李家洋院士：未来育种5.0方向

李家洋院士：未来育种5.0方向

随着全球人口的持续增长，粮食安全问题日益严峻。如何通过科技创新提高粮食产量，同时减少资源消耗和环境污染，成为摆在科学家面前的重要课题。中国科学院院士李家洋提出了"智能作物的智能培育"这一未来育种5.0的核心理念，为解决这一难题指明了方向。

育种技术的历史演进

作物育种技术的发展历程，见证了人类智慧与自然选择的完美结合。从新石器时代的"驯化选育"到现代的"设计育种"，每一次技术革新都为粮食产量的提升注入了新的动力。

• 育种1.0"驯化选育"：始于新石器时代，人类通过长期选择和积累自然变异，将野生物种驯化为栽培品种，使其落粒性降低、直立生长、种子休眠性降低等。

• 育种2.0"杂交育种"：基于遗传学和统计学的建立，育种者通过杂交选育，将双亲的优良性状聚合在后代中。"绿色革命"期间，通过矮秆品种与高产品种的杂交，培育出高产矮秆品种，显著提高了水稻、小麦和玉米的产量。

• 育种3.0"分子育种"：在DNA结构发现后，利用辐射和化学诱变、转基因技术以及分子标记辅助育种，有效提升了农业生产效率并减少病虫害损失。

• 育种4.0"设计育种"：基于作物参考基因组、主效基因克隆与自然群体变异解析，通过基因组合设计和全基因组选择，大幅提高育种效率和精确性。

图1. 基础研究的发展推动育种技术的世代演进

育种5.0：智能作物的智能培育

李家洋院士提出的"智能作物的智能培育"理念，为未来的育种技术指明了方向。这一理念包含两个核心方面：

智能品种

智能品种是指能够自主应对环境变化的作物品种。这些品种可以根据外界环境的变化，启动相应的分子调控通路，从而实现以下目标：

• 抵抗生物胁迫以及气候变化带来的非生物胁迫
• 在不同发育阶段优化动态调整株型
• 提升光能、肥料、水等农业资源的利用效率
• 实现作物能量转化利用的动态调控
• 在生长与抗性之间实现协同优化
• 增加粮食产量，提高食物食味与营养品质
• 减少化肥农药等农业资源的使用
• 减少自然灾害损失

简而言之，智能品种的核心目标是实现"两增两减"：增产增收、增质增效，减损减药。

智能培育

智能培育是指发展与利用前沿生物技术与信息技术的融合，具体包括：

• 利用性状组、泛基因组、蛋白质修饰组等技术，解析重要性状形成的分子机制
• 建立大规模作物信息数据库，对作物发育过程进行建模
• 利用人工智能算法构建模型，实现对作物表型的精准预测
• 将基因编辑、染色体工程、倍性技术等新技术与前四个世代的育种技术有机结合

图2. “两增两减”是智能品种培育的核心目标

实现育种5.0的挑战与路径

要实现"智能品种智能培育"的设想，迈向育种5.0，仍需克服多方面的挑战：

1. 作物特异性研究：不同作物的生长发育及生产模式不同，育种需求也存在差异，需要针对性开展研究。

2. 科研周期与创新链条：农业科学研究受限于作物的生长周期，科研周期较长，需要冷板凳精神、长期稳定支持和新型科研组织模式。

3. 表型数据获取：作物表型数据获取周期长成本高，需要在不同地理位置和环境条件下开展研究。

4. 跨领域合作：新的育种体系需要生物技术与信息技术融合，需要建立跨领域的合作模式与机制，培养复合型人才。

5. 生物安全：需要注重生物安全，可以通过开辟生物安全实验区等方式，将新技术优势利用在未来作物育种中。

李家洋院士强调，育种5.0的发展一定是与前四个世代的育种技术进行有机的组合和交融，从而高效培育出下一代"两增两减"优异新品种，保障世界粮食安全。

专家简介

李家洋，1956年7月出生于安徽省肥西县，1981年毕业于安徽农学院（现安徽农业大学），1991年获得美国布兰代斯大学博士学位。著名植物分子遗传学家，是中国科学院院士、美国国家科学院外籍院士、德国科学院院士、英国皇家学会外籍院士 、发展中国家科学院院士、国际欧亚科学院院士、欧洲分子生物学组织外籍成员、美国植物生物学家协会终身会员。现任第十四届全国政协常委、农业和农村委员会委员，崖州湾国家实验室主任。