“黄淮海和京津冀夏玉米区环境特殊,玉米生长期短,旱涝、高温、寡照、病害等多种逆境频发,播种密度多样、播种质量不一、收获形式多样,面对如此多的不确定性,我们怎样保证丰产稳产、优质多抗?”日前,北京市农林科学院玉米研究所研究员赵久然向科技日报记者透露,在即将举办的第三十二届中国北京种业大会(以下简称“种业大会”)上,有一个“优等生”将闪亮登场。这就是新一代智慧品种“京科501”,它基于“新X群×黄欧群”杂优模式创新选育,可以主动适应不同密度和多样胁迫环境,让种植户种得放心、种得踏实。
这一玉米新品种的选育,仅是北京市农林科学院发展种业科技的一个缩影。多年来,该院主粮、蔬菜、瓜果、水产等育种团队埋头攻坚,多个育种成果达到国际领先水平,丰富了百姓餐桌,并为粮食安全提供保障。
北京市农林科学院专家在北京顺义杂交小麦育种基地进行杂交小麦优异组合品比鉴定。受访单位供图
经验育种转向设计育种
“通过人工智能驱动‘闭环式智能育种’,我们极大提升了育种精准度与效率。”赵久然说。在即将举办的种业大会上,赵久然团队还将发布玉米DNA指纹——Maize6H-60K芯片。这种高密度、高质量的SNP芯片,基于388份国内外代表性玉米自交系的全基因组重测序数据研发。在此基础上,团队成功构建了兼容固液芯片平台的玉米新型分子鉴定技术。
与其一同亮相的还有“奇稷”(QeeG)大模型,这是国内农业领域首个千万量级多模态知识服务大模型。平台汇集了粮油果蔬等1165个数据集、1.7亿条跨域知识规则,可提供品种筛选、病虫害识别、智能问答等全链条服务。
事实上,早在8年前,创建这一大模型的中国工程院院士、北京市农林科学院信息技术研究中心首席专家赵春江团队就推出了国内首个具有自主知识产权的大型育种数据管理平台“金种子育种云平台”。经过不断迭代升级,目前该平台已服务268家育种企业,实现育种全程信息化管理。
“在智能设计育种4.0时代,利用智能育种软件实现育种多组学联合分析,可以克服传统育种方式耗时耗力的难题,加速育种技术的数智化转型升级。”北京市农林科学院智能装备技术研究中心主任陈立平介绍。
如今,该院突破了多个关键核心育种技术,获国际/国家发明专利授权100多项,为重大品种培育提供技术支撑。这些技术突破与“奇稷”(QeeG)大模型、“金种子育种云平台”协同,构建起“数据—算法—技术”一体化智能育种生态,实现了从经验育种到设计育种的跨越。
提升国产品种国际竞争力
“这小西瓜是不是很可爱?别看它小,它可是家庭消费与电商新宠,一年四季都能供应。”北京市农林科学院蔬菜研究所研究员许勇指着西瓜大棚介绍,西瓜新品种“京美2K”突破多基因聚合分子育种技术,解决了优质性状、耐储运特性与多抗丰产性不能兼顾的难题,打破国外品种垄断,在北京、山东、河北等西瓜主产区的市场占有率已超过60%。
历经10余年研究探索和科研积累,北京市农林科学院杂交小麦研究所创立的“中国二系杂交小麦技术体系”将育种效率提高150%以上,成为我国农业科技中继杂交水稻之后的又一原创性重大成果。就在不久前,二系杂交小麦品种的高效培育与应用获得第19届北京发明创新大赛金奖。
“十四五”期间,北京市农林科学院取得了一系列丰硕育种成果,培育具有自主知识产权的蔬果新品种500余个,覆盖全国1800多个市县。大白菜、西瓜等主要蔬果品种多年被农业农村部选为农业主导品种,创直接经济效益2亿元,为菜农增收近100亿元。玉米品种“京科968”已成为我国东华北春玉米区种植面积最大的品种,累计推广近2亿亩。
北京市农林科学院取得的成绩不止于此。在国内,该院首次完成我国玉米重要核心种质黄早四denovo测序和基因组解析,构建了首个蔬菜高通量分子育种技术平台,为重大品种培育提供基础;在国际上,该院还率先构建了西瓜、南瓜、白菜和花椰菜等蔬果作物的全基因组图谱与变异组图谱,挖掘60余个重要性状关键基因。
“我院蔬果良种已出口至美国、日本、越南等20余国。我国种植面积最大、范围最广的鲜食玉米品种‘京科糯2000’,已成为越南等‘一带一路’共建国家主栽品种。”北京市农林科学院成果转化与推广处处长邹国元说,“这不仅为我国农民致富和‘菜篮子’工程建设作出贡献,还通过技术输出助力‘一带一路’共建国家农业发展,彰显了国产品种的国际竞争力。”
优化种业科技创新生态
“我院育种成果实现了多领域、多链条覆盖,涵盖农作物、畜禽、水产、林果、花卉、微生物六大种业体系。”北京市农林科学院科研处处长李奇峰介绍,“我们还积极推动种业技术创新升级,推动高通量分子育种、农作物DNA指纹芯片、基因编辑等一批国内领先的育种新技术与新平台应用推广,促进农业新质生产力发展。”
在北京市财政的大力支持下,北京市农林科学院启动实施的创新能力建设专项中专门设立专题对种业科研进行长期稳定支持,重点强化种质资源保护与研究,推动基础研究突破,打造核心技术与共性技术平台,促进现代育种技术升级。
如今,北京市农林科学院已建立国家和北京市各类种业科技创新平台29个,包括全国重点实验室1个、国家级工程中心2个、农业农村部重点实验室6个。各平台参与共享的大型仪器设备共计1040台/套,涉及金额达到6.57亿元。同时,该院构建的种业科技创新体系覆盖了“种质资源收集—新理论研究—新品种创制—质量控制—推广转化”全链条,系统性、完整性居行业前列。
“育种技术已从传统经验式选择升级为多学科融合的精准设计体系。我们将进一步优化人才队伍布局,围绕产业链布局创新链与人才链,持续为种业创新注入动力。”北京市农林科学院党组成员、副院长杨国航表示。
如今,在北京市农林科学院,玉米、蔬菜、小麦、水果、水产等多个领域都有了学术带头人,他们带领年轻的队伍,甘坐冷板凳、潜心钻研,为培育更多绿色优质多抗高效的新品种,始终如一地在育种攻关道路上奋勇拼搏。