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玉米是全球第一大粮食作物,占主要农作物总面积的约40%,约三分之一人口以玉米为主食。但在种植过程中,玉米常常面临虫害、病害和倒伏的威胁。尤其是倒伏,一旦发生,光合作用受阻,灌浆不充分,减产幅度可达10%-30%,而且非常不利于机械化收获。
我们熟悉的常规玉米,株高往往达到2-3米,就像一个“瘦高个”。遇到大风很容易成片倒伏。为了增产,农民想多种一些、种密一些,但密度太高会影响通风透光,反而让茎秆更细、更容易倒伏。随着台风等极端天气频发,以及密植增产的现实需求,科学家急需培育既抗倒伏、又耐密植的玉米新品种。
答案藏在玉米的Br2基因里。这个基因编码一个调控茎秆中生长素极性运输的糖蛋白,相当于茎秆的“生长指挥官”——它决定了玉米的株高和茎秆粗细。常规玉米中,Br2会让茎秆节间长得太长,植株过高,抗倒伏能力差。
我国山东舜丰生物公司的科研团队,利用基因编辑技术精准修改了Br2基因。改造后的玉米茎秆节间明显缩短,尤其是果穗以下的节间缩短更为显著,株高降低约50%,茎秆变得粗壮结实,彻底摆脱了“疯长模式”。中国农业科学院生物技术研究所更进一步,通过选择性编辑Br2的不同位点,实现了株高的“定制化”连续降低,并创建了“单倍体介导的基因编辑(IMGE)”系统,可在两代内快速定向改良玉米株高。
矮秆玉米的优势非常直观:
抗风能力强。重心降低、茎秆更粗壮,在黄淮海产区的试验中,大风天里普通玉米成片倒伏,矮秆玉米却像“不倒翁”一样稳稳站立。
能密植。传统玉米每亩种3000-4000株,矮秆玉米因为矮、不遮光,每亩可以种5000-6000株,土地利用率大幅提高。
产量更高。密植加上抗倒伏,比如每亩最高可增产10%——比如以前每亩收1000斤,现在能收1100斤。
如果全国10%的玉米地(约6500万亩)都种上矮秆玉米,每年能多收60亿斤粮食,足够1500万人吃一整年。
2024年,这个矮秆玉米品系拿到了我国第一张主粮作物基因编辑安全证书。这不仅是对这项技术的“国家级”认可,也意味着未来我们可以像“量身定做”一样,让作物按照我们的需求生长。
矮秆玉米的出现,不是终点,而是起点。当科学家用基因编辑技术“读懂”作物的生长密码,土地就能释放出更大的潜力。未来,会有越来越多带着“中国芯”的种子,让“中国碗”里装满自己产的粮食,把饭碗端得更稳。
总策划:王友华
科学顾问:靳茜
科学主编:欧阳灿杉
脚本制作:贾燕 崔艳
设计制作:崔醒群 贾子洋
