中国科学家大幅提高玉米蛋白含量缓解饲料粮短缺

玉米是我国第一大粮食作物，同时也是国内最主要的饲料原料，被誉为“饲料之王”。然而，一个现实困境是：全球杂交玉米的蛋白质含量普遍较低，通常仅有8%左右。这直接导致我国动物饲料严重依赖进口豆粕来补充蛋白质。要破解这一“卡脖子”难题，提升玉米自身的蛋白质含量、培育高蛋白品种，便成为最关键的一环。

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心巫永睿、王海海团队，联合上海师范大学王文琴团队和四川农业大学黄永财团队，取得了重要突破——成功克隆了第二个野生玉米高蛋白主效基因THP3-T。北京时间2026年6月3日，这项研究成果以“Teosinte alleles enhance nitrogen assimilation and seed protein in maize”为题，在线发表于国际顶级学术期刊《自然》（Nature）。

上图：研究团队在上海松江农场讨论高蛋白玉米培育进展。本文图均为 中国科学院分子植物科学卓越创新中心 供图

实际上，早在2012年，巫永睿研究员便投身于高蛋白玉米的潜心研究。他坚信，培育高蛋白玉米是实施“大豆减量替代计划”的有效途径。十年磨一剑，团队在2024年率先从野生玉米中挖掘出首个高蛋白基因THP9-T，初步提升了我国玉米主栽品种的蛋白质含量。但如何实现进一步突破，仍是巨大挑战。此次THP3-T的成功克隆带来了喜讯：将两个高蛋白基因聚合后，自交系玉米籽粒蛋白质含量从10%提升至15%；而我国推广面积最大的玉米杂交种郑单958，籽粒蛋白质含量从8.5%提升至12%–13%，全株蛋白质含量从7%提升至9%以上，同时产量保持稳定。

上图：聚合THP3-T和THP9-T后，杂交种郑单958的籽粒蛋白含量和全株蛋白含量显著提高。

研究团队还揭示了高蛋白形成的核心机制：氮高效同化与利用。多年多点田间试验表明，野生玉米THP3-T优异基因能够赋予植株在低氮条件下保持生物量及蛋白质含量的氮高效特性。该基因编码谷氨酸-草酰乙酸转氨酶1（GOT1），正是氮代谢途径中的核心酶。THP3-T通过其出色的酶活性增强氮同化能力，从而提升籽粒蛋白质含量。更值得关注的是，THP3-T（编码GOT1）和THP9-T（编码天冬酰胺合成酶4）共同构成了氮同化的核心代谢中心，两者聚合后展现出前所未有的协同增效——自交系籽粒蛋白质从10%提升至15%，远超单个基因的作用；导入杂交种郑单958后，在不影响产量的情况下，籽粒蛋白质从8.5%提升至12%–13%。

从应用层面来看，这项研究提出了一条“培育全株高蛋白玉米、保障国家蛋白饲料粮安全”的创新路径。巫永睿算了一笔账：2025年我国大豆进口量超过1亿吨；玉米蛋白质含量每提高一个百分点，就相当于约800万吨进口大豆的蛋白质含量。如果全国饲用玉米蛋白质含量提升到12%以上，增加的蛋白质总量相当于3000多万吨进口大豆，约占进口大豆总量的30%。这个数字意味着，高蛋白玉米能有效缓解我国饲料粮短缺问题。

基础研究的成果正在加速落地。目前，团队已利用分子标记辅助育种技术，精准改良了80余个国内玉米主栽品种的亲本，改良后的亲本蛋白质含量能提升到14%以上。巫永睿介绍，基因组测序分析显示，玉米高蛋白相关性状至少由6个主效基因控制，其中2个已经成功克隆，其余4个也已明确位置并处于克隆阶段。后续的研发速度预计会大幅提升。团队的目标是：五年内克隆野生玉米所有高蛋白主效基因，使亲本自交系籽粒蛋白质含量达到20%以上，杂交种达到15%以上，且产量不低于对照。

在巫永睿看来，研究不能止步于实验室，要形成“一竿子插到底”的全链条设计。团队将持续探索从基因挖掘、种质创制到新型饲料加工的“全产业链”模式。如今，这项成果的社会经济价值已经开始显现：养殖端，高蛋白玉米氨基酸含量全面增加且不影响消化率，在育肥猪饲料中可以替代50%–100%的豆粕，还能显著降低蛋鸡、肉鸡饲料中豆粕的添加比例，大幅降低饲料成本；种植端，每吨高蛋白玉米的收购价比普通玉米高200元，全面推广后能显著促进农民增收。