农民日报 南繁硅谷焕新机 智慧种业正当时

农民日报 南繁硅谷焕新机 智慧种业正当时

南繁研究院的科研人员在田间测量水稻株高。 资料图

 

南繁,被誉为“中国种子的摇篮”,这里孕育的新种良种,从实验室走向大田,从试验田撒向全国各地。两年多前,中国农业科学院国家南繁研究院(以下简称“南繁研究院”)成立,始终以保障国家粮食安全为战略导向,聚焦农业基础性重大科学问题和前沿技术,以全球动、植、微种质资源,基因型、表型鉴定、生物安全三大学科为主责主业开展工作,为南繁育种增添新生机和新动力。

随着南繁作物表型研究设施、种业创新中心、国家野生稻种质资源圃等科研基础设施和关键共性平台逐渐落地,科研共享平台集群也逐步成型,“南繁硅谷”正沿着科研项目多元化、科研成果国际化、科研团队年轻化的道路稳步前进。近日,记者来到海南省三亚市崖州湾,深入探访中国农业科学院国家南繁研究院。

尖端技术:加速育种智能化

表型是指具有特定基因型的个体在一定环境下所表现出的性状的总和,比如水稻的株高、叶长等,表型研究对科研育种至关重要。

“我们建设了一个规模化、精准化、智能化的国际一流作物表型鉴定重大科学设施。”南繁研究院院长彭军说。从远处看,这个5.7米高、21米宽的“钢铁侠”可以在稻田中沿轨道灵活行进,是我国目前最专业、技术含量最高的田间“高通量植物表型平台”。站在表型大田前,稍微抬头,就能从内部看到其搭载的激光雷达、高光谱相机、深度相机等十余种监测仪器。其传感器精度达95%,能够提供肉眼无法识别出的抗倒伏、抗旱、抗病等多种性状的详细数据。

在南繁研究院作物表型组学研究创新团队首席金秀良眼里,“高通量”约等于“规模化”,通过机器深度学习算法,能得到诸如种子灌浆速率变化等动态发育中的数据。“正在建的还有室内表型平台,等建成后我们就能利用传感器扫描单个植株,检测出对应在每个叶片上的叶绿素含量和光合能力等数据,达到群体和单个植株在数据上的互补。”金秀良介绍,预计2024年下半年能实现表型平台室内室外同时运转,比如通过给水稻穗粒数和根系做横切面分析,就能够得到根系分布均匀程度、深度、面积等数据,从而为品种培育提供技术支持。

此外,在智能管理方面,记者还探访了南繁研究院分时分类管理系统和物联网系统管理平台的最新运用情况。

自2022年11月投入使用以来,分时分类管理系统以农业遥感、AI、物联网等技术为依托,实现了以地图形式智能分析育种基地的面积统计、作物生长势监测等数据,目前已经覆盖了500亩地块。

物联网系统管理平台则是通过在基地布设气象传感器、土壤传感器、水体传感器、虫情监测仪、孢子监测仪等设备,实现大规模育种材料田间试验的实时监测与智慧管理,对作物的生长环境进行分析,检测出农田的空气湿度、风速、土壤pH值等信息,并采集到作物生长过程中的叶长、叶宽、株高等参数,判断不同环境参数对作物生长的影响程度,从而服务育种。

“晚上诱虫灯把虫吸引进仪器,虫被电网烘干后会落到采集盘上,每天23点拍照上传系统,我们再进一步检测作物的抗虫性。以前需要人每天去观察,现在这样可以节约30%的人力成本。”大数据智能设计育种团队的“90后”成员何坤辉介绍道。

转化成果:为产业和育种服务

南繁研究院主要围绕表型鉴定、种质资源、生物安全三个方面展开科研攻关,正为海南农业农村发展的重点难点问题提出解决方案。

“我们按照‘地方出题、我院攻关’的总体思路,当地方生产遇到问题时,院里就带专家、带技术去解决他们的问题。”彭军说,南繁研究院筹划组建了9支乡村振兴科技专家服务团,为三亚市特色农业产业、优势农业产业提供科技支撑服务,在病虫害防治技术等方面培训了三亚市当地农民、技术员、农产品质量安检员等1217人次,并在五星村、马山县、定安县等地进行了发展调研和助农指导。

今年6月,南繁研究院与海南自贸区沃佳实业有限公司签署产学研合作协议。7月,在全国农业科技成果转化崖州湾分中心,南繁研究院与创新国际咨询研究院有限公司签署首单粳稻品种独家代理许可签约仪式。

南繁研究院牵头建设的全国农业科技成果转移服务中心/国家种业科技成果产权交易中心崖州湾分中心于2022年7月正式揭牌成立,发布并展示了中国农科院、中国热带科学院、海南大学等崖州湾科技城入驻企事业单位的1459件成果。2023年1月至今,其助力中国农业科学院作物科学研究所、水稻研究所等单位在全国农业科技成果转化崖州湾分中心进行推广与转化,预计转化金额超200万元。

人才汇聚:顶尖团队合力攻关

“近年来,我们着力打造一支常驻的、志专业的科研队伍。”彭军介绍,“目前已引进科研团队15支,科研人员200余人,其中常驻人员130人。”各团队协力攻关,参与育种的不同环节,使“南繁硅谷”实现了从育种到作物推广的全链条创新。

目前,南繁研究院在种质资源保护与开发方面,拥有野生作物种质资源保护与利用团队、作物精准育种技术团队、作物重要农艺性状基因功能研究及分子育种团队等;在智能技术运用方面,拥有大数据智能设计育种团队、智慧化数字化南繁技术团队;在基因编辑方面,有南繁生物安全与风险评估团队、基因编辑创新利用团队;在育种方面,有南繁种子品质鉴定与分子改良团队和水稻种质创新利用团队。各科研团队互相支持、通力合作、紧密创新,加快了育种的效率。

“相比在北京工作的时候,我们现在能直接从大田中获取数据,直接观察,和其他团队也能面对面交流,提高效率。”在“90后”博士后陈守坤眼里,这里年轻人之间的很多新观点、新思路都可以互相碰撞。

在人才梯队建设上,南繁研究院的科研团队涵盖了从“老南繁人”到“80后”青年科学家再到“00后”研究生的老中青三代人。野生作物种质资源保护与利用团队首席郑晓明是“80后”,作物表型组学研究团队成员的最高年龄在40岁以下,大数据智能设计育种团队的平均年龄在28岁左右……一批能吃苦、会创新的科研工作者正在成长起来,接力传承,为中国粮育好种。

目前,南繁研究院的科研团队还处于不断壮大的过程中。2022年,南繁研究院组建了7支创新工程团队,并引进2支科研团队入驻;2023年新入驻6支科研团队。接下来,南繁研究院还将围绕农业微生物种质资源、动物生物安全等领域开放科研平台、设立专项项目等,鼓励院内与海南相关科研团队入驻。同时,充分发挥共享平台作用,通过设立开放基金、客座科学家等方式吸引国内外相关科研单位和高校的专家、研究生开展科研工作。

(单位: 中国农业科学院国家南繁研究院)