数字赋能杭州种业创新高质量发展

文/ 胡慧圣 吕晓菡 杭州市农业科学研究院

种子是农业的“芯片”，种业是农业生产的起点、粮食安全的基石、农业现代化的生命线。近年来，国际形势发生了深刻变化，国家将粮食安全和种业创新提到了前所未有的高度。杭州市出台《关于加快推进农业科技创新创业的若干意见》以来，农业科技创新取得了重要突破和显著成绩，逐步打造成为全省乃至全国的农业科技创新示范区，种业创新迎来了重大机遇期。

种业创新高质量发展的重要意义

一粒种子可以改变世界，一个品种可以成就一个产业，一项技术可以创造一个奇迹。种业创新，通过引入新的种植品种、种植技术、种植管理方法，以提高农作物产量、质量和耐逆性，降低生产成本，减少对环境的影响，推动农业可持续发展。

一是保障国家粮食安全的关键所在。中国饭碗主要装中国粮，中国粮主要用中国种。保障粮食和重要农产品稳定安全供给，始终是建设农业强国的头等大事。种业创新的首要目标，就是以高产优质、抗病虫害、适应性强的良种，从源头上保障国家粮食安全。二是推动农业现代化的不竭动力。未来的种业创新，以提高农业生产效率、适应气候变化和环境保护为核心，通过生物技术、信息技术等手段，推动农业生产的标准化、精准化和智能化，为农业可持续发展提供更多的解决方案，是农业现代化的重要组成部分。三是带动农民增产增收的重要手段。种业创新能够针对环境和条件变化，聚焦市场需求，打破制约农业生产的耕地、水资源、生态环境、劳动力等约束，在提高农作物产量和质量的同时，减少农资和劳动力的投入，畅通农产品的销路渠道，降低农业生产和销售成本，大幅提高农业效益和农民收入。四是促进农业绿色发展的内在要求。绿色农业是现代农业的应有之意，种业创新贯彻绿色发展理念，大力培育高抗品种，研发精准栽培技术和设施，减少自然资源的占用，减少化肥和农药的使用，全面降低农业生产对环境的影响。

杭州种业创新的发展现状

改革开放以来，随着经济的高速增长，杭州农业发生了巨大变化。在大力发展生态品质农业、智慧设施农业、现代都市农业的政策指导下，杭州形成了独特的优势特色农业，出现了一批具有相当规模的农业科技企业，其中持证上规模的种子种苗企业就达26 家。另外，杭州聚集了全省最优秀和最多数量的农业科研机构，不仅有浙江大学农学院这样的国内顶尖农学院，还有省属农林大学1 所，国家级涉农院所6 家，省级涉农院所8 家，涉农高校11 所，杭州市农科院、林科院等市县级涉农科研机构3 家。在杭农业类重点实验室、研究中心、科技联盟等的发展水平位居全国前列。农业技术研发推广人才集聚，全省7 名农业类院士均在杭州。农业科技创新氛围浓厚，据不完全统计，每年涉农科研经费投入在2 亿元以上。“十三五”以来，国家和省属在杭院所，在杂交水稻品种选育、畜禽健康养殖、杂交水稻种子克隆等方面涌现出一批具有国际水准的标志性科研成果。以杭州市农科院为代表的市属科研机构，在名优茶适制品种研究、草莓新品种选育、茄果新品种选育等方面形成了特色。

杭州种业创新的短板

杭州种业创新取得了一批突破性进展，形成了许多明显优势，但也存在一些制约其高质量发展的短板。

一是种业企业创新能力不足。好的品种要落地，离不开育、繁、推一体化发展，所以企业必然是种业创新的关键主体。但杭州种业企业普遍规模不大，科研能力不强，育种多以修饰性、改进性创新为主，缺少拥有自主知识产权的优势品种。浙江省农业农村厅发布的2021年农业主导品种中，22个水稻品种、6 个玉米品种、22 个蔬菜品种，由企业独立选育的每类都只有2个。

二是育种模式普遍比较落后。随着新一代数字技术的广泛应用，传统物候周期限定的经验育种，正向破除时空制约的多组学综合育种拓展。发达国家育种科研融合表型组学、代谢组学、蛋白组学和基因组学等学科，以及高通量、大数据、人工智能等技术，逐步进入“生物技术+人工智能+大数据”的育种“4.0 时代”。而杭州种业创新的主力，包括市内各高校和科研院所，育种模式大多还处于“一把尺子一杆秤”的传统经验育种阶段。

三是种质资源总体利用率偏低。种质资源挖掘能力不足，本地优势特色种源的收集、保护和传承还有待加强，种质资源交换机制还需完善。种质资源精准鉴定和深度挖掘能力的差距还比较大，遗传信息的数字化程度还比较低，专业化、智能化资源鉴定评价与基因发掘平台亟待开发搭建。

四是种业科技创新体系有待完善。种子企业科研能力不够、力量不足，科研院所和高等院校的科研人员缺少产业化推广的精力和能力，产学研融合深度不够，尚未形成种质资源、品种创制、种子繁育、市场营销等全产业链创新链条。

数字赋能种业创新的思路

近年来，以大数据、人工智能为代表的新一代数字技术蓬勃发展，通过与实体经济深度融合，推动全球产业形态迅速发生革命性变化。随着农业数字化转型的持续推进，数字技术在种业创新上的应用逐步深化，育种逻辑和育种模式不断重构，“经验育种”加速向“精确育种”“智能育种”转变。

传统杂交育种的逻辑如图1 所示：首先，育种家根据市场需求和环境条件，明确育种的目标；综合遗传多样性及目标性状，从种质资源库或其他来源的种质资源中，收集育种材料，并对育种材料的产量、品质、抗性等方面进行鉴定和评估；通过遗传背景和配合力分析，选择综合性状优良的亲本进行杂交；对杂交后代的性状进行鉴定和评估，选出具有目标性状的个体或群体作为优系；经过大面积的品比试验，在优系中确定新品种及配套栽培技术；最后，将选育出的新品种进行示范推广。

图1 传统杂交育种

数字技术与种业创新的深度融合，将彻底打破传统育种模式，重构种业创新逻辑框架，使数字技术真正成为现代育种的加速器。在新的逻辑框架中，其核心是集成了表型和遗传信息数据库、表型采集系统、辅助决策系统的智能育种平台，所有育种环节均围绕平台展开。具体如图2 所示：1.运用光学成像、遥感、物联网等技术的表型采集系统，对种质资源库里保存的种质资源进行表型信息的采集，形成表型信息数据库；2.通过基因测序和重测序，获取种质资源基因组数据并形成基因数据库；3.基于深度学习算法，破解表型数据与基因数据关联，挖掘种质资源的遗传信息，形成种质资源遗传信息数据库；4.利用大数据等技术，开发辅助决策系统，根据育种目标给出育种推荐方案；5.在优系选择、品种形成过程中，不断与智能育种平台进行信息交互，持续训练智能模型，不断提高模型的准确度和鲁棒性。

图2 数字技术重构育种逻辑

杭州种业创新的举措建议

♠完善种业协同创新体系

充分发挥杭州人才集聚、科技研发、种质资源等优势，坚持品种创新与产业化开发相结合，构建现代种业科技创新体系，建立“基础研究、前沿技术、产品创制”上中下游创新体制，探索“科研院所+种业企业+种业创新园”的种业创新发展模式。着眼杭州都市高效农业目标，广泛开展产业调查，以“一乡一品”为导向，按照“聚焦一个单品、依托一个团队、引导一个企业、形成一个集聚区”的思路，创新联合攻关模式，打造优势品种创新高地，把单个品种的领先优势做大做强，带动区域优势产业发展。

♠提高种质资源利用效率

在数字赋能的背景下，对种质资源的管理、保护、利用的能力和潜力都得到大幅提升。所以，当前有能力也有必要全面加强种质资源的保护利用，深入开展农业种质资源普查、系统调查与抢救性收集，突出本土种源的保护和传承，开展种质资源鉴定评价和功能基因深度挖掘，重点发掘优异种质和优异基因，加快查清种质资源家底。建立种质资源交换机制，推动种质资源及信息充分共享、高效利用。支持科研院所、资源保护单位与龙头企业深入合作，联合开展优异种质资源鉴定、创制与应用，推动资源优势转化为创新优势、产业优势，推动商业化育种体系构建。

♠推动基础理论和前沿技术研究

聚焦种业创新底盘性、基础性、前沿性的重大科技问题，加强基础性、公益性研发投入。支持科研机构加强基础研究及品种开发，支持数字科技公司参与合作，推动生物育种表型技术与数字技术相结合的理论研究。强力推进种质资源创新工程，加强构建分子指纹图谱库，强化育种创新基础。提高前沿理论指导育种技术革新能力，融合基因编辑、合成生物、人工智能、大数据、传感器等前沿技术与传统育种技术，使新一代育种技术向智能化、精准化发展。