入夏以來,走在北京街頭,你會發(fā)現(xiàn)街上多了很多草坪,哪怕是隔離帶中,也都生長著一簇簇綠油油的小草。草坪綠化給北京的夏天增添了幾分生氣。
說到草坪草,不得不提野牛草。它在20世紀80年代前,一度成為北京建植草坪的“當家草種”,可以說為首都綠化立下了汗馬功勞。如今,它在科研人員的手里日益強大,小小草蘊含大能量。
中國林科院生態(tài)保護與修復研究所、國家林草局草原研究中心錢永強從事野牛草研究20年,在他心里野牛草就像是他的孩子。從種質(zhì)資源創(chuàng)新、新品種培育、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)到產(chǎn)業(yè)化開發(fā),他的研究涉及方方面面,每一棵小草他都無微不至、細心呵護。
近年來,我國草種業(yè)仍然面臨著依賴進口草種,國產(chǎn)草種短缺的問題。
“根據(jù)2020年調(diào)查結(jié)果顯示,美國生產(chǎn)禾本科種子約30萬噸、豆科種子約32萬噸。今年已經(jīng)進口草種超過10萬噸、2021年8萬噸左右,而我國國產(chǎn)的草種產(chǎn)量僅在3.9萬噸左右。由此可以看出,整個國內(nèi)產(chǎn)量與實際需求還存在很大的差距?!卞X永強說。
因此,國產(chǎn)草種的研究尤為重要?!耙芭2菔侵袊M最早的草種,從20世紀40年代引進國內(nèi)至今已經(jīng)有近80年,已成為名副其實的本土草種。在實際應(yīng)用過程中,野牛草沒有形成入侵或生物性的災害,是一個非常安全的草種。”錢永強說。
野牛草真的可以稱得上是寶藏草。它在應(yīng)用方面涉及場景非常多,包括一些退化人工草地、礦區(qū)、流域和路域邊坡、機場綠地以及草坪。尤其是在草坪方面,普通冷季型草坪草普遍存在耗水量大、易感病蟲害、養(yǎng)護成本高等問題,而野牛草完全不存在上述問題,在北方260毫米降水及以上條件下,幾乎是雨養(yǎng)型草,養(yǎng)護成本極低。遺憾的是,目前野牛草種子幾乎完全依賴進口,且價格極高。
針對目前的種子需求問題,錢永強團隊以體系化的形式進行了繁殖育種和制種研究。其中包括種質(zhì)資源的挖掘、核心種質(zhì)庫的構(gòu)建、種子產(chǎn)量和品質(zhì)形成的調(diào)控生物學基礎(chǔ)、多元雜交育種、高產(chǎn)制種等研究。同時,還在種子生產(chǎn)、收獲、加工以及休眠方面做了一些研究。
錢永強介紹說,我們的野牛草材料最早是來源于美國大草原,總共搜集到2631份種質(zhì)資源,隨著多年的雜交選育,得到性狀比較優(yōu)異的種質(zhì)已超過萬份。除此之外,我們在全國也補建了22個測試點,在每個測試點通過篩選得到一些優(yōu)良的核心種質(zhì)材料,包括耐陰、耐鹽等不同性狀的材料。野牛草本身還是一個最古老的禾本科草種,距今700多萬年,其倍性也比較復雜,從二倍體、四倍體到六倍體等都有,它的葉長葉寬變異也比較大,從8厘米一直到近20厘米,節(jié)間長度從不到3厘米到16厘米,所以野牛草對環(huán)境的適應(yīng)性、抗逆環(huán)境適應(yīng)性非常強,可應(yīng)用的場景也非常多。
為了繁育出更適合我國氣候的草種,錢永強團隊嘔心瀝血。收獲終將不負汗水,經(jīng)過20多年的研究,他們儲備的草品種(系)已經(jīng)達到40多個,部分品系已在多個場景不同立地條件應(yīng)用。
錢永強說:“我們通過分子標記對野牛草遺傳多樣性進行了系統(tǒng)性分析,也分析了染色體倍性與環(huán)境的相關(guān)性,可以看出倍性確實與環(huán)境有較強的相關(guān)性。這為后期親本選配和選育突破性新品種奠定了重要基礎(chǔ)。”
雜交最大的問題就是消耗時間。從育種周期上搶時間,才能大大提高育種效率。從2020年開始錢永強團隊嘗試研究縮短育種周期的快速育種方法,初步發(fā)現(xiàn)22小時長光照條件可顯著縮短營養(yǎng)生長期并提早開花,目前針對快速育種的環(huán)境需求,正在試制控制設(shè)備。
“野牛草種子的休眠性特別強,自然發(fā)芽率非常低。我們經(jīng)過多年解除休眠研究,目前已經(jīng)解決這個問題,處理后的野牛草種子發(fā)芽率達到90%以上。此外,我們通過對去掉穎殼的種子進行丸粒化包衣,顯著提高了播種效率和均勻度,用種量也大大減少,降低了綜合成本?!卞X永強說。
目前,野牛草已經(jīng)有3個品種通過了國家審定。今年,團隊又申報了2個品種。未來,根據(jù)場景用種需求,將定向培育更多適生野牛草新品種。
親本選擇和品種培育需要走出實驗室,在應(yīng)用場景實地測試才更有效。錢永強介紹說,在內(nèi)蒙古試驗點200毫米以下降水條件下,團隊建立了一個包含872份種質(zhì)材料的選擇圃,經(jīng)過幾年跟蹤測試,實際存活的仍有172個種,下一步將進一步增加選擇強度,獲得在當?shù)貥O端嚴酷環(huán)境仍存活的高逆性優(yōu)異種質(zhì)材料和親本,為獲得更有價值親本群體奠定基礎(chǔ)。
野牛草與機場草坪有著極高的適配度。從安全角度出發(fā),機場要求草種具備草層低矮、結(jié)實率低或不結(jié)實、養(yǎng)護簡單等特點,錢永強團隊已育成了植株低矮且不結(jié)實的品種,完全符合機場草坪所需。但是這些品種在規(guī)模化生產(chǎn)中也存在一些問題,這也給未來指明了研究方向。錢永強表示,對以收獲種子為主的品種,低損收獲以及種子清選目前仍沒有成型的標準設(shè)備,不結(jié)實的種子如何提高繁殖率以及機械化快速移栽建植,這些將是未來研究的重點之一。只有全面解決種業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈存在的關(guān)鍵技術(shù)障礙,才能有效推進草種業(yè)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。