粮安天下，种铸基石。习近平总书记高度重视我国粮食安全和种业振兴，指出“坚决打赢种业翻身仗，牢牢把住我国粮食安全主动权”。玉米是我国第一大粮食作物，2024年种植面积超6.7亿亩，占耕地总面积1/3以上，在保障国家粮食安全方面发挥重要作用。但目前国内玉米供需缺口大，2023年进口量2712万吨，已成为我国卡脖子作物之一。与美国等发达国家相比，我国玉米单产和综合生产效益较低，单产仅为美国的56.7%。杂种优势利用可提高玉米单产，但存在“三缺两低”的技术瓶颈，即缺乏母本不育系、优异父本系、突破性杂交种，种子生产效率和种子活力偏低。据此，北京科技大学研究团队（万向元、安学丽、吴锁伟等）牵头联合国内相关优势单位中国农业大学、中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国农业科学院作物科学研究所和北京首佳利华科技有限公司，围绕“基因挖掘带动技术突破、品种培育和种子生产推动产业升级”的整体思路，历经12年联合攻关，取得了玉米雄性不育、单向异交不亲和、整合分子设计育种、玉米种子活力检测和生产等理论突破，发明了玉米新型不育制种、无隔离制种和高活力种子生产技术，形成破解玉米产业“卡脖子”难题的系统方案（图1）。

该项目在理论研究、技术发明等方面创新成效显著，获国家发明专利53项，制定国家和行业标准3项，获北京市新技术证书3项，获国家植物新品种权28个，培育玉米新品种6个，出版专著5部，发表系列高水平论文；玉米新品种、不育化制种、无隔离制种和高活力种子生产技术等推广应用累计超1049万亩，经济效益超106亿元。该成果获得2025年教育部科学研究优秀成果奖（工程技术奖）一等奖。

图1. 项目研究整体概况

发明点1：创制不育及无隔离母本系，开拓玉米生物育种新思路

针对玉米杂交制种需人工去雄和时空隔离的难题，率先提出创制玉米雄性不育和无隔离母本系的生物育种新思路，发明4种玉米新型不育和1种无隔离制种技术，突破玉米杂交制种的技术瓶颈。项目组经过10余年的不懈努力，挖掘了42个玉米雄性不育基因并构建玉米花药花粉发育的分子调控网络，筛选出ZmMs1、ZmMs7、ZmMs30、ZmMs33、ZmOFR355等5个生产可用的不育基因，发明了玉米多控不育、一步法可操控型不育、显性不育和双胞质不育新技术，不仅可实现高效保持和繁殖隐性核不育系及同步创制隐性核不育系及其智能保持系，还可显著提高玉米单产（图2）。

图2. 玉米新型雄性不育及无隔离制种技术（A. 多控不育技术；B. 一步法可操作型不育技术；C. 显性不育技术；D. C/S双胞质不育技术）

此外，克隆了5个生殖隔离（UCI）基因，发明无隔离制种技术，解决制种物理和时间的隔离难题，实现杂交种近100%纯度（图3）。据此，创制玉米母本不育系及无隔离制种母本系，无需人工去雄，完全生殖隔离，为开展玉米不育化及无隔离种子生产提供母本材料，实现玉米杂交制种技术从0到1的突破。

图3：玉米UCI多聚合系创制及其在糯玉米无隔离制种中的应用

发明点2：整合分子设计育种技术，精准创制优异父本系

针对缺乏优异父本系、育种技术相对落后，挖掘玉米高产抗病耐逆等优异基因，发明玉米整合分子设计育种技术体系，精准创制优异父本系，提高玉米育种效率和产量。项目组挖掘了玉米产量、抗病、耐逆、叶夹角等相关基因，并揭示其影响玉米重要性状形成的分子机理。创建整合分子设计育种技术，快速精准创制综合性状优异的父本自交系（图4）：基于单倍体诱导系，结合构建的双荧光单倍体筛选DFP报告系统和靶向CRISPR-Cas9基因编辑系统，创制了3个单倍体诱导联合基因编辑系，单倍体诱导率为8.55%-20.89%；受体单倍体的靶基因编辑效率达0.38%至1.46%，实现了玉米单倍体诱导系高效率编辑和双荧光筛选，为攻克基因编辑结合单倍体诱导的产业应用难题提供了可选择的工具；进一步融合全基因组选择，分子聚合上述优异基因，高效精准创制出高配合力、综合性状优异的父本系，为培育优良杂交种提供父本材料。

图4. 利用整合分子设计育种技术高效创制玉米优异父本系

发明点3：创新联用不育化和无隔离技术，提高玉米杂交制种效率

针对缺乏突破性杂交种、种子生产效率偏低，高效培育优良玉米杂交种，率先开展不育化无隔离制种，提高种子生产效率和玉米单产。项目组利用自主创制的母本不育系和优异父本系，基于杂种优势预测，共培育6个适合我国东华北和黄淮海玉米主产区的玉米优良新品种。其中，院军一号通过不育化无隔离制种，提高杂交种纯度、制种产量，降低制种成本，节本增效显著。科育2028等6个代表性玉米新品种，推广超过625万亩，产生了显著的社会经济效益。

发明点4：首创高活力种子生产技术，克服单粒机播缺苗断垄难题

创新玉米种子活力检测和生产理论，首创高活力种子生产技术，填补了玉米种子活力检测和高活力种子生产的国内空白，并开发配套检测和生产设备。针对我国玉米品种的种子活力普遍较低、不利于单粒机播等问题，项目率先发明玉米高活力种子生产技术并推广应用。发明“冷浸发芽法” “生物力适时检测”“无损检测”等3种种子活力检测新方法，制定了我国首个玉米种子活力测定行业标准；建立“适时早收”的高活力种子生产技术并制定行业标准；集成发明玉米高活力种子生产和无损加工技术体系（图5），使种子活力提高10%以上，在甘肃、新疆国家玉米杂交制种基地累计应用推广超424.4万亩，产生了显著的社会经济效益。

图5. 玉米高活力种子检测和生产技术体系

总之，项目团队针对玉米种业“卡脖子”技术瓶颈，挖掘玉米重要优异基因资源，发明杂交种生产新技术体系，创制优异父母本系，培育优良新品种，实施不育化、无隔离制种和高活力种子生产，并取得全面突破，为支撑我国玉米单产提升和粮食安全、加快建设农业强国和推进乡村全面振兴贡献了北科力量！