中国农学通报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (32): 9-16.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2025-0448
收稿日期:2025-06-09
修回日期:2025-10-11
出版日期:2025-11-18
发布日期:2025-11-18
通讯作者:
作者简介:李金涛,男,1999年出生,宁夏中宁人,硕士研究生,研究方向:玉米种质改良。通信地址:750021 宁夏银川市西夏区贺兰山西路489号 宁夏大学农学院,E-mail:19995519571@163.com。
基金资助:
LI Jintao1(
), SHE Kuijun2, WU Rui2, YANG Guohu2(
)
Received:2025-06-09
Revised:2025-10-11
Published:2025-11-18
Online:2025-11-18
摘要: 玉米是中国种植面积最大的农作物,在保障粮食安全中具有关键作用,矮化育种是通过优化株型、提升种植密度以突破玉米单产瓶颈的核心途径。本文系统综述玉米矮秆基因的研究进展,重点梳理玉米株高性状的生物学意义、矮秆遗传育种实践及植物激素对株高的调控机制,并提出未来研究方向。结果表明:1)玉米株高由节间数与节间长度共同调控,矮秆植株可通过缩短节间长度降低倒伏风险、优化冠层结构,提升光能利用效率与密植适应性,但需协调矮化与产量性状的关系;2)玉米矮秆遗传分为单基因与多基因两大体系,单基因体系中br2基因分子机制最明确(抑制茎秆细胞伸长,使茎秆长度较野生型减少40%~50%,穗位以下节间效应更显著),是当前应用最广的主效基因,多基因体系通过微效基因叠加可规避“一因多效”缺陷,已培育出“矮单268”等兼顾矮化与高产的品种;3)赤霉素(GA)、油菜素内酯(BR)、生长素(IAA)是调控株高的核心激素:GA合成相关基因(d1、an1)或信号基因(d8、d9)变异会导致矮化,BR合成基因(brd1、na2)或信号基因(ZmBRI1a)功能缺失会引发植株矮小,IAA极性运输基因(br2)功能异常会导致下部茎节矮化。当前玉米矮秆育种存在可应用基因单一(已发现60多个矮秆基因,克隆40个左右)、遗传连锁累赘制约性状协同、新型矮秆基因(如K718d、d8227定位基因)功能验证不足等问题。未来需通过挖掘适宜密植的中等矮秆基因、利用全基因组选择技术聚合多基因、融合表型组学与人工智能筛选理想株型,培育“矮秆抗倒、密植高产、广适易机收”的玉米品种,为玉米产业可持续发展提供支撑。
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LI Jintao, SHE Kuijun, WU Rui, YANG Guohu. Research Progress on Maize Dwarf Genes[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2025, 41(32): 9-16.
| 基因名缩写 | 突变基因全称 | 连锁群位置 | 田间表型简述 |
|---|---|---|---|
| an1[ | anther ear1 | 1L | 雄全同株,半矮化,雄穗分支少,成熟延迟 |
| br1[ | brachytic1 | 1L | 矮秆,节间缩短,对赤霉素不敏感 |
| br2(mil)[ | brachytic2 | 1L | 同br1,果穗以下节间缩短更明显,叶片密集重叠 |
| bv2(rd1)[ | brevis plant2 | 1L | 半矮秆 |
| brd1[ | brassinosteroid-deficient dwarf1 | 1L | 植株矮小,幼苗致死,雄穗雌性化,不育 |
| ct2(rd3)[ | compact plant2 | 1S | 株型矮而紧凑、节间距减小,半矮化 |
| d8(mp11)[ | dwarf plant 8 | 1L | 植株矮小、花期较晚、节间长度缩短 |
| d8-1023[ | dwarf8-1023 | 1L | 开花延迟、植株矮小、节间长度缩短、有浓厚的宽叶 |
| d2003[ | dwarf2003 | 1L | 株高降低、节数增加、节间严重缩短 |
| vp8[ | viviparous8 | 1L | 节间长度缩短 |
| py2[ | pigmy plant2 | 1L | 植株小,叶片短尖,有细白条纹 |
| rdph1[ | reducing plant height1 | 1S | 矮化,穗位降低,平均节间长度缩短,结实正常 |
| d5[ | dwarf5 | 2S | 植株矮小,叶片直立多分蘖 |
| wrp1[ | wrinkled plant1 | 2L | 植株矮小、叶片和茎节表面起皱 |
| d10[ | dwarf10 | 2L | 植株矮小、茎秆细弱、节间缩短 |
| d∗-3685 | dwarf candidate3685 | 2S | 雄全同株,对赤霉素敏感 |
| d∗N155B | dwarf N155B | 2S | 矮秆,叶片有斑点,对赤霉素敏感 |
| ptd-N901A | pittedN901A | 2S | 幼苗矮化,籽粒有凹痕 |
| d11[ | dwarf11 | 2S | 矮小植物,斑点叶 |
| lil1[ | lilliputian1 | 2S | 矮秆,主根较大,对赤霉素轻微敏感 |
| bif3[ | barren inflorescence3 | 2S | 雄性不育 |
| d1(d4)[ | dwarf plant1 | 3S | 雄全同株,半矮化,对赤霉素敏感 |
| nal[ | nana plant1 | 3L | 矮秆,对赤霉素不敏感 |
| yd2[ | yellow dwarf2 | 3L | 幼苗矮黄,致死 |
| cr1 | crinkly leavers1 | 3S | 皱缩叶,植株矮小,叶宽 |
| dm1[ | dwarfing gene 1 | 3L | 植株矮小,节间缩短,赤霉素表现敏感 |
| sdw2[ | semi-dwarf2 | 3S | 矮秆,单性花,对赤霉素不敏感 |
| smp*-1324B | small planN1324B | 3L | 半矮秆,叶片短、宽,暗绿 |
| d*-N210 | dwarf N210 | 3L | 矮秆,第一片真叶较硬 |
| na3 | nana plant3 | 4S | 矮秆,叶片僵硬 |
| na2[ | nana plant2 | 5S | 同na1,茎均匀缩短 |
| d9[ | dwarf plant9 | 5S | 矮秆,叶片黑绿,对赤霉素不敏感 |
| br3[ | brachytic3 | 5S | 矮秆,节间缩短 |
| td1[ | thick tassel dwarf1 | 5S | 矮秆,雄小穗多 |
| bv1[ | brevis plant1 | 5L | 果穗附件节间缩短,使植株变矮 |
| d∗-6 | dwarf candidate6 | 5S | 从幼苗到成熟表型矮化,对赤霉素敏感 |
| d∗-9 | dwarf candidate9 | 6S | 从幼苗到成熟表型矮化,对赤霉素敏感,色素减少 |
| dwil1 | dwarf & irregular leaf1 | 6L | 节间缩短,叶夹角小,叶片短宽具褶皱 |
| rd2 | reduced plant2 | 6L | 半矮秆 |
| py1(tan1)[ | pigmy plant1 | 6L | 植株小,叶片短尖,有细白条纹 |
| smp*-N272A | small plantN272A | 6L | 深绿色短苗,叶子长而正常,节间短 |
| smp*-N586B | small planN586B | 7L | 矮秆,叶片较小,条纹浅绿 |
| ct1 | compact plant1 | 8L | 植株半矮化,果穗有分枝 |
| clt1[ | clumped tassel1 | 8L | 矮化表型多样,雌雄穗有短粗 |
| d12[ | dwarf plant12 | 8L | 植株矮小 |
| vt2[ | vanishing tassel2 | 8S | 雄穗发育异常,不能正常结实 |
| d∗-N394 | dwarf N394 | 8L | 矮秆 |
| d3(d2)[ | dwarf plant3 | 9S | 矮化,节间缩短,叶片短小、黑绿 |
| d∗-3010 | dwarf candidate3010 | 9S | 雄全同株,对赤霉素敏感 |
| cr4[ | crinkly leavers4 | 10S | 叶片极度皱缩,植株矮小 |
| dt[ | determinate | 10L | 矮株,赤霉素敏感 |
| acs7[ | 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase7 | 10L | 植株矮化,叶夹角增大 |
| 基因名缩写 | 突变基因全称 | 连锁群位置 | 田间表型简述 |
|---|---|---|---|
| an1[ | anther ear1 | 1L | 雄全同株,半矮化,雄穗分支少,成熟延迟 |
| br1[ | brachytic1 | 1L | 矮秆,节间缩短,对赤霉素不敏感 |
| br2(mil)[ | brachytic2 | 1L | 同br1,果穗以下节间缩短更明显,叶片密集重叠 |
| bv2(rd1)[ | brevis plant2 | 1L | 半矮秆 |
| brd1[ | brassinosteroid-deficient dwarf1 | 1L | 植株矮小,幼苗致死,雄穗雌性化,不育 |
| ct2(rd3)[ | compact plant2 | 1S | 株型矮而紧凑、节间距减小,半矮化 |
| d8(mp11)[ | dwarf plant 8 | 1L | 植株矮小、花期较晚、节间长度缩短 |
| d8-1023[ | dwarf8-1023 | 1L | 开花延迟、植株矮小、节间长度缩短、有浓厚的宽叶 |
| d2003[ | dwarf2003 | 1L | 株高降低、节数增加、节间严重缩短 |
| vp8[ | viviparous8 | 1L | 节间长度缩短 |
| py2[ | pigmy plant2 | 1L | 植株小,叶片短尖,有细白条纹 |
| rdph1[ | reducing plant height1 | 1S | 矮化,穗位降低,平均节间长度缩短,结实正常 |
| d5[ | dwarf5 | 2S | 植株矮小,叶片直立多分蘖 |
| wrp1[ | wrinkled plant1 | 2L | 植株矮小、叶片和茎节表面起皱 |
| d10[ | dwarf10 | 2L | 植株矮小、茎秆细弱、节间缩短 |
| d∗-3685 | dwarf candidate3685 | 2S | 雄全同株,对赤霉素敏感 |
| d∗N155B | dwarf N155B | 2S | 矮秆,叶片有斑点,对赤霉素敏感 |
| ptd-N901A | pittedN901A | 2S | 幼苗矮化,籽粒有凹痕 |
| d11[ | dwarf11 | 2S | 矮小植物,斑点叶 |
| lil1[ | lilliputian1 | 2S | 矮秆,主根较大,对赤霉素轻微敏感 |
| bif3[ | barren inflorescence3 | 2S | 雄性不育 |
| d1(d4)[ | dwarf plant1 | 3S | 雄全同株,半矮化,对赤霉素敏感 |
| nal[ | nana plant1 | 3L | 矮秆,对赤霉素不敏感 |
| yd2[ | yellow dwarf2 | 3L | 幼苗矮黄,致死 |
| cr1 | crinkly leavers1 | 3S | 皱缩叶,植株矮小,叶宽 |
| dm1[ | dwarfing gene 1 | 3L | 植株矮小,节间缩短,赤霉素表现敏感 |
| sdw2[ | semi-dwarf2 | 3S | 矮秆,单性花,对赤霉素不敏感 |
| smp*-1324B | small planN1324B | 3L | 半矮秆,叶片短、宽,暗绿 |
| d*-N210 | dwarf N210 | 3L | 矮秆,第一片真叶较硬 |
| na3 | nana plant3 | 4S | 矮秆,叶片僵硬 |
| na2[ | nana plant2 | 5S | 同na1,茎均匀缩短 |
| d9[ | dwarf plant9 | 5S | 矮秆,叶片黑绿,对赤霉素不敏感 |
| br3[ | brachytic3 | 5S | 矮秆,节间缩短 |
| td1[ | thick tassel dwarf1 | 5S | 矮秆,雄小穗多 |
| bv1[ | brevis plant1 | 5L | 果穗附件节间缩短,使植株变矮 |
| d∗-6 | dwarf candidate6 | 5S | 从幼苗到成熟表型矮化,对赤霉素敏感 |
| d∗-9 | dwarf candidate9 | 6S | 从幼苗到成熟表型矮化,对赤霉素敏感,色素减少 |
| dwil1 | dwarf & irregular leaf1 | 6L | 节间缩短,叶夹角小,叶片短宽具褶皱 |
| rd2 | reduced plant2 | 6L | 半矮秆 |
| py1(tan1)[ | pigmy plant1 | 6L | 植株小,叶片短尖,有细白条纹 |
| smp*-N272A | small plantN272A | 6L | 深绿色短苗,叶子长而正常,节间短 |
| smp*-N586B | small planN586B | 7L | 矮秆,叶片较小,条纹浅绿 |
| ct1 | compact plant1 | 8L | 植株半矮化,果穗有分枝 |
| clt1[ | clumped tassel1 | 8L | 矮化表型多样,雌雄穗有短粗 |
| d12[ | dwarf plant12 | 8L | 植株矮小 |
| vt2[ | vanishing tassel2 | 8S | 雄穗发育异常,不能正常结实 |
| d∗-N394 | dwarf N394 | 8L | 矮秆 |
| d3(d2)[ | dwarf plant3 | 9S | 矮化,节间缩短,叶片短小、黑绿 |
| d∗-3010 | dwarf candidate3010 | 9S | 雄全同株,对赤霉素敏感 |
| cr4[ | crinkly leavers4 | 10S | 叶片极度皱缩,植株矮小 |
| dt[ | determinate | 10L | 矮株,赤霉素敏感 |
| acs7[ | 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase7 | 10L | 植株矮化,叶夹角增大 |
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