AI輔助育種是現代育種科學的前沿技術，它利用人工智慧技術輔助育種工作。
該技術利用深度學習模型預測基因表達並系統發掘功能變異，為精準雜交育種和基因編輯提供指導。在實踐中，通過田間作物表型智慧型獲取機器人、軌道式高通量植物表型採集平台等設備自動採集多維度表型數據，結合AI手段實現智慧育種的全流程最佳化。它推動了從經驗育種到精準育種，再到智慧育種的跨越，可將培育篩選出一個新品種的周期從10年縮短到4年。生物育種領域首個自主科學發現系統“豐登·基因科學家”基於種業大模型研發，能模擬專家自主開展基因功能研究。
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技術原理
作物群體的海量自然變異中只有約1‰的變異能夠影響表型，稱為功能變異，雜交育種的過程是富集有利變異和清除有害變異的過程，因此功能變異的高通量精準發掘對高效育種具有重要的意義。發掘功能變異的傳統技術（如關聯分析）由於不涉及功能變異控制表型的分子機制，導致在連鎖不平衡的自然變異中無法辨別功能變異，並受到最小亞等位基因頻率(MAF)和群體結構的不利影響，且無法實現不同基因組位點、不同物種之間的知識遷移。
為解決上述問題，利用多個植物物種的轉錄組數據建立了從基因組序列預測基因表達量的卷積神經網路模型，並利用多種算法解析模型以系統發掘控制基因表達的基因組元件。跨物種預測表明模型發掘的基因組元件在進化上是保守的。
該深度學習模型可在玉米自交系群體中系統發掘功能變異，為精準雜交育種提供“原料”。此外，該模型還可以為基因編輯提供“制導”，並能指導設計自然界不存在的具有特定功能的基因組元件。
主要成就
2025年中央一號檔案明確提出以科技創新引領先進生產要素集聚，深入實施種業振興行動，發揮“南繁矽谷”等重大農業科研平台作用。智慧化數位化南繁技術團隊操作田間作物表型智慧型獲取機器人在棉田中穿梭作業，對棉花植株進行視頻採集，數據實時傳遞迴後台進行分析。該機器人配備6個攝像頭，能夠多角度精準捕捉棉花的株高、莖粗、病害等關鍵表型特徵。傳統育種模式採集這片棉田的表型數據需要近10人花費近半年時間，而機器人只需輕鬆“走一走”就能迅速完成數據採集和分析。在玉米試驗田，軌道式高通量植物表型採集平台（龍門吊）能集成多光譜等6種高精度的圖像採集感測器，實時採集植物表型數據。該設備不僅能分析植株的結構，包括株高、株型等關鍵表型性狀，還能結合可見光、紅外、高光譜及葉綠素螢光等多維度數據，快速分析品種的抗旱性、抗病蟲害能力等特性。龍門架式設備實現了全天候、自動化的數據採集，即使在夜間或惡劣天氣條件下也能持續工作。數據採集的體力活有了新裝備助力，培育篩選出一個新品種的周期可以從10年縮短到4年。
中國農業科學院國家南繁研究院構建了立體化科技支撐體系，包括地面步移式高通量植物表型採集平台、機載表型採集設備和自走式無人小車、空中無人機遙感監測系統，以及實驗室內的分子標記輔助選擇平台和基因組選擇育種系統。這些設備整合了不同空間和時間維度的表型數據，顯著加速了育種進程，為作物遺傳改良和品種選育提供了高效、精準的技術支撐。人才構成也更加多元化，不僅有農學出身的“育種家”，還有來自統計學、計算機、遙感等各種不同領域的年輕人。南繁育種從傳統的“繁”向“簡”轉變，從人工操作向智慧型化、自動化升級，大幅提升了育種效率。
相關作品
戰略性新興領域教材《植物育種學》於2026年發布，旨在回響我國生物育種產業發展並解決生物育種“卡脖子”問題，教材內容涵蓋傳統常規育種方法，並納入分子設計育種及AI輔助育種等最新科研成果，將傳統育種理論與現代科技和未來發展相結合。
軼事趣聞
2025年08月08日，上海人工智慧實驗室聯合崖州灣國家實驗室和中國農業大學等單位，推出生物育種領域首個自主科學發現系統“豐登·基因科學家”。該系統基於首個種業大模型“豐登”研發，能模擬分子生物學家自主開展作物基因功能研究。研發團隊繪製了“基因-性狀-環境”三維知識圖譜和包含30萬條推理鏈的科研路徑圖譜。
