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本文聚焦作物育种，提出整合作物株型（architectype）与生理型（physiotype）推动新绿色革命。探讨主要作物理想株型特征、关键生理性状，阐述多学科育种方法，为提升作物产量、保障粮食安全提供新思路，助力农业可持续发展。
挑战与机遇：呼唤新绿色革命
上世纪中叶，绿色革命大幅提升作物产量，改变全球农业格局。但近年来，受人口增长、气候变化、环境退化等因素影响，主要作物产量在许多地区停滞甚至下降，粮食安全面临严峻挑战。在此背景下，借助遗传和基因组技术发展新绿色革命迫在眉睫。
作物理想型：从概念到实践
“理想型（ideotype）” 由 C. M. Donald 于 1968 年提出，指特定条件下能最大化作物生物量或产量的理想化植物模型 。其核心是植物架构，它影响作物对光、水、肥等资源的捕获效率。随着研究深入，理想型概念不断拓展，纳入养分利用效率、抗逆性等更多性状。
主要作物的理想株型
不同作物理想株型有差异但也有共性。
- 水稻：适度株高（90 - 110cm）、茎秆粗壮抗倒伏，直立、厚且深绿的剑叶利于光合作用，“持绿” 特性延长光合时间。8 - 10 个有效分蘖且无无效分蘖可减少资源竞争，通过调控油菜素内酯（BR）等可增加穗分枝和粒数，强大根系保障植株稳固和养分吸收。
- 小麦：理想株高 70 - 80cm，基部节间短粗，向上节间逐渐变长变细，增强植株稳定性和物质运输效率。叶片角度呈自上而下梯度变化，旗叶短宽厚实深绿，减少无效分蘖，培育大穗大粒，深且发达的根系提升水分和养分吸收能力。
- 玉米：紧凑塔型结构，穗上叶片直立（叶角 10° - 18° ），形成 “智能冠层”，重要叶片近水平以最大化光捕获。株高 2.2 - 2.5m，穗位与株高比 0.35 - 0.40，短穗下节间和粗壮茎秆增强抗倒伏能力，发达根系提升植株稳定性和养分吸收。
- 大豆：适宜株高 80 - 110cm，节间短（3.5 - 4.5cm）且多（16 - 20 个），主茎强壮，分枝少短且收敛。短叶柄且角度直立（30° - 40° ），冠层呈塔型分布，每节间 3 - 4 个荚，每荚 4 粒饱满种子，强大根系和根瘤促进养分吸收。
高密度种植下的可塑性
高密度种植是提高农业生产力的关键策略，作物的可塑性对优化产量和稳定性至关重要。水稻在高密度下减少分蘖，调整根系结构；小麦调节分蘖形成优化光截获；玉米在不同密度下调整分蘖和果穗发育；大豆改变分枝和结荚习性 。培育具有这些适应性性状的品种对现代农业意义重大。
最优生理型：提升作物潜力的关键
理想型概念不断发展，生理性状对作物产量提升同样关键。
- 高光合效率：光合作用是作物生长的能量来源，但效率较低（<1%） 。可通过拓展光合光谱、优化光合途径、调节电子传递和增强卡尔文循环等策略提升光合效率，“持绿” 和延长灌浆期也有助于稳定产量。
- 高效养分利用：氮、磷是植物生长必需养分，但化肥过度使用导致污染。提高养分利用效率（NUE、PUE）需打破植物生长与养分利用的权衡，可通过优化根系结构、调节养分转运蛋白表达、调控代谢酶和信号调节因子等实现。
- 抗逆性：极端天气威胁作物生产。可利用先进育种技术、优化管理实践和微生物群落提升作物抗逆性。强大根系、优化气孔性状、调节激素和信号通路以及改善农艺管理等都能增强作物抗逆能力。
- 生理过程协调：植物生理过程相互关联，如光合作用与氮代谢紧密相连。提高光合碳固定效率、优化源 - 库关系、协调能量代谢以及利用植物与土壤微生物互作等，有助于培育适应气候变化、资源高效利用的作物品种。
多学科助力理想型育种
现代作物育种借助强大计算工具、高通量技术和多组学分析，实现更精准的基因型 - 表型映射，加速优良性状组合鉴定。基因组编辑技术如 CRISPR - Cas 系统，结合系统生物学方法，推动 “生理聚合”，将多种优良基因整合到一个品种中。精准育种与创新农业系统结合，可提高养分利用效率，减轻环境压力。
展望未来：新绿色革命的征程
首次绿色革命意义重大，但当前全球面临资源和环境挑战，需发展具有最优生理型和理想株型的作物品种推动新绿色革命。关键在于协调碳氮代谢、优化源 - 库关系、提升植株和冠层性能。系统生物学、人工智能（AI）、机器学习和高通量表型技术为种质资源探索和基因挖掘提供支持。启动作物泛基因组解码项目和作物表型组项目，整合先进技术与精准农艺实践，有望开启新农业革命，保障全球粮食安全。
