▲2016年，南志标（右二）考察贵州农科院草业研究所独山种质圃。

▲2010年，南志标（左）在兰州大学榆中校区智能温室指导学生做试验。兰州大学供图

■本报记者 张晴丹 通讯员 何燕 刘晓倩

在年降雨量仅120毫米的内蒙古阿拉善荒漠草原上，顽强地生长着一种野生禾本科牧草——无芒隐子草。这种耐旱的小禾草茎叶柔嫩，干枯后不易被风刮走，从5月返青到9月枯黄，各种家畜皆喜采食，尤以羊、马为最。

在以中国工程院院士、兰州大学草地农业科技学院教授南志标领衔的两个牧草学国家重点基础研究发展计划（“973”计划）项目——“中国西部牧草、乡土草遗传及选育的基础研究（2007年立项）”“重要牧草、乡土草抗逆优质高产的生物学基础（2014年立项）”中，这种小小牧草都是担纲“主角”之一。

“在执行两个‘973’计划项目之前，我们就已经注意到了无芒隐子草。连续10多年，我们围绕两个项目开展了一系列研究，取得了很大进展。”南志标告诉《中国科学报》。

团队在国际上首次完成了无芒隐子草的全基因组测序，挖掘了一批牧草抗逆基因。驯化选育的“腾格里无芒隐子草”，是我国和国际少有的极抗旱禾草品种之一。

掌握一个基因就掌握一个产业

不只是无芒隐子草，南志标担任首席科学家的两个“973”计划项目，皆以中国的乡土草（本地土生土长的草）为主要研究对象。南志标介绍，现有牧草品种的改良有一定限度，比如说增产，达到一定程度就很难继续提高。需要引进新的基因，从农作物改良的角度，也需要有外来的基因导入。“这就是为什么有人说，谁掌握了一个基因，谁就掌握了一个产业。”

“中国是世界草原大国，草原面积在全世界排第一，草原上有6900多种饲用植物。我国的草原多分布于西北干旱、高寒、盐碱以及西南土壤酸化、高温、高湿等环境恶劣地区，生长在这里的植物长期以来与环境协同进化，形成了一种良好的适应机制。”南志标说。

研究我国丰富的乡土草资源，发现其优异特性，挖掘其特异基因，创造新的种质，或者改良现有的品种，是长期、艰巨而又重要的任务。它不仅仅是草业科学、草产业的需求，也为农作物育种提供了重要的基因来源。国际上，乡土草的研究也是最近二三十年以来重要的研究领域之一。

我国素有利用野生植物资源的传统，有计划、大规模开展野生牧草种质资源调查，始于上世纪80年代，这是一项庞大的系统工程，包括采集、保存、评价、利用、创新。“973”计划项目在此基础上，重点对有优异特性的乡土植物进行机理方面探讨，进一步挖掘和利用优异基因，同时把有优异性状的直接驯化、选育成栽培品种。

南志标认为，通过两个“973”计划项目的支持，10多年的研究，形成了一支稳定的乡土草研究队伍，汇集了全国各地包括兰州大学、中国科学院、中国农业科学院、中国热带农业科学院等单位的研究人员。取得的成果奠定了我国在此领域的地位，同时也培育了抗逆优质高产的紫花苜蓿、腾格里无芒隐子草、饲草玉米、高丹草和鸭茅等牧草新品种27个，其中国审品种14个，地方审定品种13个，为解决生产急需的问题提供了保障。

挖掘极抗旱基因

在“973”计划项目中，兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室教授王彦荣从无芒隐子草萌发、建植、田间管理到种子收获，建立了一整套技术体系，系统评价了不同生态区域16个野生无芒隐子草居群，对阿拉善居群进行了10余年的驯化选育，2016年通过国家草品种审定委员会审定，命名为“腾格里无芒隐子草”。

“超旱生的‘腾格里无芒隐子草’既可以作牧草，也是生态用草，可用于高速公路护坡、矿区修复等，适宜年降水量100至200毫米的干旱和荒漠地区。”王彦荣说，相较于国际公认的美国高羊茅耐旱品种的“节水”，“腾格里无芒隐子草”用水量减少一半，在我国北方的越冬率提高六成以上。目前，这一新品种在甘肃省兰州市的南北两山和兰州新区，甘肃省民勤县、内蒙古阿拉善的退化草原恢复和乌海市矿山修复工作中开始发挥作用，表现优异。

通过与澳大利亚合作，王彦荣课题组的青年教师张吉宇教授在全世界首次完成了无芒隐子草的全基因组测序，基因数目为54383个。此外，他还从中分析鉴定了该草的抗旱家族基因，将两个抗旱基因转入优良豆科牧草紫花苜蓿，获得了耐旱、耐盐碱、长势好、产量高的新种质。

“我国的转基因抗虫棉世界领先，但是否可以大量种植转基因牧草，国家还没有具体规定，我们先做好技术储备。一旦国家需要，即可投入生产。”南志标说。

掌握内生真菌接种技术

内生真菌与禾草形成共生体，从外表看不出草中是否带有内生真菌，在适宜生长的环境中，共生体也不表现生长优势。而在不适宜生长的逆境中，带有内生真菌的共生体表现出抗旱、抗寒、抗虫、耐践踏、生长好的优势，但共生体产生的生物碱毒害采食它的家畜，这是一把“双刃剑”。南志标带领团队自上世纪90年代初，便开始了我国乡土草—内生真菌共生体的研究。

在“973”计划项目中，南志标团队筛选只产生对昆虫有毒和增加抗非生物逆境、对牛羊和人无毒的真菌。之后，将这类菌转入农作物和其他禾本科牧草，借此改良植物，助其生长。

承担这一研究的兰州大学草地农业科技学院教授李春杰说，许多农作物不仅要喷施除草剂、农药、杀虫剂等等，还要大量灌溉，而他们在野生牧草——大麦草中发现并分离出较为理想的内生真菌菌株，人工接种到青稞、大麦上，获得了1个大麦和2个青稞新品系，新品系的生育期缩短、耐旱、产量提高。“这一进展使我国成为继新西兰之后，世界上第二个成功采用接种内生真菌技术创制饲草新品系的国家，居于同领域国际前列。”李春杰说。

经过近30年的研究，南志标团队从理论上回答了为什么禾草内生真菌和植物形成共生体后，在逆境中发挥作用，在适宜环境下却不表现出优异特性。“我们设想，如人冷了会加衣服，植物也应该有信号物质的传导，只是目前我们的研究还没有弄清机理。这一研究还将继续。”

“建议国家继续加强乡土草生物学基础研究。”南志标认为，我国独特的高原、湿地、沙漠等环境，都是研究乡土草的得天独厚的条件。同时，他也呼吁，将草业科学研究纳入国家“十四五”重大研发计划中，以期发展队伍、推动科学研究、占领世界学术高地，并促进草业发展。

“我国现有草地60亿亩、耕地18亿亩，草地面积是耕地面积的3倍多。未来，美丽中国、健康中国、乡村振兴将更多地依靠草地来发挥作用。”南志标说。

（《中国科学报》 2019年12月17日 6版农业科技）

推荐关注