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[智能应用]AI助推育种成为“可计算的科学” [复制链接]

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离线huozm32831

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仲夏时节,广东省河源、梅州、江门等地的水稻进入抽穗期,这里大面积种植名为“华航香银针”的水稻,因为产量高、口感好,还能抗病,已成为当地米业企业主打品种,带动了农民增收致富。
  种子是农业的基础。由华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心育成的“华航香银针”水稻新品种,成功实现了产业化推广。由于达到720公斤/亩的产量指标要求,被农业农村部认定为2025年超级稻品种。
  华南农业大学积极探索应用大数据、人工智能等技术加速育种创新,“华航香银针”就是创新成果之一。华南农大与企业合作打造了高通量生物数据分析处理平台,推动育种科研从“经验范式”向“数据范式”转变。
  传统育种主要通过多样品种杂交,提供遗传多样性,筛选出更优良的品种。传统育种过程中的亲本选择,需要依据性状选择,杂交后代培育与表型观察都需要大量田间劳作且产量性状选择周期长。
  在AI与大数据驱动的现代育种流程中,高通量生物数据分析处理平台如同精密运转的“生物计算机”,水稻育种被重构为几个精准可控的“数字环节”。比如,通过对种质资源鉴定与基因定位,找到优质种子基因;通过AI算法设计智能育种方案,减少田间试验成本等。
  华南农业大学农学院院长储成才说:“通过有目的设计优质、高产、抗病基因的育种方案,最终选育出‘华航香银针’这样综合性状优良的超级稻品种。”
  从“看见之后再选择”到“先预测再验证”,使育种变为“可计算的科学”,极大提高了育种效率和精准度:传统水稻育种平均需8—10年育成新品种,而华南农业大学团队利用智慧育种方式,将育种周期压缩至3—5年。“华航香银针”的育种周期仅为4年。
  现代育种过程中涉及的数据处理与管理等环节,都需要准确地对海量数据进行处理和分析。
  “高通量生物数据分析处理平台,在现代育种过程中发挥着‘数字引擎’的作用,可以帮助科学家弥合传统经验育种与智慧育种间的鸿沟,大大加速生物育种进程,提高科研工作效率。”储成才说。
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只看该作者 沙发  发表于: 06-30
华南农业大学在水稻育种领域取得了显著的成就,特别是在培育“华航香银针”这一水稻新品种方面。以下是该品种及其育种过程的一些关键点:

1. 产量和品质:“华航香银针”因其高产量(720公斤/亩)、优良口感和抗病能力,在广东省河源、梅州、江门等地被广泛种植,成为当地米业企业的主打品种,有效带动了农民增收致富。

2. 育种技术创新:华南农业大学利用大数据和人工智能技术,推动育种科研从传统的“经验范式”向基于数据的“数据范式”转变。这一转变极大地加速了育种进程,提高了育种的效率和精准度。

3. 高通量生物数据分析处理平台:华南农业大学与企业合作打造的这一平台,能够对种质资源进行鉴定和基因定位,找到优质种子基因,并设计智能育种方案,减少田间试验成本。

4. 育种周期缩短:传统水稻育种需要8-10年才能育成新品种,而华南农业大学通过智慧育种方式将这一周期缩短至3-5年。“华航香银针”的育种周期仅为4年。

5. 育种科学化:通过有目的的设计优质、高产、抗病基因的育种方案,华南农业大学最终选育出了“华航香银针”这样综合性状优良的超级稻品种。这种从“看见之后再选择”到“先预测再验证”的转变,使育种成为了一门“可计算的科学”。

6. 科研工作效率提升:高通量生物数据分析处理平台在现代育种过程中发挥着“数字引擎”的作用,帮助科学家弥合传统经验育种与智慧育种间的鸿沟,加速生物育种进程,提高科研工作效率。

这些成果展示了华南农业大学在利用现代科技推动农业发展方面的创新和领导力,为提高粮食产量和质量、促进农业可持续发展提供了有力的技术支持。
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只看该作者 板凳  发表于: 07-01
AI助推育种成为“可计算的科学”
AI在育种领域的应用背景
在确保中国人的饭碗牢牢端在自己手中的战略指引下,保障粮食安全、实现种质资源自主可控,推动我国从生物资源大国迈向生物经济强国至关重要。同时,我国自2017年起推动学科交叉融合,2023年科技部启动人工智能驱动的科学研究专项部署,始终将建设科技强国作为国家重要战略。随着AI for Science的兴起,人工智能驱动的科学研究与传统科学研究的四个范式紧密相连,能在决策、感知、认知、反演等方面完美契合,本质上就是运用AI解决科学问题,尤其是2024年诺贝尔奖颁布后,AI for Science的关注度再创新高,这些都为AI在育种领域的应用提供了背景和机遇4。

AI在育种中的具体应用方式
构建数据分析处理平台
以华南农业大学为例,该校与企业合作打造了高通量生物数据分析处理平台,推动育种科研从“经验范式”向“数据范式”转变。在AI与大数据驱动的现代育种流程中,这个平台如同精密运转的“生物计算机”,将水稻育种重构为几个精准可控的“数字环节”。比如,通过对种质资源鉴定与基因定位,找到优质种子基因;通过AI算法设计智能育种方案,减少田间试验成本等。传统育种过程中的亲本选择,需要依据性状选择,杂交后代培育与表型观察都需要大量田间劳作且产量性状选择周期长,而现代育种通过这些数字环节极大地提高了育种效率和精准度1。

算法研究转变
在育种科学任务的算法研究方面,解决基因型到表型预测和基于图像的表型分析等任务的算法研究正逐步从传统的统计学方法朝着以深度学习为代表的AI方法过渡。上海人工智能实验室青年科学家董楠卿提到,科技创新有时需要打破传统路线,2024年4月,AI科学家董楠卿和农业专家共同研发了中国首个种业大模型,填补我国在智能育种领域的大模型技术空白。该模型通过对来自不同渠道的海量育种科研文献、技术书籍及网络资源进行深度解析和索引,在品种选育过程、农艺性状描述、栽培技术推荐和历史推广区域查询等四大应用场景中,提供科学解释和回答,赋能种业高质量发展4。

AI助推育种成为“可计算的科学”的成果体现
水稻育种成果
由华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心育成的“华航香银针”水稻新品种,就是AI助推育种的创新成果之一。该品种达到720公斤/亩的产量指标要求,被农业农村部认定为2025年超级稻品种,成功实现了产业化推广,带动了农民增收致富。传统水稻育种平均需8 - 10年育成新品种,而华南农业大学团队利用智慧育种方式,将“华航香银针”的育种周期压缩至4年,极大地缩短了育种时间13。

畜牧育种成果
爱农云联的AI育种解决方案在畜牧业带来了颠覆性的变革。其AI育种系统通过智能化的数据分析和基因筛选技术,改变了传统育种中依赖经验和人工选择的局限。在基因优化方面,能够对育种群体进行全方位的基因评估,识别关键性状基因进行精准优化,避免传统育种基因多样性不足导致的退化问题;在疾病防控上,通过基因层面的干预,从源头上减少疾病发生风险,降低疾病对畜牧生产的影响,减少药物使用,提升畜产品安全性和品质。此外,还能为畜牧企业提供定制化的育种服务,根据不同牧场的生产目标、市场需求以及环境条件,量身定制育种策略,满足多样化需求。同时,其对育种结果的预测能力,能为牧场主提供未来几代牲畜的性能预测报告,帮助提前制定生产计划,调整育种策略,优化种群性能。并且,通过与物联网设备整合,实现对育种环境、饲料使用、动物健康状况等的实时监控和智能化管理,提高管理精细化水平,推动畜牧业向更高效、更绿色、更可持续的方向发展5。

AI助推育种成为“可计算的科学”的意义
提升育种效率和精准度
AI的介入使育种变为可计算的科学,从看见之后再选择到先预测再验证,极大提高了育种效率和精准度。在水稻育种中,通过高通量生物数据分析处理平台重构育种流程,减少了田间试验成本和时间;在畜牧育种中,精准的基因筛选和智能的数据分析也大大缩短了育种周期,提高了育种成功率125。

推动文明跨越
AI + 生物育种不仅意味着育种效率的量级提升,更标志着人类从自然选择向定向进化的文明跨越,有助于我国在保障粮食安全的同时,实现种质资源自主可控,推动我国从生物资源大国迈向生物经济强国4。

促进可持续发展
在畜牧业中,AI育种通过基因优化和智能管理,能够显著提高资源利用率,减少环境负担。例如培养出对饲料转化率更高的牲畜,减少饲料使用量;优化养殖过程中的水电等资源使用,降低养殖场的运营成本和碳排放,为畜牧业的可持续发展注入新动力
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