快科技7月22日消息，國際頂級期刊《細胞》刊發中國農業大學田豐教授團隊的重磅研究成果，團隊找到控制玉米養分分配的關鍵分子開關，解開長期困擾農業領域的玉米增產難題，為培育高產、省肥的玉米新品種打下核心理論基礎。

很多人會有誤區，玉米想要高產，只需要讓植株長得高大、葉片茂盛就行。實際農業生產裏，作物能攢多少養分是一回事，養分能不能順利輸送到玉米粒裏，纔是決定最終收成的關鍵。

行業裏用收穫指數衡量這個轉化效率，簡單說就是整株植物產出的幹物質裏，籽粒佔比多少。當年水稻、小麥依靠矮稈品種改良，收穫指數大幅提升，產量直接翻倍，但全球種植規模最大的玉米，它的養分分配調控機制，過去幾十年一直沒有清晰答案。

研究團隊對比了玉米野生祖先大芻草、傳統地方品種和現代改良玉米，梳理出清晰的馴化變化軌跡。

野生玉米的收穫指數只有0.26，經過人類早期馴化後提升到0.42，經過現代育種優化，現在主流玉米品種能達到0.52。

數據能直觀看出，人類選育玉米的過程，本質就是不斷優化養分向籽粒輸送的能力。

團隊通過大規模遺傳群體篩選，一共定位到20個影響收穫指數的遺傳位點，所有有利基因都能提升籽粒養分佔比，證明玉米馴化一直在定向篩選高效分配養分的品種。

這次研究最核心的突破，是克隆出首個調控作物收穫指數的關鍵模塊HI1-BRR1，相當於玉米體內控制養分運輸的分子閥門。

解析玉米收穫指數演化過程，鑑定主效位點HI1

這個模塊能調節碳、氮營養物質的流動，激活後葉片、秸稈儲存的養分，會源源不斷輸送到玉米果穗；如果這個基因功能缺失，養分就會大量滯留在莖葉裏，玉米粒乾癟、總產量明顯下滑。

科研人員拆解了整套調控邏輯，一段特殊增強子序列會激活BRR1基因，同步調控糖分運輸、氮代謝相關通路，一邊保障葉片持續製造養分，一邊加快養分向籽粒轉運，還能提前推動玉米從長莖葉轉向結穗，把生長節奏和養分分配完美匹配。

從演化角度看，這個有利變異早在野生玉米中存在，經過千年人工選育，如今已經在所有現代玉米品種裏完全穩定保留。

多地田間試驗驗證了這套基因模塊的實用價值。在北京、遼寧、海南三地開展種植測試，強化該基因表達的玉米，穩定增產10%至16%，同時植株總生物量、收穫指數同步上漲。

更難得的是，增產不會犧牲籽粒蛋白含量，秸稈抗倒伏能力也不受影響。在土地氮肥不足的環境下，增產幅度能達到28%，能大幅減少化肥使用，契合綠色農業發展需求。

田豐團隊此前已經在密植株型研究上兩次登上《自然》《科學》，找到讓玉米葉片排布更合理、高密度種植也能充分採光的基因。

這次《細胞》成果補齊了增產邏輯的最後一環，形成完整的高產理論體系：依靠特殊株型讓玉米多種、多吸收陽光，再通過HI1-BRR1模塊把養分全部集中到籽粒，解決密植後養分分配不足的痛點。

這項研究由國內多所高校與海外學者協同完成，獲得多項國家級科研項目資助。

整套分子機制和基因資源，接下來會直接應用到玉米分子育種工作中，未來育種專家可以精準改造玉米養分分配能力，培育出更高產、耐貧瘠的新品種，對保障國內糧食穩定供應有重要意義。

玉米耐密高產理論體系的持續突破