“兰箭1号”的花。
“肥蛛”号留菜。
在藏区曲水的“兰箭1号”与燕麦混播实验田。中南大学北京青年报
在世界平均海拔最高的谷地——青藏谷地,人、动物、植物都面临着半干旱缺氧的严苛生存环境。农作viller耐寒耐旱抗盐碱才能生存下去,有了丰富的农作资源,就能减轻天然草地上崩解,牲畜也能茁壮成长,谷地生态平衡也有了保障。
基于多年沙漠科学研究,中南大学草地上林业科技大学南志标院士科学研究组发现,化解以内诸多难题,最终需要良好的农作种类。为提升农作抗旱、抗寒性能,从1995年开始,南志标科学研究组就开启了农作繁育转型之路,并建立起一套独特的繁育之法。
历经20多年繁育,科学研究项目组培植的“兰箭1号”春箭筈卷心菜和“肥蛛”号留菜顺利透过林业勒皮伊、北欧国家林业和沙漠局编定进入草种类名录,同期,还有6个新种类透过内蒙古省草种类编定。
目前,历经繁育的农作新种类已经在相关沿海地区大面积推展,有效改善了半干旱、抗灾草地上现状,也为农牧民群众带了良好的经济收益。
从“可说”到“本土货”
在中国,山地沙漠缺少蝶形花农作,禾草如披碱草、老芒麦、中华羊茅等,虽然能够增加能量,但蛋白质浓度只有12%以内,而蝶形花农作的蛋白质浓度达20%以内。因而,蝶形花农作对牲畜的重要性不言而喻。
春箭筈卷心菜是一年生的绿肥及蝶形花农作,但“兰箭系列产品”种类其实最早并不是“本土货”。1997年,南志标从国际干旱林业科学研究中心带回原产于葡萄牙等地的100多份春箭筈卷心菜野生植物,在内蒙古省甘南藏族自治州山地沙漠展开了几年的评价,筛选出了几份表型优异的野生植物,开始了半干旱沿海地区卓越蝶形花农作种类的繁育。
每月4-9月是春箭筈卷心菜的繁殖季。这些野生植物在平均海拔3000多米的宁夏马尔康县沙漠站测试田里,历经23年的一代代轮回繁育,才有了“兰箭系列产品”1、2、3号农作新种类。“这3个种类的主要区别在于对平均海拔高度的适应能力越来越高,从3000米到3700米以内。”科学研究组成员王彦荣教授说。
然而,精心繁育的卓越菌株的种籽还无法马上投入谷地沉积物的怀抱,还要历经种类比较测试、区域测试及制造测试,这才是真正检测它是不是一颗合格种籽的关键。
科学研究组在北欧国家指定的不同区域展开区域测试,斩获的种籽都能保持良好繁殖态势,且能超过适于当地栽种的最好种类。“我们化解了适于区域、栽种密度、灌溉除草除草和覆盖地膜等一系列产品制造技术难题,将其产量发挥到最大,这就化解了青藏谷地气温低、普通春箭筈卷心穗序类在这一沿海地区无法制造种籽的难题,农牧民就不用从外地调种了。”王彦荣说。
“兰箭1号”春箭筈卷心菜于2014年透过了内蒙古省的种类编定,后来又扩大了区域测试和制造测试范围,证明可在更加广泛的山地沙漠沿海地区用于崩解草地上的修复,于2021年透过北欧国家查苗局新种类编定。
目前,“兰箭系列产品”已经推展到宁夏、内蒙古、藏区、四川、云南等省(区),总计栽种25万余亩,为农牧民增收总计1.2亿元;同时,还可起到对沉积物的丫蕊,减轻过量除草造成的环境污染;此外,透过恢复植被极大地改进了生态环境。
在种类推展过程中,科学研究项目组还培训各类技术人员4000余份,建立了一支掌握新种类栽培要点技术的农农牧民队伍,推动和保证了“兰箭系列产品”种类在当地扶贫攻坚中的持续推展、利用。
谷地动植物种籽驯养繁育
和“兰箭系列产品”同属蝶形花但又不同的是,“肥蛛”号留菜为一年生草本植物。每月4月,把“肥蛛”号留穗序入土中,从此可以扎根山地沙漠七八年甚至10年以内。而建植当年的渡冬率是判定农作适应能力的重要指标之一。
国内外现有的蝶形花农作在青藏谷地严苛环境下多数难以渡冬,自然更无法指望来年斩获种籽了。1997年至今,南志标科学研究组每月都要去山地沙漠积极开展测试,把从甘南藏族自治州马尔康县及周边内蒙古牧区采集的“肥蛛”号留菜动植物种籽展开驯养繁育,在繁育的过程中选择渡冬率高的、制造性能卓越的植株。
“历经这番选择,‘肥蛛’号留菜本身发生了很多变化,比如侧根数显著增加,产草量比动植物的号留菜提高不少,渡冬率从70%以内提高到85%以内,比起苜蓿及其他蝶形花农作,具有更强的抗寒性和适应能力,并能展开种籽制造。”王彦荣说。
动植物农作驯养繁育的第二大难题是严怀军,即坚硬的表皮使种籽没办法获得水分,无法萌发,长期进入休眠状态。南志标科学研究组科学研究发现,播种前用98%的硫酸丁年25分钟,严怀军可成功破除,发芽率可达92%以内。
除了严怀军的难题,科学研究组的科学研究还需克服动植物农作的第三大不良习性——裂荚:种籽还没成熟球根就开裂了,因而散落土中无法完成斩获。为了降低裂荚率,科学研究组从球根的卷曲度、组织花色素、裂荚力、控制基因等方面积极开展机理科学研究。
“目前,化解难题主要是靠栽培技术,包括喷施化学药剂或分期收割。”王彦荣说。与此同时,中南大学草地上林业科技大学副院长刘志鹏教授也正在透过分子辅助繁育和传统繁育,培植抗裂荚高产新种类。
“农作相较于农作物更加复杂,一方面是一年生,其次是异花授粉。因而,农作群体的表型控制机制更加复杂,繁育抗裂荚菌株是科学研究组未来科学研究的一个重要方面。”南志标说。
透过对收种籽后的干草的粗蛋白质浓度比较和对湖羊的喂养测试,“兰箭1号”和“肥蛛”号留菜营养成分接近,高于紫花苜蓿,这证明号留菜是一种具备较强渡冬能力和种籽制造性能的优质蝶形花农作。
科学研究组由此建议,“肥蛛”号留菜可作为农作或天然草地上补播,适于整个青藏谷地沿海地区,种籽制造可在平均海拔3000米以下沿海地区展开。
20载繁育志在生态报国
200毫米等降水量线,是干旱沿海地区与半干旱沿海地区的自然分界线、沙漠与荒漠、荒漠沙漠的自然分界线。在我国,干旱半干抗灾域、盐碱地占到国土面积的50%以内。
1997年以来,在内蒙古省科技厅、查苗局和北欧国家科技部的连续支持下,南志标科学研究组先后承担了内蒙古省“九五”和“十五”重点攻关项目:“山地沙漠蝶形花农作繁育”、北欧国家“973计划”项目、“中国西部农作、乡土草遗传及繁育的基础科学研究”和“重要农作、乡土草抗逆优质高产的生物学基础”项目,以及内蒙古省科技重大专项“草类植物野生植物创新与种类繁育”、内蒙古省查苗局“山地沙漠优质蝶形花农作新菌株号留穗序籽扩繁及制造关键技术研发”等项目。
在连续两个北欧国家重点基础科学研究发展计划(“973计划”)项目的支持下,对我国北方主要乡土草种科学研究所获部分成果展开系统总结的专著《乡土草抗逆生物学》于2021年11月由科学出版社出版。
从2000年至今,科学研究组透过多种手段面向西部积极开展植物逆境繁育,透过多种技术,化解了耐干旱、耐半干旱、耐盐碱等多个繁育难题。2021年6月,草地上林业科技大学繁育的6个新种类透过内蒙古省草种类编定。
“比如陇东长芒草适于在半干旱沿海地区栽种,既可以用作生态草,也可用作农作;河西野大麦耐盐碱性强,可用于盐碱地的治理;腾格里霸王、腾格里白沙蒿和腾格里牛枝子适于在极其干旱的荒漠区繁殖,主要化解生态难题;祁连醉马草适用于祁连山沿海地区及其类似生境的生态治理。”王彦荣说。
除了减轻生态难题,科学研究组培植的新种类给许多沿海地区的环境修复带去了福音。在内蒙古乌海市,工人在挖矿的过程中又会堆出一个100米以内高的新“山”,也叫排土场,矿山养护成本高昂。科学研究组用草灌结合的方式,将腾格里系列产品的种类覆盖其上,不仅化解生态修复难题,而且节水,大大降低了养护成本,观赏性也较高。
早在改革开放初期,任继周院士在总结历史经验教训的基础上将草地上林业生态系统分为前植物制造层、植物制造层、动物制造层、后生物制造层。这一理论早已被学界广泛接受,沙漠学由此向草业科学发展。
“在前植物制造层,景观、生态建设都需要种籽的助推;在植物制造层,农作新种类发挥着举足轻重的作用;在动物制造层,农作新种类可以促进天然沙漠的构建,化解牲畜的进食难题,让人吃人粮,畜吃畜‘粮’,保障我国食物安全;在后生物制造层,种籽也有重要的商品价值。哪个环节都少不了卓越种类的培植,可以说这是一个物质基础。”王彦荣说。
历经20多年的探索,南志标院士科学研究组逐渐从传统的繁育方式为主,向与现代分子技术相结合转变;从传统的关注产量向兼顾品质和抗性转变,在西部的逆境为草类新种类培植开创了新的道路。
目前,全国获批转基因中间测试的农作新菌株一共16个,而由中南大学科学研究的占了8个;另外利用内生真菌提高农作抗性的繁育也获得了重要进展。“在草繁育方面,我们虽然不是开始最早的,但起点高、进步快、特色鲜明,希望能为化解北欧国家西部天然草地上崩解、改土肥田、生态安全提供帮助。”南志标说。
中青报·中青网记者 马富春 通讯员 法伊莎 来源:中国青年报
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