數字賦能杭州種業創新高質量發展

文/ 胡慧圣 呂曉菡 杭州市農業科學研究院

種子是農業的“芯片”，種業是農業生產的起點、糧食安全的基石、農業現代化的生命線。近年來，國際形勢發生了深刻變化，國家將糧食安全和種業創新提到了前所未有的高度。杭州市出臺《關于加快推進農業科技創新創業的若干意見》以來，農業科技創新取得了重要突破和顯著成績，逐步打造成為全省乃至全國的農業科技創新示范區，種業創新迎來了重大機遇期。

種業創新高質量發展的重要意義

一粒種子可以改變世界，一個品種可以成就一個產業，一項技術可以創造一個奇跡。種業創新，通過引入新的種植品種、種植技術、種植管理方法，以提高農作物產量、質量和耐逆性，降低生產成本，減少對環境的影響，推動農業可持續發展。

一是保障國家糧食安全的關鍵所在。中國飯碗主要裝中國糧，中國糧主要用中國種。保障糧食和重要農產品穩定安全供給，始終是建設農業強國的頭等大事。種業創新的首要目標，就是以高產優質、抗病蟲害、適應性強的良種，從源頭上保障國家糧食安全。二是推動農業現代化的不竭動力。未來的種業創新，以提高農業生產效率、適應氣候變化和環境保護為核心，通過生物技術、信息技術等手段，推動農業生產的標準化、精準化和智能化，為農業可持續發展提供更多的解決方案，是農業現代化的重要組成部分。三是帶動農民增產增收的重要手段。種業創新能夠針對環境和條件變化，聚焦市場需求，打破制約農業生產的耕地、水資源、生態環境、勞動力等約束，在提高農作物產量和質量的同時，減少農資和勞動力的投入，暢通農產品的銷路渠道，降低農業生產和銷售成本，大幅提高農業效益和農民收入。四是促進農業綠色發展的內在要求。綠色農業是現代農業的應有之意，種業創新貫徹綠色發展理念，大力培育高抗品種，研發精準栽培技術和設施，減少自然資源的占用，減少化肥和農藥的使用，全面降低農業生產對環境的影響。

杭州種業創新的發展現狀

改革開放以來，隨著經濟的高速增長，杭州農業發生了巨大變化。在大力發展生態品質農業、智慧設施農業、現代都市農業的政策指導下，杭州形成了獨特的優勢特色農業，出現了一批具有相當規模的農業科技企業，其中持證上規模的種子種苗企業就達26 家。另外，杭州聚集了全省最優秀和最多數量的農業科研機構，不僅有浙江大學農學院這樣的國內頂尖農學院，還有省屬農林大學1 所，國家級涉農院所6 家，省級涉農院所8 家，涉農高校11 所，杭州市農科院、林科院等市縣級涉農科研機構3 家。在杭農業類重點實驗室、研究中心、科技聯盟等的發展水平位居全國前列。農業技術研發推廣人才集聚，全省7 名農業類院士均在杭州。農業科技創新氛圍濃厚，據不完全統計，每年涉農科研經費投入在2 億元以上。“十三五”以來，國家和省屬在杭院所，在雜交水稻品種選育、畜禽健康養殖、雜交水稻種子克隆等方面涌現出一批具有國際水準的標志性科研成果。以杭州市農科院為代表的市屬科研機構，在名優茶適制品種研究、草莓新品種選育、茄果新品種選育等方面形成了特色。

杭州種業創新的短板

杭州種業創新取得了一批突破性進展，形成了許多明顯優勢，但也存在一些制約其高質量發展的短板。

一是種業企業創新能力不足。好的品種要落地，離不開育、繁、推一體化發展，所以企業必然是種業創新的關鍵主體。但杭州種業企業普遍規模不大，科研能力不強，育種多以修飾性、改進性創新為主，缺少擁有自主知識產權的優勢品種。浙江省農業農村廳發布的2021年農業主導品種中，22個水稻品種、6 個玉米品種、22 個蔬菜品種，由企業獨立選育的每類都只有2個。

二是育種模式普遍比較落后。隨著新一代數字技術的廣泛應用，傳統物候周期限定的經驗育種，正向破除時空制約的多組學綜合育種拓展。發達國家育種科研融合表型組學、代謝組學、蛋白組學和基因組學等學科，以及高通量、大數據、人工智能等技術，逐步進入“生物技術+人工智能+大數據”的育種“4.0 時代”。而杭州種業創新的主力，包括市內各高校和科研院所，育種模式大多還處于“一把尺子一桿秤”的傳統經驗育種階段。

三是種質資源總體利用率偏低。種質資源挖掘能力不足，本地優勢特色種源的收集、保護和傳承還有待加強，種質資源交換機制還需完善。種質資源精準鑒定和深度挖掘能力的差距還比較大，遺傳信息的數字化程度還比較低，專業化、智能化資源鑒定評價與基因發掘平臺亟待開發搭建。

四是種業科技創新體系有待完善。種子企業科研能力不夠、力量不足，科研院所和高等院校的科研人員缺少產業化推廣的精力和能力，產學研融合深度不夠，尚未形成種質資源、品種創制、種子繁育、市場營銷等全產業鏈創新鏈條。

數字賦能種業創新的思路

近年來，以大數據、人工智能為代表的新一代數字技術蓬勃發展，通過與實體經濟深度融合，推動全球產業形態迅速發生革命性變化。隨著農業數字化轉型的持續推進，數字技術在種業創新上的應用逐步深化，育種邏輯和育種模式不斷重構，“經驗育種”加速向“精確育種”“智能育種”轉變。

傳統雜交育種的邏輯如圖1 所示：首先，育種家根據市場需求和環境條件，明確育種的目標；綜合遺傳多樣性及目標性狀，從種質資源庫或其他來源的種質資源中，收集育種材料，并對育種材料的產量、品質、抗性等方面進行鑒定和評估；通過遺傳背景和配合力分析，選擇綜合性狀優良的親本進行雜交；對雜交后代的性狀進行鑒定和評估，選出具有目標性狀的個體或群體作為優系；經過大面積的品比試驗，在優系中確定新品種及配套栽培技術；最后，將選育出的新品種進行示范推廣。

圖1 傳統雜交育種

數字技術與種業創新的深度融合，將徹底打破傳統育種模式，重構種業創新邏輯框架，使數字技術真正成為現代育種的加速器。在新的邏輯框架中，其核心是集成了表型和遺傳信息數據庫、表型采集系統、輔助決策系統的智能育種平臺，所有育種環節均圍繞平臺展開。具體如圖2 所示：1.運用光學成像、遙感、物聯網等技術的表型采集系統，對種質資源庫里保存的種質資源進行表型信息的采集，形成表型信息數據庫；2.通過基因測序和重測序，獲取種質資源基因組數據并形成基因數據庫；3.基于深度學習算法，破解表型數據與基因數據關聯，挖掘種質資源的遺傳信息，形成種質資源遺傳信息數據庫；4.利用大數據等技術，開發輔助決策系統，根據育種目標給出育種推薦方案；5.在優系選擇、品種形成過程中，不斷與智能育種平臺進行信息交互，持續訓練智能模型，不斷提高模型的準確度和魯棒性。

圖2 數字技術重構育種邏輯

杭州種業創新的舉措建議

?完善種業協同創新體系

充分發揮杭州人才集聚、科技研發、種質資源等優勢，堅持品種創新與產業化開發相結合，構建現代種業科技創新體系，建立“基礎研究、前沿技術、產品創制”上中下游創新體制，探索“科研院所+種業企業+種業創新園”的種業創新發展模式。著眼杭州都市高效農業目標，廣泛開展產業調查，以“一鄉一品”為導向，按照“聚焦一個單品、依托一個團隊、引導一個企業、形成一個集聚區”的思路，創新聯合攻關模式，打造優勢品種創新高地，把單個品種的領先優勢做大做強，帶動區域優勢產業發展。

?提高種質資源利用效率

在數字賦能的背景下，對種質資源的管理、保護、利用的能力和潛力都得到大幅提升。所以，當前有能力也有必要全面加強種質資源的保護利用，深入開展農業種質資源普查、系統調查與搶救性收集，突出本土種源的保護和傳承，開展種質資源鑒定評價和功能基因深度挖掘，重點發掘優異種質和優異基因，加快查清種質資源家底。建立種質資源交換機制，推動種質資源及信息充分共享、高效利用。支持科研院所、資源保護單位與龍頭企業深入合作，聯合開展優異種質資源鑒定、創制與應用，推動資源優勢轉化為創新優勢、產業優勢，推動商業化育種體系構建。

?推動基礎理論和前沿技術研究

聚焦種業創新底盤性、基礎性、前沿性的重大科技問題，加強基礎性、公益性研發投入。支持科研機構加強基礎研究及品種開發，支持數字科技公司參與合作，推動生物育種表型技術與數字技術相結合的理論研究。強力推進種質資源創新工程，加強構建分子指紋圖譜庫，強化育種創新基礎。提高前沿理論指導育種技術革新能力，融合基因編輯、合成生物、人工智能、大數據、傳感器等前沿技術與傳統育種技術，使新一代育種技術向智能化、精準化發展。