时间：2025-09-03 11:30 来源：北京市农林科学院 原文: 上世纪“绿色革命”通过培育半矮秆小麦和水稻，实现了产量的飞跃。然而，作为全球第一大作物、饲料和工业原料核心来源的玉米，却成为这场革命中“缺失的关键一员”。传统高秆玉米在高密度种植下倒伏风险剧增、养分利用效率偏低，严重制约了产量提升潜力和环境可持续性。如何实现玉米株型结构的突破性改良，进而引领一场兼顾高产与资源高效利用的“可持续绿色革命”，是当前作物科学领域亟待解决的核心问题。
综述首次创新提出了“半矮秆+理想株型+高氮效率”三位一体的玉米系统化协同育种新模式。论文深度解析了玉米株高调控的复杂网络，包括赤霉素（GAs）、油菜素内酯（BRs）、生长素（Auxin）等信号通路及关键基因（如ZmGA20ox3/5, br2, d8, d9）。重点强调了通过组织特异性调控（如茎秆特异启动子）和精准基因编辑，创制目标株高（220-250 cm）的“半矮秆”玉米新品种。该策略可在显著增强抗倒伏能力、提高收获指数的同时，有效规避传统矮化突变体对生殖发育和产量的负面影响，这是利用半矮秆杂交品种的核心基础。
单纯降低株高并不足以实现可持续高产目标，必须同步进行理想株型设计与氮素利用效率（NUE）提升（图1）。通过调控关键基因（如lac1, RAVL1, SCL28, ZmCIPK15）优化叶片空间构型（直立叶夹角）、塑造紧凑冠层结构、改良根系构型，可提高光合效率和土壤养分吸收利用效率。通过整合关键氮素吸收（如高亲和硝酸盐转运蛋白基因 ZmNRT1.1B）、同化（如谷氨酰胺合成酶基Gln1-3/4）、再利用（如天冬酰胺合成酶基因THP9）相关优异等位变异或表达模块，可显著提升氮素利用效率。论文系统梳理了这些性状的分子机制，并借鉴水稻（GRF4, NGR5, OsDREB1C）、小麦（ZnF-B缺失）等作物的最新研究突破，提出了克服传统绿色革命矮秆品种普遍存在的NUE偏低这一关键限制因素的分子策略。
论文前瞻性地描绘了人工智能（AI）等现代生物技术在半矮秆玉米育种中的核心作用。通过整合多组学数据、解析蛋白质结构与功能、预测最优等位变异组合、设计新基因型以及模拟复杂性状互作网络，AI驱动的“闭环式智能育种”（AI-driven closed-loop）将实现从传统经验式选择向“设计育种”的根本性转变，极大提升育种精准度与效率，显著缩短育种周期。
我国于2024年颁发了首个主粮作物（半矮秆玉米）基因编辑生物安全证书，标志着我国在该领域正式迈入产业化应用新阶段。本文构建的理论和技术体系，为培育具有抗倒伏、高产、高效、宜机收等综合优良性状的新一代玉米品种奠定了基础。在我国适宜玉米主产区（高密度种植、机械化水平高、灌溉条件好的区域），推广应用该类型的半矮秆玉米可实现产量和资源利用效率的双提升，并可有效应对粮食安全、气候变化和环境保护的挑战。这不仅是完成经典绿色革命在玉米上的“未竟之业”，更是面向未来农业可持续发展的新模式。
北京市农林科学院赵久然研究员和中科院遗传发育所傅向东研究员为共同通讯作者，肖森林博士、宋伟研究员、王荣焕研究员为共同第一作者。该工作得到北京市乡村振兴农业科技项目、农业生物育种国家科技重大专项、北京学者计划和北京市农林科学院科技创新能力建设专项等项目支持。
