把育种搬进工厂？华大参与的这个大胆构想，可能重塑未来农业

你吃过的小麦面包，它的祖先可能需要花上十几二十年，才能从一株试验苗变成田里大面积种植的品种。

没错，一个完整的作物育种周期，通常要5到25年。主粮作物如小麦、马铃薯，更是“慢工出细活”的典型。气候变化带来的极端天气和病虫害，让育种这件事变得更难了——品种还没培育出来，环境条件已经变了。

有没有办法让育种更快、更便宜，还不看老天爷的脸色？

近日，由中国农业科学院作物科学研究所、北京大学现代农业研究院、华大等多家单位组成的国际合作团队，在Molecular Plant上发表了一篇观点文章，标题很直接——“植物育种革命：从田间到工厂”。

（文章发表截图）

华大团队作为共同第一作者单位参与了这项研究。他们和合作者一起，提出了一个可能从根本上改变作物育种方式的构想：植物育种工厂（Plant Breeding Factory，PBF）。

01 什么是植物育种工厂？

传统育种有多费劲？育种家年复一年在田间种、看、选、测，一个品种动辄繁殖十多代。为了加速，育种团队冬天还要跑到温暖的南方再加一轮。即便如此，一年最多也就多繁育1到2代。更头疼的是，天气不可控——一场高温或连绵阴雨，整年数据可能就废了。

植物育种工厂的思路很简单：与其在田里“靠天吃饭”，不如把耗时长的育种环节搬进室内，在精确控制的环境下完成。最后关键几步验证，再放到真实大田里跑一遍。

它不是一个冒烟的大厂房，更像是高度智能化的“实验室+生长舱”综合体，包含三大核心能力：一是集成标记辅助选择、基因组选择等技术的分子育种平台；二是在人工环境下让作物“快进”生长的加速生育体系；三是摸清目标产区气候规律、在工厂里模拟筛选、用模型预判大田表现的精准设计育种。

传统育种是“种下去看结果”，工厂育种是“先算准了，再种下去验证”。华大长期深耕分子育种领域，此次合作主要负责工厂化育种的技术实践和验证。

各种育种技术提升遗传增益；生物、非生物胁迫降低遗传增益

 

02 从1.0到5.0：进化路线图

文章把育种工厂分为五个发展阶段：

· 1.0版：只能让作物提前开花。

· 2.0版：实现“从播种到成熟”全周期缩短。

· 3.0版：引入环境组学，在工厂设置不同温光水的"套餐"，找出环境适应基因再去做田间验证。

· 4.0版：大数据和AI加入，整合基因型、表型、环境数据建模，实现真正的“设计育种”。

· 5.0版：理论构想——工厂内完成作物从头到尾的合成式培育，田间的概念或将被颠覆。

当前全球水平在2.0到3.0之间，华大与团队正在推动的技术体系已具备3.0核心能力，并向4.0迈进。

现代快速育种模块设计图

03 靠什么“加速”？

推动工厂运转的，是一套技术组合拳：

种子无损检测——播种前先做基因型鉴定，是“优等生”还是“吊车尾”，种之前就知道。

双单倍体技术——常规育种反复自交多代才能拿到纯系，这套技术两个世代搞定。

基因编辑全流程闭环——编辑基因、植株再生、基因型确认、表型采集、材料循环，全部在可控环境下完成。

调控染色体重组——让作物在减数分裂时多交换几次，加速优良基因聚合。

这些技术组合到一起，多数大田作物的年繁育世代从传统的2代提升到4到6代。

快速育种相关技术模块协同提升育种速度

04 谁最适合“进厂”？

文章明确了三类作物场景：

室内栽培作物——叶菜、短周期蔬菜本来就大量使用植物工厂和温室，育种工厂相当于“回家”，重点是筛选高产品系。

大田粮食作物——水稻、小麦、玉米、大豆的主战场仍是田间，但育种前期——异地加代、逆境筛选、株系创建——完全可以在工厂内先跑完，最后再去大田“实战验证”。

多年生木本植物——以苹果树为例，从种下到开花好几年，育种工厂可以通过光温调控“骗”幼树提前开花，大大提前杂交育种的启动。

温室培育、处于开花/成熟阶段的代表性作物：水稻(G)、玉米(H)、小麦(1)、大豆(1)、油菜(K)、棉花(L)、番茄(M)、苹果(N)、梓树(O-T)

05 划算吗？

一定有人问成本。文章初步测算：一座标准育种工厂年运营成本约50万到85万美元，单世代约12.5万到21.5万美元。

单看一代，工厂确实比大田贵。但传统育种一年跑2代，工厂能跑4到6代——世代翻倍，品种上市周期直接砍半。在商业育种领域，早一年上市就是千万级的优势。工厂还能提前淘汰潜力不足的群体，把资金集中在真正有希望的材料上。本质上，它是把靠天吃饭的田间操作，转化成了全年稳定的标准化流程。

06 环境组学：背后的“操作系统”

这篇文章里反复出现一个关键词：环境组学（Environomics）——系统研究温度、光照、水分、养分等每个环境因素如何影响作物生长，并把这些规律量化为可操作的参数。

举个例子：高温让小麦减产，但到底是哪个发育阶段最怕高温？多少度持续多少天才造成不可逆损伤？不同品种的“耐热基因组合”有什么差异？没有环境组学，这些问题只能在田间一年一年地试。

有了它，育种工厂就能做三件事：解析目标产区的环境规律、在工厂里精准复现关键条件、用模型推算大田表现。这才是工厂育种的真正“操作系统”——没有它，工厂只是个高级温室；有了它，才是一个可预测、可重复、可优化的育种平台。

从传统育种，到基于多组学整合设计育种

07 未来：从地球到太空

一部分作物（高秆作物、超长生育期果树）可能永远离不开大田。但另一部分完全不同——有望在工厂里实现种子到种子的闭环。

2026年4月，“植物育种加速器”在华大时空中心正式启用

更有趣的是，如果人类未来在月球、火星种地，就需要专门培育适配太空工厂环境的新作物。更“科幻”的方向是：合成生物学和AI深度融合之后，人类是否可能彻底摆脱对传统农作物的依赖？

这篇文章并不试图回答所有问题。它更像是一份路线图——把散落在各个实验室的前沿技术串成体系，指出未来十年的攻关方向。

依托深圳市重大科技项目支持，华大将前沿构想落地实施，实现开发应用

 

论文信息

本文以“Revolution in plant breeding: from field to factory (F2F)”为题发表于Molecular Plant。中国农业科学院作物科学研究所（作科所）、深圳华大万物科技有限公司生物育种首席科学家徐云碧、作科所付俊杰、荷兰瓦赫宁根大学Richard G. F. Visser、中国农业科学院都市农业研究所杨其长为共同通讯作者。作科所付俊杰、华大万物谈聪为共同第一作者。作科所黎亮、中国农业科学院都市农业研究所李宗耕、石家庄博瑞迪生物技术有限公司张嘉楠、中国林业科学研究院林业研究所王军辉、华大万物刘欢为共同作者。本研究由农业农村部农业基因组学重点实验室等平台提供支撑。