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从盐碱荒地到绿色草原,从实验室的分子机制到田间的郁郁葱葱,草业科学正以科技为笔,在广袤土地上书写着“生态修复、产业振兴、民生改善”的新篇章。中国科学院院士、中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员曹晓风在接受光明网记者专访时表示,草业的高质量发展需要破解“基因密码”与“土地特性”的协同难题,科技让“种适其地、地育其种”从理念变为现实,让每一寸土地都能绽放生态与经济的双重价值。
表观遗传:解锁牧草抗逆性的分子密钥
“表观遗传学研究的是在DNA序列在不变的情况下,基因表达调控发生的改变,其中最核心的调控机制之一就是DNA甲基化。”曹晓风解释,植物应对盐碱、干旱等逆境时展现出的“生存智慧”,往往就蕴含在这些可调控的“基因开关”之中。
曹晓风及其团队深耕表观遗传学研究二十余载,今年5月,团队取得突破性成果——通过解析水稻耐寒适应性的演化规律,为争论了200年的拉马克“获得性遗传”理论提供了直接证据。
她进一步介绍,团队在水稻研究中发现了一个关键机制,原本适应南方气候的水稻向北迁移后,会因“DNA甲基化丢失”使得抗冷基因高表达,从而适应低温环境。
这一发现为牧草抗逆性研究提供了重要借鉴。“我们在羊草和柳枝稷中都观察到,当去除miR528小分子的基因后,牧草的生长速度显著加快,刈割后便能快速生长,且耐割性强、生物量大幅提升。”曹晓风表示,这些基础研究找到的“靶点”,为牧草的高产优质育种打开了新窗口。
田菁实践:盐碱地“变身”绿色粮仓的样板
如何让“不毛之地”长出“致富草”?面对15亿亩具有改造潜力的盐碱地,曹晓风团队以豆科饲草田菁为研究对象,交出了一份“以种改土、以土育草”实践答卷。
“田菁的基因组体量庞大,比水稻大好几倍,相当于人类基因组的2/3。想研究它,要先认识它。”曹晓风团队完成了田菁的基因组测序,发现其中大量转座子,正是表观遗传调控的潜在靶点。更重要的是,田菁中存在多个独特基因,尤其在根部会特异性响应低磷和盐碱环境,为解析其耐逆机制提供了关键线索。
如今,田菁已在南方多地展现出强劲生命力。在湖南、湖北、广东等地的试验中,田菁在高温高湿环境下,单日生长可达4~5厘米,且耐涝性远超苜蓿。
曹晓风介绍,作为我国原生草种,田菁不仅耐涝耐高温,适应能力远超苜蓿,其高蛋白特性更使其成为优质饲草的理想之选——这意味着,它既能改良盐碱土壤,又能为养殖业提供饲料,实现了“一地双用”的生态与经济价值。
因地制宜:盐碱地改良的系统方案
“盐碱地的种类不一样,比如说在沿海地区的东营,它属于氯化钠型的滨海盐碱土;东北地区多为高pH值的苏打盐碱土,以碳酸钠为主;而内陆新疆则属于硫酸盐类型盐碱土。”曹晓风表示,盐碱地不是“铁板一块”,改良必须“看土下菜”,不能“一刀切”,必须走“定制化”路径。
她提出“双轨并行”的技术方案:一方面聚焦“改土”,通过物理松土、添加有机物质等方式打破盐碱地板结,改善土壤结构;另一方面着力“适种”,根据不同土壤类型精准匹配合适的草种。
以田菁为例,它在南方水热同期的环境中能够“如鱼得水”,但在北方盐碱地种植,则需结合当地气候调整种植策略。“不同地区的光温水热条件都是不一样的,只有让种子适应土地,土地才能更好地孕育种子。”
“‘以种适地’是最终的目标,而‘以地试种’是必不可少的技术手段,两者结合起来,将为盐碱地改良提供更优方案。”曹晓风说。
科企协同:从实验室到牧场的“接力赛”
饲草短缺是当前养殖业的“卡脖子”难题——饲料成本占养殖成本的70%,成为制约产业发展的关键瓶颈。曹晓风认为,破解这一困局需“科技赋能+政策托举”的双重支撑。
“我国目前对草业研究高度重视,但现有成果距离实际应用还有不小差距。因此,我们必须加强基础研究,吸引更多的人投入草业研究,推动对其进行系统深入的认知。只有认识自然,才能改造自然。”她坦言,将基因编辑等前沿技术应用于牧草育种,前提是明确“编辑什么”,这需要更深入的基础研究,揭示牧草生长、抗逆等核心生物学机制。
在成果转化层面,曹晓风认为,“政产学研用协同发力,政策是核心驱动力”。以羊草产业为例,其稳步发展就得益于基地建设、专项补贴等政策方面的支持。她呼吁,要通过技术培训、政策倾斜等举措,让小农户切实共享草业发展红利,避免其发展空间被挤压。
三生共赢:草业发展的终极使命
在曹晓风看来,“三生共荣”是草业发展的终极使命。在生态层面,田菁等耐盐碱牧草让盐碱荒地重焕绿意,持续改善土壤结构和区域气候;在生产层面,高蛋白饲草降低养殖成本,提升畜牧业效益;在生活层面,绿色草原不仅美化环境,更为农民提供稳定收入来源。
谈及未来,曹晓风充满期待,“草业研究已迈入一个新的时代。过去我们重点关注的几百种驯化物种,像水稻、玉米、小麦,但是它们的祖先在几千年前其实都是草。”她期待,更多人投身草业研究,“向大自然学习,把野生草的优良特性转化为新型物种的优势”,让科技真正赋能草原,让生态美、产业兴、民生富的图景在更多土地上铺展。(记者 李欣哲 武玥彤)