种业作为“国之命脉”，步入4.0时代，先进科技的应用将不断加速新的作物品种的选育，为我国打赢种业翻身仗创造了更大可能。在此之前，世界种业发展已经历了3个阶段。

在1.0阶段，主要依靠对作物表型变异的肉眼观察，凭借耕作者的经验和主观判断，筛选符合期望的育种材料。在2.0阶段，随着人类对生物遗传规律的认知，及其在育种中的应用，职业从事育种的人可以通过预先设计杂交试验选育新品种。

在3.0阶段，随着现代分子生物学与基因工程的快速发展，高通量测序与芯片平台的出现，使全基因组选择辅助育种技术在作物育种中逐步应用起来，人类的育种研究实现了从对作物表型观察的感性认知到对影响性状的微观DNA结构理性分析的巨大飞跃。

进入21世纪第二个10年，随着全球人工智能技术、基因工程技术、生命科学突飞猛进，育种进入“按需定制”时代。

2018年年初，美国康奈尔大学玉米遗传育种学家、美国科学院院士Edwards Buckler教授正式提出“育种4.0”的理念。

在育种4.0阶段，强调的是生命科学、信息科学与育种科学的深度融合。科学家通过针对动植物的特定性状或功能所对应的基因进行编辑，人为“改良”出新的作物品种，并且培育周期可以缩短至一年或数月，甚至实现在短时期内快速驯化出新品种为人类社会所用。

袁隆平院士曾说过，“分子技术与常规育种结合如虎添翼。4.0时代的作物基因组智能设计育种，将推动育种技术实现从“艺术”到“科学”再到“智能”的革命性转变。”

不仅如此，4.0时代智能育种所采用的基因编辑技术，与3.0时代的转基因技术有着本质的不同。转基因技术是将人工分离和修饰过的外部基因导入目的生物体的基因组，从而改造物种的性状，以达到抗虫、抗病、抗除草剂等目的，本质上是“创造”新物种的过程。 

而基因编辑技术可以做到不转入外源基因，只是通过使用CRISPR-Cas9或锌指核酸酶（ZFN）等技术对生物体内部存在的“不良基因”进行修饰，达到去劣存优的目的，本质上是“改良”或“重塑”原有物种的过程。

正是由于不涉及转基因，基因编辑的作物品种在审批上有更大自由度，国际上对此监管也普遍更宽松。美国农业部（USDA）在2018年做出决定，对采用CRISPR基因编辑技术繁育的农作物不进行审查管制，截至2020年年底，美国已经批准了超过70种基因编辑作物。

2021年，日本也批准了一种基因编辑番茄的商业化生产和食用，该品种可增加γ-氨基丁酸含量，食用后有稳定情绪的作用。在国内，已有袁隆平院士团队采用CRISPR技术筛选出新一代抗镉超级稻；中国科学院高彩霞研究员将抵抗白粉病的基因引入小麦等成功案例。

因此，在4.0时代，借助合成生物学、基因编辑技术及人工智能、大数据等跨界技术的融合应用，种业发展出现由随机向定向、可设计的革命性转变，品种“按需定制”成为现实。并且，新技术下育种周期大大缩短，将为我国的农产品新品种选育创造绝佳机遇，有助于尽快摆脱“卡脖子”的束缚。

智能育种时代为农业的物种重塑奠定了坚实的科技基础，种业发展迎来了前所未有的重大机遇期。

当前，除海南省、甘肃省、四川省这三大国家级育制种基地外，已有武汉、新乡等城市提出建设“中国种谷”，长沙、广州等城市也提出建设“种业硅谷”。另有一些城市针对特定领域提出建设目标，如三明打造“稻种硅谷”，寿光打造“蔬菜种业硅谷”等。

目前，国内的大数据应用显得广而不精，在气象、土壤、GIS影像系统及分析、虚拟现实技术分析及应用等专业化的应用场景方面，仍有很大差距。在这部分稀缺的应用场景方面，将会有大量的新兴企业杀入，而这正是拥有数据科学龙头企业的城市跨界进入农业育种领域的机遇。另外，如同圣路易斯那样拥有农业锚机构的北京、武汉、杨凌等“农谷”，也将培育出众多种业相关的初创企业，成为种业初创企业的聚集区。