為什么要從能量和信息這兩個角度來分析，因為這個世界的終極答案就是能量和信息。我們過去說世界是物質的，其實更準確地說，世界應該是能量的，物質從本質上講就是由能量構成的（愛因斯坦的質能方程 E=MC²）。那信息又是什么呢？信息就是組織和調動能量的法則，比如語言、文字、公式、公理等等?？茖W的本質就是通過一套有效的方法去發(fā)現(xiàn)這樣一些特殊的信息。
科技史上重大的科技進步最終都是體現(xiàn)在能量或信息上。牛馬馴化、蒸汽機、煤炭石油電力的使用、原子彈等大大增加了人類可以駕馭的能量。語言、文字、紙張、印刷術、電報、電話、計算機等發(fā)明加強了信息的傳遞和溝通。育種技術上陸續(xù)使用的孟德爾和摩爾根發(fā)現(xiàn)的三大遺傳規(guī)律，分子標記、基因測序、轉基因等生物技術，統(tǒng)計分析，計算機等等都是直接和信息相關的。
在人類真正從事新品種選育之前，農作物產量的增加更多依靠畜力、犁具、壟作、輪作等善用能量實現(xiàn)的。出現(xiàn)職業(yè)育種家開始改良品種以后，以美國為例，一個半世紀以來遺傳改良對美國玉米產量增加的貢獻率約為 50%，栽培管理技術的改進對產量增加的貢獻率為 50%（Duvick，2005）。而新品種的選育更多是利用遺傳規(guī)律、生物技術等基因信息相關的理論和技術。肥料、密度、合理輪作、機械化操作以及病蟲草的防治等栽培技術更多的利用了作物與環(huán)境互做的信息。
我們先從能量和信息的角度簡單回顧總結一下玉米育種的大致歷程。
玉米育種的四個階段
1）育種 1.0 階段
從一萬年前到人類祖先開始馴化谷物開始一直到20世紀初，主要依賴對作物表型變異的肉眼觀察，憑借經(jīng)驗和主觀判斷，篩選高產、抗病等符合目標性狀的材料。沒有理論假說、科學方法論的指導，主要靠經(jīng)驗選擇自然變異，進展非常緩慢。
2）育種 2.0 階段
19世紀末20世紀初隨著孟德爾、摩爾根發(fā)現(xiàn)三大遺傳規(guī)律，緊接著伊斯特（Edward M. East）、沙爾（GeorgeHarrison Shull）和瓊斯（Donald F. Jones）等許多遺傳學家和育種學家研究雜交玉米。從此育種家通過預先設計雜交育種試驗，選育現(xiàn)代栽培品種。這個階段相繼推廣綜合種、雙交種、單交種，使得玉米第一次出現(xiàn)產量大幅上升。
有了遺傳規(guī)律、雜種優(yōu)勢和相互輪回選擇等理論的指導，育種家們第一次可以按照預先設計去改良選育新品種，效率大大提高。不過這個階段還是以經(jīng)驗為主，主要依據(jù)植株的表型性狀和簡單的遺傳規(guī)律來評價選育自交系和品種。同時期鈷60，EMS等誘變技術人為創(chuàng)造大量變異，南繁加代加速了育種進程。
3）育種 3.0 階段
20世紀80年代以來，隨著分子遺傳學的發(fā)展，以RFLP、SSR、SNP為代表的分子標記的應用在玉米基因定位、雜交優(yōu)勢研究、種質多樣性分析以及目標性狀輔助選擇等方面發(fā)揮了重要作用。轉基因技術使人類第一次打破了物種間的生殖隔離，將微生物等外源的功能基因片段可以整合到玉米基因組中發(fā)揮作用并穩(wěn)定遺傳?？瓜x、抗除草劑玉米的推廣使得玉米在全生育期盡量減少了外界的生物和非生物逆境脅迫，最大限度地接近理論產量。
再加上DH技術、多點多年的異地鑒定、高密度等方法的應用加快了育種進程，同時獲取了更多的信息，可以更快更準地選育出較為理想的品種。育種家們第一次有了大量基因型的數(shù)據(jù)可以從不同維度去驗證、加速表型的選擇。這個時代計算機的普及使用也給數(shù)據(jù)管理提供了保障。
4）育種 4.0 階段
新技術的發(fā)展速度可能超越了我們的想象，1.0階段我們用了上萬年，2.0階段不到兩百年，3.0階段也就在半個世紀以內，4.0階段來臨的時間可能真的很快。
測序技術、高通量的表型獲取、基因編輯、5G、人工智能等技術的突破讓我們暢想4.0時代的育種情形。如果以前我們說育種就是數(shù)字游戲，是概率事件。那么以后育種真的就是大數(shù)據(jù)育種，未來育種就是田間管理（栽培、植保、機械）+數(shù)據(jù)獲?。ū硇秃突蛐偷却髷?shù)據(jù)、人工智能、5G）+數(shù)據(jù)處理（數(shù)學家，算法、人工智能）。4.0時代數(shù)據(jù)信息將成為一個種業(yè)公司最重要的資產和競爭力。
面對育種4.0的到來，應該做哪些準備？
隨著DH、分子標記、芯片測序等技術的發(fā)展，不但自交系改良迭代的速度越來越快，對自交系和品種的信息描述也越來越全面，越來越精確。3.0階段以來，在土地、人力、機械等能量增加的速率在放緩，而信息增加的速率在放大。無論是育種（遺傳）還是栽培（環(huán)境），單靠增加能量投入實現(xiàn)增產的邊際成本越來越高，更可行的方案是在發(fā)現(xiàn)、搜集及利用遺傳和環(huán)境信息方面取得突破和領先。栽培（環(huán)境）方面，以拜耳氣候公司精準農業(yè)就是很好的例子。通過大量采集氣候、土壤、肥料和病蟲害等數(shù)據(jù)信息，結合作物（例如玉米）的生長規(guī)律，建立模型，來實現(xiàn)農作物全生育期與環(huán)境互作的解決方案。
目前的狀態(tài)是孟山都、先鋒等幾家國際一流種業(yè)正在從3.0到4.0，而國內種業(yè)階段還處在2.0到3.0的階段，差距非常明顯。那么我們應該怎么應對呢？以下是一些個人的簡單思考，僅供參考。
1）思維的改變
工業(yè)時代的科學基礎是強調確定性和可預測性的機械論。但是從20世紀初愛因斯坦的相對論，海森堡的測不準原理的提出，普朗克、波爾和薛定諤等物理學家們意識到不連續(xù)性及不確定性才是我們這個世界的本質。從機械時代走到信息時代，新的科學基礎和方法是控制論、信息論和系統(tǒng)論。
控制論研究的是在一個動態(tài)系統(tǒng)中，在內在和外在諸多不確定因素下，如何保持平衡狀態(tài)的方法論。它的核心思想是利用對各種輸入信號的反饋來控制系統(tǒng)的問題。
信息論也是一種方法論，我們今天熱門討論的大數(shù)據(jù)思維其科學基礎就是信息論。信息論最基本的思想就是為了消除不確定性。如何消除不確定性，其關鍵就是利用更多的數(shù)據(jù)和先進的工具掌握更多的信息。所有的科學無疑都是搜集并處理信息的科學。這個過程可以歸納為如何獲得信息，如何處理大量數(shù)據(jù)，并提煉總結規(guī)律。
在經(jīng)驗育種時代，育種家是按照預先設計去選擇那些認為可預測性的。到了信息時代，育種家是通過各種工具、數(shù)據(jù)不斷消除各個環(huán)節(jié)的不確定性。當然剛開始可能效果不理想，但隨著技術發(fā)展，效率會越來越高，越來越準確。到了那一天，育種就是數(shù)學家和栽培學家的工作了。先鋒80年代的高密度育種、多點多年的測試實質也是獲得了更多的信息，分子標記的應用同樣如此。
我們群內老師的相互交流分享也是增加了大家能獲取的信息，大家都覺得收獲滿滿，就是因為接下來的工作中一些交流信息可以幫助我們減少部分不確定性。
系統(tǒng)論是面對高度復雜的產品和系統(tǒng)進行管理的方法，系統(tǒng)論的觀點認為，整體的性能未必通過局部性能的優(yōu)化而實現(xiàn)。很多人喜歡使用蘋果的iPhone手機，不是因為它的配置高，而是因為當初在將技術和藝術相結合上，沒有人能在境界上超越喬布斯，以至于蘋果手機整體的體驗好。同樣玉米品種也是，如果將品種分解為產量、各種抗性、株高、生育期等數(shù)據(jù)指標，蘋果手機的整體性能表現(xiàn)就如玉米品種的最終表現(xiàn)，手機的各種配置就如玉米的各個性狀，我們最終想要的是最優(yōu)的整體解決方案而不是部分指標的最高的簡單累加。
2）新技術的了解甚至應用
思考的立場應該站在未來，做事的辦法就不能局限于今天的技術。計算機、分子標記、轉基因以前都是新技術，智能手機十年前也沒有。
一言以蔽之，新的時代需要新的思維和新的技術。正確思考問題的方式是站在未來的角度回顧今天，而不是以今天的技術去推測明天。我們應該抱著終身學習的態(tài)度，并積極主動地了解和學習基因編輯、數(shù)字技術和人工智能等新技術。
育種4.0時代，常規(guī)育種的定位和應對
面對即將到來的4.0時代，傳統(tǒng)育種家最大的擔憂是如何定位和應對。
育種的終極目標是產品即品種，產品的基礎是自交系。按照系統(tǒng)論的觀點，一個復雜系統(tǒng)（品種可以理解為復雜的內部基因和外部環(huán)境互作的系統(tǒng)工程）的最優(yōu)結果絕對不是各個最優(yōu)指標的簡單累加。育種的本質是有利等位基因的聚合，但有利的基因也是針對特定環(huán)境，特定需求而言的，而且絕大多數(shù)的基因都是微效基因，微效基因的改良通過常規(guī)的相互輪回選擇改良證明是有效的，分子標記、轉基因乃至基因編輯技術能解決的還是以質量性狀為主，因為絕大多數(shù)情況下，僅一種核苷酸的替換并不能解決問題。也就是說新技術的應用主要是附加在最新最優(yōu)的自交系之上，而我們常規(guī)育種家最擅長的也是選育新自交系?？梢姷奈磥?，比如三五十年內，常規(guī)育種家還是應該盡力做好自己的本職工作,積極了解新技術并嘗試應用。
面對大公司的技術先進，資源豐富，我們還有什么優(yōu)勢呢？通常的一個思路是和大公司最強大的地方去競爭，也就是硬抗和死磕；第二種就是避實就虛，找它最弱的地方去競爭。但這兩條路都很難，因為大公司有競爭優(yōu)勢的地方也不是憑空而來，而是長時間努力的結果，它圍繞這個長處一定積累了太多看得見看不見的優(yōu)勢。那避實就虛呢，現(xiàn)實往往就是這個細分市場可能很小，它不重視。大公司最大的軟肋實際上在于遷移成本，大公司之前形成的優(yōu)勢往往也是下一次大的進步的障礙，IBM、柯達、諾基亞都是如此，先鋒公司也因常規(guī)育種的強大優(yōu)勢而在轉基因技術方面被后來者孟山都超越。主要原因是改變的成本巨大，而且一旦改變原本的優(yōu)勢就沒有了，但新的優(yōu)勢還不一定能形成。再加上改變的流程很慢，時間很長。
以雜優(yōu)模式為例，雜優(yōu)模式?jīng)]有唯一的答案，也可能沒有最好的答案，任何合理的，邏輯上能自洽的，實際證明有效的都是好答案。好的模式是可重復，可迭代的。大公司形成了相對固定的雜優(yōu)模式，這是他們的優(yōu)勢，同樣也可以看作我們的機會。由于大公司沿著固定模式積累了太多的種質資源，這里有兩個思路可以參考：
第一個簡單些，在大公司既有模式的基礎上長出自己相對獨特的枝干，比如中晚熟的SS/NSS模式，我們同樣固定SS種質相對血緣純正，在保證合法的前提下，將大公司的SS類融合，好處是起點高，純合快，合法且有差異，同時面對今后SS新種質，可以快速簡單的融合到自己的SS改良系中。當然也可以固定NSS，這里面到?jīng)]有絕對的兩群論，我提倡廣義兩群論或者叫相對兩群論，針對不同區(qū)域，不同的實際情況，我們應該固定一面，放開對立面。這方面李老師做的很好，他就是針對不同種質，不同熟期，有的固定歐硬（歐硬/非歐硬），有的固定Iodent（ID/非ID），有的固定蘭卡（蘭卡/非蘭卡）。這種做法的好處主要有：1、種質資源有特色，又區(qū)別于其它的公司；2、起點高，風險低。起點高就決定了最終穩(wěn)定的自交系本身產量較高，風險低是因為所利用的資源，都是經(jīng)過了多年、多點、多部門的鑒定，較好地控制了風險。3、可持續(xù)、可迭代。面對今后源源不斷的新種質，可以參考雜優(yōu)模式快速簡單和自己的種質進行整合。
第二個是：打破固有模式，走出完全自主之路。這方面以登海、良玉、北京農林等為例，走出了美雜/地方種質的雜優(yōu)模式。優(yōu)點是沒有產權問題，同時可以不斷利用最新的種質，但反過來卻不行。缺點是前期投入大，風險高。因為雜優(yōu)模式也不是憑空而來的，也需要互為對立面的種質類群拉開遺傳距離且固定有利基因。但一旦形成了像B73等BSSS類群一樣，在自我核心種質、雜優(yōu)模式形成之后，再往后就是康莊大道。
無論選擇什么道路，我們要遵循的一個原則是把能量集中到一點上，形成局部很高的能量密度，實現(xiàn)突破。正如姜老師提倡的少做組合，放大群體即做減法，少做事，把有限的資源集中到少數(shù)幾個組合中，形成局部突破。如在大型戰(zhàn)爭中，整體可能不占優(yōu)勢，但要盡量形成局部優(yōu)勢，方有活路，盡管最終仍然有可能會倒在海陸空、衛(wèi)星、中遠程導彈的精確打擊下。
小結：
1）世界的終極答案就是能量和信息，本質也是不確定性的。
2）每一次育種上重大突破都是獲取信息的增加。產量的增加也是截獲轉換了更多的能量。
3）新的時代需要新的思維、新的技術。
4）信息時代，新的科學基礎和方法是控制論、信息論和系統(tǒng)論。
5）育種家最終選的是品種，是一個內部復雜系統(tǒng)和外部復雜系統(tǒng)共同作用下的最優(yōu)解決方案，而不是不同指標最高標準的簡單聚合。
6）大量信息的獲取及處理將是 4.0 時代的核心競爭力。
7）雜優(yōu)模式?jīng)]有絕對的，只有相對的。也沒有最好的只有最適合的。
8）集中能量局部突破，先在局部形成優(yōu)勢才能生存，生存下來才有發(fā)展的可能。
