水稻智能设计育种4.0：种子的力量改变世界

水稻作为全球50%左右人口的主粮，其育种历程展示了种子的力量。在北京腾讯科学WE大会上，提出的水稻智能设计育种4.0的动态，让我们感受到水稻育种的历史进程和种子的巨大潜力。

驯化选育育种1.0

人类对农作物的驯化是农业文明发轫的重要标志。通过对野生植物的漫长时间的驯化，其符合人类需求的形状被留了下来。驯化之后的作物产量有了明显的提高，适用种植范围也有了显著的拓宽。如今我们栽培的水稻，上溯其祖先，都是距今约7000年到10000年前的“二倍体野生稻”。

二倍体是指由受精卵发育而来，且体细胞中含有两个染色体组的生物个体。由二倍体的体细胞培育而来的植物，以及由只含一组染色体组的单倍体经过染色体数目加倍处理而来的植物也叫二倍体。可用2n表示。人和几乎全部的高等动物，还有一半以上的高等植物都是二倍体。

多倍化是指细胞核中的染色体组发生加倍，并以可遗传的方式传递给后代的现象。多倍化为生物进化提供了原始的遗传材料，被认为是进化的加速器。

多倍体化是植物最重要的进化事件之一，从二倍体向多倍体演化过程引入了新的遗传信息。

杂交育种2.0

杂交育种是将不同性状的亲本进行杂交并实现性状的重新组合：杂交后代中既可能出现双亲优良性状的组合（甚至出现超亲代的优良性状）；也可能出现双亲劣势性状的组合，亦或双亲没有的劣势性状；然后在众多杂交后代中选留符合育种目标的个体，进一步培育成性状优良能稳定遗传的新品种。

首次成功的实现水稻杂交育种的是美国人Henry Beache，他在1963年于印度尼西亚完成，并由此获得1996年的世界粮食奖。由于Henry Beache的设想和方案存在着某些缺陷，无法进行大规模的推广。

后来日本人提出了三系选育法来培育杂交水稻，提出可以寻找合适的野生的雄性不育株来作为培育杂交水稻的基础。虽然经过多年努力日本人找到了野生的雄性不育株，但是效果不是很好；另外日本人还提出了一系列的水稻育种新方法，比如赶粉等，但是最后由于种种原因没法完成杂交水稻的产业化。

我国科学家袁隆平于1971年2月调到湖南省农业科学院专门从事杂交水稻研究工作。1973年，以他为首的科技攻关组完成了三系配套并成功培育杂交水稻，实现了杂交水稻的历史性突破。1984年6月成立了全国性的杂交水稻专门研究机构－－湖南杂交水稻研究中心，后又成立国家杂交水稻工程技术研究中心，均由袁隆平任中心主任至今。1986年提出“两系法亚种间杂种优势利用”的发展观点，经6年艰难攻关，与研究人员成功地突破了两系杂交稻关键技术并推广应用，取得了良好的增产效果。1997年提出“杂交水稻超高产育种”的技术路线，在国际上引起高度重视。在他的率领下，先后于2000年、2004年和2011年实现了超级稻亩产700公斤、800公斤和900公斤的第一期、第二期、第三期目标，亩产1000公斤的第四期目标也于2014年10月实现历史性突破，为进一步大面积、大幅度提高水稻产量奠定了基础。

分子育种3.0

杂交育种有它自己的“缺点”：水稻品种“双方”杂交成什么样子，要尊重自然的“抉择”，说的在普通一些，两种水稻品种相结合，“孕育”出什么“孩子”，大自然说了算，科研学者没有“决定权”。科研工作者能做的，就是从生出来的“孩子”里挑出一个符合需求、性状稳定的来，再进行规模生产。这种选择往往要经过十年甚至数十年的辛勤努力。

这其实是“性状的选择”。而随着时代发展和技术进步，科研工作者提出了“让基因直接选择”的想法，这就是水稻分子育种3.0。啥意思呢？就是说，科研工作者不用再花费很长的时间，可以自己决定杂交后的“孩子”——新品种水稻是什么样。换句话说，水稻的分子育种就像工业生产中设计工业品一样来对水稻进行“设计”。

水稻分子育种是如何操作的呢？有一个水稻基因的库——水稻基因数据库，在该数据库中，储存着水稻的各种基因。科研工作者为这些不同的基因进行分子标记，从而找出“好基因”与“坏基因”。

利用这种方法，对水稻品种进行“个性化”设计，可以高效地、较好地实现新品种培育。

智能设计育种4.0

至于正在由理论变成现实的水稻智能设计育种4.0，中国科学院院士、国家作物种质库主任钱前谈到，这种方法可能会类似人工智能助手，例如，当我们想培育出能够适应不同气候变化的水稻品种，兼具优质、高产、抗逆、高效等特征的水稻品种时，系统能够辅助提供或者评估相关技术方案。

水稻智能设计育种关键是加快种质资源数字化进程。在此次腾讯WE大会上，发布了腾讯科技馆的“数字种质库”，这将成为以数字技术充分、高效挖掘和利用种质资源的一大助推力。该“数字种质库”利用3D建模等技术将各类作物进行数字化，使之实现三维动态的呈现。

水稻育种经历了驯化选育育种1.0和杂交育种2.0的发展阶段，而如今的水稻智能设计育种4.0正展现出其潜力与创新。种子的力量不容小觑，它能改变世界，为人类提供粮食安全。期待未来，水稻育种的持续创新将为全球粮食生产带来更大的突破和进展。