科學與健康丨幫助作物“優生優育”！首臺全流程智能育種機器人來了

精準識別花朵、伸出機械臂輕柔完成雜交授粉……溫室里，一位“鋼筋鐵骨”的機器人在花叢中輕盈穿梭，代替工人完成全流程育種工作。

　　科幻的場景，變成現實。11日晚間，全球首臺全流程智能育種機器人“吉兒”（GEAIR）登上國際學術期刊《細胞》雜志，標志著我國在農業智能育種創新中率先實現生物技術與人工智能深度融合，農業育種有望從“經驗農業”走向“精準工業”。

　　打破雜交育種和制種瓶頸

　　與公眾熟悉的雜交水稻相比，“吉兒”可以運用從頭馴化、育種加速器等新一代育種技術，實現優異品種的快速定制。比如，在大豆育種中，首次實現結構型大豆雄性不育系快速創制，有望突破大豆雜交育種的瓶頸，大幅提高單產。

　　論文通訊作者、中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員許操表示，這項研究開辟了“生物技術筑基+人工智能賦能+機器人勞作”的智能育種模式，標志著我國率先完成智能機器人育種閉環技術體系構建，展現了“人工智能驅動的科學研究”（AI for science）在生物育種領域的應用前景。

　　《細胞》雜志審稿人對該研究給予高度評價，稱贊其為一項令人振奮的創新性突破，具有廣闊的應用前景。

  圖為“吉兒”智能育種機器人。（科研團隊提供）

　　“定制化”智能育種

　　雜交育種如同讓作物“優生優育”，是提高作物產量品質的重要途徑。通過將不同親本的優良基因聚合，比如具有抗病性的父本基因和高產量的母本基因，后代可產生各取所長、超越雙親的“雜種優勢”。

　　“雜交育種和制種通常需先對母本花朵去雄，再將父本花粉涂抹到母本花朵柱頭上，整個過程依賴熟練工人在花朵綻放前的短暫窗口期操作。”許操說，雜交育種需要使用不同親本重復這項操作，而雜交制種則使用固定親本大批量重復這項操作，耗時耗力。

　　以番茄為例，雜交種已占商品種的90%以上，但因柱頭內縮的閉合花型，全球番茄雜交育種和制種至今仍完全依賴人工進行雜交授粉，這項工作的人力成本已占番茄總育種成本的25%以上，僅人工去雄一項就占番茄雜交授粉成本的40%。

　　“更重要的是，一些花型閉合的作物（如大豆）因雜交制種成本過高，至今仍無法利用雜種優勢。”許操說，通過基因編輯重塑作物花型，使雄蕊自然開裂敗育、柱頭外露，就像給機器人定制的“接口”，同時通過人工智能視覺識別和先進定位技術，能夠更好使機器人在作物間穿梭、授粉，提高育種效率。

  圖為“吉兒”智能育種機器人。（科研團隊提供）

　　激發未來農業無限可能

　　從袁隆平院士提出水稻“三系配套”的雜交育種技術路線，到如今我國科研團隊成功打造全流程智能育種機器人“吉兒”……一代代中國科技工作者扎根農業生產一線，用科技突破耕地與自然的限制，在田間地頭收獲創新碩果。

　　“當生物技術同人工智能攜手，將激發無限可能。”論文共同第一作者、中國科學院自動化研究所副研究員楊明浩介紹，未來，這一智能育種新模式有望應用于更多場景和空間。

　　“比如機器人更加適應密閉環境操作，這為將來在月球甚至火星上建造溫室提供了育種方案，為在太空中發展農業奠定了堅實基礎。同時面對可能滅絕的野生作物，快速馴化技術和智能育種新模式有望成為種質資源搶救的新方案。”楊明浩說。

　　“當機器人能讀懂每一朵花，育種就從‘經驗農業’走向‘精準工業’。”許操表示，只有堅持以創新為引領，向科學要方法、要答案，“中國飯碗”才能端得更穩更牢。