未来科学家培育项目（2026）
AI驱动的水稻理想株型设计理论与技术
创新训练项目
农学
植物生产类
二年期
B、学生来源于教师科研项目选题
刘正辉
指导教师
1. 研究背景
优异的冠层结构可能是籼粳杂交稻产量优势的一个重要来源，塑造“籼形粳骨”的理想株型是突破水稻产量瓶颈的一个值得探索的路径。在水稻理想株型设计中，存在以下亟待解决的关键问题：
（1）在表型组学上，如何在群体条件下高效、精准鉴定叶倾角、叶穗形态及空间关系等冠层结构性状？
（2）在基因组学上，控制籼粳杂交稻理想株型的遗传基础是什么？哪些主效基因或位点控制籼稻的叶片、穗部形态？哪些控制粳稻的叶片、穗部机械强度？这两种来源的基因在杂交种世代上是如何互补、互作塑造优异冠层结构的？
（3）在生理学上，理想株型的冠层光截获特征是什么？光合碳同化的高效机制是什么？源库关系是怎样协同同化物制造、分配进而影响产量的？
借助基因组学、表型组学和作物生理学等多学科交叉研究，可有效破解以上难题，进而科学、系统构建基于籼粳杂交的水稻理想株型设计育种理论和技术体系，助推水稻产量潜力突破。
2. 研究目标
（1）创新基因组学、表型组学和生理学融合的水稻理想株型设计育种理论
（2）构建AI驱动的水稻理想株型设计育种技术体系与平台
3. 研究内容
（1）水稻理想株型鉴定的表型组学基础
针对个体、群体水平的表型鉴定难题，研发空地结合、多源耦合的植株、冠层重构技术，发掘表征理想株型的优异结构性状，在器官-个体-群体尺度构建高通量株型精准鉴定技术体系，创制优异表型鉴定仪器、装备。
（2）水稻理想株型建成的基因组学基础
面向全基因组选择育种，构建籼粳杂交育种参考群体，研究株型性状的遗传规律，探查主要调控基因、位点，明确籼稻、粳稻两大亚种在株型建成上互补、互作的遗传基础；并结合训练群体，构建基因分型系统，专注于理想株型相关的高置信度功能基因，发掘可用于GS的高效SNP标记。
（3）水稻理想株型品种产量形成的生理学基础
以籼粳杂交育种参考群体为对象，设置密度、播期、肥料等处理，在群体水平从冠层光截获、微环境、同化力等结构与功能关系方面，在个体水平从叶穗碳同化、节间功能、灌浆特性等源库关系方面，揭示理想株型品种产量形成的生理机制。
（4）水稻理想株型设计的智能育种平台
基于多环境下籼粳杂交育种参考群体的基因型和表型数据，构建智能育种平台，融合高质量SNP筛选、田间表型便捷采集系统，GS智能设计功能模块和育种芯片，为理想株型设计育种提供高效、精准的智能辅助工具。
4. 预期结果
（1）构建基于籼粳杂交稻的水稻理想株型设计育种理论和技术体系
（2）选育出1~3个具备理想株型特征的籼粳杂交稻品种（系）
（3）研制出1~3套用于理想株型精准鉴定的表型仪器、装置
（4）推出AI驱动的水稻理想株型设计育种平台
（5）授权理想株型设计育种相关发明专利3~5项
（6）在国际主流期刊发表高水平论文3~5篇
招募成员要求
1.具备植物生理学、遗传学专业背景
2.熟悉AI技术发展现状、基本原理
3.数学较好或具备编程能力的同学优先