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Path Analysis for Collection and Conservation, Evaluation and Breeding, and Industrialization Promotion of Major Native Grass Germplasm Resources in China
LIUXiyuan, HUANGHuiqun, ZHUXiaohua, JIANGShigao, ZHOUXiaobao
Chin Agric Sci Bull ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (13) : 114-123.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Path Analysis for Collection and Conservation, Evaluation and Breeding, and Industrialization Promotion of Major Native Grass Germplasm Resources in China
Native grass species serve as the core germplasm foundation for maintaining the stability of grassland ecosystems and supporting the development of grass-based livestock husbandry. Although China is rich in grass germplasm resources, the development of its native grass seed industry is still lagging behind. There are challenges such as insufficient resource conservation, limited breeding innovation, and low industrialization. This has resulted in long-term dependence on imported seeds for both ecological restoration and industrial use, posing potential risks to national ecological and food security. This paper systematically reviews the current status and bottlenecks of China’s native grass seed industry in the fields of resource collection and conservation, evaluation and breeding, and industrial promotion. The study indicates that the current preservation volume in the national grass germplasm bank accounts for less than 30% of the total amount of our country, with a utilization rate of below 3%. Breeding techniques still rely primarily on conventional methods, with insufficient integration of modern biotechnology, leading to a scarcity of independently developed elite cultivars. Although the grass seed production system has been initially established, but the production capacity is far from meeting the national annual demand of 70000 tons, and the import dependence remains high. To address these issues, this paper proposes a holistic, chain-wide collaborative development framework: strengthening the resource base through systematic collection and precise identification to improve conservation and utilization efficiency; enhancing breeding innovation by integrating genomics and other cutting-edge technologies to establish a high-efficiency breeding system; and promoting industrial upgrading by optimizing regional production layouts and the integrated “breeding, multiplication, and promotion” model. Finally, the study emphasizes that overcoming these industrial bottlenecks requires sustained policy support and the establishment of industry-university-research collaboration platforms. Implementing this pathway is crucial for achieving the strategic goal of 75% domestic self-sufficiency for seeds used in ecological restoration and forage by 2030 and for securing the foundation of national ecological security.
native grass species / germplasm resources / resource collection and conservation / evaluation and breeding / industrialization
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Globally, livestock grazing is an important management factor influencing soil degradation, soil health and carbon (C) stocks of grassland ecosystems. However, the effects of grassland types, grazing intensity and grazing duration on C stocks are unclear across large geographic scales. To provide a more comprehensive assessment of how grazing drives ecosystem C stocks in grasslands, we compiled and analyzed data from 306 studies featuring four grassland types across China: desert steppes, typical steppes, meadow steppes and alpine steppes. Light grazing was the best management practice for desert steppes (< 2 sheep ha−1) and typical steppes (3 to 4 sheep ha−1), whereas medium grazing pressure was optimal for meadow steppes (5 to 6 sheep ha−1) and alpine steppes (7 to 8 sheep ha−1) leading to the highest ecosystem C stocks under grazing. Plant biomass (desert steppes) and soil C stocks (meadow steppes) increased under light or medium grazing, confirming the ‘intermediate disturbance hypothesis’. Heavy grazing decreased all C stocks regardless of grassland ecosystem types, approximately 1.4 Mg ha−1 per year for the whole ecosystem. The regrowth and regeneration of grasslands in response to grazing intensity (i.e., grazing optimization) depended on grassland types and grazing duration. In conclusion, grassland grazing is a double-edged sword. On the one hand, proper management (light or medium grazing) can maintain and even increase C stocks above- and belowground, and increase the harvested livestock products from grasslands. On the other hand, human-induced overgrazing can lead to rapid degradation of vegetation and soils, resulting in significant carbon loss and requiring long-term recovery. Grazing regimes (i.e., intensity and duration applied) must consider specific grassland characteristics to ensure stable productivity rates and optimal impacts on ecosystem C stocks.
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本研究从种质资源收集、品种选育、种子生产和质量管理等方面总结了我国草种业发展取得的成就，分析了面临的挑战，提出了建设草种强国的建议。我国已初步建立了完整的草种业体系，已成为世界草种质资源保存大国，自1987年实施品种审定制度以来，已审定通过了651个草类植物新品种，在利用乡土植物优异基因和内生真菌创制新种质等方面，取得了突出成果。所育成品种基本可满足一般生产需求。种子田常年保有面积10万hm2左右，年产种子约10万t。已在全国建立了5个部级检验中心，并在品种审定、特异性、一致性和稳定性（DUS）测试，种子立法等方面建成了较为完整的质量管理体系。面临的挑战是种质资源收集不及我国现有饲草种质资源数的50%，对已有种质资源评价、鉴定工作不足，缺少用于生态修复的草种和草坪草品种。根据国家生态修复规划，每年需草种7万t，目前缺口巨大，每年进口草种5万t左右，主要是高质量商品草和草坪草用种。质量管理体系中缺少种子认证。建议进一步加强种质资源收集、评价与利用；加强乡土草、草坪草及放牧型牧草选育；建立大规模草种生产基地及成果转化渠道；完善种子质量管理体系及提高对草的认识，从科技创新、人才培养、发展政策等方面予以支持。
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饲草种质资源是国家基础性和战略性资源, 事关草种业振兴全局, 是现代农牧业发展和生态保护修复的基础。该文综述了全球饲草种质资源的种类、分布、特征以及保存状况, 分析了目前存在的问题并提出建议, 旨在更好地保护和利用我国饲草种质资源。
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作为草食家畜最优良和天然的饲料，牧草是草食畜牧业发展的基础和保障，是大食物观下重要的粮食资源。牧草新品种的选育是草牧业可持续发展的重要基础，在促进畜产品稳产保供能力提升及草牧业高质量发展中起着重要作用。随着对优质牧草新品种需求增加，牧草育种技术从常规育种手段进入分子育种时代，牧草新品种培育取得重大突破。本研究对国内外近100年来的牧草育种技术进行了系统的综述，包括驯化育种、杂交育种、诱变育种、倍性育种等常规育种技术，转基因、分子设计育种等基因工程育种技术，以及近年来发展起来的基因编辑技术，同时阐述了不同育种技术取得的成就和存在的问题，并对今后的牧草育种工作提出了以下展望：1）深入挖掘牧草自然资源，加强种质资源收集利用；2）以需求为导向丰富牧草新品种的育种目标，注重牧草品质的改良和抗性品种培育，充分发挥牧草的生产、生态和生活等“三生”功能；3）将常规育种手段与现代生物技术相结合，突破牧草育种瓶颈，加强优质牧草特别是羊草和苜蓿等新品种选育。旨在推动我国进入生物育种新时代，为牧草种质资源创新和优质牧草新品种选育提供参考，为建立优质高产人工草地提供技术支持，从而满足我国畜牧业日益增长的饲草需求。
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刘志鹏, 周强, 刘文献, 等. 中国牧草育种中的若干科学问题[J]. 草业学报, 2021, 30(12):184-193.
高产、优质、多抗牧草新品种是我国畜牧业生产的基石，也是我国退化草地补播改良的物质基础，影响国家的食品安全和生态安全。我国牧草育种工作进展缓慢、国际依存度高，已成为农业领域的“卡脖子”问题。近十年，在组学技术和生物技术等的推动下，牧草育种进入快速发展时期，但与主要农作物相比仍有很大差距。本研究综述了未来我国牧草育种发展的3个关键瓶颈：1）种质资源大规模收集、高精细评价与充分利用，包括构建高饱和度突变体库、各类遗传群体等；2）牧草高效再生、遗传转化和基因编辑体系的建立与优化；3）牧草基因组高精度组装与利用，包括基因芯片、全基因组选择等。依据学科前沿和国家需求，笔者展望了今后5~10年我国牧草育种应重点关注的10个科学问题：乡土草资源挖掘与利用、落粒与休眠、雄性不育、倍性育种、生物互作、节水耐旱、从头驯化、营养优质、表型自动化检测、快速育种等，以期为今后的牧草育种相关研究提供参考。这些科学问题的解决，有助于我国尽早培育出一批有自主知识产权的、市场竞争力强的牧草新品种，攻克农业领域的“卡脖子”问题，保障国家的食物安全和生态安全。
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采用传统杂交方法，以象草品种“GM1”为母本、新品系“F-B”为父本进行杂交，获得536个杂种后代，并从中选取150个有代表性的F1代株系群体进行变异分析。本研究结合表型性状和SSR分子标记，对这些后代进行杂种鉴定及表型变异分析，旨在为象草种质创新和品种改良提供技术支撑。结果表明：1）F1代群体较亲本表型变异丰富，其中叶长明显强于亲本，具有明显的杂种优势，性状存在显著差异，变异系数为5.90%~21.05%；2）筛选出的14对SSR引物共扩增得到219条清晰条带，其中多态性条带118条，多态性比率（PPB）54.18%；每个SSR位点的多态信息含量（PIC）为29.59%~44.63%，均值为35.40%；3）对亲本及杂交F1代进行聚类分析可知，基于表型数据的聚类分析将杂交后代分为3类；基于SSR分子标记的聚类分析将杂交后代分为4类，SSR分子标记进一步证实了母本在遗传上的主导地位；4）利用特异性引物可以准确鉴定出真杂种，鉴定率高达98%，大部分真杂种条带为双亲互补型，部分为父本型，表明F1代中存在父母本的遗传信息。通过对150个F1代株系群体的表型性状和筛选出的15对SSR核心引物分析，能有效鉴定杂种的真实性，为后续杂交育种选育新品系提供后备材料。
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以羊草(Leymus chinensis)为优势种的草地是中国北方最重要的草地类型之一, 具有重要的生态系统服务功能。由于长期不合理利用, 草地生态系统中的营养元素持续“入不敷出”, 导致当前的羊草草地普遍处于退化状态, 无法正常发挥其生态及生产功能。已有研究表明, 畜禽草耦合能够促进退化草地生产力恢复, 但对羊草植株个体、种群和群落有何影响尚不清楚。为此, 该研究选取畜禽草耦合样地(LP)、围封打草样地(GM)和传统牛羊放牧样地(CS)开展了对比实验, 结果表明, LP中土壤NO3--N含量是GM和CS的2.5-3倍, 土壤速效磷含量是GM的2倍以上, 是CS的6倍以上。土壤养分含量的增加显著改善了羊草植株个体性状和种群特征。LP中羊草叶片的叶绿素含量、比叶面积、氮含量、磷含量等均显著高于GM和CS。LP中羊草种群的重要值在监测的第一年较GM和CS显著升高了29.7%和173.2%; 叶面积指数达到了3.4以上, 而GM在1.0上下, CS则维持在0.2左右; 种群地上生物量在监测的第二年增加到了(431.5 ± 45.3) g·m-2, 是GM的1.6倍、CS的9倍。羊草种群的发展促进了植物群落的正向演替, LP群落盖度达到90%以上, GM维持在60%左右, CS则维持在40%左右; LP中群落地上生物量则在监测的第二年提高到(597.6 ± 61.3) g·m-2, 接近GM的2倍、CS的3倍。畜禽草耦合草地利用过程中, 在植物生长季节牧鸡为草地施入的鸡粪有效改善了土壤养分亏缺的状况, 促进了羊草个体的生长和发育, 提高了羊草种群的重要值, 增加了植物群落的盖度和地上生物量, 从而促进退化羊草草地的近自然恢复。
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蒙古冰草因其抗寒,抗旱特性,是欧亚大陆荒漠草原优势植物之一.本文从染色体倍性及SSR序列长度多态性两个方面对采自中国北方境内的9个蒙古冰草居群进行遗传多样性分析,发现9个蒙古冰草居群染色体基数为7,均为二倍体,在染色体倍性方面不具有多态性;共采用138对小麦SSR引物进行扩增分析,共有21对引物扩增出特异性条带,SSR引物筛选率15.2%.共扩增出特异性条带119条,平均每对引物扩增出特异性条带5.6条,SSR序列长度多态性丰富.利用POPGEN 32软件计算9个蒙古冰草居群遗传多样性指标,居群P8遗传多样性程度最低,居群P3最高.AMOVA分析显示,蒙古冰草的遗传差异主要是来自居群内个体之间.UPGMA方法聚类分析,在遗传相似系数为0.80时,9个居群被分为三大类,居群P1~P6一类,居群P7,P8为第二类,P9被单独分为一类.本研究为了解蒙古冰草遗传背景及加速其资源的合理开发利用奠定了理论基础.
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为优化、筛选适合高速公路边坡的植被，以广河高速公路边坡建植为研究对象，开展高速公路边坡暖季型植被物种选择研究.通过对当地的8种暖季型草本植物进行播种试验，并运用层次分析法进行植物物种的生态适应性评价.结果显示，8种暖季型草本植物中，以香根草、狗牙根、百喜草为最佳，具有较好的生态适应性和护坡功能，结缕草和中华结缕草次之，马尼拉草和狼尾草最差.因此，在广河高速公路边坡植被护坡中，暖季型草本植物建议选择香根草、狗牙根和百喜草.研究结果可为广州乃至亚热带地区高速公路边坡建植提供理论依据和技术支撑.
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紫花苜蓿（Medicago sativa subsp. sativa L.）作为全球最重要的豆科牧草，因其高产、优质及良好的适应性，在现代畜牧业和生态系统中扮演着不可替代的角色。然而，我国的紫花苜蓿产业长期面临着“种业卡脖子”的困境，其核心在于种质资源创新能力不足、优良自主品种供给率不高等问题。这一挑战的根源，不仅在于我国苜蓿育种工作起步较晚，技术体系相对薄弱，更深层次的原因在于紫花苜蓿本身复杂的遗传特性——其同源四倍体的高度杂合性与自交不亲和机制。系统梳理紫花苜蓿的育种历史，剖析当前研究现状，并展望未来生物技术育种方向，对加速我国苜蓿遗传改良具有重要的借鉴意义。紫花苜蓿的驯化与传播历史悠久，起源于外高加索地区，经“丝绸之路”引入我国，并在全球范围内扩散。其遗传多样性的极大丰富，得益于历史上不同地理来源种质的引入与种间/亚种间杂交，特别是与抗逆性优良的亚种黄花苜蓿（M. sativa subsp. falcata）的遗传渗入，为培育适应不同生态区的品种奠定了坚实的遗传基础。以美国为代表的发达国家，在苜蓿育种领域已建立起一套涵盖种质资源搜集、评价及新品种选育的完整体系，其发展历程已逾百年。然而，即便是育种强国，在1990年后其苜蓿产量提升也进入了平台期，显示出传统育种策略的潜力瓶颈。我国的苜蓿育种工作虽取得了长足进步，成功培育出如“中苜系列”“甘农系列”等一批适应性良好的品种，但整体仍面临严峻挑战。首先，品种数量相对匮乏（截至2024年登记品种128个，远少于美国的1 738个），这在很大程度上限制了针对我国多样化生态环境筛选最优品种的能力。其次，传统育种策略本身也限制了杂种优势的有效利用。以往，育种家常将不同地理来源的品种进行群体混合与轮回选择，这虽然在一定程度上聚合了优良基因，但也导致不同育种群体间的遗传背景趋于相似，从而削弱了通过杂交产生强优势后代的潜力。因此，突破传统育种方法的局限，引入高效的现代生物技术手段，已成为当前苜蓿育种的必然选择。近年来，以基因组学为核心的现代生物技术为破解紫花苜蓿育种难题带来了前所未有的机遇。我国在苜蓿基因组学基础研究领域已取得显著成就，完成了种质资源遗传分析、基因组图谱绘制、关键分子标记鉴定、优质种质资源开发等工作。这些基因组资源为从分子层面解析产量、品质、抗逆性等复杂性状的遗传调控网络提供了可能。展望未来，我国紫花苜蓿的育种工作应采取传统育种与现代生物技术相结合的策略，从源头创新走向精准设计的育种4.0阶段。整合基因组学、分子标记辅助选择、基因编辑等现代生物技术，开展精准、高效的分子设计育种，是解决我国苜蓿种业“卡脖子”问题、实现跨越式发展的核心路径。
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