網友：現在的人工智能，能寫詩、畫畫，還能寫代碼，越來越能幹。我很好奇，如果人工智能走進農業領域，會對我們每天吃的糧食帶來什麼改變？未來的農作物能自己“思考”，從而應對旱澇等災害嗎？

編輯：這其實是一場正在發生的農業科技革命。如今，在中國科學家手中，育種從“設計”邁向“智能”，已蛻變為一門可預測、可編程、可定製的精密科學。本期“院士講科普”，我們邀請中國科學院院士、崖州灣國家實驗室主任李家洋，為我們解讀如何通過生命編程，讓每粒種子擁有“智慧”。

在黑龍江省五常市的稻田裏，曾發生過這樣一幕——

一場台風裹挾著暴雨過境，原本挺立的金色稻浪被壓倒在泥濘中。當地種植戶最不願看到這樣的場景：倒伏，意味著減產，一年的辛勞可能大打折扣。然而，在同一片試驗田裏，有一塊區域的水稻卻依然筆直挺立，與周圍形成了鮮明對比。

這是中國科學院院士、崖州灣國家實驗室主任李家洋團隊培育的“中科發”水稻品種——一種應用分子設計技術培育出的優良品種。在他的構想中，未來的種子將擁有更令人驚歎的能力：它們將不再是被動等待風雨的植物，而是能夠主動感知甚至“計算”環境變化的智能生命體。

種子能被“精準設計”

人類獲取食物的曆史，是一部不斷改良物種基因、改造作物的科技進化史。

“種瓜得瓜、種豆得豆，這是遺傳；長出的瓜有大有小，包含變異。育種家的工作，就是捕捉變異，固定優勢。”李家洋說。

在漫長的農業曆史中，作物育種技術經曆了數次科技革命與世代更替。

最早的“育種1.0”是馴化選育。我們的祖先花費數千年，從野生植物中馴化出農作物，依靠的是肉眼觀察和漫長的等待。20世紀開始，隨著遺傳學理論的成熟與應用，育種家開始有意識地應用雜交技術，極大地提高了糧食產量，“育種2.0”隨之而來。

然而，雜交育種如同“拆盲盒”，往往耗費數年甚至數十年。就像在無數個黑箱子裏摸索，成功率較低。育種家在田間地頭，麵對成千上萬株材料，尋找那萬分之一的幸運。

“有時候你想要作物高產，但高產的植株可能不抗病；想要抗病，可能口感又不好。”李家洋說。

到了“育種3.0”，隨著分子生物學的發展，科學家開始利用分子標記來輔助選擇，或者通過新技術引入特定的抗蟲、抗除草劑性狀。

1994年，李家洋回國進入中國科學院遺傳研究所工作。他與團隊通過解析水稻功能基因組，確定了控製產量、品質、抗病性等性狀的關鍵基因，並提出了“分子設計育種”的理念，這也讓育種邁入“4.0”。

所謂分子設計育種，就是解析出控製性狀的關鍵基因，弄清楚它們之間的調控網絡。科學家可以根據需求，將這些優異的基因模塊進行“組裝”。“我們希望像設計工業產品一樣，精準地設計種子。”李家洋說。

這一理念在水稻上取得了巨大成功——李家洋團隊培育的“中科發”係列水稻精準聚合了抗倒伏、抗稻瘟病、高產優質等基因，在東北實現了高產優質品種的升級迭代，並首次實現了我國南方雙季早粳稻零的突破，讓南方居民在7月份就能吃上口感軟糯的新粳米，改變了過去“早稻不好吃”的傳統印象。

2025年12月22日，中國科學院發布A類先導專項“種子精準設計與創造”係列科研成果。該專項通過創建精準設計育種新範式，取得了覆蓋理論、技術、產品的全鏈條體係化突破，累計推廣先導型作物新品種1448萬畝，為打造種業振興的“中國芯”提供科技支撐。

從田間到餐桌，從作物到水產，精準設計的理念，正在不同領域開花結果：在小麥領域，中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞團隊創製出既抗白粉病又高產的新種質，中國科學院遺傳與發育生物學研究所劉誌勇團隊挖掘出“免疫盾牌”基因，讓農藥用量大幅下降；在水產領域，中國科學院水生生物研究所研究員桂建芳團隊將“設計”延伸到了魚類，培育出“無肌間刺”的鯽魚，讓吃魚不再受魚刺困擾……

“還不夠。”李家洋認為，現有的設計雖然更精準，但往往是靜態的。麵對未來氣候變化和資源短缺的挑戰，我們需要更“聰明”的種子。

作物實現“按需表達”

“現有的作物品種，雖然經過了精心設計，但不夠智能。”李家洋解釋，比如植物體內的某些抗病基因，無論外界環境如何，往往處於持續表達狀態。

“植物的生長發育需要能量。如果一個抗病基因一直處於開啟狀態，即便沒有病害侵襲，它也在消耗能量，這必然會影響作物產量。”李家洋打了個比方，“就像家裏的燈，無論有人沒人一直亮著，顯然不節能。”

在他看來，“育種5.0”的鮮明特征是智能。這包含兩個層麵：一是智能品種，二是智能培育。

所謂智能品種，就是讓作物擁有自主應對環境變化的能力。

想象一下，一株水稻內部安裝了精密的“生物傳感器”和“智能開關”。當高溫熱浪來襲時能迅速感知，並啟動抗熱基因表達，調整代謝通路以鎖住水分；當氣溫回落，這套防禦係統自動關閉，能量重新分配給籽粒灌漿。當病菌入侵，免疫係統瞬間激活；病害消除後，又能迅速“休戰”。

“平時關閉，需時打開。在不同的發育階段、麵對不同的環境壓力，作物能夠最優化地動態調整自己的株型和代謝。”李家洋描繪了這樣一幅圖景，“這種‘按需表達’的機製才更加智能，它能解決長期以來高產與高抗難以兼得的矛盾，實現‘兩增兩減’——增產、增質，減投、減損。”

目前，這種“智能開關”研究已經取得初步成果。李家洋團隊及合作者已經發現了一些具有智能雛形的基因模塊，通過合成生物學及基因編輯技術，科學家正在嚐試構建這種動態響應的基因回路。

在計算機上“算”種子

要培育出“聰明”的種子，光靠生物技術還不夠，必須融合信息技術和人工智能。這就是“育種5.0”的另一層含義——智能培育。

一株作物擁有數萬個基因，它們之間的相互作用錯綜複雜，再加上環境因素的幹擾，數據量是天文數字，依靠人腦分析無法處理如此龐大的信息流。

“現在，人工智能和大數據正在改變這一切。”李家洋說。

進入“育種5.0”，人工智能成了育種家的“超級導航”。人工智能技術可以處理海量數據，從複雜的遺傳信息中挖掘出控製性狀的“底層代碼”，並預測基因修飾後的效果。以前改良一個性狀可能需要十幾年，現在通過人工智能輔助設計，周期能縮短到幾年。

“以前我們在田裏選種子，現在是在計算機上‘算’種子。”李家洋說。

智能培育還包括育種過程的智能化。在“育種5.0”的體係中，無人機和地麵機器人化身“全職體檢員”，利用多光譜傳感器對田間作物進行高通量表型采集。海量數據彙入雲端，人工智能算法能從數百萬種基因組合中，精準預測出哪種組合最能適應未來的氣候變化，哪種搭配能產生最高的產量。

這種變革將重塑農業的生產邏輯。暢想未來，農場裏或許很難再見到揮汗如雨的農民，取而代之的是操縱著控製台的“農業工人”或“生物工程師”。他們管理的不再是簡單的莊稼，而是高度精密的“生物工廠”。

對於消費者來說，“育種5.0”意味著更豐富、更健康的餐桌。從專門為糖尿病患者研發的低升糖指數水稻到高蛋白大豆，智慧農業將為個性化營養提供更多可能。

當然，通往“育種5.0”的道路並非坦途。李家洋坦言，目前仍麵臨諸多挑戰：不同作物的生長模式差異巨大，基礎研究還需深入；海量的基因型與表型數據尚待積累和標準化；跨領域的複合型人才依然緊缺。

“這是一個需要長期投入的過程。”李家洋給出自己的時間表：計劃用5年左右搭建起智能育種的基本框架，10年左右培育出先導性的智能品種。再過20年，智能育種或將成為主流。

種子是農業的“芯片”，關乎國家糧食安全。在位於海南省三亞市的崖州灣國家實驗室，李家洋和他的團隊正日夜兼程。當每粒種子都擁有了“智慧”，當古老農耕文明遇上前沿數字技術，充滿希望的智能田野正向我們敞開。

資料來源：崖州灣國家實驗室

《人民日報》（2026年01月17日06版）