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如何让牧草“主动适应”?从生殖发育破解“种草”难题

来源:光明网2025-08-04 16:10

  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。

如何让牧草“主动适应”?从生殖发育破解“种草”难题

  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。”

如何让牧草“主动适应”?从生殖发育破解“种草”难题

  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。

如何让牧草“主动适应”?从生殖发育破解“种草”难题

  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)

[ 责编:田新宇 ]
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