十月深秋，長江南北的農田中，進入了秋收的最后階段，一層又一層秋風，把玉米、水稻、大豆吹得金黃一片。而遠在海南三亞，溫暖如春的海島上，也迎來了一年一度南下育種的人們。
海南是育種圣地，冬季溫暖的氣候，使需要世代選育的育種，在這里可以增加一代。所以，每年冬天，都有來自全國各地的育種人，帶著他們正在選育的種子，播種在三亞的農田中，這一過程，被稱為“南繁加代”。
不過，與以往不同的是，如今的海南三亞，有一群年輕的育種人，他們沒有自己的農田和種子，甚至也不是農學專業出身。他們學習分子生物學或者現代信息技術，利用大數據、人工智能等，在數據之中，開辟自己的“田園”，在虛擬世界，育成“新的品種”。
“電腦上的育種人”
一臺電腦，就是陳守坤的“試驗田”。
陳守坤。受訪者供圖
幾年中，從打造自己的“大模型”開始，到搜集數據、進行配組、測試千萬種不同的組合，再到找到育種者需要的作物基因組合，同樣的工作，不知道重復了多少次。陳守坤也不記得，到底成功了多少種組合。
一粒種子的育成，從選擇父本和母本開始，然后進行一次又一次雜交，一代又一代種植和選擇。傳統時代的育種家們，需要六到八年的時間，才能選出一個新的品種。南繁加代的出現，使得育種家們每年能多種一季，將這個時間縮短了三分之一到一半。
陳守坤原本也是眾多南繁加代育種大軍中的一員。每年秋冬，他都會帶著自己培育的種子，一路南下，在三亞的土地種植。第二年春天，北方開始播種的時候，三亞的種子正好成熟，他又帶著種子北上。周而復始，像候鳥一樣，追逐著氣候的變化而遷徙。
直到轉做分子設計育種，陳守坤“失去”了自己的農田。
這是一種利用大數據、人工智能、機器學習等各種新技術的育種新模式。育種者們建立數字化的育種模型，將育種材料的基因數據導入模型，尋找自己需要的組合，進行大量匹配，再輸入各種環境參數，通過模型預測，就可以精準地組合成想要的品種。這個過程，通常在一周之內就能得出結果，最快的情況下，只要一天。
整個分子設計育種的過程，完全在電腦上完成，幾乎徹底離開了農田。
和陳守坤同在一個課題組的年輕學生們，有許多從來沒有下過地，甚至也沒有農學背景。今年研二的郭曉冰和馮曉軒，兩個人都是學習統計學的，在南繁基地，他們每天的工作就是操作電腦，和各種各樣的數據打交道。這些數據來自過去到現在許許多多的育種家們，漫長的育種史中，積累了大量的數據。而隨著分子生物學的進步，基因組測序每天都會增加更多的作物基因數據。他們在龐大的數據中，挖掘一切有價值的基因，然后根據需要，配成不同的組合，再通過大模型，預測每一種組合的效果。
農學生的數字莊園
考入中國農科院南繁院之前，統計學專業的郭曉冰，幾乎對農業完全不了解，也沒有想過，育種究竟該如何進行。馮曉軒同樣如此，他們考研的專業，叫作“生物信息學”，聽起來和農業、育種毫無關系。他們只知道，考上之后，未來三年的學習，都在海南三亞，一個四季都是夏天的地方。
中國農科院南繁院研二學生郭曉冰。受訪者供圖
中國農科院南繁院建于5年前，位于南繁育種的核心地帶，海南三亞崖州灣科技城。這里云集了中國最多的農業科研機構，最多的育種科學家，還有最先進的育種設施。
對郭曉冰他們來說，這里也有最豐富的育種數據。課題組的師生們，都住在南繁院的宿舍里，每天早晨，迎著海風和朝陽，一路騎車到實驗室，坐在電腦前，開始一天的學習和工作。
風雨、氣溫、土壤、微生物、病菌、水分……大自然中的一切，變成一組組數據，不斷交互作用，模擬出真實世界的農田。
在這個看不見的虛擬世界中，一粒種子落入“土壤”，生根發芽，經歷風雨，開花結果，重新長出新的種子。
當外界急劇變化的氣候、頻發的極端天氣和高發的病蟲害，不斷影響著人們的糧食時，這間實驗室的電腦中，也在不斷增加新的數據。
干旱高溫、極速降溫、病蟲害高發……農民需要可以抵抗各種逆境的作物新品種，而傳統育種漫長的時間，很難完全應對快速變化的農業環境。作為最尖端的育種方式，分子設計育種可以用最快的方式，進行不同目標的育種預測，通過龐大的作物基因數據庫以及各種環境數據，一天到一周之內，就可以組合出相應的品種，并進行預測。
遍布攝像頭的農田
“我們是把袁隆平院士這樣的育種家的工作，從田間搬到了電腦上?！敝袊r科院南繁院分子設計育種課題組博士趙盈說。
中國農科院南繁院博士趙盈。受訪者供圖
從許多年前開始，育種就不再只是農業科學家的領域。中國農科院副院長孫坦介紹，在國外，分子設計育種已經發展多年，國際上知名的種業企業，耗費數十億美元，打造自己的分子設計育種平臺，育成了大量新品種。我國分子育種起步較晚，但發展很快，尤其在技術應用上，已經非常廣泛，不論是玉米、小麥、水稻等大田糧食作物，還是蔬菜水果，都在利用分子設計育種技術。
趙盈正在進行一項大豆育種的分子設計和預測，大豆是我國最大的油料和飼料作物，也是我國進口最多的作物，提升我國大豆的產量，是關系糧食安全的重要部分，“目前大豆育種最大的目標，首先是單產提升。我國耕地有限，很難通過大規模擴大面積的方式提高大豆產量，提高單產是唯一的途徑。同時，因為氣候變化等各種影響，未來的大豆生產面臨著重重威脅，亟須培育高產且抗逆的大豆品種?！?/p>
電腦上的設計和預測，在整個分子設計育種中，是最關鍵的部分，但并不是全部過程。在預測完成之后，還要在田間進行驗證，收集和觀察配組之后的各種表型數據。
中國農科院南繁院表型大樓。受訪者供圖
在同一座大樓中，還有另外一個表型鑒定的課題組。所謂表型，即生物所有可被觀察和鑒定的特征，比如人的身高、血型，植物的株高、顏色等。在育種中，一些典型的表型，必須在作物真實的生長中觀察和收集。比如株高、節數、節間距等，這些特征直接關系著作物的生長能力、抗倒伏能力等。再如穗數、穗粒數、千粒重等，直接關系著產量。
在過去，像袁隆平這樣的育種家們，需要年復一年，長時間蹲在田里，用肉眼一株株觀察，用筆一個個記錄。而在現代智慧育種中，遍布田間的傳感器和攝像頭，代替了人的眼睛和手中的筆，進行表型鑒定的育種者們，同樣在辦公室里，用電腦或監視器，觀察田間的情況，攝像頭會把各種作物的各種表型數據，包括環境的變化搜集起來，傳輸到后方，育種者們則通過電腦進行匯總、分析、處理。
在趙盈工作的大樓旁邊，就有一處我國目前最專業、技術含量最高的田間“高通量植物表型平臺”。這是一座5.7米高、21米寬的鋼架，橫跨在金色的稻田中，仿佛一個小型的“龍門吊”，稻田遍設軌道，鋼架搭載十多種監測儀器，在田間自由移動，監測植物從播種到收獲全周期的表型數據。
中國農科院南繁院基地中的“高通量植物表型平臺”。受訪者供圖
智慧育種的新時代
育種的新模式，遠超馮曉軒想象。在進入中國農科院南繁院之前，她只是一個剛剛大學畢業、從未下過田的學生。學習統計學的她，要從零開始，學習育種中的一切知識。盡管她的工作不需要農學背景也可以進行，但她覺得，農學也同樣很重要。
中國農科院南繁院研二學生馮曉軒。受訪者供圖
“我們是從零開始做分子設計與育種的，需要自己設計模型，搜集數據，進行模擬預測?！瘪T曉軒說，“所以學習農學知識也是有必要的。”
雖然同樣沒下過地，但趙盈學過農學，她本科學農學，碩士學生物，也曾經在實驗室里做過農作物的分子實驗。
陳守坤自己找了一小塊地，延續著以前種地的習慣。雖然新的工作并不需要，但他覺得，有一塊自己的地，可以隨時驗證電腦上的設計結果，同時也保留了一點點過去種地的記憶，“習慣了，總想著有一小塊地更好。”
不論是從傳統育種轉入分子設計育種，還是剛剛進入育種領域的年輕人，他們其實都走在整個世界的最前列。
“我國分子育種的理論，在全球也處于領先地位。”孫坦說。
中國農科院副院長孫坦。受訪者供圖
從很多年前開始，各種新技術就開始運用到育種，從大數據到雷達，從攝像頭到計算機，越來越多領域的研究者們，加入了育種的大軍。“最開始當然需要磨合，一個計算機專業的博士，和一個傳統育種的博士，兩個人同在一個課題組，可能連對話都難。但慢慢地，不同領域的科學技術，逐漸融合成一體，變成了現代化的智慧育種?！?a >孫坦說，“和所有科學一樣，農業科學的發展，同樣越來越超出普通人可感知的世界，向著超微觀和超宏觀兩極發展。如超微觀的基因、分子，需要特定的儀器，才能被人們所觀察和干預。超宏觀的層面，整個地球的生態環境、土壤、植保、栽培，還有計算機、傳感器、衛星遙感等技術，都已經融合到了育種之中。所以，今天的育種，和以往的育種已經完全不同，超出了普通人的認知。”
領先的理論水平，并不意味著所有的科研領域都領先。孫坦介紹，我國在基礎性研究、數據積累等領域，仍然相對落后，“智慧育種是一個很龐大的系統，不亞于芯片設計和制造，事實上，育種本身也是農業的芯片。它是一個漫長且龐大的工程，舉例來說，基因的精準鑒定，需要龐大的人力物力和財力，軟件研發，需要很多年輕人參與和創新，數據累積，需要漫長的時間和龐大的人力物力，英國的表型數據、環境數據有百年的積累，我們還差得很遠?！?/p>
對于陳守坤和他的同事、同學們來說，眾多的困難，其實也正蘊含著無限的未來。畢竟，他們走在一個全新的世界里，而且是這個世界中的先行者。
