我们需要更“聪明”的种子
①种子是农业的“芯片”,关乎国家粮食安全。在黑龙江省五常市的稻田里,曾发生过这样一幕:一场台风裹挟着暴雨过境,原本挺立的金色稻浪被压倒在泥泞中。然而,在同一片试验田里,有一块区域的水稻却依然笔直挺立,与周围形成了鲜明对比。这是中国科学院院士、崖州湾国家实验室主任李家洋团队培育的“中科发”水稻品种——一种应用分子设计技术培育出的优良品种。在他的构想中,未来的种子将拥有更令人惊叹的能力:它们将不再是被动等待风雨的植物,而是能够主动感知甚至“计算”环境变化的智能生命体。
②在漫长的农业历史中,作物育种技术经历了数次科技革命与世代更替。最早的“育种1.0”是驯化选育,从野生植物中驯化出农作物,依靠的是肉眼观察和漫长的等待。20世纪开始,随着遗传学理论的成熟与应用,育种家开始有意识地应用杂交技术,极大地提高了粮食产量,“育种2.0”随之而来。然而,杂交育种如同“拆盲盒”,往往耗费数年甚至数十年。育种家在田间地头,面对成千上万株材料,寻找那万分之一的幸运。
③随着分子生物学的发展,到了“育种3.0”,科学家开始利用分子标记来辅助选择,或者通过新技术引入特定的抗虫、抗除草剂性状。1994年,李家洋回国与团队一起提出了“分子设计育种”的理念,这也让育种迈入“4.0”。所谓分子设计育种,就是解析出控制性状的关键基因,弄清楚它们之间的调控网络,科学家可以根据需求,将这些优异的基因模块进行目的性“组装”。这一理念在水稻上取得了巨大成功——李家洋团队培育的“中科发”系列水稻精准聚合了抗倒伏、抗稻瘟病、高产优质等基因,在东北实现了高产优质品种的升级迭代,并首次实现了我国南方双季早粳稻零的突破,让南方居民在7月份就能吃上口感软糯的新粳米,改变了过去“早稻不好吃”的传统印象。2025年12月22日,中国科学院发布A类先导专项“种子精准设计与创造”系列科研成果。该专项通过创建精准设计育种新范式,取得了覆盖理论、技术、产品的全链条体系化突破,为打造种业振兴的“中国芯”提供科技支撑。
④“还不够。”李家洋认为,现有的设计虽然更精准,但往往是静态的。面对未来气候变化和资源短缺的挑战,我们需要更“聪明”的种子。
⑤作物实现“按需表达”。比如植物体内的某些抗病基因,无论外界环境如何,往往处于持续表达状态。“植物的生长发育需要能量。如果一个抗病基因一直处于开启状态,即便没有病害侵袭,它也在消耗能量,这必然会影响作物产量。”在李家洋看来,“育种5.0”的鲜明特征是智能。这包含两个层面:一是智能品种,二是智能培育。
⑥所谓智能品种,就是让作物拥有自主应对环境变化的能力。想象一下,一株水稻内部安装了精密的“生物传感器”和“智能开关”。“平时关闭,需时打开。在不同的发育阶段、面对不同的环境压力,作物能够最优化地动态调整自己的株型和代谢。”目前,这种“智能开关”研究已经取得初步成果。李家洋团队及合作者已经发现了一些具有智能雏形的基因模块,通过合成生物学及基因编辑技术,科学家正在尝试构建这种动态响应的基因回路。
⑦要培育出“聪明”的种子,光靠生物技术还不够,必须融合信息技术和人工智能,这就是智能培育。一株作物拥有数万个基因,它们之间的相互作用错综复杂,再加上环境因素的干扰,数据量是天文数字,依靠人脑分析无法处理如此庞大的信息流。人工智能技术可以处理海量数据,从复杂的遗传信息中挖掘出控制性状的“底层代码”,并预测基因修饰后的效果。以前改良一个性状可能需要十几年,现在通过人工智能辅助设计,周期能缩短到几年。“以前我们在田里选种子,现在是在计算机上‘算’种子。”李家洋说。
⑧智能培育还包括育种过程的智能化。无人机和地面机器人化身“全职体检员”,利用多光谱传感器对田间作物进行高通量表型采集。海量数据汇入云端,人工智能算法能从数百万种基因组合中,精准预测出哪种组合最能适应未来的气候变化,哪种搭配能产生最高的产量。定向培育优良品种将不再是梦想。这种变革将重塑农业的生产逻辑。畅想未来,农场里或许很难再见到挥汗如雨的农民,取而代之的是操纵着控制台的“农业工人”或“生物工程师”。对于消费者来说,“育种5.0”意味着更丰富、更健康的餐桌。从专门为糖尿病患者研发的低升糖指数水稻到高蛋白大豆,智慧农业将为个性化营养提供更多可能。
⑨当然,通往“育种5.0”的道路并非坦途。李家洋坦言,目前仍面临诸多挑战:不同作物的生长模式差异巨大,基础研究还需深入;海量的基因型与表型数据尚待积累和标准化;跨领域的复合型人才依然紧缺。
(摘编自《人民日报》2026年1月,有删改)
本文与《喜看稻菽千重浪——记首届国家最高科技奖获得者袁隆平》,两文均属有关粮食安全问题的新闻作品,但报道侧重点明显不同,请简要概述其差异,并分析产生这种差异的原因。