密植高產
——我國玉米育種的最核心目標

嚴建兵 趙久然

（1. 華中農業大學作物遺傳改良全國重點實驗室，武漢 430070；2. 北京市農林科學院玉米研究所 玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室，北京 100097）

我國是人口大國，糧食安全是事關國家長治久安的重大戰略問題。習近平總書記指出，中國人的飯碗任何時候都要牢牢端在自己手上。至2050年，全球人口將突破90億，預計全球作物產量需要再提高一倍才能滿足需求。在耕地資源日趨緊張、極端氣候和病蟲害頻發的形勢下，繼續提升糧食產量的關鍵在于提升單產水平。玉米是全球重要的糧食、飼料和能源作物，對保障世界糧食安全意義重大。玉米的播種面積、總產均居我國糧食作物首位，也是單產提升潛力最大的作物。2023年中央一號文件明確指出要全力抓好糧食生產，開展噸糧田建設，實施玉米單產提升工程。

品種是玉米高產的基礎，進一步提高品種耐密性和種植密度是提高玉米單產的關鍵。在近80年中，美國玉米單產提升了近8倍，這個過程中種植密度從平均每畝2000多株增加到近6000株，種植密度貢獻顯著。我國高產玉米新品種更新迭代過程中，玉米株型也逐漸從平展型演變成緊湊型，品種的耐密性明顯提高，但和美國的種植密度相比，潛力仍然很大。密植增產得益于通過改良葉夾角、雄穗大小等性狀，改善玉米群體冠層結構，增強群體的通風透光性、有效葉面積指數，從而獲得較高的群體光合和合理的冠層光輻射分布，顯著提高玉米群體光合效率和干物質積累效率。玉米密植后，群體內通風、透光降低，抗病抗逆能力降低，更易發生倒伏，個體生理和形態也會發生變化，對有限光溫、水肥的競爭加劇。培育株型緊湊、水肥和光利用效率高的品種，對玉米密植增產，實現農業可持續發展意義重大。

在近代作物育種中，突破性品種的培育均與重要基因的挖掘和應用緊密相關。比如水稻，得益于矮桿基因和雄性不育基因的發現和利用，實現水稻矮化育種和雜種優勢利用的兩次重要技術革命，極大提高了水稻的產量。2009年玉米B73參考基因組公布后，玉米功能基因組研究進入快車道。針對耐密高產相關性狀，如葉夾角、穗位高、雄穗大小、穗長、行數和籽粒大小等，國內外科學家通過正向和反向遺傳學克隆了數百個基因，涉及不同的細胞學、生理生化過程和代謝途徑。隨著基因組學、數量遺傳學、分子生物學和轉基因技術的迅猛發展，在科技部、農業農村部和國家自然科學基金委的持續支持下，我國科學家在玉米高產、抗逆等功能基因克隆和調控網絡解析等方面取到了突破性進展，體現出我國玉米功能基因組研究的實力和地位。但與玉米復雜的基因組相比，認識還遠遠不夠，解析的基因和網絡的數量還非常有限。

近10年來，我國在玉米基因組和功能基因組研究上，取得了長足進步，在耐密高產玉米新品種選育方面也取得顯著的成績，但與美國等發達國家和國際種業巨頭相比，仍有差距。目前，我國玉米平均單產只有美國的60%左右，而且單產還在以每年約4 kg/畝的差距擴大，如何加快縮小與發達國家的差距，是我國玉米科技工作者亟需解決的重大產業課題。耐密高產玉米育種破題，趕超美國，是新形勢下保障國家糧食安全的重大戰略需求。我國不是玉米的起源地，種植玉米的歷史相對較短，在玉米種質資源的收集、評估、利用和創新上存在明顯的短板，同時育種技術更新換代快，目前國際前沿已開始進入到利用人工智能和大數據技術驅動的智能育種技術階段，而我國仍然主要處于以雜交育種為基礎加上少量分子標記輔助育種的2.5代育種階段，未來我們要在種質資源和育種技術創新這兩個關鍵點發力。在繼續解析耐密高產性狀遺傳機制的基礎上，著重挖掘有育種價值的優良基因和等位變異，結合DNA芯片和高通量測序技術，建立多基因高效聚合技術和基因組選擇技術，發展高通量的田間表型鑒定技術。立足長遠，創制遺傳基礎寬廣、聚集更多優良基因的基礎改良群體，充分利用快速發展的基因組育種技術和工具，扎實做好種質資源原始創新等基礎性工作。將功能基因資源優勢轉化為重大種質創新的優勢，把基因組研究的優勢，轉化為基因組育種的技術優勢。上中下貫通，產學研融合，實現我國玉米密植高產品種培育的突破。

本期“玉米高產專題”邀請了國內長期從事玉米耐密高產研究和育種團隊，對該領域的國內外進展進行全面探討，包括玉米理想株型改良［1]、矮桿育種［2]、密植和抗倒育種［3-4]、產量的遺傳和表觀遺傳機制［5]、超高產育種和生產［6-7]等方向，對我們下一步玉米高產育種有良好的借鑒價值。值此?？霭嬷H，謹向所有提供稿件的同行及專家致謝，向《生物技術通報》編輯部致謝，感謝他們為我國玉米高產研究的成果交流做出的貢獻。