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科學(xué)家發(fā)布機(jī)器人育種家“吉兒”系統(tǒng)

發(fā)布日期： 2025-08-12 閱讀量： 作者： 小編

　　——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

　　1949年，伴隨著新中國的誕生，中國科學(xué)院成立。作為國家在科學(xué)技術(shù)方面的最高學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和全國自然科學(xué)與高新技術(shù)的綜合研究與發(fā)展中心，建院以來，中國科學(xué)院時(shí)刻牢記使命，與科學(xué)共進(jìn)，與祖國同行，以國家富強(qiáng)、人民幸福為己任，人才輩出，碩果累累，為我國科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國家安全做出了不可替代的重要貢獻(xiàn)。更多簡介 +

　　中國科學(xué)院院級科技專項(xiàng)體系包括戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、重點(diǎn)部署科研專項(xiàng)、科技人才專項(xiàng)、科技合作專項(xiàng)、科技平臺(tái)專項(xiàng)5類一級專項(xiàng)，實(shí)行分類定位、分級管理。

　　為方便科研人員全面快捷了解院級科技專項(xiàng)信息并進(jìn)行項(xiàng)目申報(bào)等相關(guān)操作，特搭建中國科學(xué)院院級科技專項(xiàng)信息管理服務(wù)平臺(tái)。了解科技專項(xiàng)更多內(nèi)容，請點(diǎn)擊進(jìn)入→

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（簡稱“中國科大”）于1958年由中國科學(xué)院創(chuàng)建于北京，1970年學(xué)校遷至安徽省合肥市。中國科大堅(jiān)持“全院辦校、所系結(jié)合”的辦學(xué)方針，是一所以前沿科學(xué)和高新技術(shù)為主、兼有特色管理與人文學(xué)科的研究型大學(xué)。

　　中國科學(xué)院大學(xué)（簡稱“國科大”）始建于1978年，其前身為中國科學(xué)院研究生院，2012年經(jīng)教育部批準(zhǔn)更名為中國科學(xué)院大學(xué)。國科大實(shí)行“科教融合”的辦學(xué)方針，與中國科學(xué)院直屬研究機(jī)構(gòu)（包括所、院、臺(tái)、中心等），在管理體制、師資隊(duì)伍、培養(yǎng)體系、科研工作等方面高度融合，是一所以研究生教育為主的獨(dú)具特色的高等學(xué)校。

　　上?？萍即髮W(xué)（簡稱“上科大”），由上海市人民政府與中國科學(xué)院共同舉辦、共同建設(shè)，由上海市人民政府主管，2013年經(jīng)教育部正式批準(zhǔn)。上科大致力于服務(wù)國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展戰(zhàn)略，培養(yǎng)科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才，努力建設(shè)一所小規(guī)模、高水平、國際化的研究型、創(chuàng)新型大學(xué)。

　　雜交育種和制種的高成本和低效率是制約雜種優(yōu)勢利用的重要瓶頸。以番茄為例，絕大部分商業(yè)種均為雜交種，但因柱頭內(nèi)縮的閉合花型，全球番茄雜交育種和制種至今仍完全依賴人工進(jìn)行雜交授粉，這項(xiàng)工作的人力成本已占番茄總育種成本的25%以上，僅人工去雄一項(xiàng)就占番茄雜交授粉成本的40%；隨著人口老齡化，雜交制種的人工成本逐年升高。此外，大豆等一些花型閉合的作物因雜交制種成本過高，至今仍無法利用雜種優(yōu)勢。柱頭外露的結(jié)構(gòu)型雄性不育系可免除上述操作，一直是雜交育種和制種夢寐以求的性狀。

　　許操帶領(lǐng)的智能育種攻關(guān)團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，使用基因編輯靶向番茄花器官ABC模型基因中特異調(diào)控雄蕊發(fā)育的MADS-box基因GLO2，使原本閉合的雄蕊開裂而花粉敗育，柱頭無需伸長便可自然外露，成功創(chuàng)制結(jié)構(gòu)型雄性不育系，且不影響雜交果實(shí)產(chǎn)量和種子質(zhì)量，結(jié)束了番茄育種長期缺乏柱頭外露型雄性不育系的歷史，該技術(shù)擺脫了遺傳背景限制，具有普遍適用性。

　　許操與中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所副研究員楊明浩帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)合作，研發(fā)了智能授粉機(jī)器人“吉兒”并在商業(yè)化生產(chǎn)溫室穩(wěn)定運(yùn)行，柱頭識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)85.1%，每授粉一個(gè)花朵僅耗時(shí)15秒，單次巡航授粉實(shí)現(xiàn)了77.6% ± 9.4%的成功率，且機(jī)器人可全天候不間斷進(jìn)行反復(fù)巡航自動(dòng)雜交授粉以確保每朵花成功授粉坐果?！凹獌骸睓C(jī)器人的零部件國產(chǎn)化自主率已達(dá)95%以上，極具應(yīng)用前景。

　　研究人員進(jìn)一步將“吉兒”與許操團(tuán)隊(duì)2018年創(chuàng)建的“從頭馴化”育種技術(shù)以及“快速育種”技術(shù)結(jié)合，建立了智能育種工廠，使得近緣野生種的育種利用周期由原來的5年縮短為1年且節(jié)省人工，釋放了作物野生近緣種在提升栽培種抗逆和口感特性方面的育種潛力，可批量快速培育風(fēng)味濃郁的口感番茄和抗逆豐產(chǎn)的優(yōu)PG電子文化有限公司質(zhì)番茄新種質(zhì)。為突破雜交授粉成本過高導(dǎo)致大豆雜種優(yōu)勢無法應(yīng)用的難題，研究人員將“吉兒”系統(tǒng)應(yīng)用于大豆，首次實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)型大豆雄性不育系快速創(chuàng)制，使用該不育系可節(jié)省76.2%人工授粉操作時(shí)間，有望為突破大豆雜交育種難題和大幅提高單產(chǎn)，提供新一代智能育種技術(shù)和智能裝備。

　　該研究開辟了“BT筑基+AI賦能+機(jī)器人(Robot)勞作”的智能育種(BAR)模式，在生物育種范式革新和催生新質(zhì)生產(chǎn)力方面展現(xiàn)了“AI for Science”的應(yīng)用前景。

　　該研究得到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重大項(xiàng)目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、北京市智能溫室蔬菜創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等的資助。

　　8月11日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員許操帶領(lǐng)的智能育種攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》（Cell）發(fā)表了題為Engineering crop flower morphology facilitates robotization of cross-pollination and speed breeding的研究論文。該研究將BT(生物技術(shù))+AI(人工智能)深度融合，首次提出作物-機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)的“雙向奔赴”理念，通過基因編輯重新設(shè)計(jì)作物花型，快速精準(zhǔn)創(chuàng)制“機(jī)器人友好”的結(jié)構(gòu)型雄性不育系，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)和人工智能成功研制世界首臺(tái)可自動(dòng)巡航雜交授粉的智能育種機(jī)器人“吉兒”GEAIR(Genome Editing combined with AI-based Robotics)，降低育種成本、縮短育種周期、提高育種效率。雜交育種和制種的高成本和低效率是制約雜種優(yōu)勢利用的重要瓶頸。以番茄為例，絕大部分商業(yè)種均為雜交種，但因柱頭內(nèi)縮的閉合花型，全球番茄雜交育種和制種至今仍完全依賴人工進(jìn)行雜交授粉，這項(xiàng)工作的人力成本已占番茄總育種成本的25%以上，僅人工去雄一項(xiàng)就占番茄雜交授粉成本的40%；隨著人口老齡化，雜交制種的人工成本逐年升高。此外，大豆等一些花型閉合的作物因雜交制種成本過高，至今仍無法利用雜種優(yōu)勢。柱頭外露的結(jié)構(gòu)型雄性不育系可免除上述操作，一直是雜交育種和制種夢寐以求的性狀。許操帶領(lǐng)的智能育種攻關(guān)團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，使用基因編輯靶向番茄花器官ABC模型基因中特異調(diào)控雄蕊發(fā)育的MADS-box基因GLO2，使原本閉合的雄蕊開裂而花粉敗育，柱頭無需伸長便可自然外露，成功創(chuàng)制結(jié)構(gòu)型雄性不育系，且不影響雜交果實(shí)產(chǎn)量和種子質(zhì)量，結(jié)束了番茄育種長期缺乏柱頭外露型雄性不育系的歷史，該技術(shù)擺脫了遺傳背景限制，具有普遍適用性。許操與中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所副研究員楊明浩帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)合作，研發(fā)了智能授粉機(jī)器人“吉兒”并在商業(yè)化生產(chǎn)溫室穩(wěn)定運(yùn)行，柱頭識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)85.1%，每授粉一個(gè)花朵僅耗時(shí)15秒，單次巡航授粉實(shí)現(xiàn)了77.6% ± 9.4%的成功率，且機(jī)器人可全天候不間斷進(jìn)行反復(fù)巡航自動(dòng)雜交授粉以確保每朵花成功授粉坐果?！凹獌骸睓C(jī)器人的零部件國產(chǎn)化自主率已達(dá)95%以上，極具應(yīng)用前景。研究人員進(jìn)一步將“吉兒”與許操團(tuán)隊(duì)2018年創(chuàng)建的“從頭馴化”育種技術(shù)以及“快速育種”技術(shù)結(jié)合，建立了智能育種工廠，使得近緣野生種的育種利用周期由原來的5年縮短為1年且節(jié)省人工，釋放了作物野生近緣種在提升栽培種抗逆和口感特性方面的育種潛力，可批量快速培育風(fēng)味濃郁的口感番茄和抗逆豐產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)番茄新種質(zhì)。為突破雜交授粉成本過高導(dǎo)致大豆雜種優(yōu)勢無法應(yīng)用的難題，研究人員將“吉兒”系統(tǒng)應(yīng)用于大豆，首次實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)型大豆雄性不育系快速創(chuàng)制，使用該不育系可節(jié)省76.2%人工授粉操作時(shí)間，有望為突破大豆雜交育種難題和大幅 PG電子文化有限公司提高單產(chǎn)，提供新一代智能育種技術(shù)和智能裝備。該研究開辟了“BT筑基+AI賦能+機(jī)器人(Robot)勞作”的智能育種(BAR)模式，在生物育種范式革新和催生新質(zhì)生產(chǎn)力方面展現(xiàn)了“AI for Science”的應(yīng)用前景。該研究得到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重大項(xiàng)目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、北京市智能溫室蔬菜創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等的資助。作物花型重塑與AI機(jī)器人協(xié)同設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化雜交育種

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