近日，由中国科学院遗传与发育生物学研究所智能育种科研团队，联合中国科学院自动化研究所怀柔科学城脑认知功能图谱与类脑智能交叉研究平台科研团队，研制的世界首台可自动巡航杂交授粉的智能育种机器人“吉儿”登上国际学术期刊《细胞》杂志。该成果通过精准改造作物花型、攻克机器人操作难题，实现了高效自动化育种。
“吉儿”能够精准识别花朵、伸出机械臂轻柔完成杂交授粉，代替工人完成全流程育种工作。“我们这项研究首创了‘生物技术筑基+人工智能赋能+机器人劳作’的智能育种模式，标志着我国率先构建了完整的智能育种和制种技术体系。”论文通讯作者、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员许操说。
《细胞》杂志审稿人高度评价了该成果，认为其是一项令人振奋的创新性突破，是通过生物技术+AI交叉融合解决重大科技问题和产业难题的典范，展现了人工智能驱动科学研究的巨大潜力。
据了解，传统杂交育种和制种过程面临诸多挑战，尤其是人力成本高、效率低的问题。“我们在做杂交育种和制种过程中，第一件事就是要把雄蕊去除掉，这也就是我们俗称的‘去雄’。这个过程当中需要用镊子一个一个地去剥，完全依赖人工。去掉雄蕊以后，柱头就露出来了，这样就可以用我们带有优良性状和基因的花粉，授到柱头上面，完成杂交。”许操介绍。
为此，科研团队通过多年研究最终实现了通过基因编辑的方式，让雄蕊能够在最初生长阶段就自己打开，露出雌蕊中的柱头，便于下一步授粉操作。在此基础上，科研团队首次提出作物—机器人协同设计的“双向奔赴”理念，用生物技术重塑花型，快速创制“机器人友好”的结构型雄性不育系；再以深度学习驱动的机器人完成自动巡航杂交授粉，“吉儿”就此诞生。这款机器人可通过图像识别、深度学习，以人工智能的方式自动寻找经过改良的花朵，完成授粉作业，为大幅提高育种效率、降低育种成本、缩短育种周期铺平了道路。
目前，“吉儿”已可在商业化生产温室稳定运行，柱头识别准确率可达85.1%，每授粉一个花朵仅耗时15秒，单次巡航授粉实现了77.6%±9.4%的成功率，且机器人可全天候不间断进行反复巡航自动杂交授粉，确保每朵花成功授粉坐果，极具应用前景。
此外，研究团队还将“吉儿”系统应用于大豆，首次实现结构型大豆雄性不育系快速创制，使用该不育系可节省76.2%人工授粉操作时间，有望为突破大豆杂交育种难题和大幅提高单产提供新一代智能育种技术和智能装备。“在番茄的杂交育种过程中，使用最新的育种系统，可以节省25%以上的人力成本。我们育种的周期，可以从原来的5年缩短为1年。”许操介绍。
据了解，目前科研团队正在将“育种—生产—采收—追溯”全产业链进行“生物技术+人工智能”的融合，研发机器人育种家“吉儿2.0版”，将结构型雄性不育系拓展应用于不同作物，为保障全球粮食安全贡献中国智慧和力量。
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作者：张德荣
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