“牧草之王”如何迎合生态需求

中科院在宁夏盐池的羊草示范基地。


长期以来，羊草草原由于缺乏科学管理、草地超载放牧，造成草地“三化”（退化、土壤沙化和盐渍化），导致草地生产力衰退、生物多样性降低、草原生态环境恶化。

重要经济植物种质资源的研究和利用是生物资源研究领域的重要组成部分，具有广阔的发展前景。这其中，生物资源是国家的战略性资源。

羊草是我国有明显优势的乡土草资源，又称碱草，是禾本科“牧草之王”“草食家畜的主粮”，分布于欧亚大陆草原区的东部，是草原的主要建群种。羊草草场是天然优良的放牧场和割草场，在发展草原畜牧业和北方生态环境保护方面具有举足轻重的地位。

草地环境不容乐观

长期以来，羊草草原由于缺乏科学管理、草地超载放牧，造成草地“三化”（退化、土壤沙化和盐渍化），导致草地生产力衰退、生物多样性降低、草原生态环境恶化。

近年来，国家实施了草原生态补偿政策，在一些地方有效地遏制了草原的三化，但草原上优质牧草的比例有待提高，绿化了的草原仍然面临再次“三化”的威胁。北方草原大面积退化和荒漠化不仅制约当地牧民的生存和发展，而且也严重影响下游的水资源和空气质量。

采用草原乡土物种恢复和改良草地被国际同行认为是安全有效的根本措施，羊草是我国北方草原有代表性的乡土物种。目前，国内外在羊草种质资源和基因资源方面尚缺系统研究，严重影响了羊草优良种质的开发和利用。因此，亟须收集、保存和评价羊草种质资源，深入研究羊草高产、优质、抗逆（如抗旱、抗寒、耐盐碱及耐牧）的分子机理，加快培育出用于建设人工草地和改良天然草原的优良品种。

羊草资源研究刻不容缓

中科院开展羊草资源研究始于20世纪90年代。时任中国科学院副院长李振声基于对我国粮食安全现状的深入分析，提出中国的食物生产要在保护利用18亿亩耕地的基础上，从60亿亩草地和广阔的海洋中发掘和利用新的资源。在李振声院士的大力倡导和支持下，羊草资源的系统研究工作开始启动。在科技部“973”项目、中国科学院知识创新项目、科技部攻关项目、人社部项目、国家自然科学基金项目等相继资助下，这项研究得以不断延续和深入。

种质资源是植物新品种选育最重要的物质基础，种质资源所蕴藏的遗传多样性，促使各国尽可能全面地收集和保存各种种质材料。经过多年的工作积累，我们全面系统地收集了我国及周边国家羊草的各种生态类型种质1200余份，经过筛选整理归类获得核心种质340余份。通过建立北京和塞北两个种质资源圃，我们对大部分种质进行了多年的种植研究，发现和培育了一批高产抗逆资源。

自从赖草从披碱草属种独立出来以后，由于赖草具有重要的经济价值和生态价值，以及作为普通小麦的三级基因库，人们广泛认识到赖草植物的重要性。赖草属植物普遍具有广泛的适应性和丰富的抗逆性。自从上世纪40年代初前苏联首次尝试将赖草属与小麦杂交以来，国内学者致力于将赖草属优良性状的控制基因导入小麦中。我们采用叶绿体基因和核基因序列对羊草所属的赖草属植物进行了分子系统学分析。

通过生殖生物学研究我们发现，羊草属于配子体型自交不亲和型植物。实验证明，羊草自交结实率低下而杂交结实率较高。我们采用了454测序系统地开展了羊草转录组的研究，建立了羊草抗逆相关的基因数据库，克隆了数个耐盐碱、耐寒及与品质相关的重要基因。我们的研究特色在于从微观角度利用现代实验手段和方法逐步把羊草研究从宏观描述推进到种质资源和基因资源的发掘及关键科学问题的机理研究上。

新品种效果明显

近几年，针对羊草产业化遇到“三低”（抽穗率低、结实率低、发芽率低）难题，课题组通过杂交育种和生物技术培育出中科系列高产、优质、耐逆羊草新品种。中科系列羊草新品种可用于高产、优质人工草地的建植、退化天然草场的改良以及盐碱地节水生态牧场的建设。在我国北方农牧交错带、典型草原、盐渍化地区有极大发展潜力，具有很高的经济、生态和社会效应。

“中科”系列羊草新品种摆脱了近20年来我国羊草缺乏国家级“育成品种”的困境，是我国乡土草研究在种质资源领域取得的一个重要标志性成果。

“中科1号”羊草以提高种子产量、干草产量为育种目标。其干草产量为每亩400~600公斤，平均亩产提高20%左右；种子产量为每亩30~40公斤，平均亩产提高30%左右；种子萌发率提高35%。

该品种叶量丰富、适口性好，并具有较强的抗寒、耐旱、耐盐碱及抗病性。“中科1号”羊草解决了长期以来一直困扰着羊草产业化发展的“三低”问题，适宜我国北方地区种植，可作为优良牧草，用于人工草地建植、退化草地改良以及水土流失地区生态治理等，为我国北方大规模发展人工草地和改良天然草原解决了一个关键的技术难题。选育工作得到了科技部“973”项目和中科院农业项目等长期资助。

“中科2号”羊草品种，鲜草产量32087公斤/公顷，干草产量9965公斤/公顷，种子产量为388公斤/公顷。该品种蛋白质含量高，抗锈病性强，耐盐性好，于2011年通过了河北省科技成果鉴定。“中科2号”适合北方农牧交错带建立人工草地，可用于退化、沙化、盐渍化草原的恢复和改良，也可用于矿区生态环境的恢复和持续利用。

“中科3号”羊草为禾本科赖草属多年生优质禾草。株高120cm左右，茎杆直立，叶量丰富，产草量高，蛋白质含量高。具有发达的地下横走根茎，分蘖多，抽穗多，结实率高。“中科3号”耐盐碱性较好，种子产量高，种子产量为375公斤/公顷。该品种适合北方农牧交错带人工草地建立，可用于建设安全高值生态牧场，以及过度放牧退化土壤的改良。
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