作物遗传育种基础知识（当育种遇上设施农业）

在一个缺水和缺耕地的世界里，“食物里程”的概念不仅是消费者的诉求，还让人联想到供应链的挑战以及不断上涨的燃料成本，设施农业的潜力似乎是巨大的。这是一个价值500亿美元的市场机会，由对新鲜、本地、可持续农产品的需求所推动。

设施农业的愿景是拥抱高科技，利用植物生长灯，让农作物在先进自动化和人工智能的受控环境下生长。但是，尽管设施农业农场的运营软件和硬件不断取得技术进步，但最复杂的农作物本身的创新却被忽视了，比如说育种改良。在这个快速增长的市场中，作物育种是保证获得更高利润的基础。

自古以来，农民就收集种子进行繁殖，专注培育在田间条件下表现最好的品种；除了产量，抵御环境压力和病虫害的能力是农民最关心的问题。这样的育种过程在某种程度上忽视了农作物的味道和质地，但在环境被精确控制的设施农业中，育种家则能够专注于传统育种忽略的那些植物性状，设计具有室内生产特性的农作物来取悦消费者的味蕾并改善供应链，释放种子的最大潜力。

育种为了什么？

AeroFarms的联合创始人Marc Oshima认为，对于垂直农场，育种家可以将注意力转移到对消费者最重要的品质上：味道、芬香、质地和其他与食物品质相关的属性。拥有高效形态的植物也很重要，这样它们就可以在室内独特的环境中轻松维护和收获。

农田种植的水果和蔬菜的最大育种目标是抗病性。病理学家和育种家合作，必须保持领先于下一种疾病的爆发。设施农业中，尽管白粉病等一些疾病还是能在室内发生，但通常可以通过管理措施加以控制。这让育种家不必对下一次严重病害而提心吊胆，可以将育种的重点转移到开发和加速新作物发现、种植配方和改进效率，并在室内种植系统中规模化复制。

这些变化使生产者和消费者都受益。生产者将受益于更持久的果实、质量、更快的生长周期和有益的植物形态，而消费者将满足风味、味道、颜色、质地和营养的需求。

科学家和设施农业公司正在猜测室内种植的许多可能性，例如在植物中生产药物、增加特定营养素和生物活性物质的含量、更高的蛋白质、以及个性化饮食的食物等等，并有利于改善健康！

谁在为设施农业育种？

设施农业的种植者们大多不自己来做育种，但是传统种业公司对设施农业的育种服务又显然不足。拜耳则看到了这种需求。2020年时，拜耳作物科学和淡马锡成立了独立的合资公司Unfold，以满足垂直农场的育种需求。Unfold为所有室内农场提供种子，最近还与垂直农业公司Bowery Farming联手加速开发专门用于垂直农业行业的新品种。

使用不同的商业模式，美国发展最快的垂直农业公司之一Kalera则在去年收购了育种公司Vindara，开发专为垂直农场环境设计的种子。Vindara的联合创始人兼总裁Jade Stinson博士认为，农艺学的一些理想特征是作物产量和形态，而食物角度上的重要特征是味道、颜色和质地。

大多数设施农业生产商都在寻求与第三方育种机构，包括大学和种子公司合作。Aerofarms与育种机构进行了多次积极合作，目前正在评估多个第三方开发的专有草莓和啤酒花品种，以适合完全受控的生长环境。

AeroFarms还联合了康奈尔大学和其他大学合作方，以及美国国家航空航天局、能源部和美国农业部等政府机构，优化包括生菜在内的各种农作物的生长条件。

Sakata Seed America是一家专注设施农业的种子公司。2019年，该公司开始注意到室内农场的专有作物开发。现在，他们与主要的设施农业种植者合作，培育出生菜、芝麻菜、罗勒、甜菜、芥末和小白菜等等，并开始了下一代育种项目。为设施农业行业寻找和提供具有最佳产量、有利的植物形态以及风味、颜色和质地的优质种子。

除了绿叶蔬菜，草莓是设施农业中最受关注的作物之一。垂直农场Plenty和全球知名浆果生产商Driscoll's就曾宣布过一个联合项目，使用Driscoll专有的种质和浆果专业知识以及Plenty的垂直农业技术来研究和种植Driscoll品牌的浆果品种。

根据Driscoll's全球研发高级副总裁Scott Komar的说法，Driscoll拥有全球最大的浆果基因组合，可以利用Plenty的室内生长环境选取和优化。这为Driscoll提供了显著的优势，比其他规模较小、多样化程度较低的育种计划领先一步。

育种工具

育种家使用哪些工具来为设施农业进行育种？水果和蔬菜的遗传和育种历史不像许多农田作物那样发达，而且作物数量巨大，但该行业正在迎头赶上。

育种者正在使用先进的育种工具来满足市场对营养、高产和美味农产品的需求。他们可以使用的工具是基因组学和计算生物学、分析和深度机器学习，以及更传统的育种方法，如标记辅助育种和基因渗入。

许多公司和育种者都对基因编辑感兴趣，将其视为一种让育种更快、更精确的工具。然而，在不确定的全球监管环境中，基因编辑仍被用作非商业领域的育种工具，以快速找到感兴趣的基因，看看有什么可能。然后，再使用需要时间和资源的传统育种方法来开发类似的性状。

目前，除了去年进入日本市场的高γ-氨基丁酸番茄品种外，任何地方的超市都没有经过基因编辑的农产品。鉴于消费者继续对粉红菠萝、抗褐变苹果和抗病木瓜感兴趣，基因编辑农产品的未来也可能是光明的。

最后，随着市场的快速增长，育种者和生产者都更加重视开发最适合室内种植的作物品种。育种不仅可以让作物的农艺性状发生阶跃变化并提高单位经济性，而且以消费者为中心的性状创造出差异化产品。设施农业避免了由于气候原因农作物无法在外生长的压力，使得我们可以重新评估育种目标，投入到开发满足消费者对风味、味道、颜色、质地和营养的需求。

设施农业的专用育种是一个尚未开发的巨大机会。我们才刚刚开始了解为室内作物育种的可能性。