馬晨，李瑾，趙春江，馮獻，范貝貝，郭美榮，曹冰雪

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院信息技術(shù)研究中心，北京 100097；2.國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，北京 100097）

一、前言

種業(yè)是農(nóng)業(yè)的“芯片”，在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、先導(dǎo)性、核心性和引領(lǐng)性地位日益突出，引領(lǐng)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、培育農(nóng)業(yè)發(fā)展新動能、贏得農(nóng)業(yè)競爭優(yōu)勢迫切需要種業(yè)優(yōu)先發(fā)展、率先突破。美國、以色列、歐盟等在21世紀(jì)初已初步實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(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)鏈拓展等方面實現(xiàn)了較大的技術(shù)創(chuàng)新和突破，積極搶占種業(yè)發(fā)展制高點。對比發(fā)達國家，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)發(fā)展初級階段，雖然移動互聯(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)開展了應(yīng)用，并取得了系列技術(shù)成果，但是整體來看，我國“互聯(lián)網(wǎng)+”種業(yè)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)計育種技術(shù)體系，制約了我國種業(yè)向智能育種4.0時代邁進。

科技創(chuàng)新是種業(yè)競爭的實質(zhì)，決定了種業(yè)的自主創(chuàng)新發(fā)展[1]。國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于種業(yè)科技創(chuàng)新的研究主要集中于育種關(guān)鍵技術(shù)、新品種創(chuàng)制、商業(yè)育種平臺創(chuàng)新等方面開展。一是關(guān)于育種發(fā)展階段的研究。育種技術(shù)在經(jīng)歷了馴化育種、遺傳育種、分子育種三個標(biāo)志性階段后，正逐步向智能設(shè)計育種階段發(fā)展，推動了現(xiàn)代種業(yè)的轉(zhuǎn)型升級[2,3]。二是關(guān)于育種技術(shù)創(chuàng)新的研究。伴隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)、智能裝備技術(shù)與生物技術(shù)的深度融合，育種技術(shù)也逐步向精準(zhǔn)化、智能化、工程化的智能設(shè)計育種方向發(fā)展，高通量獲取設(shè)施裝備技術(shù)[4,5]、傳感器技術(shù)[6,7]、表型智能解析[8,9]、多重組學(xué)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)[10,11]等被廣泛應(yīng)用于育種環(huán)節(jié)，能夠獲取育種目標(biāo)的最佳基因型，進而高效、精準(zhǔn)地培育出目標(biāo)新品種，大大縮短了育種周期，提高了育種效率，有效推動了種業(yè)的轉(zhuǎn)型升級[12]。三是關(guān)于品種創(chuàng)新的研究。總體來說，自1999年4月23日農(nóng)業(yè)部受理第一個農(nóng)業(yè)植物新品種申請以來我國種業(yè)新品種申請與授權(quán)量穩(wěn)步上升，育種創(chuàng)新能力逐步增強[13]，育成了“京科968”[14]、京花12號[15]等優(yōu)良品種，在全國適應(yīng)性試驗與示范推廣成效顯著。四是關(guān)于商業(yè)育種平臺創(chuàng)新方面，先正達集團、拜耳公司、巴斯夫股份公司等國際種業(yè)公司先后構(gòu)建了AgriEdge Excelsior平臺、FieldView平臺、xarvioTM平臺，實現(xiàn)海量育種數(shù)據(jù)的超大存儲、復(fù)雜數(shù)據(jù)的高效分析、龐大系統(tǒng)的科學(xué)管理，并提供從播種建議、病害預(yù)警、農(nóng)藝分析、科學(xué)決策等簡捷、高效、精準(zhǔn)的服務(wù)，我國也早在2005年就開始籌建國家農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心，旨在有效盤活、挖掘、搶救和保存我國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)資源、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與集成應(yīng)用[16,17]。

但是，現(xiàn)有關(guān)于我國現(xiàn)代種業(yè)的文獻中，以現(xiàn)代生物技術(shù)在育種領(lǐng)域的滲透為主，關(guān)注的是不同品種的育種現(xiàn)代化，對互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等在現(xiàn)代種業(yè)的滲透研究較少、應(yīng)用場景探索不明；對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、表型組大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、作物表型-環(huán)境大數(shù)據(jù)技術(shù)、育種大數(shù)據(jù)存儲管理與應(yīng)用技術(shù)等“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代育種技術(shù)關(guān)注較少，對“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)應(yīng)用技術(shù)體系與技術(shù)路徑尚不清晰，因此，迫切需要基于我國“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)現(xiàn)狀與需求進行研究，提出其應(yīng)用技術(shù)體系與技術(shù)路線圖，研判其未來發(fā)展路徑。

二、“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)的主要應(yīng)用場景

伴隨著大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)為核心的新一代信息技術(shù)正在加速向各領(lǐng)域滲透發(fā)展，我國種業(yè)正在通過將移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、邊緣計算等新一代信息技術(shù)，與分子標(biāo)記、轉(zhuǎn)基因、基因編輯、分子設(shè)計育種等現(xiàn)代生物技術(shù)融合，培育了面向政府管理部門、科研單位、育種機構(gòu)、繁育基地、種業(yè)市場等不同主體的應(yīng)用場景，全面提升育種、繁種、推廣、監(jiān)管、服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)的數(shù)字化和智能化水平，推動育種專業(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，為加快推進種業(yè)振興，實現(xiàn)種業(yè)科技自立自強、種源自主可控提供了有效支撐。

（一）“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)的概念與特征

根據(jù)我國對于“打贏種業(yè)翻身仗”的戰(zhàn)略導(dǎo)向，結(jié)合《“十四五”現(xiàn)代種業(yè)提升工程建設(shè)規(guī)劃》和《種業(yè)振興行動方案》等具體行動方案的部署，以及作者團隊近年來在商業(yè)化育種體系、植物表型組學(xué)大數(shù)據(jù)和智能設(shè)計育種等方面的研究探索，本文研究的“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)是以育種人員、種業(yè)企業(yè)、政府機構(gòu)、生產(chǎn)主體等產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)主體需求為中心，結(jié)合生命科學(xué)、信息科學(xué)等最新理論創(chuàng)新，依托生命技術(shù)（分子標(biāo)記、全基因組測序、基因編輯、生物合成等）與信息技術(shù)（大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)、傳感器技術(shù)等）的交叉融合與協(xié)同創(chuàng)新，探索種業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、云端化、智能化轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)現(xiàn)代種業(yè)品種創(chuàng)新數(shù)字化、生產(chǎn)經(jīng)營智能化、產(chǎn)業(yè)體系生態(tài)化、用戶服務(wù)敏捷化的種業(yè)4.0產(chǎn)業(yè)新形態(tài)。“互聯(lián)網(wǎng)+” 現(xiàn)代種業(yè)具有促進育種技術(shù)精準(zhǔn)化、重構(gòu)生態(tài)化育種體系、推動經(jīng)營管理數(shù)字化和實現(xiàn)用戶服務(wù)智能化等特點，在推動種業(yè)“育、繁、推、管、服”全產(chǎn)業(yè)鏈一體化高質(zhì)量發(fā)展，打好種業(yè)翻身仗，推動我國由種業(yè)大國向種業(yè)強國邁進發(fā)揮著重要作用。

（二）“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用場景

1.我國“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)的主要研發(fā)現(xiàn)狀

近年來，我國政府、研究機構(gòu)和種業(yè)企業(yè)也正在逐漸加大新一代信息技術(shù)與育種、繁種制種、產(chǎn)業(yè)化等多方面的融合，取得了一系列的技術(shù)創(chuàng)新與突破。

生物技術(shù)與信息技術(shù)逐步融合。在育種技術(shù)研發(fā)方面，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)開展將基因組數(shù)據(jù)與表型組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組數(shù)據(jù)相結(jié)合的多組學(xué)研究，大量未知基因的功能被迅速解碼，為智能設(shè)計育種提供了重要技術(shù)與理論基礎(chǔ)，如華中農(nóng)業(yè)大學(xué)于2020年整合來自同一玉米群體的基因組、轉(zhuǎn)錄組、表型組、代謝組、表觀基因組、遺傳變異以及遺傳定位結(jié)果等多組學(xué)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了玉米屬綜合數(shù)據(jù)庫ZEAMAP，內(nèi)嵌了基因組“瀏覽器”和“搜索引擎”，實現(xiàn)了對相關(guān)組學(xué)數(shù)據(jù)的高度集成、快速檢索和智能分析[18]；2016年，中國科學(xué)院植物研究所研發(fā)了國內(nèi)首套基于激光雷達技術(shù)的作物高通量三維表型監(jiān)測平臺Crop 3D，集成了激光雷達、高分辨率相機、多光譜和熱成像儀4種傳感器，不僅可進行常規(guī)參數(shù)（覆蓋度、植被指數(shù)、葉片溫度等）的提取，而且通量化的測量效率可實現(xiàn)作物全生育期監(jiān)測，輔助室內(nèi)育種篩選、作物建模和脅迫響應(yīng)分析等研究[19]。

信息技術(shù)裝備被逐步應(yīng)用于制種領(lǐng)域。在繁制種技術(shù)研發(fā)方面，研發(fā)了應(yīng)用于田間試驗、制種生產(chǎn)和種子加工等方面的信息化、自動化的系統(tǒng)及裝備，很大程度上提升了育種試驗和制種效率。如農(nóng)業(yè)部自2017年起，就在全國117個國家區(qū)域性良種繁育基地推廣信息技術(shù)裝備，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)機與無人機設(shè)備和新型的物聯(lián)網(wǎng)、無人機遙感、無人機駕駛等技術(shù)結(jié)合，再配合考種、測產(chǎn)、植物性狀等自動化和智能化檢測儀器及裝備，幫助黑龍江省樺川縣常規(guī)稻繁育基地、河南省滑縣小麥繁育基地等實現(xiàn)了良種繁供能力獲得質(zhì)的飛躍；國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心研發(fā)的基于北斗的農(nóng)機自動導(dǎo)航與作業(yè)精準(zhǔn)測控關(guān)鍵技術(shù)，突破了農(nóng)機作業(yè)復(fù)雜工況自適應(yīng)的自動導(dǎo)航技術(shù)瓶頸，建立了全程機械化作業(yè)智能監(jiān)測技術(shù)體系。

支撐育種全程信息化管理與追溯。在商業(yè)化育種技術(shù)研發(fā)方面，2016年，國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心將物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與商業(yè)化育種技術(shù)緊密結(jié)合，集成應(yīng)用計算機、地理信息系統(tǒng)（GIS）、人工智能等技術(shù)，研發(fā)了全國首個具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的“互聯(lián)網(wǎng)+”商業(yè)化育種大數(shù)據(jù)平臺——“金種子育種云平臺”，面向全國育種企業(yè)和科研院所提供種質(zhì)資源管理、試驗規(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、基于電子標(biāo)簽（RFID）的育種全程可追溯等服務(wù)[20]。華智水稻生物技術(shù)有限公司研發(fā)了現(xiàn)代化育種軟件平臺“華智育種管家”，平臺涵蓋種質(zhì)庫存、繁育活動、品種測試、分子育種、移動應(yīng)用、系統(tǒng)管理等8 大核心模塊，能夠提供育種材料、雜交配組、田間測試等管理，以及開展育種數(shù)據(jù)分析與品種綜合評價，目前已在袁隆平農(nóng)業(yè)高科技股份有限公司、四川農(nóng)大高科農(nóng)業(yè)有限責(zé)任公司、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等37家育種單位開展合作與應(yīng)用推廣。

2.我國“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)主要應(yīng)用場景

目前，“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)主要聚焦政府管理部門、育種科研機構(gòu)、育繁種基地、種業(yè)市場等不同主體需求，搭建了包括中國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺、國家農(nóng)作物種質(zhì)資源共享服務(wù)平臺等“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺，衍生出了四大應(yīng)用場景（見表1）。

表1 “互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)主要應(yīng)用場景

面向政府管理部門：種業(yè)監(jiān)管大數(shù)據(jù)平臺，以種業(yè)大數(shù)據(jù)分析、挖掘和可視化為支撐，以提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息服務(wù)為內(nèi)容，覆蓋品種審定、品種登記、品種保護、品種推廣等各項種業(yè)行業(yè)數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)品種可追溯、種子質(zhì)量可追溯、市場主體可追溯和一站式信息查詢和業(yè)務(wù)辦理。種業(yè)監(jiān)管大數(shù)據(jù)平臺以種業(yè)數(shù)據(jù)的采集、處理分析和利用為核心，具有數(shù)據(jù)量大，決策支撐能力強，服務(wù)便捷和公益性特征。從實踐應(yīng)用來看，我國以中國種業(yè)信息中國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，以信息公開、強化監(jiān)管、優(yōu)化服務(wù)為宗旨，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，對國家、省、地市、縣四級的種業(yè)管理數(shù)據(jù)信息進行整合，打通品種審定、登記、保護以及種子生產(chǎn)經(jīng)營許可、種子市場監(jiān)管等種業(yè)管理相關(guān)信息，通過種業(yè)信息互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享公開，實現(xiàn)品種可追溯、種子質(zhì)量可追溯、市場主體可追溯，有效解決了我國種業(yè)存在的信息孤島現(xiàn)象，為全面提升種業(yè)管理水平提供技術(shù)支撐。

面向育種科研機構(gòu)：種質(zhì)資源管理平臺，用于糧、棉、油、菜等作物種質(zhì)資源和遺傳材料的數(shù)字化管理和利用，種質(zhì)資源管理平臺的數(shù)據(jù)包括種質(zhì)考察、引種、保存、監(jiān)測、鑒定、評價和利用數(shù)據(jù)，作物品種系譜、區(qū)試、示范和審定數(shù)據(jù)，以及作物指紋圖譜和DNA 序列數(shù)據(jù)等，通過條形碼或電子標(biāo)簽技術(shù)等為每一份種子建立唯一標(biāo)識，以促進育種資源的妥善保管和優(yōu)良品種的選育。從實踐應(yīng)用來看，我國建立了國家農(nóng)作物種質(zhì)資源共享服務(wù)平臺，開發(fā)了中國作物種質(zhì)資源信息系統(tǒng)，其主要用戶包括決策部門、新品種保護和品種審定機構(gòu)、種質(zhì)資源和生物技術(shù)研究人員、育種家、種質(zhì)庫管理、引種和考察人員、農(nóng)民及種子、飼料、釀酒、制藥、食品、飲料、煙草、輕紡和環(huán)保等企業(yè)。國家農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，除具有數(shù)據(jù)生成、維護、查詢、報表打印、數(shù)據(jù)連接變換等功能外，還實現(xiàn)了大樣本數(shù)理統(tǒng)計分析、作物系譜分析、圖形分析、多字段分類統(tǒng)計等，可為全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研單位提供種質(zhì)信息。

面向育繁種基地：種業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，基于二維碼、傳感器網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控、移動通信、RFID 等信息技術(shù)，運用溫濕度傳感器、光傳感器、CO2傳感器，以及作物表型觀測技術(shù)與設(shè)備、考種系統(tǒng)、智能催芽裝備、自動移栽機械裝備等，建立起涵蓋感知層、傳輸層、應(yīng)用層3個層次的物聯(lián)網(wǎng)體系，實時顯示育種繁種環(huán)境參數(shù)，自動控制育種繁種過程，實現(xiàn)育種繁種全程自動化、數(shù)字化、智能化，從而保證種苗擁有良好、適宜的生長環(huán)境，顯著降低育種繁種人工成本，促進育種繁種提質(zhì)增效?，F(xiàn)階段，面向育種繁種基地的種業(yè)物聯(lián)網(wǎng)典型場景已開展較多實踐。例如，托普云農(nóng)開發(fā)的考種系統(tǒng)、葉片形態(tài)測量儀、作物冠層分析儀、智能光照培養(yǎng)箱等，能夠從種子的根、莖、葉到果實進行全方位檢測，為種苗生產(chǎn)提供最適宜環(huán)境。同時搭配智能農(nóng)機裝備和APP 使用，實現(xiàn)作物品種繁育的網(wǎng)絡(luò)化、智能化，四川邛崍市已成功推廣了考種、測產(chǎn)、植物性狀監(jiān)測儀器等，助力其打造中國“種業(yè)硅谷”。

面向種業(yè)市場：種業(yè)社會化服務(wù)平臺，服務(wù)種業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的智能服務(wù)平臺，覆蓋產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后，以及包裝、銷售等內(nèi)容，以服務(wù)產(chǎn)品形式匯聚在平臺上，下游企業(yè)通過平臺與服務(wù)組織進行對接和交流，促進種業(yè)服務(wù)資源合理流動。平臺應(yīng)用先進的大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等信息技術(shù)，對大數(shù)據(jù)進行挖掘，實現(xiàn)個性化信息推送，為種業(yè)交易當(dāng)事人、服務(wù)商和社會公眾等提供個性化的全方位信息服務(wù)。種業(yè)服務(wù)平臺可將收集到的種子、種苗供需信息進行匯總整理，并定期更新公示，及時為產(chǎn)區(qū)農(nóng)戶、合作社、種植公司等提供一手信息，且對有需求的客戶提供相關(guān)質(zhì)量、技術(shù)、溯源等服務(wù)。隨著信息技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，還需要加大網(wǎng)絡(luò)種子渠道的建設(shè)，通過技術(shù)平臺建設(shè)，借助現(xiàn)在完善的網(wǎng)絡(luò)支付系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、溯源保真系統(tǒng)，助推種子銷售渠道的扁平化和去中間化。

三、我國“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展需求分析

盡管我國已經(jīng)開始了“互聯(lián)網(wǎng)+”信息技術(shù)與智能裝備在現(xiàn)代種業(yè)中的應(yīng)用，但是總體而言仍處于初期探索階段，部分技術(shù)裝備仍依賴國外，部分場景僅用于示范展示，尚沒有在我國大范圍推廣應(yīng)用，仍存在進一步加強我國種業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化提升、種質(zhì)資源信息共建共享等現(xiàn)實需求。

（一）種質(zhì)資源與信息采集設(shè)備缺失，種業(yè)信息化、數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施有待進一步加強

與美國、德國等種業(yè)發(fā)展先進國家相比，我國的種業(yè)信息化程度不高，發(fā)展種業(yè)信息化所需的設(shè)施與裝備有待進一步完善。以育種、繁種過程中所需的遙感技術(shù)為例，無人機低空遙感技術(shù)具有高通量、高定位精度、高效率、機動靈活等優(yōu)勢，基于無人機低空遙感的育種信息采集能夠更加深度的剖析農(nóng)作物的遺傳性狀，挖掘作物生長的潛在特征，有效提高育種效率[21]。但目前我國的農(nóng)業(yè)遙感普及率依然較低，現(xiàn)有采集設(shè)備大都布局在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)、農(nóng)業(yè)信息化示范基地等，或是在有條件的科研機構(gòu)用于實驗室育種，尚未在育種、繁種基地普及。因此，迫切需要在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)信息化、數(shù)字化的基礎(chǔ)上加強現(xiàn)代種業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的信息化改造，打造互聯(lián)互通、共建共享、省市縣三位一體的“互聯(lián)網(wǎng)+”種業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施布局，推動無人機、智能傳感器等表型信息獲取技術(shù)裝備在種業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化的種業(yè)信息監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施，為現(xiàn)代化育種、繁種的發(fā)展提供數(shù)據(jù)和算力支撐。

（二）種業(yè)數(shù)據(jù)共享存在障礙，迫切需要進一步加強種質(zhì)資源信息共享機制

目前，我國農(nóng)作物種質(zhì)資源共享利用不足，一方面是農(nóng)作物種質(zhì)資源信息共享機制不健全，導(dǎo)致優(yōu)異種質(zhì)資源難以有效利用。當(dāng)前，科研人員均主要通過查找文獻資料了解并獲知相關(guān)農(nóng)作物種質(zhì)信息，并主要通過單位間種質(zhì)交換和自行收集種質(zhì)居多，農(nóng)作物種質(zhì)資源信息共享服務(wù)不能完全滿足從事科研與農(nóng)業(yè)推廣生產(chǎn)的需求[22]。受限于國內(nèi)育種領(lǐng)域體制機制存在局限障礙、共享服務(wù)支撐不足、政策法規(guī)建設(shè)滯后、共享標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則缺乏等因素，使得育種過程面臨數(shù)據(jù)資源無法互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象頻現(xiàn)等制約，對整個育種工作中的數(shù)據(jù)分析工作形成一定的阻礙，導(dǎo)致較難實現(xiàn)育種決策過程的數(shù)據(jù)信息交流。另一方面，農(nóng)作物種質(zhì)資源共享平臺建設(shè)滯后，種質(zhì)研究信息不暢、互相割據(jù)、重復(fù)研究現(xiàn)象普遍存在，亟待制定科學(xué)合理的種質(zhì)資源利益分享機制，整合、集成全國性農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)共享平臺，優(yōu)化種質(zhì)資源信息共享服務(wù)水平，提高種質(zhì)資源的共享效率，提高作物種質(zhì)資源利用效率，更好地保護和利用我國豐富的作物種質(zhì)資源，提升國家農(nóng)業(yè)創(chuàng)新體系的整體實力和水平。因此，迫切需要在頂層設(shè)計框架下，整合現(xiàn)有種質(zhì)資源的基礎(chǔ)上建立種業(yè)大數(shù)據(jù)庫，并以農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)共享平臺為基礎(chǔ)，建立健全農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)資源共享機制，重點完善政府相關(guān)部門及有關(guān)單位農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)共享考評激勵機制，以制度督促各相關(guān)部門積極主動參與農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)共建共享。

（三）“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)關(guān)鍵技術(shù)尚存瓶頸，迫切需要進一步突破育種繁種關(guān)鍵技術(shù)裝備

我國農(nóng)業(yè)傳感器整體在基本原理研究、新材料應(yīng)用、核心制造工藝創(chuàng)新等領(lǐng)域都存在明顯不足，傳感器精度難以符合實際應(yīng)用需求。就種業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系中的傳感器應(yīng)用而言，目前除了空氣溫濕度、光照、二氧化碳傳感器等比較成熟外，種苗營養(yǎng)元素（氮素）傳感器、激素傳感器、氨基酸傳感器、生長物候傳感器等種苗生命信息感知傳感器的研發(fā)水平均相對較低，難以對育種繁種工作提供有價值的數(shù)據(jù)支撐。此外，我國作物表型觀測、智能催芽、自動移栽機械裝備等育種繁種智能化裝備研發(fā)起步較晚，目前雖然具備了一定基礎(chǔ)，但在表型高通量獲取、機械臂研制等方面與發(fā)達國家相比差距較大，存在關(guān)鍵技術(shù)“黑盒子”、設(shè)備不穩(wěn)定等問題。同時，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與智能裝備的融合程度也不夠，使得育種繁種智能化裝備在日常工作中實際應(yīng)用效果一般，在育種繁種效率提升方面沒有顯出明顯優(yōu)勢。因此，迫切需要重點突破種業(yè)信息獲取專用傳感技術(shù)等核心關(guān)鍵技術(shù)，搭建作物表型信息與生長需求的關(guān)系模型，制備并提升“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)智能裝備的可靠性，形成一整套共性關(guān)鍵技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提升我國現(xiàn)代種業(yè)的國際競爭力。

（四）商業(yè)化育種的接受程度受限，迫切需要進一步加大商業(yè)化育種體系的推廣與普及

商業(yè)化育種的接受程度受限，一是因為商業(yè)化育種軟件尚不成熟，作為育種工作的核心工具，目前國內(nèi)商業(yè)化育種軟件仍難以滿足日益變化的育種工作需要，技術(shù)產(chǎn)品適用性有待提高。例如，市場上主要的育種軟件大多安裝在電腦上使用，沒有適配移動端，使得育種數(shù)據(jù)采集、核對工作效率和準(zhǔn)確度較低。受到遺傳評估程序計算效率限制，很多商業(yè)化育種軟件測定無法在當(dāng)天完成選留工作，影響了育種效率。同時，育種決策的數(shù)學(xué)運算模型還不夠成熟，使軟件的定量化和智能化決策效果不明顯。二是因為育種人員的接受程度有限、數(shù)字素養(yǎng)有待提升，商業(yè)化育種軟件的應(yīng)用能夠削弱育種人員的經(jīng)驗依賴，增強育種的準(zhǔn)確性。但目前有相當(dāng)一部分育種人員依然主觀上偏好于傳統(tǒng)的育種方法，通過簡單的數(shù)據(jù)記錄進行選育，同時大多育種人員很難主動地了解學(xué)習(xí)和應(yīng)用商業(yè)化育種軟件，難以跨越育種軟件應(yīng)用的門檻，使育種軟件仍難以實現(xiàn)大范圍推廣應(yīng)用。因此，迫切需要以現(xiàn)有商業(yè)化育種技術(shù)平臺為依托，集成分子標(biāo)記、基因編輯、生物合成、表型信息獲取、多組學(xué)大數(shù)據(jù)等生物與信息化技術(shù)，推動智能化育種與分析模型的研發(fā)與應(yīng)用，加快種業(yè)智能裝備的研發(fā)與制造，加強對科研院所、大型育種企業(yè)等育種主體的培育，建立健全商業(yè)化育種體系。

四、我國“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略與技術(shù)路線

（一）發(fā)展戰(zhàn)略

“十四五”時期到2035 年以前，是我國由全面小康邁入基本現(xiàn)代化的關(guān)鍵時期，也是我國實現(xiàn)科技自立自強的攻關(guān)期。種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，要把種業(yè)作為農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)及農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的重點任務(wù)，以推進農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展為主題，深入貫徹落實國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，加快建設(shè)數(shù)字中國，要下決心把民族種業(yè)搞上去，抓緊培育具有自主知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)良品種，從源頭上保障國家糧食安全，以改革創(chuàng)新為動力，以“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)有力支撐糧食安全和鄉(xiāng)村振興為發(fā)展主線，圍繞提升種業(yè)數(shù)字化監(jiān)管能力和推動現(xiàn)代種業(yè)智能化轉(zhuǎn)型布局的工作重點，強化核心技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)與自主創(chuàng)新，大力推進“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)應(yīng)用示范基地建設(shè)，積極培育“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)新型業(yè)態(tài)和新型主體，加快構(gòu)建中國特色“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)體系，全面推進種業(yè)管理信息化、決策精準(zhǔn)化、服務(wù)智能化，推動實現(xiàn)種業(yè)治理體系和治理能力的現(xiàn)代化，筑牢我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化種業(yè)根基。

（二）技術(shù)路線

至2025年，以加強科技創(chuàng)新，實現(xiàn)數(shù)字種業(yè)引領(lǐng)龍頭企業(yè)育繁推數(shù)字化轉(zhuǎn)型為主要階段目標(biāo)，重點培育可持續(xù)運營的數(shù)字種業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈和生態(tài)系統(tǒng)，建立健全覆蓋農(nóng)作物種業(yè)全業(yè)務(wù)鏈條的大數(shù)據(jù)平臺與工作機制，重點加強農(nóng)業(yè)生物技術(shù)與人工智能、大數(shù)據(jù)、智能裝備等數(shù)字技術(shù)的深度融合，研究與推廣種業(yè)企業(yè)商業(yè)化育種信息系統(tǒng)與設(shè)備的技術(shù)升級解決方案，創(chuàng)建基因型-表型-環(huán)境多維大數(shù)據(jù)驅(qū)動的精準(zhǔn)育種方案，攻克種質(zhì)資源保護與利用、種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定和基于人工智能的基因挖掘等關(guān)鍵技術(shù)，研究區(qū)塊鏈的開放環(huán)境下節(jié)點安全校驗、非對稱加密、數(shù)據(jù)新增共識模型等方法，研發(fā)涵蓋種質(zhì)資源考察收集、資源登記、引種交換、整理編目、庫存管理、圃存管理、監(jiān)測預(yù)警、繁殖更新、評價鑒定、分發(fā)共享、監(jiān)控和指揮調(diào)度平臺，探索種子交易市場監(jiān)管執(zhí)法系統(tǒng)與種業(yè)電子商務(wù)平臺在種質(zhì)資源打假、風(fēng)險預(yù)警等方面的數(shù)據(jù)共享方式與合作機制。

至2035 年，以加速“互聯(lián)網(wǎng)+”育種技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，建立健全“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，實現(xiàn)精準(zhǔn)化、智能化育種為主要階段目標(biāo)，以完成種業(yè)大數(shù)據(jù)的有序共享與全社會開放，實現(xiàn)種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定與共享利用，全基因組選擇育種、精準(zhǔn)育種和大規(guī)?；蚪M編輯，農(nóng)作物品種全息查詢與驗證等重點領(lǐng)域典型應(yīng)用取得突破為重點任務(wù)，重點攻克全基因組關(guān)聯(lián)分析與分子設(shè)計育種模型、作物分子生理生態(tài)感知機理、植物表型信息高通量獲取技術(shù)、多源異構(gòu)表型信息解析技術(shù)、種業(yè)智能化裝備、商業(yè)化育種軟件產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，探索基于大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的品種評價、生態(tài)區(qū)劃分、試驗點優(yōu)化布局等智能模型與推廣種業(yè)企業(yè)商業(yè)化育種信息系統(tǒng)與設(shè)備的技術(shù)升級解決方案，重點建設(shè)國家“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)數(shù)據(jù)共享平臺和基于育種大數(shù)據(jù)的工程化育種軟件服務(wù)云平臺和商業(yè)化運營平臺，推進商業(yè)化育種軟件與種業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈相融合，推進新型農(nóng)業(yè)傳感器研發(fā)制造、田間作物高通量表型檢測設(shè)備制造、智能農(nóng)機作業(yè)裝備制造等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，引導(dǎo)種業(yè)龍頭企業(yè)或產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟構(gòu)建育繁推全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺，夯實種業(yè)企業(yè)育種技術(shù)數(shù)字化升級成效，實現(xiàn)種業(yè)安全審查、預(yù)警、應(yīng)急應(yīng)對的數(shù)據(jù)決策支撐。

五、我國“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)應(yīng)用示范工程建議

（一）“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)重大工程建議

1.國家種質(zhì)資源大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)工程

建設(shè)農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫，管理糧、棉、油、菜、果、糖、煙、茶、桑、牧草、綠肥等作物的野生、選育、引進種質(zhì)資源和遺傳材料信息。加快推進國家種質(zhì)資源大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)，并與國家種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺相銜接，為管理部門提供作物資源保護和持續(xù)利用的決策信息，為作物育種和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)良品種資源信息，為社會公眾提供作物品種及生物多樣性方面的科普信息。

2.國家“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)基地新基建示范工程

以全面提升種質(zhì)資源保護、育種、制種、品種測試、種子質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心等基地的信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和服務(wù)能力為目標(biāo)，以海南、甘肅、四川三大國家級基地為核心，以現(xiàn)代種業(yè)產(chǎn)業(yè)園與南繁硅谷為重點，升級種業(yè)基地網(wǎng)絡(luò)接入、安防監(jiān)控、田間自動化試驗機械與室內(nèi)表型高通量觀測設(shè)備、數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)設(shè)施智能化建設(shè)，建設(shè)融合表型、基因型與環(huán)境數(shù)據(jù)的育種大數(shù)據(jù)平臺，輔助田間育種篩分決選，提升育種工作的信息化與智能化水平。針對主要農(nóng)作物制繁種關(guān)鍵環(huán)節(jié)的管控需求，建立基于高分衛(wèi)星遙感、敏捷微型無人機遙感及地面巡檢監(jiān)測三位一體的綜合監(jiān)測技術(shù)，高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)一批農(nóng)作物數(shù)字制繁種基地，實現(xiàn)制繁種的精準(zhǔn)高效管理與智能決策。

3.國家“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)數(shù)據(jù)共享平臺建設(shè)工程

制定數(shù)字種業(yè)元數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和信息安全等基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)，為跨部門、跨地區(qū)種業(yè)信息資源共享提供數(shù)據(jù)交換接口。針對種業(yè)數(shù)據(jù)開放共享程度不夠、種業(yè)信息資源數(shù)據(jù)整合平臺與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)缺失等問題，建立種業(yè)政務(wù)“一網(wǎng)通辦”平臺，健全種業(yè)科研、生產(chǎn)、經(jīng)營基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，深化以品種保護、品種審定、品種登記、生產(chǎn)經(jīng)營許可、市場執(zhí)法檢查、種子（苗）進出口、種子儲備等業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的情報、指揮、行動聯(lián)動平臺，實現(xiàn)種業(yè)行業(yè)數(shù)據(jù)一體化，與品種審定監(jiān)測數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，逐步實現(xiàn)種業(yè)數(shù)據(jù)有效共享開放，支撐種業(yè)“放管服”改革向縱深發(fā)展。

4.種業(yè)大數(shù)據(jù)智能服務(wù)工程

以全國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺為依托，綜合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，研發(fā)種業(yè)大數(shù)據(jù)智能服務(wù)平臺，面向各級政府、農(nóng)業(yè)企業(yè)、科研單位、農(nóng)業(yè)社會化服務(wù)組織等各種類型用戶提供“按圖索種、依種選區(qū)、種法擇優(yōu)”的地方適宜性“良種、良法”配套精準(zhǔn)服務(wù)、種情快報服務(wù)、種業(yè)健康發(fā)展大數(shù)據(jù)服務(wù)、種子檢驗員服務(wù)軌跡星云圖服務(wù)、種業(yè)專家社區(qū)服務(wù)和種業(yè)技術(shù)推廣信息服務(wù)等種業(yè)大數(shù)據(jù)智能服務(wù)，拓展農(nóng)作物優(yōu)良品種與技術(shù)推廣渠道，提高種業(yè)服務(wù)效率。

（二）“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代種業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

1.種業(yè)智能裝備研發(fā)制造產(chǎn)業(yè)

加大對植物生命信息傳感器核心技術(shù)及關(guān)鍵瓶頸技術(shù)研發(fā)投資，重點支持農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、植物表型識別、作物生長調(diào)控機理模型等應(yīng)用技術(shù)研究，重點研究以光學(xué)、電化學(xué)、電磁學(xué)、超聲、圖像等方法為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)傳感新機理，研發(fā)敏感器件、光電轉(zhuǎn)換、微弱信號處理等核心零部件，攻克并研制一批高精度的高端農(nóng)業(yè)環(huán)境傳感器、土壤氮素等養(yǎng)分傳感器、土壤重金屬傳感器、植物生理生態(tài)體征專用傳感器，探索植物可穿戴生命信息傳感器等新型傳感器，把握國際競爭主動權(quán)，實現(xiàn)作物育種新型傳感器的全面自主創(chuàng)新。加快研制自主可控的室內(nèi)、溫室高通量表型獲取平臺以及野外無人機、田間表型平臺、農(nóng)業(yè)機械搭載的表型高通量采集系統(tǒng)；加快集成創(chuàng)新種業(yè)裝備數(shù)字化設(shè)計、制造工藝規(guī)劃、制造過程控制等技術(shù)，加快發(fā)展小區(qū)精量播種機、智能收獲測產(chǎn)機械、表型觀測設(shè)備、種子精選加工流水線等種業(yè)智能裝備制造產(chǎn)業(yè)，推進關(guān)鍵零部件、整機生產(chǎn)線的智能制造水平提升。

2.商業(yè)化育種軟件產(chǎn)業(yè)

著力補齊基礎(chǔ)軟件、高端商業(yè)化育種軟件等短板弱項，重點加強農(nóng)業(yè)生物技術(shù)與人工智能、大數(shù)據(jù)、智能裝備等數(shù)字技術(shù)的深度融合，研究與推廣種業(yè)企業(yè)商業(yè)化育種信息系統(tǒng)與設(shè)備的技術(shù)升級解決方案，創(chuàng)建基因型-表型-環(huán)境多維大數(shù)據(jù)驅(qū)動的精準(zhǔn)育種方案。打造具有國際先進水平的基礎(chǔ)性、前沿性的商業(yè)化育種軟件產(chǎn)業(yè)體系，支持育繁推一體化企業(yè)開展全基因組選擇與智能育種，為定向高效改良和培育新品種提供科技與服務(wù)支撐。重點支持育繁推企業(yè)利用基于種業(yè)大數(shù)據(jù)的商業(yè)化育種軟件開展育繁種創(chuàng)新、測試評價等相關(guān)研發(fā)與推廣活動，推動種業(yè)大數(shù)據(jù)價值鏈的商業(yè)化運營，引領(lǐng)種業(yè)全行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與升級。創(chuàng)建一批國產(chǎn)商業(yè)化育種軟件產(chǎn)業(yè)研發(fā)推廣基地，加快構(gòu)建“眾研、眾用、眾創(chuàng)”的種業(yè)開源軟件生態(tài)，引導(dǎo)國內(nèi)外育種單位與信息化企業(yè)在現(xiàn)代種業(yè)專用軟件與信息服務(wù)領(lǐng)域的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、人才、知識產(chǎn)權(quán)等方面開展產(chǎn)用協(xié)同創(chuàng)新合作，積極打造高素質(zhì)人才隊伍，支撐國產(chǎn)商業(yè)化育種軟件高質(zhì)量發(fā)展。