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《广东农业科学》2025年第12期 | 玉米遗传育种与栽培生理专题

2026-04-07 20:39:35

玉米作为中国第一大粮食作物，其种植面积和总产量均居我国粮食作物首位，在解决温饱问题、保障粮食和饲料安全、发展国民经济以及缓解能源危机等方面发挥了重要作用。据国家统计公报显示，2024年全国玉米播种面积达4474.07万hm²，总产量29491.7万t，分别占我国粮食播种面积和总产量的37.5%和41.75%。种子是农业的“芯片”，是保障国家粮食安全和促进农业长期稳定发展的基石，我国高度重视玉米种业创新，不断加强玉米育种领域研究，要求产出突破性的新种质。随着农业科技的不断发展，加速种质资源的创新应用和新品种选育进程、优化玉米高产栽培技术与田间管理逐渐成为实现农业可持续发展的关键。

为了推动玉米分子育种高质量发展、玉米高效高产相关技术的攻关及推广应用，《广东农业科学》特邀山西农业大学农学院（作物科学研究所）副教授高飞策划创建“玉米遗传育种与栽培生理”专栏。

玉米遗传育种与栽培生理专题

客座主编

高飞

副教授博士山西农业大学农学院（作物科学研究所）

主要从事玉米栽培生理生态研究。先后主持国家自然科学青年基金、山西省教育科学“十四五”规划2023年度规划课题、山西省高等学校科技创新项目等项目6项，参与国家自然科学基金面上项目2项。以第一或通信作者（含共同）在《Science of the Total Environment》《Field Crops Research》《Frontiers in Agronomy》等国内外权威期刊发表科技论文10余篇。现为《广东农业科学》青年编委。

学术前沿

玉米非生物胁迫适应性的分子机制研究进展：从关键基因到调控网络

谢利华，朱文广，刘浩，任靓丽，于永涛，文天祥，李春艳，李高科*，李坤*

基金项目：国家自然科学基金（32001563）；广东省乡村振兴战略专项资金种业振兴行动（2024-NPY-00-045，2024-NJS-00-005）；国家玉米产业技术体系广州综合试验站项目（CARS-02-85）

摘要：玉米作为全球重要粮食作物，其稳定生产常受到干旱、涝渍、极端温度及养分胁迫等非生物胁迫的威胁。近年来，作物抗逆生物学的研究范式经历了根本性转变，其研究视角从表型与生理生化层面，转移到遗传定位与分子机理的阐释，并随着多组学技术的整合，进一步上升到系统层面的网络调控解析。该文系统综述玉米响应这些非生物胁迫的适应性分子机制，着重阐述玉米通过根系构型重塑、气孔调控、激素信号转导、抗氧化防御及代谢重编程等多层次生理生化响应以适应逆境的复杂网络。在分子调控层面，已鉴定出众多关键基因与核心调控网络。例如，在干旱响应中的ZmVPP1、ZmICEb及ABA信号通路；在涝渍适应中，由ZmEREB180和ZmEREB179构成的ERF转录调控网络；在低温胁迫中，以ZmDREB1为枢纽、受光信号、钙信号及磷酸化级联精细调控的通路；在养分胁迫中涉及ZmNLP家族、SPX-PHR通路及非编码RNA（如PILNCR2）的调控网络。这些发现揭示玉米适应性由多基因、多通路协同控制的本质。展望未来，通过多组学技术整合、复合胁迫机制解析以及分子设计育种等策略的应用，实现关键抗逆基因的有效聚合，以培育兼具高产、优质与广适应性的玉米品种。

甜玉米适应性基因ZmHPC1的正向选择与转录调控研究

李坤，刘浩，谢利华，杨文菲，任靓丽，朱文广，文天祥，李春艳*，李高科*

基金项目：国家自然科学基金（32001563）；广东省乡村振兴战略专项资金种业振兴行动项目（2024-NPY-00-045，2024-NJS-00-005）；国家玉米产业技术体系广州综合试验站项目（CARS-02-85）

摘要：【目的】甜玉米作为一种重要的蔬菜和谷物作物，其适应性研究不仅对作物育种具有直接应用价值，也对理解植物驯化与进化规律具有深远的理论意义。该研究旨在解析甜玉米关键适应性基因ZmHPC1的演化历程及其对相关基因的调控机制，探讨其在玉米环境适应性形成中的作用。【方法】利用具有典型代表性的295份甜玉米和507份普通玉米自交系群体，通过XP-CLR和Fst分析检测选择信号，结合单倍型网络与系统发育树重构ZmHPC1的演化路径。基于籽粒转录组数据，筛选共表达基因，进行功能富集与eGWAS分析，解析其调控模式。【结果】ZmHPC1在甜玉米群体中受到强烈正向选择，其与普通玉米亚群间XP-CLR值显著高于阈值（前5%），Fst值达0.23~0.24，且核苷酸多样性表现为基因5'端低于3'端，提示局部功能位点受选择压力。单倍型网络显示甜玉米ZmHPC1单倍型未直接源于普通玉米，系统发育分析进一步支持其与普通玉米为并行演化关系。共表达分析鉴定出1 884个与ZmHPC1显著相关基因，显著富集于胁迫响应、激素合成及黄酮代谢等通路。eGWAS分析表明，1 106个ZmHPC1显著相关基因的eQTL在全基因组中分散分布，无调控热点，暗示ZmHPC1可能通过代谢物或信号分子间接调控基因表达。【结论】ZmHPC1在甜玉米改良过程中受到显著选择，通过系统调控胁迫响应与代谢相关基因表达，在玉米适应性演化过程中发挥核心作用，其间接调控模式为理解作物适应性分子机制提供了新视角。

条耕深松对机械压实土壤物理性状及玉米水分利用与产量的影响

马闫，曹庆军*，王威，马明，吕小飞，杨浩，孔凡丽，杨粉团，崔菁菁

基金项目：国家重点研发计划项目（2023YFD1500302）；吉林省科学技术厅中青年科技创新创业卓越人才团队项目（20230508003RC）；吉林省科技发展计划重点研发项目（20230202041NC）；吉林省产业技术体系项目（JLARS-2025-150301）；吉林省农业重大技术协同推广项目（2025XT0701）

摘要：【目的】研究耕作方式对松嫩平原南部黑土区压实农田土壤紧实状况及玉米水分利用的调控效应。【方法】以玉米品种‘良玉99’为试验材料，采取大区试验设计，对比分析常规耕作（CK）、条耕（ST）、条耕+深松（ST+SS）3种耕作方式下苗带与休闲带位置土壤物理性质、玉米产量相关性状形状与水分利用的变化。【结果】播种前农田调查发现苗带位置土壤紧实障碍存在于0~20 cm土层，休闲带紧实障碍存在于0~30 cm土层，休闲带位置土壤穿透阻力显著大于苗带。不同耕作方式下，与CK相比，ST处理苗带0~20 cm土层土壤穿透阻力降低59.18%~68.36%、土壤容重降低6.01%~9.09%，土壤总孔隙度提高7.06~8.64个百分点；ST+SS处理休闲带0~35 cm土层土壤穿透阻力降低91.79%~92.27%，0~5 cm土层土壤容重降低13.64%，0~30 cm土层土壤总孔隙度提高6.52~18.45个百分点。同时，ST+SS处理苗带0~20 cm土层土壤含水量提高9.29%~20.87%，休闲带0~30 cm土层土壤含水量提高9.51%~15.32%。此外，ST+SS处理玉米生育期耗水量降低30.60 mm，而收获后贮水量提高36.53 mm，降水利用效率与水分利用效率分别较CK增加12.86%和21.28%。ST与ST+SS处理玉米产量分别较CK提高7.53%与11.65%。【结论】条耕深松耕作措施可显著降低土壤穿透阻力，提高土壤孔隙度，进而提高作物水分利用效率与玉米产量，是松嫩平原南部黑土区破解农田土壤紧实障碍的一种有效途径。