−− 面积趋稳下单产成主引擎，泛基因组与智能设计育种重塑底层逻辑
玉米（Zea mays L.）是中国种植面积最大、总产最高的粮食作物，也是支撑饲料供给、淀粉深加工和生物制造产业运行的战略性作物。过去十年，面对种植面积趋稳、需求结构持续升级、资源环境约束加剧和极端天气频发等多重挑战，中国玉米生产加快由面积扩张型向单产提升型转变。与此同时，泛基因组、多组学、基因编辑和智能设计育种快速迭代，密植精准调控、机械粒收和遥感智慧农业协同推进，正在重塑玉米生产的底层逻辑。如何将基因型潜力、精准栽培与机械化体系真正衔接起来，转化为大面积均衡增产，已成为提升中国玉米竞争力和保障粮食安全的关键。
近期，中国农业科学院牵头，联合中国农业大学、河南农业大学、甘肃省农业科学院、河北省农林科学院、江南大学、北京农林科学院、山东农业大学等十三家单位科研人员共同完成完成的题为″Maize science and production in China: A decade of progress and future prospects″的综述在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）优先在线发表。
该综述系统梳理了过去十年中国玉米生产格局、基因组学与分子育种、栽培管理技术与生产科技进展，并提出未来十年的发展路线。
玉米生产与需求发展
过去十年，中国玉米生产布局持续向优势产区集中，黑龙江、吉林稳居前两位，内蒙古自2010年代中期以来多居第三。在面积基本稳定的情况下，单产提升成为总产增长的主引擎。国内生产始终满足九成以上的消费需求；进口量从2021—2023年的2,800万—3,000万吨回落至2024年的1,360万吨，2025年进一步降至300万吨以下。与此同时，需求端正在重构：玉米深加工产品已占全国淀粉产量的91%，工业用途增至总消费的15%—20%，延伸至淀粉糖、氨基酸、有机酸和生物基材料。增产的潜力在哪里？综述指出，中国玉米平均种植密度约62,200株/公顷，仍明显低于当前优良杂交种在有利条件下75,000—82,500株/公顷的水平——密度差距，就是单产空间。
图1 1949—2025年中国玉米生产的时空动态
从单一基因组到泛基因组
过去十年，玉米基因组学由单一参考基因组走向属级泛基因组。整合721份玉米属个体和已发表基因组构建的泛玉米属基因组，系统揭示了结构变异在驯化中的重要作用；涵盖237份大刍草的高密度变异图谱，深化了对玉米系统发育和驯化历史的认识；影响深远的AM508关联作图群体完成深度重测序，A188、RP125、KA105等一批代表性自交系相继完成高质量组装。组学层面，263份自交系的群体DNA甲基化组揭示了表观变异的独立贡献，基于3′ Ribo-seq的159份自交系翻译组则以低成本方式改进了基因功能注释。研究方向由"在单一参考基因组上找位点"，转向"在群体和泛基因组尺度挖掘可直接用于育种的优异单倍型与结构变异"。
图2 多组学技术的历史发展
基因发掘与生物育种加速
围绕产量形成、开花期、抗逆性和适应性，中国科研人员鉴定出一批关键基因和调控模块：SPL13/SPL29通过miR172–ZCN8级联调控营养生长向生殖生长的转变；ZmRLR1、RSA3等根系锚定相关基因为抗倒伏育种提供靶点；CONZ1编码区变异助力高纬度适应；一批干旱响应基因被系统鉴定和功能验证（图4）。高密度SNP芯片和功能位点标记为辅助选择与优异等位基因聚合提供了工具箱，基因编辑正在加快从基因发现走向性状定向改良。但综述同时指出，基因发现并不等同于育种应用：许多候选基因仍在实验室或温室条件下验证，能否在不同遗传背景、生态区和多年田间条件下保持稳定效应，仍需严格检验。
图3 中国玉米产量性状形成相关功能基因研究进展
图4 玉米中鉴定和表征的干旱响应相关基因
玉米生产方式重构
增产的主线正在从"增加投入"转向"群体系统优化"。经典认识中，高密度伴随穗粒数、粒重下降的群体—个体权衡；综述整合的证据表明，这一权衡取决于基因型、环境与管理的互作（G×E×M）：耐密品种、整齐播栽、分次滴灌水肥与阶段调控可以把损失压缩到很小的区间——在中国42个生态点，密度从60,000增至75,000株/公顷，平均增产5.59%且无需额外施氮。高密度生产系统配合精准阶段性调控（HD-PSR），将水肥供给与出苗、开花、灌浆各阶段需求精准同步。在占全国玉米面积38%的旱地上，以水定密有了定量关系式（Y=10.658X−325.87）；在逆境频发背景下，围绕生育阶段的抗逆管理框架系统增强了生产韧性。收获端的变革同样深刻：耕种收综合机械化率由2015年的81.21%升至2024年的92.23%，机械粒收推动"适宜成熟期、快脱水、强茎秆"成为新的育种目标——当前机收籽粒破碎率平均8.56%，仍明显高于5%的国家标准，含水率24.4%—26.0%也高于美国水平，籽粒脱水速率正在成为与产量并列的性状。遥感与人工智能则把田间的空间变异变成可管理的信息，"感知—诊断—决策—作业"的闭环正在成形。
图5 非生物逆境对实现产量潜力的意义及过去十年研究趋势
图6 非生物逆境发生的复杂性与增强玉米生产韧性的系统框架
未来十年展望
未来十年玉米科技创新应重点突破以下方向：
一是密度跃升与可控高密度系统。在面积约束下，单产提升仍是满足玉米需求提升总产量的主要途径；以耐密品种、精准播栽和水肥阶段调控为支撑，把平均密度推向优良杂交种的潜力区间，并保持群体功能的稳定。
二是从产量导向转向需求导向的品质生产。饲料、淀粉、发酵和生物基材料产业对品质的要求日趋多元，未来竞争不仅看产量高低，更要满足产业需求。
三是以G×E×M框架应对气候变率。高温、干旱、涝渍、低温和病虫害的发生频率、强度与时机都在改变，单一措施难以应对；把基因型、环境与管理纳入统一框架设计，系统提升生产韧性。
四是数字化监管与人机协同。卫星与无人机遥感、田间传感器、人工智能、数字孪生与智能农机连续监测作物长势、土壤水分和养分供给，让高密度、高产、高效生产更加可控。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095311926003837
来源: 公众号：农业科学微平台