在農作物育種加速器中，工作人員正在為番茄修剪枝葉。
 

　　在北京市通州區于家務回族鄉的北京通州國際種業科技園區里，坐落著一座帶有些許神秘色彩的建筑。這幢外表看起來極為普通的二層樓房連通著一旁的玻璃溫室，有著一個科技感十足的名字——農作物育種加速器。在這里，玉米、大豆、水稻、小麥、番茄等農作物被栽種在盆里，光照、溫度、水分、養分、空氣均可調節，它們將在這里開啟加速模式，用比外界快2~3倍的速度生長、結果、結種。當農作物按下育種“加速鍵”，它們的生長環境將面臨哪些改變？又將給育種行業帶來怎樣的變革和機遇？

 

　　走進農作物育種加速器，一個個獨立小房間整齊排列。這里是全人工光生長室，玉米植株在架子上身姿挺拔，葉片舒展；小麥苗在盆中挨挨擠擠，生機勃勃。不同作物分住在不同“小單間”，享受著專屬培育環境。

 

　　北京通州國際種業科技有限公司項目經理趙小翠告訴記者，當前育種研發主要依靠異地加代或溫室加代繁育，能把常規育種從一年1~2代提升至一年2~3代，但選育一個品種仍需6~8年甚至更久，育種周期長仍是制約育種研發的主要因素。“農作物育種加速器可精準調控環境，為作物打造最適宜的生長空間，加快繁育進程，實現每年4~7代繁育，將育種周期縮短2~3倍，有效破解這一卡脖子難題。”趙小翠說。

 

　　農作物育種加速器如何精準調控作物生長環境？趙小翠介紹，光照、溫度、水分、養分和空氣，是作物快速生長結實的關鍵。育種加速器配有5通道的人工光，能按照作物品種差異、光照需求精準配光；溫度可在2至38攝氏度精準調節；空氣濕度在50%至80%范圍內靈活調控；土壤濕度與營養養分通過水肥一體化系統“按需喂養”；新風系統、二氧化碳供應系統可為作物光合作用與生長所需氣體提供充足支持。

 

　　除了全人工光生長室外，農作物育種加速器還建有面積約5200平方米的玻璃溫室加代室。在這里，作物們擁有更為寬敞的“居住空間”，還能盡情享受“日光浴”。一旦遭遇天氣不佳的狀況，室內的人工補光系統便會啟動，為作物補充充足光照，確保其始終保持良好的生長狀態。

 

　　在趙小翠眼中，農作物育種加速器宛如一個精心搭建的“育種王國”，自然界中存在的環境條件，這里能夠完美復刻；自然界缺失的特殊環境，也能憑借技術手段創造出來。

 

　　自去年9月建成投用以來，農作物育種加速器已與中國農業科學院、北京市農林科學院等10多個育種團隊合作，圍繞玉米、大豆、小麥、水稻、芝麻菜等12種作物的200多個品種，開展快速育種聯合試驗。目前，加速器內正在進行種質材料快速擴繁、育種材料早代選擇、生物性狀和基因編輯材料的快速培育和回交等育種實驗。短短5個多月，多數品種已順利完成兩個代次繁育。

 

　　北京市農林科學院玉米研究所是首批入駐農作物育種加速器的科研團隊之一，該所研究員王鳳格表示，在全封閉的加速器環境開展玉米育種，讓育種環境的可控性得到了質的提升。“傳統育種對氣候條件依賴嚴重，只有環境適宜，才能啟動種植工作。可一旦遭遇臺風這類異常天氣，玉米生長受阻，實驗往往只能宣告失敗。”王鳳格說。

 

　　當環境風險被有效控制，科研人員就可以心無旁騖地進行“萬里挑一”的關鍵工作——育種的分子選擇。王鳳格告訴記者，分子選擇實驗成本頗高，由于玉米植株存在較高的夭折風險，育種人員往往不會在早期階段進行大量分子輔助選擇。但如今，育種加速器為玉米生長筑起了安全屏障，育種人員得以在玉米苗期，甚至種子階段，就果斷開展分子篩選工作。入選的少量種子在加速器中都能安全走完整個生命周期，助力培育出更為優良的玉米品種。

 

　　育種周期的顯著縮短，也令科研人員們興奮不已。走進大豆快速加代育種實驗室，繁茂葉片之下，一串串飽滿的豆莢掛在枝頭。“我們專注于大豆營養改良方向的育種工作，這批材料于去年12月底完成種植，預計三個半月便可收獲。”中國農業科學院作物科學研究所大豆高產優質育種研究組副研究員張晟瑞介紹。

 

　　借助育種加速器進行加代繁育，突破了傳統大豆生長周期的時間限制，在人工調控光照、溫度及生長環境的條件下，大豆生育期成功重120天縮短到90天，實現了全年不間斷加代繁育，以往傳統育種方式下5年才能獲得的育種材料，如今僅需2年就能獲得。此外，雙方團隊正通過優化光周期、溫控及營養供給等實驗參數，嘗試將大豆單代成熟周期壓縮至60天內，以構建一年4~5代的高效迭代體系，進一步壓縮育種時間窗口。

 

　　張晟瑞指出，農作物育種加速器依托精準化管理，大幅提高了育種材料的存活率，顯著壓縮了育種周期。在同樣時間內，能篩選出更多優質品種，增強國產大豆品種的市場競爭力，扭轉大豆育種的整體局面。

 

　　“育種加速器的出現，讓我們徹底告別了‘靠天育種’的被動局面，邁向‘設施育種’這一全新的育種時代。”王鳳格感慨道。

 

　　2011年7月，國家現代農業科技城北京通州國際種業科技園區在于家務鄉掛牌成立。此后幾年，園區發展迅速，先后建成分子育種共性技術服務平臺，引入轉基因和基因編輯技術，搭建起農作物育種加速器，極大地提升了育種的水平和效率。

 

　　但隨著全球氣候變化，干旱、洪水、高溫和寒潮等極端天氣頻繁出現，給農作物的生長和品種培育帶來諸多挑戰。“氣候變化加大了對農作物品種廣適性的要求，不僅要求在風調雨順時高產，在發生災害時也要具備一定抗逆能力，還得適應不同地區的環境。”趙小翠透露，目前，園區正在與中國農科院作科所、中國農業大學、騰訊社會價值、為村耕智等合作，建設作物逆境表型鑒定平臺與品種測試大模型，平臺預計今年下半年完工并投入使用。

 

　　作物逆境表型鑒定平臺堪稱育種版“模擬人生”。該平臺規劃了抗旱、高光效、節水肥、抗寒、耐熱、耐鹽堿、抗病等多個逆境表型鑒定功能區，科研人員能通過精準調控環境參數，模擬農作物在現實中可能遭遇的逆境場景。同時，平臺配備的高通量表型數據采集及分析平臺，可實時監測作物在不同逆境下的細微變化，如葉片的卷曲程度、顏色變化，植株的生長速度、果實產量等。通過人工智能與育種加速器、逆境表型鑒定深度融合，構建具有神經性自主算力的品種測試模型，將為這個“虛擬世界”賦予智能核心，為后續的品種選育及品種審定提供有力的數據支撐和模擬場景。

 

　　在張晟瑞看來，建立作物逆境表型鑒定平臺意義重大。“這不僅是應對氣候危機的必要舉措，更是筑牢國家糧食安全根基的關鍵。目前，育種行業中作物逆境表型鑒定相關資源分散，技術標準不統一，且缺乏專業的第三方鑒定服務機構。若能成功搭建這樣一個平臺，加速抗逆性狀的精準篩選，促進抗逆穩產品種的選育。”張晟瑞說。