当育种按下“加速键”——探访北京通州国际种业科技园区农作物育种加速器

在北京市通州区于家务回族乡的北京通州国际种业科技园区里，坐落着一座带有些许神秘色彩的建筑。这幢外表看起来极为普通的二层楼房联通着一旁的玻璃温室，有着一个科技感十足的名字——农作物育种加速器。在这里，玉米、大豆、水稻、小麦、番茄等农作物被栽种在盆里，光照、温度、水分、养分、空气均可调节。它们将在这里开启加速模式，用比外界快2~3倍的速度生长、结果、结种。当农作物按下育种“加速键”，它们的生长环境将面临哪些改变？又将给育种行业带来怎样的变革和机遇？

农作物住进“小单间”

走进农作物育种加速器，长长的走廊两侧，一个个独立小房间整齐排列，这里是全人工光生长室。这边一个房间里，玉米植株在架子上身姿挺拔，叶片舒展；旁边房间里的小麦苗则在盆中挨挨挤挤，生机勃勃。不同作物分住在不同“小单间”，享受着专属培育环境。

赵小翠是北京通州国际种业科技有限公司的项目经理，她告诉记者，当前育种研发主要依靠异地加代或温室加代繁育，能把常规育种从一年1~2代提升至一年2~3代，但选育一个品种仍需6~8年甚至更久，育种周期长仍是制约育种研发的主要因素。“农作物育种加速器可精准调控环境，为作物打造最适宜的生长空间，加快繁育进程，实现每年4~7代繁育，将育种周期缩短2~3倍，有效破解这一卡脖子难题。”赵小翠说。

在农作物育种加速器里，不同作物分住在不同“小单间”，享受着专属培育环境。

农作物育种加速器如何精准调控作物生长环境？赵小翠介绍，光照、温度、水分、养分和空气，是作物快速生长结实的关键。在育种加速器里，光照配有5通道的人工光，能按照作物品种差异、光照需求精准配光；温度调控区间为2至38摄氏度，可精准调节；空气湿度在50%至80%范围内灵活调控；土壤湿度与营养养分通过水肥一体化系统精准供应，实现“按需喂养”；在空气保障上，配有新风系统、二氧化碳供应系统，可为作物光合作用与生长所需气体提供充足支持。

除了全人工光生长室外，农作物育种加速器还建有面积约5200平方米的玻璃温室加代室。在这里，作物们拥有更为宽敞的“居住空间”，还能尽情享受“日光浴”。一旦遭遇天气不佳的状况，室内的人工补光系统便会启动，为作物补充充足光照，确保其始终保持良好的生长状态。

在农作物育种加速器中，工作人员正在为番茄修剪枝叶。

在赵小翠眼中，农作物育种加速器宛如一个精心搭建的育种王国，自然界中存在的环境条件，这里能够完美复刻；自然界缺失的特殊环境，也能凭借技术手段创造出来。就拿光照条件来说，以小麦的生长需求为例，北方冬季受自然条件限制，每日太阳光照时长仅8小时。但在育种加速器中，我国领先的人工光光照实验，却能将每日光照时长提升至22小时，近乎延长了三倍之多。

在光质方面同样大有乾坤，在自然太阳光里，超过50%的成分是红外光，红外光仅仅产生热量，并不参与植物的光合作用，而育种加速器配备了5通道可调节固态照明系统。赵小翠介绍道：“通过这个系统，我们可以精准地选取作物参与光合作用的光谱，提高它们的生长速度和品质，实现高质量快速育种。”

从“靠天育种”转向“设施育种”

自去年9月建成投用以来，农作物育种加速器已与中国农业科学院、北京市农林科学院等10多个育种团队合作，围绕玉米、大豆、小麦、水稻、芝麻菜等12种作物的200多个品种，开展快速育种联合试验。目前，加速器内正在进行种质材料快速扩繁、育种材料早代选择、生物性状和基因编辑材料的快速培育和回交等育种实验。短短5个多月，多数品种已顺利完成两个代次繁育。

北京市农林科学院玉米研究所是首批入驻农作物育种加速器的科研团队之一，该所研究员王凤格表示，在全封闭的加速器环境开展玉米育种，让育种环境的可控性得到了质的提升。“传统育种对气候条件依赖严重，只有环境适宜，才能启动种植工作。可一旦遭遇台风这类异常天气，玉米生长受阻，实验往往只能宣告失败。”

当环境风险被有效控制，科研人员得以心无旁骛地进行“万里挑一”的关键工作——育种的分子选择。王凤格向记者介绍，分子选择实验成本颇高，由于玉米植株在整个生长阶段存在较高的夭折风险，育种人员往往不会在早期阶段进行大量分子辅助选择，而是在确保玉米能够正常结穗的情况下，才启动分子辅助筛选。但如今，育种加速器为玉米生长筑起了安全屏障，育种人员得以在玉米苗期，甚至种子阶段，就果断开展“万里挑一”的分子筛选工作。入选的少量种子在加速器中都能安全走完整个生命周期，助力培育出更为优良的玉米品种。

育种周期的显著缩短，也令科研人员们兴奋不已。以玉米为例，其常规生育期在120至150天，于北方自然环境中，一年只能种植一代，但在育种加速器中全周期运转，玉米生育期可缩短至75天左右，一年便能完成4~5代的繁育。

走进大豆快速加代育种实验室，繁茂叶片之下，一串串饱满的豆荚挂在枝头。“我们专注于大豆营养改良方向的育种工作，这批材料于去年12月底完成种植，预计三个半月便可收获。”中国农业科学院作物科学研究所大豆高产优质育种研究组研究员副张晟瑞介绍道。

大豆作为我国进口量最大的粮食作物，去年进口量高达约1.05亿吨，自给率不足20%，这使得国产大豆育种工作承受着巨大压力。借助育种加速器进行加代繁育，突破了传统大豆生长周期的时间限制，在人工调控光照、温度及生长环境的条件下，大豆生育期成功重120天速断到90天，实现了全年不间断加代繁育，以往传统育种方式下5年才能获得的育种材料，如今仅需2年就能获得。此外，双方团队正通过优化光周期、温控及营养供给等实验参数，尝试将大豆单代成熟周期压缩至60天内，目标是构建一年4~5代的高效迭代体系，进一步压缩育种时间窗口。

张晟瑞指出，农作物育种加速器依托精准化管理，大幅提高了育种材料的存活率，显著压缩了育种周期。在同样时间内，能筛选出更多优质品种，增强国产大豆品种的市场竞争力，扭转大豆育种的整体局面。

“育种加速器的出现，让我们彻底告别了‘靠天育种’的被动局面，迈向‘设施育种’这一全新的育种时代。”王凤格感慨道。

开启育种版“模拟人生”

2011年7月，国家现代农业科技城北京通州国际种业科技园区在于家务乡挂牌成立。此后几年，园区发展迅速，先后建成分子育种共性技术服务平台，引入转基因和基因编辑技术，搭建起农作物育种加速器，极大地提升了育种的水平和效率。

但随着全球气候变化，干旱、洪水、高温和寒潮等极端天气频繁出现，给农作物的生长和品种培育带来诸多挑战。国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）河南中心与中国农业科学院研究人员，对CIMMYT近50年来在全球育成的3652份小麦新品系分析后发现，在2011~2020年，试验地点的温度平均升高了0.26摄氏度，可适应这种变化的品系不足三分之一，且仅在四分之一的试验环境下，品系适应变化的表现是稳定的。此外，研究还表明，气温每上升1摄氏度，所培育小麦品种的环境适应能力会下降8.7%。

“气候变化加大了对农作物品种广适性的要求，不仅要求在风调雨顺时高产，在发生灾害时也要具备一定抗逆能力，还得适应不同地区的环境。”赵小翠透露，目前，园区正在与中国农科院作科所、中国农业大学、腾讯社会价值、为村耕智等合作，建设作物逆境表型鉴定平台与品种测试大模型，平台预计今年下半年完工并投入使用。

作物逆境表型鉴定平台堪称育种版“模拟人生”。该平台规划了抗旱、高光效、节水肥、抗寒、耐热、耐盐碱、抗病等多个逆境表型鉴定功能区、科研人员能通过精准调控环境参数，模拟农作物在现实中可能遭遇的逆境场景。同时，平台配备的高通量表型数据采集及分析平台，可实时监测作物在不同逆境下的细微变化，如叶片的卷曲程度、颜色变化，植株的生长速度、果实产量等。通过将人工智能与育种加速器、逆境表型鉴定深度融合，构建出具备自主算力的品种测试模型，为这个“虚拟世界”赋予智能核心。它能够快速处理海量数据，精准评估农作物的抗逆性能，为后续的品种选育及审定提供有力的数据支撑。

在张晟瑞看来，建立作物逆境表型鉴定平台意义重大。“这不仅是应对气候危机的必要举措，更是筑牢国家粮食安全根基的关键。目前，育种行业中作物逆境表型鉴定相关资源分散，技术标准不统一，且缺乏专业的第三方鉴定服务机构。若能成功搭建这样一个平台，加速抗逆性状的精准筛选，促进抗逆稳产品种的选育。”

王凤格也指出，“加速器除了能够加速育种进程外，还可以人工模拟各类逆境环境，并精准收集作物在逆境下的表型数据。经过逆境筛选，育种工作者能够精准获取关键表型信息，从而选出更具潜力和价值的新种质。”

作者：农民日报·中国农网记者 王臻 文/图