天博创新的脚步：南繁再出发—新闻—科学网
来源：天博企业
发表时间:
2024-06-10
南繁，于育种科学家心目中是一个近乎神圣，又布满希翼的辞汇。不管是杂交水稻，照旧耐密玉米，或者是高油年夜豆，亦或者高产长绒棉，险些每一一种作物的改善都履历了南繁的浸礼。
已往的南繁，中国农业科学院的科研职员疲在奔忙，仓促来到海南完成一个生养周期的培育，又仓促赶回北方栽种下一季，以验证选种的性状。
两年多前，中国农业科学院国度南繁研究院（如下简称南繁院）的建立转变了这一切。如今的南繁，新平台、新基地、新技能、新范畴一一出现。
于南繁院院长彭军的假想中，这坐位在海南三亚的研究院，终极将成为“南繁硅谷”同样之处，调集最顶尖的团队、落地最顶尖的技能、成为将来聪明育种的孵化平台。
野生稻基地：种质立异的平台
53年前，海南三亚南红农场，“杂交水稻之父”袁隆平团队发明了一株雄性不育的野生稻，被称为“野败”，打开了杂交水稻的年夜门。
50年前，我国最早的杂交水稻公布培育乐成。
50年已往，于我国南繁育种焦点区海南三亚崖州湾，建起了一座全世界最年夜的野生稻种质资源圃，今朝这里活体生存着1万多份野生稻。
野生稻种质圃设置装备摆设的倡议者中国科学院院士、南繁院研究员钱前先容，资源圃从2021年最先筹办设置装备摆设，面积180亩，可容纳4万份野生稻，是全世界最年夜的野生稻种质圃。自设置装备摆设之初，就同步最先于这里生存野生稻。
?
钱前于三亚野生稻资源圃。李晨摄
中国事水稻的起源地，海南是水稻的故里之一，我国水稻育种中哄骗至多的“平凡野生稻”，于海南就多有发明。尤为是于中国杂交水稻的成长史中，野生稻是不成或者缺的气力。
钱前先容，于人类持久的驯化以及选育中，栽培水稻的遗传基因会呈现较着的同质化，富厚性以及多样性变患上匮乏。外貌上看，它们的产量更高，以至质量也更好，但久远看，它们现实上缺少应答危害的威力，也缺乏年夜幅度晋升的空间。
而野生稻持久糊口于天然界，可以或许繁衍至今，自己就有许多非凡的本事，好比平凡野生稻是蒲伏的，坚固未几，有落粒问题；而水稻栽培种被驯化选育成竖立的株型，从低产酿成高产，但抗病性等本事却遗失了。
“野生稻是中国最陈旧的稻子，很多野生稻传承了五千年以上。它们于天然界中履历风吹雨打，于残暴的物竞天择中保存了下来，一定有他们怪异的本事。昨天的育种家们就是要找到这些怪异的地方，酿成此刻育种的资源以及质料。”钱前告诉《中国科学报》。
从上世纪中叶最先，我国科学家就成心征采以及网络野生稻。钱前先容，我国于广西、广东以及云南别离建有野生稻种质圃，同时于国度种质资源库中，还以种子的情势生存着10万份水稻资源。待海南三亚的野生稻种质资源圃建成后，将会对于上述三个野生稻种质圃举行备份。
“以及种子比拟，活体野生稻的生物多样性、遗传基因富厚性等更好，是以活体生存始终都是最佳的生存要领。”钱前说，但这类生存要领要泯灭伟大的人力物力，面临许多不成抗的未知危害。
三亚野生稻种质资源圃面积为180亩，并分为若干功效区域。于这里，野生稻可以实现周年生长，这也带来了新的生存问题。“有些野生稻咱们需要它的种子，就会网络一部门；有些不需要，只是生存资源，就会按期给它们‘理发’，将长高的野生稻剪短，过一段时间它们还会再长起来。”南繁院研究员郑晓明说，一部门野生稻还被莳植于水泥池子中，以避免野生稻经由过程根系孳生。
?
栽种在水泥池子中的野生稻。李晨摄
郑晓明常年从事野生稻种质资源的汇集、掩护以及哄骗事情，圃中有很多质料都是她亲自汇集而来的。她说，将来野生稻种质资源圃将实现全程智能化生存、治理、鉴定等，真正成为精准育种的平台。
表型鉴定：新技能鞭策育种加快
于南繁研究院作物基因编纂与表型鉴定立异中央（如下简称表型中央）年夜楼外，有一片水稻田。一座5.7米高、21米宽的“龙门架”横跨于金色的稻田中。稻田附近布设的轨道可让“龙门架”自由挪动，调控“龙门架”上的装备，可以监测扫描到稻田里任何一个点位。
这就是南繁院的田间“高通量动物表型平台”，可以搭载十多种监测仪器，监测动物从播种到收成全周期的表型数据。
“咱们之以是于南繁院设置装备摆设这个表型平台，是由于海南的天气前提答应咱们于整年的时间段都举行年夜田表型数据网络以及阐发，比海内其他处所可哄骗的时间长许多。”彭军告诉《中国科学报》。
南繁院作物表型组学研究团队首席金秀良于接管《中国科学报》采访时说，表型是指生物可以被不雅察或者鉴定的所有特性，好比人的身高、血型，动物的株高、花色等。
于农业育种中，鉴定表型是最根蒂根基的事情。所有的育种家都要从田间不雅察一株苗最先，记载它们的每个特性，如植株高矮、茎秆粗细、节间是非、产量凹凸等。经由过程漫长的选择，于田间万万个植株中找到最需要的那一株。
?
高通量动物表型平台。李晨摄
“好比水稻的穗数、穗粒数等，是作物产量的主要指标，已往怎么获得这些数据呢？需要比及收成以后，育种家们拿归去，一项项丈量。年夜量的试验质料可能要两到三个月才气够获得数据。”金秀良说，这制约了育种的效率以及精度。
表型鉴定技能的成长为科学家带来了转变近况的契机。
金秀良先容，高通量动物表型平台可以搭载激光雷达、高光谱相机、深度相机，和各类传感器，从作物莳植到收成全周期全天候监测作物生长环境�첩，及时得到倒伏性状、抗旱性状、抗病性状等数十个指标数据。“效率远超人工，还可以做到人做不到的工作，好比搭载多光谱传感器，就能够网络到人眼不成能不雅察到的性状，如子粒的灌浆环境以及丰满水平。”
“这几天临近收成季候，学生们都派到天下各地的互助单元去收罗作物表型信息了。”金秀良夸大，除了了哄骗“龙门架”这类固定举措措施高速、年夜量地鉴定作物性状，表型鉴定技能还可借助无人机、卫星遥感影像等矫捷机动地监测肆意田块或者果园里的作物生长性状，从而到达提高育种效率以及精度的办事方针。
聪明育种：斥地种业竞争新“疆场”
“聪明育种的焦点之一就是表型组学。”金秀良说，于份子生物学、基因组学、年夜数据、人工智能等新技能的不停加持下，育种正成为数字化、智能化的综合学科，斥地了一个种业竞争的新“疆场”。
育种家们的实验田中，再也不只要农作物，还多了各类高科技的装备。于表型鉴定立异中央，一个20多人的“聪明化数字化南繁技能团队”正于举行农业信息化的研究。
团队成员贺子康先容，他们开发了一套笼罩六合空的物联网感知与聪明治理体系，可以及时对于农田举行情况监测以及阐发。
“好比虫情监测，已往依赖人力收罗信息，人到地里去拍摄，拿回来阐发，至少要一天。但经由过程咱们的物联网体系，一张及时的照片传到后方，人工智能于很短的时间内就能够经由过程算法举行阐发以及判定，并给出参考结论。”贺子康说。
该团队成员赵鸿鑫先容，“布设于地里的传感器有多品种型，好比景象形象站、虫情监测仪、高清摄像头、胞子监测仪等，可以全方位地监测农田的变迁。”
然而，天空隙全程监测的数据，怎样帮忙育种家们举行选择？年夜量的数据怎样处置惩罚？
于南繁院，来自负数据智能设计育种团队的一群年青人，正于为这些数据设计较法以及模子。
“经由过程开发数目遗传算法，帮忙育种家们于浩繁的表型数据中挖掘出有价值的遗传质料资源。经由过程年夜数据以及人工智能联合，还可以帮忙育种家们猜测儿女的表型，以此为参照，举行育种方案的设计。”团队成员何坤辉先容，“简朴来讲，就像是一个解方程的历程，咱们把海量的数据代入现成的方程式，包孕作物的表型数据、情况参数等，以此计较出成果，于浩繁的成果中阐发寻觅最佳的那一种可能。”
该团队玻士后陈守坤告诉《中国科学报》，他地点的团队调集了育种、份子生物学、计较机等多个专业的人材，是一个多学科交织的团队。“就以及咱们团队同样，聪明育种的时代，育种自己就已经经成了一个多学科交织的范畴。”
彭军告诉《中国科学报》，南繁院建立两年多以来，已经经集聚了15个团队，160多位科研职员，将来，更多范畴的研究者于不停插手南繁院的科研步队，聪明育种的将来其实不遥远。
“南繁院更是我国农业科研推进国际互助的桥头堡，将来将集聚国际上风立异资源，制造国际种业科技立异高地，促成水稻、玉米、小麦等财产可连续成长，配合维护世界食粮保险。”彭军说。
版权声明：凡本网注明“来历：中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品，消息网转载，请于正文上方注明来历以及作者，且不患上对于内容作本色性改动；微信公家号、头条号等新媒体平台，转载请接洽授权。邮箱：shouquan@stimes.cn。/天博
