我國作物種業(yè)數(shù)字化發(fā)展：成效、困境與前瞻

范貝貝， 李瑾， 馬晨

（北京市農(nóng)林科學(xué)院信息技術(shù)研究中心，北京 100097）

當(dāng)前，以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)為核心的數(shù)字科技正在加速向農(nóng)村各領(lǐng)域滲透發(fā)展，根據(jù)第48次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》與《2020全國縣域數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展水平評價(jià)報(bào)告》數(shù)據(jù)，截至2021年6月，我國農(nóng)村網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到2.97億，農(nóng)村地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)普及率為59.2%，2020年縣域農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化發(fā)展總體水平達(dá)37.9%。數(shù)字科技開始對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域、各環(huán)節(jié)展開全方位、全角度、全鏈條的數(shù)字化改造，為提高全要素生產(chǎn)率、助推農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會實(shí)現(xiàn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換和高質(zhì)量發(fā)展提供了新方法與新手段。種業(yè)作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的“芯片”和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在國家戰(zhàn)略科技體系中具有先導(dǎo)性、核心性、引領(lǐng)性地位。自黨的十九大提出鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略以來，數(shù)字科技與分子標(biāo)記、轉(zhuǎn)基因、基因編輯、分子設(shè)計(jì)育種等現(xiàn)代生物技術(shù)開始融合，推動(dòng)了育種專業(yè)化、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)綜合化、管理信息化、技術(shù)裝備精準(zhǔn)化發(fā)展，為加快推進(jìn)種業(yè)振興，實(shí)現(xiàn)種業(yè)科技自立自強(qiáng)、種源自主可控提供了有效支撐，尤其是“十四五”規(guī)劃開局起步之后，《“十四五”推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化規(guī)劃》《“十四五”現(xiàn)代種業(yè)提升工程建設(shè)規(guī)劃》《“十四五”全國種植業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等相關(guān)政策性文件與規(guī)劃相繼出臺，均將種業(yè)全鏈條大數(shù)據(jù)的研發(fā)與深度應(yīng)用、數(shù)字化智能育種輔助平臺建設(shè)、種業(yè)智慧化監(jiān)管與服務(wù)等內(nèi)容作為推進(jìn)種業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展核心，以數(shù)字科技賦能種業(yè)全面振興已經(jīng)逐漸成為普遍共識和重點(diǎn)方向。

由于種業(yè)數(shù)字化發(fā)展剛剛起步，因此，在研發(fā)與應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)仍存在諸多短板與不足，對種業(yè)全面振興的支撐效能仍顯不足。本文研判國內(nèi)外種業(yè)數(shù)字化技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀，剖析數(shù)字科技在種業(yè)產(chǎn)業(yè)全鏈條中的應(yīng)用現(xiàn)狀，提煉我國種業(yè)數(shù)字化發(fā)展的核心短板，對種業(yè)數(shù)字化發(fā)展前瞻態(tài)勢進(jìn)行分析，旨在為種業(yè)數(shù)字化發(fā)展路徑提供思路和參考。

1 研發(fā)與應(yīng)用：種業(yè)數(shù)字化發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外種業(yè)數(shù)字化技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀

美國、以色列、歐盟等發(fā)達(dá)國家或地區(qū)在21世紀(jì)初已初步實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與種業(yè)發(fā)展的融合，在育種技術(shù)研發(fā)、繁種制種、商業(yè)化育種以及種業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展等方面實(shí)現(xiàn)了較大的技術(shù)創(chuàng)新和突破，研發(fā)了一系列智能育種設(shè)備及試驗(yàn)設(shè)計(jì)和種業(yè)管理軟件與平臺，建立了作物智能設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系，已經(jīng)邁入了“常規(guī)育種＋生物技術(shù)＋信息技術(shù)＋人工智能”的育種“4.0時(shí)代”[1]。人工智能及大數(shù)據(jù)技術(shù)推動(dòng)多重組學(xué)研究實(shí)現(xiàn)新突破，如美國新興的人工智能公司Atomwise研發(fā)了AtomNet技術(shù)[2]，通過強(qiáng)大的深度學(xué)習(xí)算法和超級計(jì)算機(jī)分析百萬個(gè)潛在的作物保護(hù)產(chǎn)品分子，預(yù)測分子可能對控制疾病和害蟲產(chǎn)生的積極影響，通過識別模式判斷分子間的相互作用，對縮短前期研發(fā)時(shí)間、及時(shí)推出高種植收益的新產(chǎn)品具有重要作用[3]；以色列NRGene（https://www.nrgene.com）研發(fā)的GenoMAGICTM和DeNovoMAGICTM平臺能夠分析玉米、小麥、大豆、蔬菜等作物海量的基因組數(shù)據(jù)，鑒別出廣泛的序列多態(tài)性和單體型，使基因組選擇和性狀定位更加高效，且能夠更簡便地接觸到有益性狀相對應(yīng)的基因組序列，進(jìn)而使基因組選擇和性狀定位更加高效；比利時(shí)CropDesign公司研發(fā)的作物表型性狀監(jiān)測平臺TraitMill，可高通量、自動(dòng)化獲取和分析包括地上部生物量、株高、總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、粒重和收獲指標(biāo)等植物表型信息，并實(shí)現(xiàn)作物表型特征的大規(guī)模自動(dòng)化分析[4]。自動(dòng)化控制的分析儀器和機(jī)械設(shè)備研發(fā)與制造也是歐美種業(yè)巨頭發(fā)展的核心，極大地提高了育種試驗(yàn)規(guī)模和研發(fā)效率，如奧地利Wintersteiger公司和美國ALMACO公司研發(fā)的田間數(shù)字化育種實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品與裝備，涵蓋從小區(qū)規(guī)劃、選種排種、精量播種、小區(qū)精量收獲、快速測產(chǎn)和品種監(jiān)測、小區(qū)收獲籽粒分包等流程，可對試驗(yàn)測試環(huán)境進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)采集和分析，再通過統(tǒng)一的數(shù)字化管理平臺進(jìn)行挖掘[5]。在商業(yè)化育種技術(shù)研發(fā)方面，先鋒、孟山都、先正達(dá)等跨國種業(yè)公司均開發(fā)了各自的育種資料分析與試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件系統(tǒng)與平臺，實(shí)現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)的管理和利用，實(shí)現(xiàn)了種業(yè)育、繁、推、管、服全產(chǎn)業(yè)鏈模塊的數(shù)據(jù)集成、管理與應(yīng)用。

1.2 我國作物種業(yè)數(shù)字化進(jìn)展

1.2.1 國內(nèi)種業(yè)數(shù)字化技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀 近年來，我國政府、研究機(jī)構(gòu)和種業(yè)企業(yè)也正在逐漸加大數(shù)字技術(shù)與育種、繁種制種、產(chǎn)業(yè)化等多方面的融合，并取得了一系列的技術(shù)創(chuàng)新與突破。在作物育種技術(shù)研發(fā)方面，通過自主研發(fā)的軟件或模型，采用人工智能技術(shù)和深度學(xué)習(xí)算法，對表型組、基因組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組等不同組學(xué)的數(shù)據(jù)開展了自動(dòng)提取、整合與關(guān)聯(lián)分析，作物智能設(shè)計(jì)育種取得了顯著進(jìn)展。2020年，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)開發(fā)了玉米屬多組學(xué)綜合數(shù)據(jù)庫，收錄了4個(gè)玉米基因組和1個(gè)大芻草基因組，包括基因組學(xué)模塊、變異模塊、遺傳學(xué)模塊、群體模塊、表型遺傳學(xué)模塊等多重組學(xué)數(shù)據(jù)資源，內(nèi)嵌了數(shù)據(jù)檢索、分析和可視化工具，可直觀地對多重組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和智能分析[6]；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院于2021年研發(fā)了基因組優(yōu)化設(shè)計(jì)模型GOVS，結(jié)合基因組選擇以及雙單倍體誘導(dǎo)技術(shù)可以指導(dǎo)育種家利用最少的遺傳材料、最短的育種周期、最大限度地聚合優(yōu)勢等位基因，加速推動(dòng)了我國玉米智能設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系的建立[7]；2022年，浙江大學(xué)依托“設(shè)計(jì)育種會聚研究計(jì)劃”建成了國內(nèi)領(lǐng)先作物基因組大數(shù)據(jù)育種分析平臺，平臺數(shù)據(jù)庫收集了國內(nèi)外近6 000份常見水稻品種的基因組重測序數(shù)據(jù)及變異信息、3 000份水稻品種的46類表型數(shù)據(jù)，并提供了重要基因組資源在線分析模塊；北京市農(nóng)林科學(xué)院信息技術(shù)研究中心、谷豐光電等科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)研發(fā)的作物表型高通量獲取平臺、作物籽粒及果穗自動(dòng)化考種系統(tǒng)等技術(shù)產(chǎn)品與裝備，實(shí)現(xiàn)了作物表型數(shù)據(jù)的自動(dòng)化、高通量、連續(xù)獲取和基于多傳感器的作物表型指標(biāo)智能解析[8]；在繁制種技術(shù)研發(fā)方面，部分科研機(jī)構(gòu)或公司設(shè)計(jì)和研發(fā)了應(yīng)用于田間試驗(yàn)、制種生產(chǎn)和種子加工等方面的數(shù)字化和自動(dòng)化的系統(tǒng)和裝備，如國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心基于北斗研發(fā)的農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航與作業(yè)精準(zhǔn)測控關(guān)鍵技術(shù)，突破了農(nóng)機(jī)作業(yè)復(fù)雜工況自適應(yīng)的自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)瓶頸，建立了全程機(jī)械化作業(yè)智能監(jiān)測技術(shù)體系[9]。在商業(yè)化育種技術(shù)研發(fā)方面，自2017年以后，金種子育種云平臺、百奧云數(shù)字育種服務(wù)平臺、華智育種管家等商業(yè)化育種軟件和數(shù)據(jù)平臺相繼上線運(yùn)行服務(wù)，面向國內(nèi)大型育種企業(yè)和科研院所提供種質(zhì)資源管理、試驗(yàn)規(guī)劃、性狀采集APP、品種選育、品種區(qū)試、系譜管理、數(shù)據(jù)分析、基于無線電射頻識別（radio frequency identification，RFID）電子標(biāo)簽的育種全程可追溯等服務(wù)。

1.2.2 作物育種數(shù)字化應(yīng)用 種質(zhì)資源庫建設(shè)是推動(dòng)種業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一，也是全面實(shí)施種業(yè)振興行動(dòng)的核心內(nèi)容。早在1991年，我國就自主開發(fā)了國家農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，涵蓋了糧食、纖維、蔬菜等300多種、47萬份種質(zhì)信息，并提供數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、資源地圖等在線服務(wù)，在“十三五”期間共面向科研院所、企業(yè)、生產(chǎn)單位和社會工作開展信息共享128.9萬人次[10]。在部分大型種業(yè)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)中，高通量作物表型采集平臺、智能考種分析儀器、大數(shù)據(jù)育種分析平臺、智能檢測輔助儀器設(shè)備等智能軟件、裝備與平臺已經(jīng)初步應(yīng)用在育種數(shù)據(jù)獲取、解析、存儲、管理、應(yīng)用等各環(huán)節(jié)，促使育種工作便捷化、智能化、高效化。國內(nèi)大型種業(yè)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)如隆平高科、北大荒墾豐種業(yè)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院等，在育種材料、品種選育、系譜追溯、品種測試、田間性狀試驗(yàn)采集、長時(shí)段數(shù)據(jù)分析等常規(guī)育種全流程中應(yīng)用了商業(yè)化育種軟件或平臺，突破了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)育種的限制，在育種流程了實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化、細(xì)分化作業(yè)，大幅提升了育種企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的育種效率和市場核心競爭力。

1.2.3 繁制種數(shù)字化應(yīng)用 自2017年起，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部（原農(nóng)業(yè)部）共認(rèn)定2批次共117個(gè)國家區(qū)域性良種繁育基地。通過在繁育基地深入開展繁種制種數(shù)字化技術(shù)示范、推廣和應(yīng)用，大大提升了繁種制種效能和農(nóng)產(chǎn)品供種保障能力?；仄毡殚_展了數(shù)字化管理技術(shù)、種子加工包裝自動(dòng)化系統(tǒng)和種子質(zhì)量控制系統(tǒng)的集成與應(yīng)用，將蟲情監(jiān)測預(yù)警與綠色防控、墑情監(jiān)測預(yù)警與灌溉、農(nóng)機(jī)與無人機(jī)設(shè)備和新型的物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)遙感、無人機(jī)駕駛等技術(shù)結(jié)合，再配合考種、測產(chǎn)、植物性狀等自動(dòng)化、智能化檢測儀器和裝備，實(shí)現(xiàn)了良種繁供能力質(zhì)的飛躍。在制種方面，以張掖國家級玉米制種基地為代表的制種基地?cái)?shù)字化建設(shè)項(xiàng)目正在開展試點(diǎn)示范，通過應(yīng)用智能化和自動(dòng)化加工設(shè)備和田間采集設(shè)施，實(shí)現(xiàn)種子從田間生產(chǎn)、收獲采集、種子烘干、包衣加工、儲存管理等流程的數(shù)字化、自動(dòng)化控制與數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了制種效率的穩(wěn)步提升和種子質(zhì)量的源頭控制。

1.2.4 種業(yè)數(shù)字化推廣與應(yīng)用 隨著數(shù)字思維的深入人心，部分種業(yè)企業(yè)已經(jīng)搶抓數(shù)字化帶來的發(fā)展機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)營銷轉(zhuǎn)型升級。2015年，由隆平高科、中種集團(tuán)、金色農(nóng)華等10家國內(nèi)骨干種企和現(xiàn)代種業(yè)基金聯(lián)合組建的愛種網(wǎng)正式上線，我國種業(yè)數(shù)字化營銷的時(shí)代正式開啟[11]。通過開展種子分銷電商與精準(zhǔn)推廣創(chuàng)新種子銷售模式，突破傳統(tǒng)的“生廠商+經(jīng)銷商+零售商”銷售模式，實(shí)施整合營銷、拓寬營銷渠道、縮短中間環(huán)節(jié)、擴(kuò)充利潤空間，并通過電商大數(shù)據(jù)分析開展?jié)撛谑鼙娙后w的精準(zhǔn)營銷，推動(dòng)種業(yè)營銷環(huán)節(jié)向扁平化發(fā)展；通過種子標(biāo)識與追溯系統(tǒng)、種子檢測與分析技術(shù)開展質(zhì)量管理與追溯，對種子質(zhì)量進(jìn)行管控和保護(hù)，同時(shí)開展市場跟蹤與行情分析系統(tǒng)的應(yīng)用，對市場行情及種植戶反饋情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，適時(shí)調(diào)整營銷策略和手段；通過電商平臺、短視頻平臺、微博、微信等新媒體渠道開展品牌宣傳和建設(shè)，部分企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)打造出富有知名度的金字招牌。

1.2.5 種業(yè)種業(yè)監(jiān)管與服務(wù)數(shù)字化 2017年，中國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺正式上線，平臺按照統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口、統(tǒng)一數(shù)據(jù)應(yīng)用的原則，匯集了品種審定、品種登記、品種保護(hù)、品種推廣、生產(chǎn)經(jīng)營許可、市場監(jiān)管等跨部門、跨行業(yè)數(shù)據(jù)，面向種業(yè)管理者、企業(yè)和農(nóng)民等多元主體提供服務(wù)，來源可查、去向可追、責(zé)任可究的種業(yè)可追溯體系基本建立[12]。當(dāng)前，隨著種子生產(chǎn)經(jīng)營許可、品種審定等政策工作的調(diào)整，種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺生產(chǎn)經(jīng)營管理、品種管理、種情監(jiān)測調(diào)度等關(guān)鍵業(yè)務(wù)子系統(tǒng)得到優(yōu)化、底層數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)部分板塊互通，完成了與國務(wù)院、各部委、省委、基層體系等政務(wù)系統(tǒng)的對接，平臺通過共享節(jié)水、高抗、機(jī)收、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)品種信息數(shù)據(jù)，推動(dòng)種業(yè)和農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，大大提升了執(zhí)法效率，優(yōu)化了種業(yè)發(fā)展環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了品種、主體和種子信息鏈的綜合查詢，推進(jìn)了信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可視化展示，品種智能化分析輔助決策功能初步成型[13]。在種業(yè)公共服務(wù)方面，全國部分?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）如浙江、吉林、黑龍江、福建等已經(jīng)初步構(gòu)建了涵蓋農(nóng)作物品種審定、品種登記、生產(chǎn)經(jīng)營信息管理、種業(yè)科研服務(wù)等公共服務(wù)系統(tǒng)或平臺，面向科研機(jī)構(gòu)、種業(yè)企業(yè)、農(nóng)戶和種子經(jīng)銷商提供價(jià)格形勢信息、審批審定信息、管理服務(wù)信息、成果轉(zhuǎn)化等信息。

2 問題與差距：種業(yè)數(shù)字化發(fā)展困境

2.1 科技創(chuàng)新研發(fā)層面

總體來看，部分發(fā)達(dá)國家已經(jīng)建立了作物智能設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系，并以數(shù)字技術(shù)為驅(qū)動(dòng)，率先進(jìn)入了“常規(guī)育種＋生物技術(shù)＋信息技術(shù)＋人工智能”的種業(yè)“4.0時(shí)代”，在數(shù)字化育種、育種試驗(yàn)、商業(yè)化育種等方面取得了較多的技術(shù)創(chuàng)新和突破。對比發(fā)達(dá)國家，當(dāng)前我國仍處于以雜交選育和分子技術(shù)輔助選育為主的種業(yè)“2.0時(shí)代”至“3.0時(shí)代”之間，雖然移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等技術(shù)也在育種研發(fā)、繁種制種和市場化等種業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)取得了一系列技術(shù)成果，但是整體來看，種業(yè)數(shù)字化技術(shù)研發(fā)起步較晚，發(fā)展也相對不足，尚未建立起適用于我國的作物智能設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系。尤其是與智能設(shè)計(jì)育種相關(guān)的前沿技術(shù)與裝備研發(fā)方面更為欠缺。首先是農(nóng)業(yè)生物技術(shù)與人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的融合不足。育種性狀遺傳解析、育種元件設(shè)計(jì)、表型及代謝通路合成、新材料數(shù)字化測試和生物育種智能決策等育種關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新不足，僅在玉米、水稻等個(gè)別作物初步實(shí)現(xiàn)了智能設(shè)計(jì)育種體系的建議。其次是引領(lǐng)現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展的底層驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展不成熟。傳感器技術(shù)作為多維大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能設(shè)計(jì)育種的核心，目前在我國的研發(fā)仍停留在初級階段，國產(chǎn)自主產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)傳感器種類不到世界的10%，部分傳感器技術(shù)如植物本體信息傳感器基本處于空白，高端農(nóng)業(yè)傳感器核心元器件和農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)挖掘核心算法受制于人，尚未研發(fā)出自主可控的農(nóng)業(yè)專用高端智能芯片[14]。同時(shí)，國內(nèi)大多數(shù)育種科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)獲取與解析作物基因組及表型組數(shù)據(jù)的軟件、平臺或設(shè)備大多為國外引進(jìn)，自主研發(fā)率較低且性能較為單一，比如大多數(shù)我國自主研發(fā)的作物表型數(shù)據(jù)采集儀器多局限于單個(gè)性狀，缺乏多重性狀數(shù)據(jù)的組合同步自動(dòng)化獲取與解析，且大部分儀器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)格式相對較為獨(dú)立，部分軟件和設(shè)備還存在可操作性和經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)等問題。

與跨國種業(yè)巨頭研發(fā)投入的巨大差距是當(dāng)前我國種業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新能力不足的深層原因之一。跨國種業(yè)公司如孟山都、KWS、拜耳、先正達(dá)等研發(fā)投入占銷售額的比重超過12%，部分超過15%。而我國A股前3家種業(yè)企業(yè)（隆平高科、登海種業(yè)、豐樂種業(yè)）在2019年的研發(fā)投入占銷售額的比重均在3%以下。大型種企尚且如此，小型種企的創(chuàng)新研發(fā)投入就更加堪憂。據(jù)統(tǒng)計(jì),至2019年末，我國種業(yè)企業(yè)數(shù)量接近6 500家，其中營業(yè)收入在3 000萬元以上的種企僅占35%左右，具有創(chuàng)新研發(fā)能力的不到100家，呈現(xiàn)“小而散”的發(fā)展局面[15]。受企業(yè)規(guī)模小、資金不足等情況的限制，小型企業(yè)在研發(fā)資金、科研人員數(shù)量、新成果推廣等方面的投入普遍偏低，很難在育種數(shù)字化、智能化創(chuàng)新研發(fā)中實(shí)現(xiàn)新發(fā)展和新突破。

2.2 應(yīng)用層面

2.2.1 數(shù)字科技在育種中應(yīng)用不足 首先，受制于智能化、數(shù)字化育種技術(shù)產(chǎn)品與裝備研發(fā)的不成熟，在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)數(shù)據(jù)分析精確度低、多重組學(xué)結(jié)合松散、數(shù)據(jù)挖掘力度不強(qiáng)、品種適宜性不精確等諸多問題；其次，由于傳統(tǒng)育種家對數(shù)字化、智能化育種裝備及軟件的接受程度有限，多數(shù)還停留在“經(jīng)驗(yàn)育種”的階段，人工智能、自動(dòng)化設(shè)備、基因編輯技術(shù)的掌握程度較低，信息技術(shù)仍然無法取代育種家在作物育種過程中發(fā)揮的核心作用，育種精準(zhǔn)度和準(zhǔn)確度提升速度較為緩慢；再者，商業(yè)化育種管理平臺、軟件或系統(tǒng)的應(yīng)用不足，商業(yè)化育種體系尚未建立。目前國內(nèi)僅有少數(shù)大型種業(yè)企業(yè)如隆平高科、墾豐種業(yè)、荃銀高科等開展了商業(yè)化育種管理平臺和軟件的應(yīng)用，小型種業(yè)企業(yè)的應(yīng)用比例較低。

2.2.2 種業(yè)數(shù)據(jù)資源整合與利用效率低 首先，隨著數(shù)字科技與育種多重組學(xué)研究的不斷結(jié)合，育種效率得到大幅度提升，同樣育種企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的育種數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，包括表型組、基因組、蛋白組、轉(zhuǎn)錄組、分子標(biāo)記等實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)以及田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信息豐富且相對分散，再加上數(shù)字化工具應(yīng)用不足，導(dǎo)致數(shù)據(jù)綜合利用率低；其次，多數(shù)種業(yè)企業(yè)出于商業(yè)利益最大化考量，將育種過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是作為商業(yè)機(jī)密，對育種材料、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、流程與方法選擇等數(shù)據(jù)進(jìn)行商業(yè)秘密保護(hù)，甚至每個(gè)企業(yè)主體都有自身獨(dú)立的育種軟件和系統(tǒng)，導(dǎo)致了每個(gè)企業(yè)都形成了“數(shù)據(jù)孤島”，對基于數(shù)據(jù)共享之上的大數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)生了較大阻礙；再者，中國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺以及國家作物種質(zhì)資源庫僅為數(shù)據(jù)收集提供了框架，但在對多年來產(chǎn)生的種質(zhì)、育種和繁種等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效利用方面依然不足，將其整合處理成有效資源方面依然任重道遠(yuǎn)。

2.2.3 繁種制種數(shù)字化水平不高 傳統(tǒng)繁種基地存在數(shù)字化管理程度低、種子管理信息收集和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)信息溝通不暢等問題，基地田間數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施較為薄弱，水肥一體化設(shè)備、大棚溫室控制設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測儀器、智慧無線灌溉設(shè)施以及物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺建設(shè)相對不足，無法滿足繁種智能化、自動(dòng)化和精細(xì)化發(fā)展。田間試驗(yàn)機(jī)械和設(shè)備的自動(dòng)化、數(shù)字化水平較低，由于種植農(nóng)藝要求復(fù)雜、技術(shù)難度較大、研制成本較高等原因，相關(guān)自動(dòng)化和數(shù)字化的裝備多數(shù)停留在科研層面，實(shí)際投入田間試驗(yàn)的數(shù)量少、品種單一，無法滿足需要[16]。種子加工工藝較為落后，制種機(jī)械化、自動(dòng)化和數(shù)字化程度不高，存在農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合不夠、作業(yè)效率不高、作業(yè)效果不佳等問題，制約了種子質(zhì)量的提升和農(nóng)業(yè)效率的提高。

2.2.4 種業(yè)成果轉(zhuǎn)化和推廣的數(shù)字化水平較低首先，我國成熟的全國種業(yè)成果轉(zhuǎn)化數(shù)字服務(wù)平臺尚未形成，應(yīng)將各個(gè)社會組織及種業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化各相關(guān)部門的資源和優(yōu)勢進(jìn)行科學(xué)整合，并將種業(yè)科技研發(fā)需求、研發(fā)人員、待轉(zhuǎn)化的成果等信息智能打包歸納在數(shù)字化綜合平臺[17]；其次，我國種業(yè)電商還處于探索階段，農(nóng)民通過網(wǎng)購渠道購買種子的比例依舊較少，市場主體仍集中在批發(fā)商，電商對于種業(yè)銷售渠道再造功能體現(xiàn)不充分；再者，通過數(shù)字化手段及新媒體渠道開展品牌宣傳的種企較少，多數(shù)種業(yè)企業(yè)依然按照傳統(tǒng)方式通過經(jīng)銷商或代理商開展品牌推廣和宣傳，僅有少數(shù)企業(yè)通過微信、微博、短視頻平臺或直播方式進(jìn)行種子品牌推廣。

2.2.5 種業(yè)數(shù)字化監(jiān)管與服務(wù)體系不健全 首先，已搭建運(yùn)行的農(nóng)作物種子生產(chǎn)經(jīng)營許可信息管理系統(tǒng)依然存在賬號注冊審核不嚴(yán)、查詢功能不準(zhǔn)確、統(tǒng)計(jì)功能不健全、市場聯(lián)合監(jiān)管功能缺乏等問題，影響種業(yè)監(jiān)管效能；其次，雖然我國農(nóng)資質(zhì)量安全追溯平臺已于2017年正式上線，但其發(fā)展尚處于初級階段，其“身份證”的功用尚未等到充分發(fā)揮，多數(shù)小企業(yè)只是將符合政府要求的追溯信息提前印制在標(biāo)簽上，無法達(dá)到農(nóng)資質(zhì)量追溯體系建設(shè)“生產(chǎn)有記錄、信息可查詢、流向可追蹤、責(zé)任可追溯”，種子質(zhì)量良莠不齊、品種未審先推、品牌套牌侵權(quán)行為時(shí)有發(fā)生，農(nóng)作物種子質(zhì)量追溯體系的實(shí)際功能和作用亟待得到進(jìn)一步強(qiáng)化和挖掘；再者，當(dāng)前新品種登記、審批過程繁瑣，種業(yè)政務(wù)服務(wù)事項(xiàng)網(wǎng)上辦、掌上辦、一次辦仍未開展大規(guī)模推廣和試驗(yàn)。

3 態(tài)勢與方向：種業(yè)數(shù)字化發(fā)展前瞻

3.1 種業(yè)數(shù)字化技術(shù)研發(fā)態(tài)勢

隨著全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型換擋提速，作物育種技術(shù)也在數(shù)字變革與創(chuàng)新中進(jìn)入了多重組學(xué)技術(shù)高度融合為主的“育種4.0”時(shí)期?！坝N4.0”這一概念于2018年由美國康奈爾大學(xué)玉米遺傳育種學(xué)家、美國科學(xué)院院士Buckler教授提出，隨后意大利科學(xué)家Harfouched、我國科學(xué)家張啟發(fā)等也相繼提出全球作物育種正在進(jìn)入智能設(shè)計(jì)育種的“4.0時(shí)代”[18-20]。通過總結(jié)，可將智能設(shè)計(jì)育種“4.0”定義為：基于生命科學(xué)、信息科學(xué)等多學(xué)科的交叉與協(xié)同創(chuàng)新，以作物基因型、表型、環(huán)境及遺傳資源等組學(xué)大數(shù)據(jù)為核心基礎(chǔ)，通過人工智能技術(shù)對多重組學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)整合、分析和挖掘，建立機(jī)器深度學(xué)習(xí)預(yù)測算法與模型，實(shí)現(xiàn)育種設(shè)計(jì)方案的智能化和自動(dòng)化決策，最終實(shí)現(xiàn)作物新品種培育的精準(zhǔn)化、定向化和高效化[21]。在智能設(shè)計(jì)育種“4.0時(shí)代”，核心技術(shù)主要包括智能雜交育種和智能生物育種2個(gè)主要方向。智能雜交育種是以育種大數(shù)據(jù)和算法模型為基礎(chǔ)，根據(jù)作物目標(biāo)性狀的遺傳結(jié)構(gòu)，采用分子標(biāo)記輔助選擇或全基因組選擇策略，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和調(diào)控優(yōu)良基因；智能生物育種則是以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)優(yōu)異基因組序列，開展作物轉(zhuǎn)基因和基因編輯育種，精準(zhǔn)改良目標(biāo)性狀[22]。當(dāng)前，我國仍處于育種“2.0時(shí)代”到“3.0時(shí)代”的過渡階段，與種業(yè)強(qiáng)國的差距十分明顯[23]，但隨著我國數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，為“打好種業(yè)翻身仗”迎來了良好的歷史機(jī)遇。數(shù)字科技將為我國縮短與種業(yè)強(qiáng)國的差距提供可能與機(jī)遇，在未來10～20年內(nèi)我國將實(shí)現(xiàn)主要農(nóng)作物“育種4.0”技術(shù)體系的建立，復(fù)雜性狀的高效、定制、精準(zhǔn)的智能育種將成為育種新常態(tài)。

3.2 種業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化應(yīng)用發(fā)展態(tài)勢

3.2.1 育種繁種更加數(shù)字化、智能化 未來育種專家能夠充分利用多組學(xué)、大數(shù)據(jù)、育種軟件、超級計(jì)算機(jī)等工具，對作物綜合基因型、表現(xiàn)型和環(huán)境等因素建立模型，快速找到合適的基因搭配，使需要去田間實(shí)際驗(yàn)證的組合數(shù)量被大幅度壓縮。育種智能裝備的推廣和應(yīng)用以及現(xiàn)代化數(shù)控智能育苗溫室的廣泛建設(shè)，將使未來種苗的培育過程更加高效化、少人化、智能化，通過配備環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備、精準(zhǔn)噴灌系統(tǒng)、穴盤育苗精量播種機(jī)械、水簾風(fēng)機(jī)強(qiáng)制降溫系統(tǒng)等現(xiàn)代化智能設(shè)施設(shè)備，實(shí)現(xiàn)育種溫室溫度、濕度、光照等的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)，可以使育苗時(shí)間縮短、集約化程度提高、抗風(fēng)險(xiǎn)能力增強(qiáng)，而且有利于種苗高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病。同時(shí)，工廠化智能育苗管控平臺、育種數(shù)字化軟件以及移動(dòng)終端等的應(yīng)用，將有效創(chuàng)新數(shù)字化育種服務(wù)模式，向科研人員、育種企業(yè)提供實(shí)時(shí)精準(zhǔn)服務(wù)。

3.2.2 種業(yè)推廣和服務(wù)更加多樣化、精準(zhǔn)化 首先，種業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化將更加聚焦，以種業(yè)重大科技需求為導(dǎo)向，對標(biāo)發(fā)達(dá)國家種業(yè)“4.0時(shí)代”技術(shù)前沿，持續(xù)開展種業(yè)科技創(chuàng)新，將形成和種業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈相匹配的由種質(zhì)資源、基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、品種創(chuàng)制、種子質(zhì)量控制、成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化各環(huán)節(jié)構(gòu)成的種業(yè)科技創(chuàng)新鏈條，為全國種業(yè)科技自立自強(qiáng)和種業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供支持。其次，種業(yè)服務(wù)模式將不斷創(chuàng)新，通過“線上+線下”相結(jié)合、人工智能、VR/AR等技術(shù)相結(jié)合，充分運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，通過網(wǎng)上展廳、VR實(shí)景展示、云展直播等方式，展示推介種業(yè)發(fā)展成果。同時(shí)，種業(yè)平臺服務(wù)將更加精準(zhǔn)和多元。種業(yè)服務(wù)平臺面向相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈主體，可有針對性地開展種業(yè)金融服務(wù)、種業(yè)科技服務(wù)、種業(yè)信息服務(wù)、種業(yè)經(jīng)營服務(wù)、種業(yè)裝備服務(wù)以及種業(yè)人才支撐服務(wù)等多元化的服務(wù)。

3.2.3 種業(yè)大數(shù)據(jù)采集、利用和挖掘更加深入未來，通過大數(shù)據(jù)的深度應(yīng)用，“種業(yè)數(shù)據(jù)+互聯(lián)網(wǎng)+遙感+人工智能”的種業(yè)發(fā)展架構(gòu)將建立，實(shí)現(xiàn)對種業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)信息的高效采集、整理、分析、轉(zhuǎn)換和呈現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)種業(yè)生產(chǎn)與管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提高種業(yè)產(chǎn)業(yè)整體效率。在育種數(shù)據(jù)采集方面，通過高通量作物表型采集平臺、智能考種分析儀器、大數(shù)據(jù)育種分析平臺、智能檢測輔助儀器設(shè)備等育種智能裝備對作物基因、表型、環(huán)境等數(shù)據(jù)開展智能獲取，深入開展多重組學(xué)大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)解析，實(shí)現(xiàn)育種決策智能化、智慧化。在種業(yè)監(jiān)管服務(wù)大數(shù)據(jù)方面，將實(shí)現(xiàn)國家與省級之間、多個(gè)行政部門之間信息的互聯(lián)互通、共享與查詢，實(shí)現(xiàn)種子基地監(jiān)管、種業(yè)市場監(jiān)管、種子質(zhì)量追溯、種業(yè)社會化服務(wù)、種子檢測認(rèn)證等方面的數(shù)據(jù)共享與流通，種業(yè)全鏈條、全流程數(shù)字化監(jiān)管與服務(wù)水平穩(wěn)步提升。

4 問題與展望

現(xiàn)階段，我國已初步實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)與育種、繁種制種、產(chǎn)業(yè)推廣等多方面的融合，在育種專業(yè)化、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)綜合化、管理信息化、技術(shù)裝備精準(zhǔn)化等方面取得了諸多實(shí)效。但是，對比歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)進(jìn)入種業(yè)“4.0時(shí)代”的現(xiàn)狀，我國育種技術(shù)研發(fā)仍處于以雜交選育和分子技術(shù)輔助選育為主的種業(yè)“2.0時(shí)代”至“3.0時(shí)代”之間，智能設(shè)計(jì)育種相關(guān)的前沿技術(shù)與裝備研發(fā)較為欠缺，作物智能設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系尚未建立，商業(yè)化育種管理平臺的應(yīng)用不足、育種數(shù)據(jù)資源整合與利用效率低、繁種制種數(shù)字化水平不高、種業(yè)成果轉(zhuǎn)化和推廣的數(shù)字化水平較低等應(yīng)用層面的問題依然突出。

數(shù)字科技的迅猛發(fā)展，為我國縮短與種業(yè)強(qiáng)國的差距，構(gòu)建更加精準(zhǔn)、高效、個(gè)性化的智能設(shè)計(jì)育種技術(shù)體系帶來了可能,也為我國打贏種業(yè)“翻身仗”、實(shí)現(xiàn)種業(yè)彎道超車提供了新的方法和手段。以人工智能技術(shù)為依托，借助大數(shù)據(jù)深度分析與挖掘，搭建深度學(xué)習(xí)算法與模型，推廣種業(yè)智能裝備研發(fā)與應(yīng)用，在未來10～20年內(nèi)我國將實(shí)現(xiàn)主要農(nóng)作物技術(shù)體系的建立。與此同時(shí)，隨著育種繁種智能化、種業(yè)推廣和服務(wù)多樣化與精準(zhǔn)化、種業(yè)大數(shù)據(jù)的深度利用，以數(shù)字化賦能“育、繁、推、管、服”種業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)高效發(fā)展成為新時(shí)期我國種業(yè)發(fā)展的主流態(tài)勢。

面對種業(yè)數(shù)字化研發(fā)與應(yīng)用的新態(tài)勢與新方向，我國應(yīng)從學(xué)科基礎(chǔ)建設(shè)入手，重點(diǎn)加強(qiáng)生命科學(xué)與信息科學(xué)等多學(xué)科交叉融合專業(yè)設(shè)置，加大對數(shù)字科技與生物分子育種、常規(guī)育種交叉融合研究的科研項(xiàng)目與經(jīng)費(fèi)投入；重點(diǎn)鼓勵(lì)開展基于人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源基因組解析和重要基因挖掘等關(guān)鍵技術(shù)研究，基于基因組、代謝組、環(huán)境組、表型組等多重組學(xué)大數(shù)據(jù)資源，研發(fā)精準(zhǔn)化、高效化、定制化的智能育種方法與模型；深入完成種質(zhì)資源全面普查、系統(tǒng)調(diào)查與搶救性收集工作，開展全國及區(qū)域品種種質(zhì)資源保護(hù)與利用、種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定完善拓展全國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺監(jiān)管與服務(wù)功能，全面推廣基于大數(shù)據(jù)的商業(yè)化育種軟件，構(gòu)建種業(yè)成果轉(zhuǎn)化與對接的數(shù)字化綜合服務(wù)平臺，加快建立種業(yè)數(shù)字化營銷體系，以數(shù)字化賦能種業(yè)發(fā)展的“育、繁、推、管、服”的全產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)高效發(fā)展。