生物育種數(shù)智平臺(tái)。

這些數(shù)據(jù)以前都采用紙質(zhì)記錄形式，或者以電子表格的形式存儲(chǔ)在電腦里；現(xiàn)在，不僅數(shù)據(jù)錄入效率更高，而且相關(guān)數(shù)據(jù)可以在數(shù)智平臺(tái)上形成完整鏈路，讓后續(xù)對(duì)材料的評(píng)價(jià)更有科學(xué)依據(jù)?！跋喈?dāng)于給育種材料做家族基因圖譜。有了這個(gè)譜系，以后它們家族的更多后代長(zhǎng)啥樣，輕點(diǎn)鼠標(biāo)，就能調(diào)取電子畫(huà)像。”吳坤介紹。

隨著5000多個(gè)玉米雜交組合的收獲接近尾聲，吳坤已經(jīng)開(kāi)啟更忙的“考種”工作——哪些組合表現(xiàn)出可觀的品種優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)入小試、中試、大試，哪些因?yàn)樘镩g表現(xiàn)不佳而被淘汰，團(tuán)隊(duì)在一兩周內(nèi)就要完成判斷。

“傳統(tǒng)育種主要依靠育種人員自身的經(jīng)驗(yàn)判斷，現(xiàn)在以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的科學(xué)模型正在彌補(bǔ)經(jīng)驗(yàn)判斷的不足?！眳抢ふf(shuō)，糧食作物產(chǎn)量表現(xiàn)，既與其自身基因相關(guān)，也受環(huán)境、栽培水平等影響。盡管基因測(cè)序越來(lái)越便捷，但玉米產(chǎn)量還并不確切關(guān)聯(lián)某幾個(gè)具體的基因片段。因此，找到玉米田間高產(chǎn)表現(xiàn)與特定基因的相關(guān)性，大數(shù)據(jù)或許是一種有效的輔助判斷。

為了節(jié)約育種時(shí)間、提升效率，前幾年起，正大種業(yè)與長(zhǎng)沙百奧云數(shù)據(jù)科技有限公司合作，引入生物育種數(shù)智平臺(tái)，對(duì)種質(zhì)資源及育種過(guò)程數(shù)據(jù)開(kāi)展信息化、智能化存儲(chǔ)、記錄和處理。

之所以這樣做，要從一粒玉米種子的培育過(guò)程說(shuō)起。

培育出一粒優(yōu)良的玉米種子，要先在海量不同基因的玉米種質(zhì)資源中，篩選出合適的父本材料和母本材料，配制成千上萬(wàn)個(gè)雜交組合到田間種植；收獲后，從中選擇田間表現(xiàn)最好的10%，與選定的不同品種親本雜交或自交，再次篩選……如此循環(huán)重復(fù)，直至篩選出產(chǎn)量、抗性等各方面都穩(wěn)定且有良好表現(xiàn)的組合，到不同區(qū)域開(kāi)展田間試驗(yàn)。

“像海選一樣，讓雜交組合一代代晉級(jí)。”吳坤打了個(gè)比方，每一個(gè)最終確定的玉米雜交組合，至少需要經(jīng)過(guò)5代篩選，“再加上投入市場(chǎng)前的審定階段，一代玉米品種的成功繁育，短則經(jīng)歷七八年，長(zhǎng)則經(jīng)歷十幾年?！?/p>

提升育種效率，意味著要在更短的時(shí)間里，找到更優(yōu)的雜交組合。然而，雜交組合的數(shù)量幾乎是無(wú)窮的?！氨热缣暨x1萬(wàn)個(gè)育種材料與10個(gè)材料雜交，就能獲得10萬(wàn)種組合，即便一種組合只種幾平方米，一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)也很難將10萬(wàn)種組合全種下去并且采集數(shù)據(jù)、收獲測(cè)產(chǎn)。”吳坤說(shuō)，育種專家過(guò)去必須依靠經(jīng)驗(yàn)判斷，在近乎無(wú)窮的組合中，挑選出有限的組合數(shù)量，開(kāi)展田間試驗(yàn)。

能否通過(guò)理論預(yù)測(cè)，把表現(xiàn)較好的部分挑選出來(lái)，或者把最差的部分剔除掉，再到不同地方開(kāi)展田間試驗(yàn)？這就需要基于數(shù)據(jù)建模分析。

“我們搭建的生物育種數(shù)字化平臺(tái)，為科研團(tuán)隊(duì)提供了從數(shù)據(jù)管理到模型構(gòu)建的便利，基于模型，育種專家能夠先預(yù)測(cè)再驗(yàn)證?！卑賷W云董事長(zhǎng)王冰冰說(shuō)，隨著模型預(yù)測(cè)精度的持續(xù)提升，將持續(xù)減輕驗(yàn)證工作壓力，從而提升育種效率。

國(guó)內(nèi)種業(yè)公司隆平高科數(shù)據(jù)分析專家認(rèn)為：“在數(shù)智平臺(tái)助力下，全基因組選擇技術(shù)顯著提升了玉米和水稻育種效率。通過(guò)對(duì)多個(gè)生態(tài)區(qū)建模并驗(yàn)證，該技術(shù)可在縮減50%試驗(yàn)規(guī)模的同時(shí)仍保留近80%的優(yōu)良品種，使育種效率提升近60%?！?/p>

基于種質(zhì)資源基因型數(shù)據(jù)和雜交組合田間表型數(shù)據(jù)，正大種業(yè)從幾年前開(kāi)始，著手構(gòu)建并完善包含數(shù)十種參數(shù)的玉米育種模型。

2025年6月，僅在黃淮海夏玉米主產(chǎn)區(qū)，正大種業(yè)就在3個(gè)代表性試驗(yàn)點(diǎn)開(kāi)展了超過(guò)4000個(gè)初配玉米雜交組合的田間試驗(yàn)?！斑@些組合，全部來(lái)自育種專家的篩選，其中，超過(guò)10%的組合經(jīng)過(guò)模型預(yù)測(cè)。”吳坤說(shuō)。

當(dāng)時(shí)，有近200個(gè)雜交組合，基于材料的基因數(shù)據(jù)和田間表型數(shù)據(jù)等參數(shù)，模型預(yù)測(cè)不具備明顯產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，但團(tuán)隊(duì)還是種到了地里?！敖Y(jié)果10月份收獲驗(yàn)證，超過(guò)160個(gè)雜交組合產(chǎn)量表現(xiàn)相對(duì)不佳，否定性的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率超過(guò)80%。”吳坤說(shuō)，如果這種準(zhǔn)確率持續(xù)得到驗(yàn)證，未來(lái)在篩選用于田間試驗(yàn)的組合時(shí)，預(yù)測(cè)為不佳的組合就可以直接被淘汰，從而節(jié)省試驗(yàn)田和人力資源。

在吳坤的試驗(yàn)中，模型去年預(yù)測(cè)高產(chǎn)的200多個(gè)組合里，實(shí)際驗(yàn)證相對(duì)高產(chǎn)的不到100個(gè)，正向預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率還只有40%左右。今年，正大種業(yè)一邊繼續(xù)調(diào)優(yōu)參數(shù)，優(yōu)化模型；一邊繼續(xù)在黃淮海地區(qū)、西南地區(qū)、東北地區(qū)等不同區(qū)域的試驗(yàn)田廣泛開(kāi)展模型預(yù)測(cè)與育種專家傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)的對(duì)比試驗(yàn)，以驗(yàn)證并進(jìn)一步優(yōu)化模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率。

“隨著預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的穩(wěn)步提升，更多雜交組合可以跳過(guò)田間小試甚至中試階段，直接開(kāi)展大試，推動(dòng)一個(gè)品種的育成時(shí)間節(jié)約一到兩年甚至更長(zhǎng)時(shí)間?！眳抢ふf(shuō)。

■記者手記

育種人的不變與變

筆者采訪過(guò)不少育種人，這些年，他們的身上，有著不變與變。

不變的是，每年冬季，大江南北的育種專家如同候鳥(niǎo)一般，“遷徙”到海南南繁基地，利用熱帶的光熱，在有限的時(shí)間里，提純材料，做雜交試驗(yàn)。轉(zhuǎn)過(guò)年，又迅速回到祖國(guó)廣袤的耕作區(qū)，將收獲的種子，播撒到地里，開(kāi)展田間試驗(yàn)。

一只只追趕光陰、追逐光熱的“候鳥(niǎo)”，用行動(dòng)助力保障糧食安全；每一個(gè)揮灑汗水、埋首耕耘的身影，都在為端穩(wěn)中國(guó)飯碗貢獻(xiàn)力量。

變的，則是育種的手段從未停止創(chuàng)新。從傳統(tǒng)育種，到雜交育種；從分子育種，再到數(shù)據(jù)模型輔助育種……理念不斷突破，科技持續(xù)進(jìn)步，我國(guó)的育種水平，也逐步從跟跑、并跑到部分領(lǐng)跑。

今年中央一號(hào)文件提出，深入實(shí)施種業(yè)振興行動(dòng)。這個(gè)春天里，育種人正在農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)建設(shè)的道路上奮勇前進(jìn)。