从扛着设备满山追马,做“马”口普查;到研发AI(人工智能)“伯乐”,一眼识准千里马。这个过程,中国农业大学动物科学技术学院马遗传资源与种质创新团队花费了近5年时间。最近,AI“伯乐”——国内首个基于视觉智能技术的便携式表型测定平台获得了国家发明专利。而随着它的上岗,我国“宝马”繁育工作将驶入快车道。
中国农业大学动物科学技术学院马遗传资源与种质创新团队负责人王勤(右二)带领师生做“马”口普查。 受访者 供图
团队成员使用技术手段分析马的数据。
未来对马进行测量和护理将更加智能化。 智慧养马
个性化培育中国血统温血马
中国农业大学动物科学技术学院马遗传资源与种质创新团队牵头建设的本市首个“马”科技小院,位于通州宋庄的北京泉兴农牧园祖平马房,养了约40匹温血马,多数在国际马术比赛上捧过奖杯,还有一些是冠军的后代。马场负责人黄祖平是我国首批奥运马术运动员之一。
在科技小院,每匹马都有专属食谱和“养生计划”:每天早上8时左右,马工分批把马从马厩里牵出,带到马场遛圈;“锻炼”结束后,要用马刷清洗马身和鬃毛。黄祖平说:“给马洗澡非常有讲究——比如护理马蹄时,要洗蹄、抠蹄,晾干后再涂抹蹄油。”
科技小院团队负责人王勤说,近年来,随着马产业的发展,马术正在从小众运动向大众化转型。温血马是高水平马术运动的首选,但此前在我国自主繁育能力不足,因此一直依赖进口,“小院的任务就是形成本土化育种体系,繁育中国血统的温血马。”温血马并非单一品种,而是为满足现代马术运动需求,通过系统杂交育种形成的马匹类型。经过选育的温血马普遍具有温和、聪明且乐于配合的气质,运动性能好。
这个目标的快速实现,AI“伯乐”功不可没。它可以智能识别马匹表型特征,评估马匹性能。马只需要站在摄像头前,或者从摄像头前慢慢走过,平台就能自动测定并生成马的体高、体长、胸围等体型外貌数值,还能估计马的体重。这些数据被传送至平台的配套软件中,实时生成数字化的三维点云,构建每匹马的专属数据库。
“有了这些基础数据,马的培育就可以实现个性化了。”王勤说,平台不仅节省了表型测定的人力成本,还大大减少了马匹应激。与传统人工测量方式相比,其测量效率提升了3至7倍,单匹马的测量时间仅需35至45秒。
最近,团队不断缩小着平台测定的数据误差范围。王勤说,大量实地测试显示,平台在测量精度和准确度上与人工测量值无显著差异,达到了实际应用要求。
“这项成果适用于品种选育、日常管理、马匹交易和赛前鉴定等多个场景,具有广阔的商业化前景。”王勤兴奋地说,“今年,已经有企业找我们主动对接了!”
团队的目标是,不断优化平台技术,构建起一套中式选育技术体系。王勤说,团队希望搭建起集“育—测—推”于一体的创新培育平台,加速我国高水平运动马的培育进程,加快实现进口替代,为都市新型畜牧业发展提供种源动力。
解读密码
“马”口普查搭建起基因数据库
从始祖马出现至今,马的历史已有5600万年。20世纪70年代,我国一度是世界上最大的养马国,马匹饲养数量超1000万匹,主要承担农业劳作、牧区运输等工作。随着技术进步,机械替代了马蹄,马逐渐淡出日常生产生活。如今,全国马匹数量仅存不到400万匹。王勤说,马依赖国外基因,中国研究马的人才也出现了断层。
2021年3月,农业农村部启动了第三次全国畜禽遗传资源普查。她看到了机会,依托中国农业大学组建了马研究团队,致力于从零开始构建研究工具,搭建马基因数据库,促进马遗传资源保护和开发利用。
“普查内容包括测定马的数量和性能,梳理区域分布。”王勤解释,只有普查才能对当前我国马遗传资源有精准地了解,为遗传资源的保存利用、质量提升和培育新品种等工作提供依据。
AI“伯乐”的研发来自迫切的现实需求,王勤笑着分享了一段“满山抓马”的故事。
“马”口普查开展初期,一度遇到了大麻烦——实测缺少自动化的测定设备,要靠手测。其中,培育和引入马种情况较好,多数在马场,相对集中。地方马种多数散放,为了采样,先要把马聚到一起。谈起满山抓马的经历,王勤哭笑不得地形容:“经常上演现实版的人仰马翻。”
马是敏感的动物,让它上秤不能光靠蛮力。“前面拽、后面推,跟拔河似的。大家还经常使出各种招数,引导马匹走进测量区。”她无奈地说,“未经过调教的马很难配合。有时为了测量几匹马,团队需要花费一个上午。”
“那时候就在想,要是有台自动化测量的设备就好了,能让这个过程更高效、数据更精准。”王勤说,这也是平台开发的初衷。
目前,王勤团队已经搜集和测定了90个马群体、近40个品种的基因组信息,构建了全球规模最大的马基因组参考数据库。“这相当于做了一部解读马基因的辞典。”王勤说,基于这一成果,团队开发了低成本基因分型技术,仅用1%的成本就能获得超过95%准确度的全基因组信息。
小院环境优美,给马提供了舒适的生活空间。 发掘“黑马”
产业“春天”将来临
让更多产品被看到
团队眼里不仅有马,还有“黑马”产品。让王勤最满意的第一次“开发”,是从牧民的话里挖出来的。
“团队做调研,满世界跑,哪儿有马就去哪儿,和牧民打交道多,常听他们说,不舒服就喝点马奶。但追问为什么,没有答案,只说是一辈辈传下来的。”王勤说,这是送上门的课题,为了弄清马奶功效、挖掘马奶中的功能性营养物质,团队开展了一系列实验。
结果令人惊喜:马奶对肠炎等多种疾病模型都有改善作用。在肠炎模型实验中,喂食马奶的小鼠肠道恢复效果显著。王勤说:“可以明显观察出,原本皱缩的肠道恢复了。”团队还通过分析不同产地的马奶样本,发现马奶中普遍含优质蛋白,特别是乳清蛋白含量非常高。
在追踪整个泌乳期马奶成分变化的过程中,团队发现,产后第一天的马初乳,蛋白质组成与后期乳汁存在显著差异,其中免疫球蛋白等蛋白质在初乳中尤其丰富。这说明初乳在新生驹快速能量供给、神经发育和免疫防御中起到关键作用。而随着泌乳推进,乳铁蛋白、溶菌酶等功能蛋白在成熟乳中表达逐渐上升,体现出马乳在持续营养代谢和免疫支持方面的潜力。
有意思的是,团队还发现了马乳中部分免疫相关蛋白的表达趋势与人乳、牛乳相反,比如乳铁蛋白在马成熟乳中含量更高。
这些研究为马乳在食品工业中的标准化生产与高值化开发提供了科学依据。王勤举例,研究筛选出的阶段特异性蛋白为开发针对免疫力低下、代谢异常等特定人群的功能性食品,提供了新靶点与原料基础。
“希望通过我们的研究,让马奶,还有更多马产品成为‘黑马’,被大家看到。”王勤信心十足地说,“马年的春天已经到来了,马产业的‘春天’也近了。”
本报记者 何蕊 文 和冠欣 摄