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1、一、前言种业是农业的“芯片，在农业发展中的基础性、战略性、先导性、核心性和引领性地位日益突出，引领农业高质量发展、培育农业发展新动能、赢得农业竞争优势迫切需要种业优先发展、率先突破。美国、以色列、欧盟等在21世纪初己初步实现了大数据、人工智能、云计算、物联网等新一代信息技术与种业发展的融合，在育种技术研发、繁种制种、商业化育种以及种业产业链拓展等方面实现了较大的技术创新和突破，积极抢占种业发展制高点。对比发达国家，当前我国仍处于以杂交选育和分子技术辅助选育为主的种业发展初级阶段，虽然移动互联网、人工智能、区块链、大数据等技术也在育种研发、繁种制种和市场化等种业关键环节开展了应用，并取得了系列技
2、术成果，但是整体来看，我国“互联网+种业技术研发起步较晚，发展也相对不足，尚未建立起适用于我国的作物智能设计育种技术体系，制约了我国种业向智能育种4.0时代迈进。科技创新是种业竞争的实质，决定了种业的自主创新发展。国内外学者关于种业科技创新的研究主要集中于育种关键技术、新品种创制、商业育种平台创新等方面开展。一是关于育种发展阶段的研究。育种技术在经历了驯化育种、遗传育种、分子育种三个标志性阶段后，正逐步向智能设计育种阶段发展，推动了现代种业的转型升级。二是关于育种技术创新的研究。伴随着大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术、智能装备技术与生物技术的深度融合，育种技术也逐步向精准化、智能化、工
3、程化的智能设计育种方向发展，高通量获取设施装备技、传感器技术、表型智能解析、多重组学大数据分析技术等被广泛应用于育种环节，能够获取育种目标的最佳基因型，进而高效、精准地培育出目标新品种，大大缩短了育种周期，提高了育种效率，有效推动了种业的转型升级。三是关于品种创新的研究。总体来说，自1999年4月23日农业部受理第一个农业植物新品种申请以来我国种业新品种申请与授权量稳步上升，育种创新能力逐步增强，育成了“京科968、京花12号等优良品种，在全国适应性试验与示范推广成效显著。四是关于商业育种平台创新方面，先正达集团、拜耳公司、巴斯夫股份公司等国际种业公司先后构建了AgMEdgeEXCeISiOr
4、平台、FieldVieW平台、XarvioTM平台，实现海量育种数据的超大存储、复杂数据的高效分析、庞大系统的科学管理，并提供从播种建议、病害预警、农艺分析、科学决策等简捷、高效、精准的服务，我国也早在2005年就开始筹建国家农业科学数据共享中心，旨在有效盘活、挖掘、抢救和保存我国农业科学技术资源、实现数据共享与集成应用。但是，现有关于我国现代种业的文献中，以现代生物技术在育种领域的渗透为主，关注的是不同品种的育种现代化，对互联网、大数据、人工智能等在现代种业的渗透研究较少、应用场景探索不明；对于物联网技术、表型组大数据分析技术、作物表型-环境大数据技术、育种大数据存储管理与应用技术等互联网+
5、现代育种技术关注较少，对“互联网+现代种业应用技术体系与技术路径尚不清晰，因此，迫切需要基于我国“互联网+现代种业现状与需求进行研究，提出其应用技术体系与技术路线图，研判其未来发展路径。二、互联网+现代种业的主要应用场景伴随着大数据、云计算、区块链、物联网、5G等技术为核心的新一代信息技术正在加速向各领域渗透发展，我国种业正在通过将移动互联网、人工智能、区块链、大数据、边缘计算等新一代信息技术，与分子标记、转基因、基因编辑、分子设计育种等现代生物技术融合，培育了面向政府管理部门、科研单位、育种机构、繁育基地、种业市场等不同主体的应用场景，全面提升育种、繁种、推广、监管、服务等全产业链不同环节的
6、数字化和智能化水平，推动育种专业化、生产标准化、服务综合化、管理信息化、技术装备精准化发展，为加快推进种业振兴，实现种业科技自立自强、种源自主可控提供了有效支撑。（一）“互联网+现代种业的概念与特征根据我国对于“打赢种业翻身仗的战略导向，结合十四五现代种业提升工程建设规划和种业振兴行动方案等具体行动方案的部署，以及作者团队近年来在商业化育种体系、植物表型组学大数据和智能设计育种等方面的研窕探索，本文研究的“互联网+现代种业是以育种人员、种业企业、政府机构、生产主体等产业链相关主体需求为中心，结合生命科学、信息科学等最新理论创新,依托生命技术（分子标记、全基因组测序、基因编辑、生物合成等）与信息
7、技术（大数据技术、人工智能技术、区块链技术、传感器技术等）的交叉融合与协同创新，探索种业全产业链数字化、网络化、云端化、智能化转型升级，实现现代种业品种创新数字化、生产经营智能化、产业体系生态化、用户服务敏捷化的种业4.0产业新形态。“互联网+现代种业具有促进育种技术精准化、重构生态化育种体系、推动经营管理数字化和实现用户服务智能化等特点，在推动种业育、繁、推、管、服全产业链一体化高质量发展，打好种业翻身仗，推动我国由种业大国向种业强国迈进发挥着重要作用。（二）“互联网+现代种业的发展现状与应用场景1 .我国“互联网+现代种业的主要研发现状近年来，我国政府、研窕机构和种业企业也正在逐渐加大新一
8、代信息技术与育种、繁种制种、产业化等多方面的融合，取得了一系列的技术创新与突破。生物技术与信息技术逐步融合。在育种技术研发方面，基于大数据技术开展将基因组数据与表型组、转录组、代谢组数据相结合的多组学研究，大量未知基因的功能被迅速解码，为智能设计育种提供了重要技术与理论基础，如华中农业大学于2020年整合来自同一玉米群体的基因组、转录组、表型组、代谢组、表观基因组、遗传变异以及遗传定位结果等多组学数据，构建了玉米属综合数据库ZEAMAP,内嵌了基因组浏览器和搜索引擎，实现了对相关组学数据的高度集成、快速检索和智能分析；2016年，中国科学院植物研究所研发了国内首套基于激光雷达技术的作物高通量三
9、维表型监测平台Crop3D,集成了激光雷达、高分辨率相机、多光谱和热成像仪4种传感器，不仅可进行常规参数（覆盖度、植被指数、叶片温度等）的提取，而且通量化的测量效率可实现作物全生育期监测，辅助室内育种筛选、作物建模和胁迫响应分析等研究。信息技术装备被逐步应用于制种领域。在繁制种技术研发方面，研发了应用于田间试验、制种生产和种子加工等方面的信息化、自动化的系统及装备，很大程度上提升了育种试验和制种效率。如农业部自2017年起，就在全国117个国家区域性良种繁育基地推广信息技术装备，将虫情监测预警与绿色防控、墙情监测预警与灌溉、农机与无人机设备和新型的物联网、无人机遥感、无人机驾驶等技术结合，再配
10、合考种、测产、植物性状等自动化和智能化检测仪器及装备，帮助黑龙江省桦川县常规稻繁育基地、河南省滑县小麦繁育基地等实现了良种繁供能力获得质的飞跃；国家农业智能装备工程技术研窕中心研发的基于北斗的农机自动导航与作业精准测控关键技术，突破了农机作业复杂工况自适应的自动导航技术瓶颈，建立了全程机械化作业智能监测技术体系。支撑育种全程信息化管理与追溯。在商业化育种技术研发方面，2016年，国家农业信息化工程技术研究中心将物联网等信息技术与商业化育种技术紧密结合，集成应用计算机、地理信息系统（GIS）、人工智能等技术，研发了全国首个具有完全自主知识产权的“互联网+商业化育种大数据平台一一“金种子育种云平台
11、，面向全国育种企业和科研院所提供种质资源管理、试验规划、性状采集APP、品种选育、品种区试、系谱管理、数据分析、基于电子标签（RFlD）的育种全程可追溯等服务。华智水稻生物技术有限公司研发了现代化育种软件平台“华智育种管家，平台涵盖种质库存、繁育活动、品种测试、分子育种、移动应用、系统管理等8大核心模块，能够提供育种材料、杂交配组、田间测试等管理，以及开展育种数据分析与品种综合评价。目前，金种子育种云平台已在袁隆平农业高科技股份有限公司、四川农大高科农业有限责任公司、中国农业大学等育种单位开展合作与应用推广。2 .我国“互联网+现代种业主要应用场景目前，“互联网+现代种业主要聚焦政府管理部门、
12、育种科研机构、育繁种基地、种业市场等不同主体需求，搭建了包括中国种业大数据平台、国家农作物种质资源共享服务平台等互联网+平台，衍生出了四大应用场景（见表D。表1“互联网+”现代种业主要应用场景应用慢武-hmJUf技术服务上体典型应用器平台数据紧集.故供酒洗.数第分析.数料花掘，精准检和可扰化等人效榭技术rtWWffan.KiXiftiAKfl实理肿业学淞M构海18大教榭的实M果集。&取：玄现网海Itet据的处对。决策支持I实现肿业大故制的便僮，1视化：共享共建中国即业大数燃，台特班资源帝Fr敏掘朦技术、RFID。肿科研饮位,。片公司、现即Mi货源的数字化，国米农作物种顺隘源平台技术等政Iff管
13、异施”化管理：实现用及贯源的信息四中I便于冷Mi贵源的空Ti利用共享“务平台牌业物联M.罐码.传辑器M络,现飨怜.移动MS.RHDW*”牌机构.繁仲基地实现“肿/繁冷环境的侑息短如：实现神苗生长信息的W能分析I玄flU*ftl生长的全IVFi动化管理抵停心种业社公化服大BtU技术A计外业企.仲机构.提供M于电f文&m2系统的中国冷/安1网、中国访ftxw融机大户等神雷求行体融资和文MVt务,演足特业市场各上体的个性化禽求；J肿咨询,故;ft行询.W.j*“交M号精准化事务农技推广信息平台M-MJH面向政府管理部门：种业监管大数据平台，以种业大数据分析、挖掘和可视化为支撑，以提供精准的数据信息服
14、务为内容，覆盖品种审定、品种登记、品种保护、品种推广等各项种业行业数据，可实现品种可追溯、种子质量可追溯、市场主体可追溯和一站式信息查询和业务办理。种业监管大数据平台以种业数据的采集、处理分析和利用为核心，具有数据量大，决策支撑能力强，服务便捷和公益性特征。从实践应用来看，我国以中国种业信息中国种业大数据平台利用互联网、大数据等信息技术，以信息公开、强化监管、优化服务为宗旨，按照统一数据格式、统一数据接口、统一数据应用的原则，对国家、省、地市、县四级的种业管理数据信息进行整合，打通品种审定、登记、保护以及种子生产经营许可、种子市场监管等种业管理相关信息，通过种业信息互联互通、数据共享公开，实现
15、品种可追溯、种子质量可追溯、市场主体可追溯，有效解决了我国种业存在的信息孤岛现象，为全面提升种业管理水平提供技术支撑。面向育种科研机构：种质资源管理平台，用于粮、棉、油、菜等作物种质资源和遗传材料的数字化管理和利用，种质资源管理平台的数据包括种质考察、引种、保存、监测、鉴定、评价和利用数据，作物品种系谱、区试、示范和审定数据，以及作物指纹图谱和DNA序列数据等，通过条形码或电子标签技术等为每一份种子建立唯一标识，以促进育种资源的妥善保管和优良品种的选育。从实践应用来看，我国建立了国家农作物种质资源共享服务平台，开发了中国作物种质资源信息系统，其主要用户包括决策部门、新品种保护和品种审定机构、种
16、质资源和生物技术研究人员、育种家、种质库管理、引种和考察人员、农民及种子、饲料、酿酒、制药、食品、饮料、烟草、轻纺和环保等企业。国家农作物种质资源数据库系统，除具有数据生成、维护、查询、报表打印、数据连接变换等功能外，还实现了大样本数理统计分析、作物系谱分析、图形分析、多字段分类统计等，可为全国农业生产和科研单位提供种质信息。面向育繁种基地：种业物联网，基于二维码、传感器网络、视频监控、移动通信、RFID等信息技术，运用温湿度传感器、光传感器、二氧化碳传感器，以及作物表型观测技术与设备、考种系统、智能催芽装备、自动移栽机械装备等,建立起涵盖感知层、传输层、应用层3个层次的物联网体系，实时显示育种繁种环境参数，自动控制育种繁种过程，实
