基因工程与AI融合：引领农作物育种新革命
基因工程与AI融合：引领农作物育种新革命
«传统育种家十年磨一剑的艰辛，正被智能育种系统的高效精准所取代。中国农业科学院的研究显示，我国生物育种产业化已迈出关键步伐，2023年有37个转基因玉米品种和14个转基因大豆品种通过初审。»
2025年金秋，新疆棉花田里呈现一幅现代农业图景：棉农们欣喜地发现，新品种“金棉2号”不仅抗病性强，且产量比对照品种增产13.2%。这背后是分子标记选择和基因聚合等现代育种技术的强力支撑。
同时，在贵州贵阳的水稻育种基地，贵州筑农高科公司利用新矮秆基因sdlr5培育的“筑99A”水稻品种，成功解决了降低株高与维持产量的矛盾，实现了抗倒伏与高产的协同提升。
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01 国际基因编辑前沿技术
基因编辑技术正带动农作物育种进入“精准调控时代”。南方科技大学前沿生物技术研究院院长朱健康院士指出，基因编辑像一把“基因剪刀”，可以精准定位作物的特定基因，让不利基因失活，从而培育出高产、优质、抗病的品种。
与转基因技术不同，基因编辑主要是“做减法”——对作物自身的基因进行精准改造，一般不插入外源基因。中国科学院院士曹晓风将基因编辑育种称为 “农业领域的5G技术” ，认为其产品与自然突变或传统育种获得的产品具有高度相似性。
我国在基因编辑技术应用方面已取得显著进展。华中农业大学棉花团队成功研发出4套棉花基因编辑系统，编辑效率高达85%，且脱靶率极低。该团队通过敲除病虫害诱导基因，培育出抗病虫、产量高、品质好的“绿色”棉花种质资源。
国际上，美国已批准抗旱转基因玉米DroughtGard的商业种植，通过引入枯草芽孢杆菌基因，使玉米在干旱条件下保持较高产量。我国科研人员曹丽茹团队也挖掘出ZmGXM1、Zm-bZIP33等响应干旱胁迫的关键基因，创制出一批抗旱优良玉米自交系。
02 基因组辅助育种的技术突破
基因组辅助育种（GAB）代表了作物遗传改良领域的重大飞跃。与传统方法相比，基因组辅助育种能够探索作物遗传信息以加速育种过程，开发气候适应性强、高产的作物品种。
中国工程院院士张献龙表示，我国棉花基因组研究引领世界发展，实现了从棉花基因组草图到T2T基因组的迭代升级，构建多组学数据库，为棉花遗传育种提供重要的数据资源与分析平台。我国已克隆棉花纤维发育、抗病、耐高温、抗旱等重要性状关键基因近180个，占全球80%以上。
分子设计育种是基因组辅助育种的高级形态。中国科学院院士李家洋团队创建了直接利用自然材料进行复杂性状遗传解析的新方法，揭示了影响水稻产量的理想株型形成的关键基因和分子基础。
李家洋解释说：“分子设计育种就像组装一台电脑，人们想要什么样的水稻，育种专家就可以把相关的水稻基因组合在一起。”这种技术已成功培育出嘉优中科6号与中科发5号等标志性水稻品种，实现了高产优质抗病抗倒等优良性状的高效聚合。
03 抗逆性基因工程的应用突破
作物抗逆性改良是保障粮食安全的关键。随着气候变化加剧，培育抗倒伏、抗病虫、抗旱耐盐的作物品种尤为重要。
在抗倒伏方面，中国农科院油料所联合多家团队鉴定出油菜茎秆中决定木质素含量的优异变异和候选基因。油菜倒伏可导致减产40%到60%，这一发现为解决油菜倒伏问题、促进油菜量质双升提供了重要理论依据。
在抗病虫领域，我国研发的转基因玉米和大豆品种表现出色。试点显示，国产转基因作物对草地贪夜蛾等鳞翅目害虫的防治效果达90%以上，除草效果超过95%，增产率约10%。
中国工程院院士万建民指出：“人工智能推动‘智慧植保’变革，通过传感器与数据分析实现病虫害精确诊断和预测，通过自动化装备减少人工操作，通过低毒高效技术降低农药使用，推动植保向全流程智能化升级。”
在抗旱耐盐方面，我国已拥有抗旱耐盐等重要基因的自主知识产权和核心技术。中国工程院院士吴孔明强调，培育高产优质、抗病虫、抗旱耐盐碱、养分高效利用作物新品种，可望满足我国对粮食和肉蛋奶总需求增长的需求。
04 国内顶尖育种成果展示
我国在主要农作物生物育种方面已取得系列重大突破。新疆棉花生产是生物育种技术成功的典范。2024年新疆棉花总产量达568.6万吨，占全国总产量比重攀升至92.2%，用占全球8.2%的棉田生产了占全球22.7%的棉花。
“十四五”以来，国内种业企业与科研单位协同攻关，运用现代育种技术成功培育出30多个综合性状突出的棉花新品种。这些品种在纤维长度、强度等关键品质指标上表现优异，为提升棉花产业竞争力提供了核心种源。
在玉米育种方面，我国科研人员以高产、耐密、宜机收为主要方向，培育了东科1188、中单1130等重大新品种。中国玉米种植密度平均仅4000株/亩，而新品种每亩播种密度可达5000—5500株，比同熟期主栽品种密度高出1000株以上。
中国农业科学院研究员李新海介绍，东科1188适宜东北中晚熟区种植，生产试验产量比对照品种提升12.2%；中单1130适宜黄淮海区种植，生产试验产量比对照品种提升10.1%。
在水稻育种领域，贵州筑农高科公司利用新矮秆基因sdlr5培育的“筑99A”水稻品种，米质达到农业农村部《食用稻品种品质》一、二级标准，在降低株高的同时解决了生物产量和结实率降低的问题。
05 生物育种产业化进程
我国生物育种产业化已进入加速期。2023年，农业农村部公告37个转基因玉米品种和14个转基因大豆品种通过初审，标志着生物育种产业化迈出坚实一步。
我国大豆供需矛盾突出，2022年进口量超9000万吨，对外依存度高达82%。同时，我国大豆平均亩产仅132公斤，不到美国225公斤的60%。生物育种技术为解决这一矛盾提供了可能。
试点结果显示，种植转基因大豆可实现杂草防除高效化和轻简化，节本增效优势明显。我国已自主培育出耐除草剂抗虫转基因大豆，展现出巨大的应用潜力。
农业农村部中国农村技术开发中心主任孙传范透露，“十四五”期间，我国通过农业生物育种重大专项等国家级项目，投入23亿元支持122个关键技术攻关，在DNA大片段精准插入、玉米快速脱水基因鉴定等领域取得突破性进展。
今年8月启动的农业科技大市场建设中，“作物智能育种加速器”等12项成果路演达成意向成交1.68亿元，推动科研与产业“无缝衔接”。
06 未来展望：多技术融合与挑战
生物育种与前沿技术深度融合是未来趋势。中国工程院院士吴孔明指出，以转基因技术为底盘技术，融合基因编辑、全基因组选择、合成生物、人工智能设计等前沿育种技术，将催生具有颠覆性的农业生物设计育种技术。
我国生物种业创新仍面临挑战。全球农业生物技术核心专利70%被美国控制，我国在关键核心技术原创不足，生物技术和信息技术等系统融合与集成应用也有待加强。
未来育种将更加注重多性状叠加产品的研发。中国工程院院士宋宝安分享，其团队构建的具有自主知识产权的高效分子设计平台，已助力20余种国产新农药创制。“2012年至2024年，全球批准的20余个除草剂新品种中，超半数由该平台引领创制。”
人才培养是种业创新的基础。北京科技大学现代农学院院长万向元介绍，学院依托学校工科优势建设，以工强农、交叉创新，在生物育种、智慧农业等方向加快推进教育、科技、人才一体化建设。
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基因编辑、分子设计育种等新技术正快速推动我国种业向精准化、高效化、智能化方向发展。随着农业农村部《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》的发布，我国基因编辑作物产业化进程将进一步加快。
未来，随着多基因叠加产品和新型优质绿色产品的不断涌现，农作物育种将实现从“经验驱动”到“数据和知识驱动”的根本转变。
育种的未来已来，它不再仅仅依赖于阳光、土壤和耐心等待，而是建立在数据、算法和智能机器的精密协同之上。
