9月初，通州国际种业园，叶片沙沙作响，北京市农林科学院（简称北京农科院）的玉米试验田迎来了丰收。科研人员穿梭于田间，仔细考察玉米果穗性状，记录相关数据，再将籽粒脱粒、分装。10月，这些籽粒将被送往位于海南三亚的南繁基地，开展下一轮种植与鉴定。

矮秆、高产、抗粒腐……一个出色的玉米品种需要兼具多个优良性状。要获得这些性状，传统育种模式往往得耗费十年甚至更长时间。而在分子育种技术的赋能下，育种专家可以“定向拼装”，精准选择和聚合控制不同优良性状的基因，育种周期也压缩到三至五年。如今，以作物分子设计与智慧育种北京市重点实验室为载体，专家们开始向AI（人工智能）育种方向探索。从头顶烈日到智慧赋能，跨越背后，折射出我国种业科技发展的创新突破。

许勇在田间观察西瓜。

北京农科院的玉米试验田。

“土法”育种等待自然馈赠

午后，北京农科院蔬菜研究所的小院内一片静谧。种质改良楼的红砖外墙，在阳光映照下泛着一层淡淡的光亮。许勇穿过走廊，推开高通量SNP分型实验室的玻璃门。

年过六旬的许勇，是北京农科院蔬菜研究所研究员、作物分子设计与智慧育种北京市重点实验室主任。常年在田间地头科研考察，这位育种专家皮肤黝黑，谈吐间带着几分农人的爽朗。

记者眼前，十余台大小参差、样式各异的设备，沿着墙呈U形排列。身处充满科技感的实验室，许勇却并不急于介绍现代化育种的“玄妙”，而是娓娓忆起三十多年前，自己初入行时的岁月，“那是我们来时的路。”

1989年，许勇从北京农业大学（现中国农业大学）硕士毕业，留校工作了一段时间后被调入北京农科院蔬菜研究所。起初，他被分配从事黄瓜育种研究，恰逢老一辈西瓜育种专家退休，就又接过西瓜育种的“接力棒”。“那个年代，不太强调个人意愿，哪里有需要就去哪里。”在当时的许勇看来，西瓜算是种“好”作物，餐桌上常见、科研空间大、产业前景广。年轻的他一头“扎”进西瓜育种攻坚，一干就是一辈子。

彼时，西瓜的种植品种大多来自韩国、日本等国家。北京也有“京欣”品种，虽然个头儿较大，但成熟后容易开裂。瓜农辛苦一番，种出的瓜好多还没上市就直接损耗了。

“我们评判一个品种好，通常来说要具备‘四好’：好吃、好看、好种、好卖。”许勇解释，前两个“好”都是面向消费者的，好种则服务于农民，好卖是指方便运输储存，不容易磕碰腐烂。在传统育种时代，想同时集齐“四好”，要付出漫长的时间成本。

20世纪90年代，蔬菜研究所只有一台286电脑，许勇的电脑操作技能仅限于五笔字型输入。育种工作者的“实验室”，就是脚下的土地。“一把尺子、一杆秤、一口尝”“一瞪、二咬、三掂量”，这些“土法口诀”道尽老一辈育种人的艰辛——种子播撒下去，等到作物成熟，靠眼睛看外形，尺子量大小，杆秤称重量，再亲口品尝风味，将表现相对优良的单株种子留下来，下一年继续播种、筛选。

不止西瓜，其他作物也是类似的育种逻辑。徐瑞斌，北京农科院玉米研究所的一名青年科研人员。30岁出头的他，没有经历过“土法”育种的年代，但从前辈口中，也反复听过类似表达：科研人员头顶烈日，在田间地头为玉米授粉，到了收获季，再凭借经验选出表现较好的植株。

肉眼判断本就存在主观差异，栽种环境也会产生影响，很多优良性状只能被动等待大自然的馈赠。动辄十年八年，一个新品种才有可能脱颖而出。

“定向拼装”餐桌看见变化

种业振兴背景下，必须寻找新的突破口。

2000年，人类基因组与模式植物（科学研究中选用的具有代表性、便于实验操作的植物种类）拟南芥全基因组相继发布。基因组是物种的遗传密码，破译了密码，就等于打开了生命活动的“黑匣子”，新时代的帷幕徐徐拉开。

2005年，许勇作为中国代表加入国际葫芦科（西瓜属于葫芦科）基因组计划。2012年，他带领团队在《自然·遗传学》杂志发表了全球首张西瓜全基因组参考图谱，让世界在西瓜基因组学领域听到了“中国声音”。

科研人员持续攻关，体系支撑也在发力。“十二五”以来，北京农科院陆续建立了蔬菜种质改良、杂交小麦、玉米DNA指纹及分子育种、农业基因资源与生物技术、数字植物这五大作物育种相关北京市重点实验室。

当明确了“哪段DNA决定了何种性状”，科研工作便跨入“定向拼装”的分子设计辅助育种阶段。许勇用“奶咖”对这一原理进行了生动类比：将牛奶和咖啡倒在一起，得到的奶咖是棕色的。现在假设，白色很漂亮，是个好性状，需要保留，同时又要有咖啡的风味。传统育种要不断制作不同比例的奶咖，一次次选出颜色相对较浅的样本。分子设计就是精准定位“咖啡风味”对应的基因，把其余不需要的遗传片段剔除，组合到牛奶中，得到一杯白色的奶咖。

当然，这只是一个浅显的比喻，分子层面上的实际操作要复杂得多。而在人们看得见的地方，变化正实实在在地发生。

以西瓜为例，随着城市家庭人口规模的缩小，精致小巧的瓜型更受欢迎，消费者还会挑甜度、口感和瓤色。一般来说，西瓜红瓤糖度高，黄瓤口感酥脆。蔬菜研究所将西瓜红瓤、黄瓤对应的基因进行整合，再叠加抗裂、耐热等性状，研发出“京彩”系列彩瓤西瓜。两公斤左右的小分量，口感酥嫩清甜，耐裂且耐储存，是当下小型西瓜中妥妥的“优等生”。

玉米领域，同样的“魔术”也在上演。市民耳熟能详的“甜加糯”玉米，已走上千家万户的餐桌。它既有软糯口感，还叠加了一丝清甜。徐瑞斌介绍，目前玉米研究所通过调配“糯性”基因和多个甜度相关的基因组合，实现玉米“一穗之内，三分糯一分甜”的黄金配比。

在守护粮食生产安全方面，分子设计辅助育种更是大显威力。以往黄淮海区域玉米锈病高发，种植过程中需要打多遍农药防病。而玉米研究所科研团队找到了抗锈病关键基因，培育出自带抗锈病能力的玉米，大幅减少打药次数，降本增效。

分子设计辅助育种技术应用以来，北京农科院取得了一系列丰硕成果——培育具有自主知识产权的蔬果新品种500余个，覆盖全国1800多个市县；培育的大白菜、西瓜等主要蔬果品种，连续多年被农业农村部选为农业主导品种，为菜农增收近100亿元；玉米品种“京科968”已成为我国东华北春玉米区种植面积最大的品种之一，累计推广两亿多亩……数字背后，是育种专家积极拥抱种业现代化自主创新的生动诠释。

智慧赋能探索更多可能

从鉴别表型、经验育种，到读懂基因、设计分子，育种完成了历史性跨越。不过，在育种专家看来，目前已广泛应用的分子设计辅助育种仍存在局限性——科研人员只能基于已掌握的知识经验，去有限度地设计性状组合，就像一个人基于读过的书进行思考，很难设计自然界原本不存在的性状。

人工智能浪潮之下，又一场时代变革悄然酝酿。2024年，北京市科委、中关村管委会进行北京市重点实验室改革。为及时应对生物技术、信息技术与人工智能在育种领域的广泛应用，北京农科院统筹院内已有的五个北京市重点实验室力量，院外联合中国农业科学院作物科学研究所与中化种业创新中心有限公司，共同组建作物分子设计与智慧育种北京市重点实验室。自此，育种驶入“AI+分子设计”这一全新赛道。

“很多以前我们不敢想的事情，现在敢想了。”许勇用“打开一扇新大门”，形容技术带来的惊喜。他掏出手机，向记者展示借助AI进行基因编辑培育出的、自然界原本不存在的绿瓤西瓜。目前这个品种还处在实验阶段，更多代表着未来育种的可能性。

今年7月，北京农科院作为第一完成单位、许勇作为第一完成人的“西瓜优质分子育种技术创新与新品种培育”项目，荣获国家科学技术进步奖二等奖。接下来，团队还有培育紫瓤西瓜的计划。

“我们行业有句话，one color-one industry（一种颜色一个产业）。作物色彩并不只是好看，还与营养、抗冻抗病等能力相关。”许勇说，自然界中的葫芦科作物没有紫色，是因为天然缺少花青素，进化过程中两个合成花青素的关键基因突变为假基因，失去了功能。如果能够复原，人们就能吃到更有营养的紫瓤西瓜。

基于AI的全基因组选择技术，也正加快玉米育种从实验室走向实践的脚步。徐瑞斌解释，在杂交育种过程中，可以将所有父本、母本的基因型和表型数据“喂”给AI，由AI提前推演能够诞生优良后代的亲本搭配组合，直接筛掉绝大部分没有前景的组合。科研人员根据AI的预测结果，将“潜力组合”种到田间进行验证，这不仅能够减少田间试验数量，也能显著提高育种效率，缩短新品种选育周期。“我们已经有通过全基因组选择技术辅助选育的玉米品种，目前也与企业签订了成果转化协议。”

“未来，我们一定可以利用‘AI+分子设计’，定向设计口感好、营养优的食材。”许勇充满着期待。无论技术如何演变，让老百姓获得更多美味健康、食用省心的农产品，始终是育种工作者们不变的朴素追求。