摘要：小麦是全世界范围内种植最广泛且消费最多的粮食作物之一，为全世界人口提供了约18%的膳食热量，在保障世界农业和粮食安全方面占有举足轻重的地位，因其良好的环境适应性和较高的加工品质受到了广泛的青睐。过去几十年间的研究和育种工作使得小麦的单产得到了显著的提升。展望未

小麦是全世界范围内种植最广泛且消费最多的粮食作物之一，为全世界人口提供了约18%的膳食热量，在保障世界农业和粮食安全方面占有举足轻重的地位，因其良好的环境适应性和较高的加工品质受到了广泛的青睐。过去几十年间的研究和育种工作使得小麦的单产得到了显著的提升。展望未来，日益增加的粮食生产需求、极端气候的频发以及优质土地资源的匮乏仍然给小麦种植和生产带来了巨大的挑战，如何突破作物产量瓶颈，从而进一步稳定提升产量成为农业科学的核心挑战。

近日，山东农业大学苏英华教授课题组和周良子教授课题组在Science Bulletin合作发表题为Unlocking Yield Potential of Wheat via inflorescenceDesign的观点文章，文章提出充分利用多组学技术手段，通过对禾本科作物花序构型的形成开展深入的多维度的比较研究，探寻小麦穗型重新设计的新方案，为未来小麦产量瓶颈的突破和进一步提升提供了全新的思路和研究方向。

穗粒数是禾本科作物的重要产量性状，而花序构型直接决定了穗粒数的形成，在漫长的作物育种过程中对作物花序构型的改良直接推动了作物产量的提升。在长期的自然演化和人类驯化的共同作用下，不同禾本科作物均发生了相对紧凑的穗型选择，某种程度上形成了求同存异的花序构型/穗型，而不同物种花序构型间的差异在一定程度上造成了小麦、水稻、玉米、高粱等主要作物穗粒数的显著差异。

Fig. 1 Comparison of inflorescence architecture and grain yield potential in cereal crops.

如何从花序构型的角度解锁小麦增产的密码？文章提出需要从包括解锁分枝小麦的产量潜力、花序顶端分生组织活性的维持、提高小麦小花的育性以及增强小麦穗轴对营养物质的利用效率这四个主要方面出发，从基因组学、代谢组学、单细胞组学和表型组学等不同组学角度，开展不同禾本科作物花序发育和构型差异的多维度比较分析，利用基因工程、深度学习和人工智能手段，重新设计能够最大限度释放小麦穗粒数潜力的花序构型，突破小麦单产提升的瓶颈，进一步提高小麦产量，保障我国粮食安全。

Fig. 2 Conceptual framework for inflorescence architecture and yield improvement in wheat.

苏英华教授和周良子教授为该论文的共同通讯作者，博士生王艺鹏、刘庆飞为该论文的共同第一作者，德国雷根斯堡大学的Thomas Dresselhaus教授及德国弗莱堡大学的Thomas Laux教授也为该文论提供了指导和帮助。该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。

文章信息

Yi Peng Wang, Qing Fei Liu, Thomas Dresselhaus, Thomas Laux, Ying Hua Su, Liang-Zi Zhou, Unlocking yield potential of wheat via inflorescence design, Science Bulletin, 2025

来源：奔波在路上