在世界海拔最高的青藏高原，人、動物、植物都面臨著高寒缺氧的嚴酷生存環(huán)境。牧草需能耐寒耐旱抗鹽堿才能生存下去，有了豐富的牧草資源才能緩解天然草地退化問題，家畜才得以茁壯生長，才能實現(xiàn)高原上的生態(tài)平衡。
蘭州大學草地農(nóng)業(yè)科技學院南志標院士課題組從多年的草原研究中發(fā)現(xiàn)，解決以上問題最終需要好的牧草品種，因此，從1995年開始，南志標帶領課題組開始了獨特的牧草育種轉(zhuǎn)型之路，建立獨特的選育之法，提升牧草抗旱、抗寒性能。
經(jīng)過25年選育的“蘭箭1號”春箭筈豌豆和“甘青”歪頭菜順利通過農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家林業(yè)和草原局2021年度審定的草品種名錄，當年還有6個新品種通過甘肅省草品種審定。經(jīng)過選育的牧草新品種已經(jīng)在相關地區(qū)大面積推廣，為改變高寒、旱區(qū)草地現(xiàn)狀并實現(xiàn)良好的經(jīng)濟收益帶來了新希望。
從“舶來品”到“本土貨”
“蘭箭1號”的花
在中國，高山草原缺少豆科牧草，禾草比如披堿草、老芒麥、中華羊茅等雖然能夠增加能量，但蛋白含量只有12%左右，而豆科牧草的蛋白含量達20%左右，因此豆科牧草對家畜的重要性不言而喻。
春箭筈豌豆是一年生的綠肥及豆科牧草，但“蘭箭系列”品種其實最早并不是“本土貨”。1997年，南志標從位于敘利亞的國際干旱農(nóng)業(yè)研究中心(ICARDA)帶回原產(chǎn)于葡萄牙等地的100多份春箭筈豌豆種質(zhì)，在甘肅省甘南藏族自治州高山草原進行了幾年的評價，篩選出了幾份性狀優(yōu)異的種質(zhì)，開始了高寒地區(qū)優(yōu)良豆科牧草品種的選育，以期通過建立栽培草地，用于家畜放牧，緩解草原退化壓力。
2019年央視軍事農(nóng)業(yè)頻道《農(nóng)廣天地》報道《蘭箭系列箭筈豌豆栽培技術》
每年4-9月是春箭筈豌豆的生長季。這些種質(zhì)在海拔3000多米的甘肅夏河縣草原站試驗田里，經(jīng)過23年的一代代輪回選育，才有了“蘭箭系列”1、2、3號牧草新品種。“這三個品種的主要區(qū)別在于對海拔高度的適應性越來越高，從3000米到3700米左右。”課題組成員王彥榮教授說。
收獲的優(yōu)良品系的種子還不能馬上投入高原土壤的懷抱，隨之而來的品種比較試驗、區(qū)域試驗、以及生產(chǎn)試驗才是真正檢測它是否是一顆合格種子的過程。在國家指定的不同區(qū)域進行區(qū)域試驗，收獲的種子都能保持良好生長態(tài)勢，且能超過適宜當?shù)胤N植的最好品種，這樣的種子才有了播種的希望。“我們解決了適宜區(qū)域、種植密度、灌溉施肥除草和覆蓋地膜等一系列生產(chǎn)技術問題，把它的產(chǎn)量發(fā)揮到最大。這就解決了青藏高原氣溫低、普通箭筈豌豆品種在這一地區(qū)無法生產(chǎn)種子的問題，牧民就不用從外地調(diào)種了。”王彥榮說。
“蘭箭1號”春箭筈豌豆于2014年通過了甘肅省的品種審定，后來又擴大了區(qū)域試驗和生產(chǎn)試驗范圍，證明可在更為廣泛的高山草原地區(qū)用于退化草地的修復，于2021年通過國家林草局新品種審定。
在西藏曲水的“蘭箭1號”與燕麥混播實驗田
目前，“蘭箭系列”已經(jīng)推廣到甘肅、青海、西藏、四川、云南等省（區(qū)），累計種植25萬余畝，為牧民增收累計1.2億元；同時可以起到對土壤的固氮作用，緩解過量施肥造成的環(huán)境污染；另外，通過恢復植被極大地改進了生態(tài)環(huán)境。在品種推廣過程中，培訓人員4000余人次，建立了一支掌握新品種栽培要點技術的農(nóng)牧民隊伍，推動和保證了“蘭箭系列”品種在當?shù)胤鲐毠灾械某掷m(xù)推廣、利用。
平安越過七八個冬天的“甘青”歪頭菜
“甘青”歪頭菜
和“蘭箭系列”同屬豆科但又不同的是，“甘青”歪頭菜為多年生草本植物。每年4月，把“甘青”歪頭菜種入土中，從此可以扎根高山草原7、8年甚至10年以上。而建植當年的越冬率是判定牧草適應性的重要指標之一。
國內(nèi)外現(xiàn)有的豆科牧草在青藏高原嚴酷環(huán)境下多數(shù)難以越冬，自然更不能指望來年收獲種子了。從1997年到現(xiàn)在，南志標課題組每年都要去高山草原開展試驗，把從夏河縣以及青海等地采集的“甘青”歪頭菜野生種子進行馴化選育，在選育的過程中選擇越冬率高的、生產(chǎn)性能優(yōu)良的植株。
“經(jīng)過這番選擇，‘甘青’歪頭菜本身發(fā)生了很多變化，比如側根數(shù)顯著增加，產(chǎn)草量比野生的歪頭菜提高不少，越冬率從70%左右提高到85%以上，比起苜蓿及其他豆科牧草，具有更強的抗寒性和適應性，并能進行種子生產(chǎn)。”王彥榮說。
野生牧草馴化選育的第二大難題是硬實，即堅硬的表皮使種子沒辦法獲得水分，不能萌發(fā)，長期進入休眠狀態(tài)。南志標課題組研究發(fā)現(xiàn)，播種前用98%的硫酸浸種25分鐘，硬實可成功破除，發(fā)芽率可達92%以上。
除了硬實的問題，課題組的研究還需克服野生牧草的第三大不良習性——裂莢：種子還沒成熟豆莢就開裂了，因此散落土中無法完成收獲。課題組為了降低裂莢率，從豆莢的卷曲度、組織離層、裂莢力、控制基因等方面開展了機理研究，“目前解決問題主要是靠栽培技術：噴施化學藥劑，或是分期收割。”王彥榮說。草地農(nóng)業(yè)科技學院副院長劉志鵬教授正在通過分子輔助育種和傳統(tǒng)育種，培育抗裂莢高產(chǎn)新品種。
“牧草相較于農(nóng)作物更為復雜，一方面是多年生，其次是異花授粉。因此，牧草群體的性狀控制機制更為復雜，選育抗裂莢品系是課題組未來研究的一個重要方面。”南志標說。
通過對收種子后的干草的粗蛋白含量比較和對湖羊的喂養(yǎng)試驗，蘭箭1號和“甘青”歪頭菜營養(yǎng)成分接近，高于紫花苜蓿，因此證明歪頭菜是一種具備較強越冬能力和種子成產(chǎn)性能的優(yōu)質(zhì)豆科牧草。課題組建議：“甘青”歪頭菜可作為牧草或天然草地補播，適宜整個青藏高原地區(qū)；種子生產(chǎn)可在海拔3000米以下地區(qū)進行。
20年育種，護草業(yè)安全生態(tài)報國
200毫米等降水量線，是干旱地區(qū)與半干旱地區(qū)的自然分界線、草原與荒漠、荒漠草原的自然分界線。在我國，干旱半干旱區(qū)域、鹽堿地占到國土面積的50%以上。
1997年以來，在甘肅省科技廳、林草局和國家科技部的連續(xù)支持下，南志標課題組先后承擔了甘肅省“九五”、“十五”重點攻關項目“高山草原豆科牧草選育”、國家“973計劃”項目“中國西部牧草、鄉(xiāng)土草遺傳及選育的基礎研究”和“重要牧草、鄉(xiāng)土草抗逆優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的生物學基礎”、甘肅省科技重大專項“草類植物種質(zhì)創(chuàng)新與品種選育”、甘肅省林草局“高山草原優(yōu)質(zhì)豆科牧草新品系歪頭菜種子擴繁及生產(chǎn)關鍵技術研發(fā)”等項目。
在連續(xù)兩個國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）項目的支持下，對我國北方主要鄉(xiāng)土草種研究所獲部分成果進行系統(tǒng)總結的專著《鄉(xiāng)土草抗逆生物學》于2021年11月由科學出版社出版。
從2000年至今，課題組通過多種手段面向西部開展植物逆境育種，通過多種技術，解決了耐干旱、耐高寒、耐鹽堿等多個育種難題。2021年6月，草地農(nóng)業(yè)科技學院選育的6個新品種通過甘肅省草品種審定。
“比如隴東長芒草適宜在半干旱地區(qū)種植，既可以用作生態(tài)草，也可用作牧草；河西野大麥耐鹽堿性強，可用于鹽堿地的治理；騰格里霸王、騰格里白沙蒿和騰格里牛枝子適宜在極其干旱的荒漠區(qū)生長，主要解決生態(tài)問題；祁連醉馬草適用于祁連山地區(qū)及其類似生境的生態(tài)治理。”王彥榮說。
除了緩解生態(tài)問題，課題組培育的新品種給許多地區(qū)的環(huán)境修復帶去了福音。在內(nèi)蒙古烏海市，工人在挖礦的過程中又會堆出一個100米左右高的新“山”，也叫排土場，礦山養(yǎng)護成本高昂。課題組用草灌結合的方式，將騰格里系列的品種覆蓋其上，不僅解決生態(tài)修復問題，而且節(jié)水，大大降低了養(yǎng)護成本，觀賞性也較高。
早在改革開放初期，任繼周院士在總結歷史經(jīng)驗教訓的基礎上將草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)分為前植物生產(chǎn)層、植物生產(chǎn)層、動物生產(chǎn)層、后生物生產(chǎn)層。這一理論早已被學界廣泛接受，草原學由此向草業(yè)科學發(fā)展。
“在前植物生產(chǎn)層，景觀、生態(tài)建設都需要種子的助推；在植物生產(chǎn)層，牧草新品種發(fā)揮著舉足輕重的作用；在動物生產(chǎn)層，牧草新品種可以促進天然草原的構建，解決家畜的進食問題，讓人吃人糧，畜吃畜‘糧’，保障我國食物安全；在后生物生產(chǎn)層，種子也有重要的商品價值。哪個環(huán)節(jié)都少不了優(yōu)良品種的培育，可以說是一個物質(zhì)基礎。”王彥榮說。
經(jīng)過二十多年的探索，課題組逐漸從傳統(tǒng)的育種方式為主，向與現(xiàn)代分子技術相結合轉(zhuǎn)變；從傳統(tǒng)的關注產(chǎn)量向兼顧品質(zhì)和抗性轉(zhuǎn)變，在西部的逆境為草類新品種培育開創(chuàng)了新的道路。目前，全國獲批轉(zhuǎn)基因中間試驗的牧草新品系一共16個，而由蘭州大學研究的占了8個；另外利用內(nèi)生真菌提高牧草抗性的育種也獲得了重要進展。在草育種方面，“我們雖然不是開始最早的，但起點高、進步快、特色鮮明，希望能為解決國家西部天然草地退化、改土肥田、生態(tài)安全提供幫助。”南志標笑言。
(蘭州大學)
