快科技7月22日消息，国际顶级期刊《细胞》刊发中国农业大学田丰教授团队的重磅研究成果，团队找到控制玉米养分分配的关键分子开关，解开长期困扰农业领域的玉米增产难题，为培育高产、省肥的玉米新品种打下核心理论基础。

很多人会有误区，玉米想要高产，只需要让植株长得高大、叶片茂盛就行。实际农业生产里，作物能攒多少养分是一回事，养分能不能顺利输送到玉米粒里，才是决定最终收成的关键。

行业里用收获指数衡量这个转化效率，简单说就是整株植物产出的干物质里，籽粒占比多少。当年水稻、小麦依靠矮秆品种改良，收获指数大幅提升，产量直接翻倍，但全球种植规模最大的玉米，它的养分分配调控机制，过去几十年一直没有清晰答案。

研究团队对比了玉米野生祖先大刍草、传统地方品种和现代改良玉米，梳理出清晰的驯化变化轨迹。

野生玉米的收获指数只有0.26，经过人类早期驯化后提升到0.42，经过现代育种优化，现在主流玉米品种能达到0.52。

数据能直观看出，人类选育玉米的过程，本质就是不断优化养分向籽粒输送的能力。

团队通过大规模遗传群体筛选，一共定位到20个影响收获指数的遗传位点，所有有利基因都能提升籽粒养分占比，证明玉米驯化一直在定向筛选高效分配养分的品种。

这次研究最核心的突破，是克隆出首个调控作物收获指数的关键模块HI1-BRR1，相当于玉米体内控制养分运输的分子阀门。

▲解析玉米收获指数演化过程，鉴定主效位点HI1

这个模块能调节碳、氮营养物质的流动，激活后叶片、秸秆储存的养分，会源源不断输送到玉米果穗；如果这个基因功能缺失，养分就会大量滞留在茎叶里，玉米粒干瘪、总产量明显下滑。

科研人员拆解了整套调控逻辑，一段特殊增强子序列会激活BRR1基因，同步调控糖分运输、氮代谢相关通路，一边保障叶片持续制造养分，一边加快养分向籽粒转运，还能提前推动玉米从长茎叶转向结穗，把生长节奏和养分分配完美匹配。

从演化角度看，这个有利变异早在野生玉米中存在，经过千年人工选育，如今已经在所有现代玉米品种里完全稳定保留。

多地田间试验验证了这套基因模块的实用价值。在北京、辽宁、海南三地开展种植测试，强化该基因表达的玉米，稳定增产10%至16%，同时植株总生物量、收获指数同步上涨。

更难得的是，增产不会牺牲籽粒蛋白含量，秸秆抗倒伏能力也不受影响。在土地氮肥不足的环境下，增产幅度能达到28%，能大幅减少化肥使用，契合绿色农业发展需求。

田丰团队此前已经在密植株型研究上两次登上《自然》《科学》，找到让玉米叶片排布更合理、高密度种植也能充分采光的基因。

这次《细胞》成果补齐了增产逻辑的最后一环，形成完整的高产理论体系：依靠特殊株型让玉米多种、多吸收阳光，再通过HI1-BRR1模块把养分全部集中到籽粒，解决密植后养分分配不足的痛点。

这项研究由国内多所高校与海外学者协同完成，获得多项国家级科研项目资助。

整套分子机制和基因资源，接下来会直接应用到玉米分子育种工作中，未来育种专家可以精准改造玉米养分分配能力，培育出更高产、耐贫瘠的新品种，对保障国内粮食稳定供应有重要意义。

▲玉米耐密高产理论体系的持续突破