联合国粮农组织的预测揭示了全球粮食安全的紧迫困境：到2025年，受气候变化引发的极端天气、土壤退化等影响，全球粮食产量将下降约17%；同时城市化扩张与生态保护挤占耕地，可耕地面积减少约20%。但同期全球人口将新增22亿，要填补供需缺口，粮食产量需提升50%。而当前频发的气候变化灾害与地缘冲突，进一步加剧供应链波动，让粮食安全危机愈发凸显。

在此格局下，全球生物技术种子市场迅速崛起。基因编辑、转基因与智慧育种等前沿技术不断突破，推动种子产品的高效化与多样化，并在各国政策支持下加速普及。

现代农业的战场已从田间地头转向基因序列的微观层面，分子育种技术正以颠覆性力量重塑育种范式。作为农业发展的“引擎”，种源已成为创新基石与粮食安全的战略支点。

 

 

分子育种

破解传统育种瓶颈的关键路径

传统育种受限于自然杂交与表型筛选模式，成本高，工作量大，培育一个新品种往往需要耗时十年甚至更久。此外，还面临优良基因靶向难、抗逆性与产量难平衡、产品同质化严重等问题。

为突破这些瓶颈，分子育种凭借精准、高效的技术优势成为现代育种的必然选择。

进入本世纪，其核心分支——基因组选择育种(Genomic Selection)的兴起显著提升了育种效率，标志着农业全面迈入4.0智能育种新时代。中国作为全球第二大种子需求国，正立于机遇与挑战交织的战略关口。

分子育种技术能够直接锁定抗逆、高产、品质优等核心农艺性状——

– 例如，通过分子标记辅助选择(MAS)精准聚合抗病基因Fhb1和Fhb7，使得小麦新品种的赤霉病抗性达到高抗水平，产量损失较感病品种降低20%以上；

– 全基因组选择(GS)技术更将高产优质小麦品种的选育周期从传统10年以上缩短至5-7年，并能基于苗期的基因型数据对成熟期的产量和品质性状进行预测，准确率高达0.7以上，彻底突破了传统育种的时空限制。

作物驯化育种遗传学研究
Huang, X., Huang, S., Han, B., & Li, J. (2022). The integrated genomics of crop domestication and breeding. Cell, 185(15), 2828-2839.

 

作为农业产业链的“半导体”，育种关乎产业自主可控的根基，而分子育种的崛起，正以革命性力量重塑农业育种的未来格局。

 

 

打造农业创新引擎

分子育种核心技术路线图

分子育种凭借其多技术融合与数据驱动的核心优势，正将丰富的种质资源“天然宝库”转化为应对挑战的战略性引擎。

它通过贯通“从资源到应用”的全产业链条，构建了现代育种的新范式，推动了从经验选育到精准设计的革命性跃迁。

分子育种从种质到分型技术应用解析

 

 

基因分型×自动化

突破育种产业化瓶颈

基因分型是分子育种的“眼睛”与“导航系统”，是驱动其走向精准化和高效化的核心技术基石。

从本质来看，分子育种是DNA水平上培育新品种的宏观目标与过程，而基因分型是其技术体系中读取遗传标记、确定“基因型”的关键工具——它突破传统育种依赖表型推断基因型的局限，能直接揭示作物遗传本质，为分子育种提供海量、精准且不受环境干扰的原始数据，搭建起从遗传信息到育种实践的桥梁。

依托基因分型，育种技术已实现从经验驱动到基因导向的范式跃迁：通过低通量qPCR（如KASP）靶向锁定关键主效基因、中通量芯片高效筛选基因组背景、高通量NGS全景解析复杂性状遗传网络，精准匹配分子育种不同阶段的需求，让优良基因的挖掘与筛选更具针对性。

而基因分型技术的价值释放高度依赖高效稳定的执行载体。

▶ 样本检测环节，传统人手逐份加样、记录的模式效率低下，且易出错，而智能自动化设备能实现样本转运、试剂分配、数据采集的全流程无人化操作，让基因分型的精准优势真正落地；

▶ 高通量检测场景，智能自动化系统更可同步处理数百份样本，既大幅缩短检测周期，又能规避人手操作带来的交叉污染风险，确保基因分型数据的可靠性。

可以说，精准分层基因解码（靶向qPCR/中通量芯片/全景NGS）与智能化执行基座（全流程自动化）的深度融合，将成为突破育种产业化瓶颈的关键引擎，驱动分子育种从科研探索蜕变为可量化、可复制的“基因工业”范式。

 

 

奔曜科技智能自动化解决方案

适配多通量基因分型技术

01 落地案例：加速KASP靶向基因快速检测

♦ KASP

KASP(Kompetitive Allele-Specific PCR)是一种基于荧光探针的高通量、低成本SNP分型技术，核心原理为竞争性等位基因特异性扩增，具有成本效益、高通量和环境稳定性等特点，大幅提升了育种效率，缩短了育种周期，为大规模育种应用提供了可靠技术支撑。

目前，KASP标记已在玉米、水稻、小麦、大豆、棉花等多种作物的标记辅助选择(MAS)中得到广泛应用，成为分子育种领域的重要工具。

♦ 客户需求

某国内高端仪器制造商在开展KASP标记检测工作时，面临传统人工操作模式带来的实际问题：

– 样本处理环节繁琐耗时、人力成本高，单批次样本洪峰期因通量不足错过育种窗口期；

– 人工操作差异与移液误差导致数据标准化低、批次重复性差，无法满足大规模检测的效率与精度需求。

该企业亟需一套适配其高端检测设备的智能自动化解决方案，打通KASP标记检测中样本预处理、反应体系构建、PCR扩增至数据分析的全流程关键节点，实现育种流程的全链路协同运行，消除人工操作局限，建立完整的数据追溯体系并支撑深度应用，最终达成检测精准性提升、分子育种效率优化、实验周期压缩，以及综合成本降低目标。

♦ 奔曜方案

奔曜科技提供的qPCR智能自动化检测平台精准锚定育种检测全流程痛点，通过技术协同为KASP标记筛选提供高效、稳定的自动化支撑，助力分子育种场景实现检测标准化与效率提升。

qPCR智能自动化检测平台

 

02 NGS建库自动化，高通量全基因组扫描

作为基因组的“标准化翻译器”，NGS（下一代测序）建库是将生物样本DNA/RNA转化为测序仪可识别的标准化文库的过程。通过片段化、末端修复、接头连接、PCR扩增等步骤，将杂乱的长链核酸“裁剪”成短片段文库，并添加测序引物与样本索引，使高通量并行测序成为可能。

在分子育种中，其核心价值在于突破传统技术局限：既能实现无预设的全基因组扫描，同步捕获SNP、InDel等各类遗传变异，又能解析多基因互作网络以破解复杂性状遗传机制，更可通过构建单倍型图谱激活种质资源中优异等位基因的挖掘与聚合，将作物遗传信息转化为可计算、可设计、可优化的数字资产，成为精准育种的核心工具。

奔曜科技为全基因组扫描提供NGS建库智能自动化平台。该平台通过模块化设备集群与智能流程控制系统的深度协同，实现了从样本前处理到标准化文库制备的全流程自动化，为大规模基因组研究提供了稳定可靠的工业化级技术支撑。

NGS建库智能自动化平台

 

从KASP标记精准分型到NGS全基因组扫描，分子育种正加速迈向“精准化、规模化、智能化”。

奔曜科技以智能自动化解决方案打通全流程堵点，通过提供不同通量的qPCR检测平台与NGS建库方案，破解人工局限，推动育种从“经验依赖”转向“数据驱动”、从“分散操作”升级为“一体化协同”，助力优质品种快速落地田间，为农业高质量发展注入核心动能。

 

 

参考资料：

[1] Buerstmayr, M., Steiner, B., & Buerstmayr, H. (2020). Breeding for Fusarium head blight resistance in wheat—Progress and challenges. Plant breeding, 139(3), 429-454.

[2] Jannink, J. L., Lorenz, A. J., & Iwata, H. (2010). Genomic selection in plant breeding: from theory to practice. Briefings in functional genomics, 9(2), 166-177.

[3] Crossa, J., Pérez-Rodríguez, P., Cuevas, J., Montesinos-López, O., Jarquín, D., De Los Campos, G., … & Varshney, R. K. (2017). Genomic selection in plant breeding: methods, models, and perspectives. Trends in plant science, 22(11), 961-975.

[4] Huang, X., Huang, S., Han, B., & Li, J. (2022). The integrated genomics of crop domestication and breeding. Cell, 185(15), 2828-2839.

[5] Ganal, M. W., Altmann, T., & Röder, M. S. (2009). SNP identification in crop plants. Current opinion in plant biology, 12(2), 211-217.