2025年8月的北京，中国科学院遗传与发育生物学研究所的实验室里，一台白色机械臂正轻盈地掠过大豆植株，精准触碰花朵完成授粉——这不是科幻电影中的场景，而是中国科学家团队刚刚攻克的”智能育种机器人”实地测试现场。8月11日，国际顶级学术期刊《细胞》在线发表了这一突破性成果：中国科研人员通过生物技术（BT）与人工智能（AI）的深度融合，成功研制出世界首台智能育种机器人”吉儿”（GEAIR），并以此为核心构建了全球首个”智能机器人育种工厂”，将杂交育种与制种技术从”经验驱动”的2.0时代，直接推向”智能闭环”的5.0时代。
育种困局：百年难题待解的”杂交之痛”
自19世纪孟德尔揭示遗传规律以来，杂交育种便成为农作物增产的核心手段。但传统杂交育种始终面临三大”卡脖子”难题：其一，依赖人工去雄，单株处理需耗时15-20分钟，大规模制种时人力成本占比超60%；其二，花期同步性难以精准控制，自然条件下杂交成功率不足30%；其三，雄性不育系的筛选与维持极为复杂，全球范围内仅少数作物（如水稻、玉米）实现了大规模应用，大豆等作物仍因花器结构特殊而难以突破。
以大豆为例，作为全球最重要的粮食和油料作物之一，我国大豆年进口量超1亿吨，对外依存度高达80%以上。但受限于传统育种技术的低效性，我国大豆单产仅为美国的60%、巴西的50%。”如果能实现大豆杂交种的规模化生产，理论上单产可提升30%-50%，这对保障国家粮食安全意义重大。”项目负责人许操研究员在接受采访时坦言，”但传统方法根本走不通——大豆的花太小（直径仅约5毫米），雄蕊和雌蕊排列紧密，人工去雄几乎不可能完成；花期又短，自然状态下杂交窗口仅2-3天，稍纵即逝。”
技术突围：BT+AI融合催生”作物-机器人协同设计”
面对这一百年难题，许操团队另辟蹊径，提出”作物-机器人协同设计”的全新理念：先通过基因编辑技术”改造”作物本身，设计出”机器人友好型”的花型结构；再让AI驱动的智能机器人完成精准操作，最终形成”基因编辑-机器人作业-性状优化”的闭环。
第一步：用基因编辑”定制”作物。 团队针对大豆花器结构特点，利用CRISPR-Cas9等精准基因编辑技术，对调控花发育的关键基因（如AGAMOUS、APETALA1）进行定点修饰，成功创制出结构型雄性不育系。这类不育系的花瓣完全退化，雄蕊簇状分布且花药干瘪无花粉，而雌蕊则异常发达、柱头外露——这种”为机器人量身打造”的花型，使机械臂能以毫米级精度完成取粉、授粉操作，效率较传统方式提升百倍。
第二步：用AI赋予机器人”智慧”。 机器人要实现自主杂交授粉，需突破三大技术壁垒：如何在密集的花丛中精准识别可操作的雌蕊？如何控制机械臂力度避免损伤脆弱的花器？如何在复杂环境（如光照变化、叶片遮挡）下稳定执行任务？团队联合自动化所、清华大学等单位的AI专家，开发了多模态感知与决策系统：通过高光谱成像技术识别花器官发育状态，误差小于0.1毫米；利用力反馈传感器动态调整机械臂接触压力（仅需0.05牛，相当于人类指尖轻触的1/10）；结合强化学习算法，让机器人在模拟环境中训练超10万次，最终实现对复杂环境的自适应。
测试数据显示，”吉儿”机器人单次巡航可处理200-300株大豆，授粉成功率高达77.6%±9.4%，且能24小时不间断作业。”过去人工授粉，一个熟练工人一天最多处理50株；现在一台机器人相当于15-20个工人的效率，还能保证每朵花都被精准授粉。”实验室现场，许操指着正在工作的机器人介绍，”更关键的是，它能根据作物生长周期自动调整策略——比如在花期早期优先处理外围花朵，避免叶片遮挡；后期则加快速度，确保所有雌蕊都能及时授粉。”
范式革新：从”经验育种”到”智能闭环”的跨越
“吉儿”机器人的诞生，不仅是一台设备的成功，更标志着我国在生物育种领域完成了从”工具改进”到”模式重构”的质变。团队提出的”BT筑基+AI赋能+机器人劳作”（BAR）模式，构建了全球首个自主知识产权的智能机器人育种闭环：
- BT筑基：通过基因编辑改造作物性状，为机器人作业提供”硬件支持”；
- AI赋能：利用机器学习、计算机视觉等技术，赋予机器人”感知-决策-执行”能力；
- 机器人劳作：通过自动化设备实现规模化、标准化操作，降低人为误差。
“这种模式打破了传统育种’靠天吃饭、靠人经验’的局限。”《细胞》杂志审稿人评价道，”它不仅是技术上的突破，更是育种范式的革新——从’人找规律’转向’规律为人所用’，为解决全球粮食安全问题提供了中国方案。”
目前，该成果已在大豆上实现商业化应用：团队与东北某农业企业合作建立的”智能育种工厂”已投入运行，首批通过机器人授粉获得的大豆杂交种，经田间测产显示增产22%，且抗逆性（耐旱、抗虫）显著提升。与此同时，针对水稻、玉米、番茄等作物的结构型不育系创制技术也在同步推进，预计2年内可实现规模化推广。
未来已来：从”1.0版”到”生态化”的智能育种
对于”吉儿”机器人的未来，团队已有清晰规划。许操透露，下一代”吉儿2.0″将集成更多智能模块：”比如搭载多光谱传感器，实时监测作物营养状况并自动调整授粉策略；增加自主导航功能，可在大田中按最优路径作业；甚至引入群体智能算法，让多台机器人协同完成大规模制种任务。”
更深远的影响在于产业生态的重构。目前，团队已围绕结构型不育系创制、机器人核心部件等申请国内外专利56项（含12项PCT国际专利），并与隆平高科、大北农等龙头企业建立合作，计划3年内打造”智能育种装备-性状专利-种子生产”的全产业链。”我们的目标不仅是卖机器人，更是建立一套可复制的智能育种解决方案。”许操说，”未来，无论是主粮作物还是经济作物，农民只需提供土地，剩下的选种、制种、种植，都可以交给智能系统完成。”
从”神农尝百草”的传统育种，到”基因剪刀+智能机器人”的现代育种，中国科学家用一场跨越千年的技术革命，为全球农业注入了新的动能。正如《细胞》杂志在论文摘要中所言：”这项研究不仅是生物技术与人工智能深度融合的典范，更预示着’AI for Science’将在解决人类生存与发展难题中发挥核心作用。”当”吉儿”机器人在田间地头穿梭授粉时，我们看到的不仅是科技的进步，更是一个国家对”把饭碗牢牢端在自己手中”的坚定承诺。
发表回复