如何让牧草“主动适应”？从生殖发育破解“种草”难题

　　牧草，作为畜牧业的“粮食”，其产量与适应性直接关系到肉蛋白供应与草原生态稳定。中国科学院院士杨维才深耕植物生殖发育与遗传学研究，在他看来，破解“种草”难题的关键，在于从牧草的生殖特性入手，借助分子生物学、合成生物学等技术，让牧草从“被动适应”环境转向“主动应对”变化，最终实现产量提升与生态适配的双重目标。

　　牧草的“生殖困境”：种子少、传粉难

　　“所有的生物，繁殖和传宗接代是首要任务。”杨维才首先点出问题的核心。但是，草原上的牧草，正面临着一系列与生殖相关的“先天难题”。

　　杨维才以苜蓿为例：“现在草原上种的苜蓿很多都是多倍体，它们存在一个和生殖相关的突出问题——种子数量极少。”这源于其独特的生殖特性：一方面，苜蓿存在“自交不亲和”的现象，必须依赖“异交”繁殖；另一方面，它们花的结构导致其无法像水稻、玉米那样靠风力传粉，只能依赖昆虫，这就大大限制了授粉效率，导致种子产量偏低。

　　更特殊的是，牧草的生殖生长与生物量积累存在“此消彼长”的关系。“如果让苜蓿不结种子、只进行营养生长，它的生物量会显著增加。”杨维才指出，如何平衡生殖生长与营养生长，如何克服自交不亲和以提高种子产量，这些都是牧草育种中亟待解决的核心问题，而分子生物学与遗传学技术，正是破解这些难题的钥匙。

　　草业“工具箱”：科技助力牧草生长改良

　　现代科技的浪潮正为草业育种注入新的活力，解决牧草生殖困境，离不开分子生物学技术的介入。

　　一些实践已初见成效：“比如苜蓿，我们已经基本解决了栽培品种的遗传转化问题，像‘中苜三号’等品种已实现大面积推广。”这背后，是一系列技术手段的协同应用。

　　杨维才介绍，基因组测序技术为牧草“画像”，在此基础上，基因编辑、遗传转化等技术成为改良牧草的“利器”：“通过基因测序，我们搞清楚了基因组，然后看它里面有哪些调控元件可以进行操作，来提高产量、抗性和营养吸收利用效率。”

　　更具前瞻性的探索已然展开。“现在也可以用合成生物学的方式来做一些工作，”杨维才举例，“让羊和牛吃的牧草更健康、更有营养，它们的肉更好吃。”此外，土壤微生物研究也是一片待开拓的领域——深入挖掘微生物与牧草的互作关系，或许能为牧草生长与土壤改良找到新突破口。

　　“豆科植物可以把空气当中的氮通过根瘤固定下来，为植物所用，这是一个更绿色的方式。”杨维才表示，大面积推广豆科牧草，不仅能增加土壤有机质、改善土壤结构，还能通过根系松土、减少裸露地表，有效防止草原沙化。

　　气候变化：赋予牧草“主动适应”的智慧

　　全球气候变化与极端天气频发，给草原生态系统带来了严峻考验。如何让牧草在多变的环境中保持生命力和生产力？“智能品种”的培育是个方向：“我们将来希望培育出来的品种能够主动适应环境。温度升高时，能自动启动耐高温机制保护自己；温度降低时，又能关闭多余的保护系统，把能量更多用于生长，从而提高产量。”

　　要实现这一目标，需要宏观与微观研究的紧密结合。宏观上，智慧农业可以通过遥感无人机等，把宏观尺度的参数搞清楚；微观上，则需破解牧草应对环境变化的基因调控网络，“尤其找到关键的调控因子或者调控网络，才能够去构建这种智能化的品种。”杨维才说。

　　自然界的“基因宝库”也为育种提供了重要支撑。“野生资源里，也有很多应对不同气候变化、抗冷抗热的自然资源，我们也要把这些自然资源给摸清楚。”杨维才强调，挖掘这些野生资源的优良基因，能让栽培品种具备更强的环境韧性。

　　而牧草生殖过程对气候的敏感性，更凸显了研究的迫切性。“牧草的授粉受精等环节对温度比较敏感，比如水稻开花时，温度不能低于18度，如果低了，它的花粉就打不开，不能很好地受精。”在气候变化难以预测的背景下，解析这些机制成为保障草地生产力的关键。

　　杨维才强调，气候变化难以预测，科学家要提前布局：“应该前瞻性地去做一些研究，培育能应对各种潜在变化的品种，这是未来草业研究的重点。”（记者 李欣哲 武玥彤 实习生 张梓煜）