辽宁省牧草种质资源现状及开发利用对策

马凤江，冯良山，杨 姝，吴 禹，陈小杏，陈玉华

(1.辽宁省农业科学院，辽宁沈阳 110161；2.沈阳农业大学，辽宁沈阳 110866；3.喀左县农业农村局种子管理站，辽宁朝阳 122300)

草业的发展离不开对牧草的研究，目前关于牧草的研究主要包括育种和种质资源两方面，而牧草育种的基础是牧草种质资源的研究[1]。种质资源又称遗传资源或品种资源，种质被定义为用于改良植物的基因集合，即亲代生物体通过体内的生殖细胞或体细胞传递给子代生物体的遗传物质(包括DNA、RNA)。种质资源一般存在于特定的品种之间，包括古老地方品种、新选育的推广品种、改良品种等，而所有牧草物种及其可遗传物质的总和称之为牧草种质资源[2-5]。牧草种质资源是生物资源的重要组成部分，因其含有丰富的基因源可作为天然的牧草基因库，对牧草的新品种选育、改良以及保护具有重要的意义。辽宁省作为我国北方的重要草地之一，草地植物有着东北植物区系区、华北植物区系区、蒙古草原植物区系区综合交错的特征，物种丰富，地位十分重要[6]。加强辽宁省牧草种质资源的搜集、保护和利用都是当前生态草原建设中的重要任务。

1 辽宁省自然条件概况和牧草种质资源特点

1.1 自然条件概况辽宁省地处东北地区南部，属于温带大陆性季风气候区，坐落于118°53′～126°46′E、38°43′～43°26′N，横跨了暖温带和中温带[7]。辽宁省地形大体为“六山一水三分田”，山地丘陵呈东西两厢分列、向中部平原下降并向渤海倾斜呈马蹄形，地势呈自西向东、自北向南向中部倾斜[8]。辽宁省土壤区域分布主要为辽东山地丘陵区、辽河平原区、辽西低山丘陵区3种类型。植被类型主要包括有针叶林、落叶阔叶林、针叶落叶阔叶林、矮林、栎树蚕场矮林、灌丛、草丛等类型[9-10]。辽宁省光照充足易积温，夏天温度平均高达22.9 ℃，冬季由于受西伯利亚和蒙古冷气团控制气温较低，均达-7.3 ℃，而全年平均气温在7～11 ℃，年日照时数为2 100～2 600 h[11-12]。辽宁省降水量分布极不均匀，年均降水量在600～1 100 mm，自东南向西北递减，而辽西较其他区域最低，其年均降水量不超于500 mm[13-14]。

1.2 牧草种质资源现状据20世纪80年代普查，辽宁省天然草原面积仅存338.88万hm2，可利用草原面积占全省草地总面积的95.6%，而辽西地区占全省可利用总面积的46%[15-16]。截至2017年底，辽宁省天然草地面积仅存102.13万hm2[17]。但是由于长期的超载过牧(人为因素)以及自然环境比较恶劣(自然因素)等，导致辽宁省草原区面积越来越少，并且出现草原“三化”现象，每年草原“三化”面积都以上升的速度增加[18-19]。辽宁省作为我国东北草原区的主要部分之一，退化草地修复以及牧草种质资源的研究已经是迫在眉睫。

1.2.1牧草种质资源丰富度。辽宁省草地资源丰富，包括9个草原类型、11个亚类、34个组、129个型。其中，高等植物涵盖1 025种，共56科389属；草地植物涵盖164种，共46科129属；草原植物共有2 200种，饲用牧草近1 000种，野生优良牧草约320余种[20]。辽宁省牧草含有禾本科、菊科、豆科、毛茛科、百合科、莎草科等，其主要以禾本科和豆科为主，其中，豆科牧草约120余种，禾本科约100余种[21]。

表1为辽宁省主要牧草资源。其中，豆科(Fabaceae)中的紫花苜蓿(Medicagosativa)、沙打旺(Astragalusadsurgens)，禾本科(Poaceae)中的黑麦草(Loliumperenne)、羊草(Leymuschinensis)均为优质牧草；朝牧一号稗子(Echinochloacrystalline)是辽宁省朝阳市畜牧科学研究所的郜玉田所育成的，于1990年通过全国草品种审定委员会审定并推广的。其他大部分优质牧草品种几乎是外来引入品种，因此，培育一批新的本地优质牧草品种是当前解决牧草种质资源的重要难题之一。

表1 辽宁省主要牧草资源Table 1 Main grazing resources in Liaoning Province

如表2所示，李丽萍等[22]通过试验完成辽宁省牧草品种的区划，筛选出了一批适应辽宁省天然草地的优质牧草品种，形成了辽东山地紫花苜蓿、沙打旺、无芒雀麦(Bromusinermis)、胡枝子(Lespedezabicolor)区，辽东半岛紫花苜蓿、沙打旺、无芒雀麦、老芒麦(Elymussibiricus)区，中部平原紫花苜蓿、沙打旺、中间冰草(Agropyroncristatum)、老芒麦区，辽西低山丘陵紫花苜蓿、沙打旺、无芒雀麦、羊草区4个区域。

1.2.2牧草种质资源分布。辽宁省共包含3个植物区系，包括北部的东北植物区系区(长白山植物区系区)、南部的华北植物区系区以及靠近内蒙古西部的蒙古草原植物区系区，而草地植物有着东北植物区系区、华北植物区系区、蒙古草原植物区系区综合交错的特征[8,10,23]。辽宁省共有草甸草原和典型草原两大类型草原。辽宁省草地资源主要分布于东部和西部，辽东地区为高草型草地，而辽西地区为矮草型草地。山地灌丛、草丛和疏林草地为辽东地区主要草地植被类型，其草层、植被生产水平较高，但可利用及营养价值较低；典型草原和草甸草原为辽西地区主要草地植被类型，其草层、植被生产水平较低，但利用、营养价值及优良牧草占比较高[15-16]。其中，辽西地区是辽宁省重要的草地资源分布区，其地形为低山丘陵，该地大部分季节干旱，加上该地区常年开发土地，植被覆盖度低且出现“三化”(退化、沙化、盐碱化)[19,24]。

如图1所示，张茵等[25]对14个监测点位植被盖度进行检测和分析，发现辽宁西北地区的朝阳等地的植被盖度低于辽宁中部地区的本溪、岫岩，甚至阜蒙县以及义县低于全省综合植被盖度。

1.2.3牧草种质资源研究现状。目前，辽宁省对牧草种质资源进行了搜集、保存与鉴定评价，并以放入种质资源库以及建立种质资源圃的方式进行保存。对于收集到的种质资源进行整理，归纳牧草种子相关的所有信息。关于牧草种质资源利用方面，在育种上，由郜玉田[26]育成的朝牧一号稗子具有适应性强、抗旱、高度耐盐碱等特点；辽宁省农业科学院选育的早熟沙打旺在东北及华北地区得到了广泛应用。在牧草新品种引进方面，近2年辽宁省农业科学院进行了新一批的牧草新品种的引选，共收集86份牧草种质资源并按照规定进行分类、编号入库；在不同试验区进行试验，筛选出紫花苜蓿、柳枝稷(Panicumvirgatum)、无芒雀麦、胡枝子等优良牧草新品种[27]。

表2 辽宁省牧草品种区划[22]Table 2 Division of grazing varieties in Liaoning Province

图1 辽宁省14个监测点的植被盖度[25]Fig.1 Vegetation coverage at 14 monitoring points in Liaoning Province

2 牧草种质资源保存利用和开发中存在的问题

虽然辽宁省牧草种质资源有了很大的发展，但种子的供给还远不能满足生态草原建设的需要，而且牧草种质资源在保存、利用和开发上还存在着许多问题，主要存在以下几个方面。

2.1 对牧草种质资源的收集数量较少、保存方式单一目前，辽宁省对牧草种质资源的总体研究水平还比较落后，专门从事于牧草业的单位以及人员少，技术不过关、科研成果缺乏都是普遍的现象。辽宁省牧草种子生产主要以紫花苜蓿、沙打旺为主[28]。虽然说这2个品种已为优势种，在产量、再生能力和适应性都较强，但品种单一、结构简单使其种子在草地生产潜力的发挥性能减弱。辽宁省在种质资源保存方法上只采用种质资源库、种质资源圃等常规方式的保存，由于受科学技术水平、草业相关制度、本地发展环境等各方面因素的限制，并没有从分子、细胞、组织以及器官水平上进行开展，比如从分子水平上的基因库建立、细胞水平上的花粉冷冻保存、组织及器官水平上的无性繁殖、组织培养等[22，29]。而国外已经从现代生物技术分子水平上的一些关键问题出发，着重进行研究包括基因克隆、高效构建基因表达载体等工作[30]。

2.2 本地牧草优势种少、潜在优势种存在丧失的危险相对于我国别的省份而言，辽宁省本地牧草优势种类少，野生牧草优势种类开发利用更是寥寥无几。虽然说牧草专家育成了一些适应本地的优质牧草新品种，但大半部分的优质牧草种子是通过引进的方式收集的[31]。对于牧草种子的鉴定，由于缺乏系统性的研究导致出现品种分辨不清、利用价值不明，难以开发利用。比如有一些种子在入库时生活力处于最低限，由于基因鉴定及检测能力差，使其种子生活力提前降低甚至降到更新的标准之下；在种质资源圃保存的材料易出现丢失，尤其在进行异花授粉时容易发生遗传变异。再加上收集和保存不善以及保护方式不当，使一些牧草种质资源出现得而复失的局面，在不知不觉中潜在优势种出现丧失，使辽宁省牧草品种多样性受到严重的危害，对辽宁省牧草种质资源的保护和利用都有着不利的影响[22，32]。

2.3 牧草良种繁育体系不健全、收集保存投入少及仪器设备落后目前，辽宁省牧草种子生产还没有形成像农作物种子生产那样统一规范的完整繁育体系，在选育、试验、生产等方面研究都较落后[33]。牧草种子的生产还存在很大的盲目性甚至跟风性，大部分生产的牧草种子是通过各企业的自主经营，牧草品种质量以及纯度得不到保证，育种者的利益也得不到保障[34]。此外，辽宁省在牧草种子的收集保存方面投入较少，牧草种子相关的仪器设备落后，导致育种者积极性不高，很多关于牧草种质资源的工作效率不高甚至无法进行[35-36]。由于辽宁省牧草新品种的更新速度无法满足生态草地建设的需要，出现供给不足现象，牧草种子的需求只能通过外来引进调入。就辽宁省来看，牧草种子的生产还不完全纳入计划管理的轨道中，在牧草种子市场中出现混乱、价格波动、种子挤压或短缺的现象。

3 牧草种质资源开发利用对策

辽宁省开展生态草原建设起步较早，由于经济、技术、社会等因素，导致在草原建设的发展过程比较缓慢，牧草种质收集、保存以及利用方面存在一定影响。加上辽宁草地“三化”现象极其严重，牧草种质资源的供应已经不能满足草地生态建设的需要，一些具有开发潜力的草种及种群分布正逐渐缩小甚至消失。为了促进辽宁省牧草种质资源的发展以及解决在开发利用中所面临的问题，针对辽宁省牧草种质资源研究现状，提出以下几个方面的开发利用对策。

3.1 开展对辽宁省牧草种质的全面调查，完善牧草种质资源信息截至目前，辽宁省生态草地面积发生了骤减的变化，草地面积、植被丰富度、植被盖度等都呈现降低的趋势，特别出现草原“三化”现象。为此，通过一些现代信息技术，比如GPS(全球定位系统)、RS(遥感技术)、GIS(地理信息系统)等技术和常规全面调查方法相结合，彻底清查辽宁省内的牧草种质资源数目、分类及种类等整体概况[37-39]。得到的全部牧草种质资源严格按照农业农村部相关规定，通过植物分类学鉴定后对其进行整理(包括原产地、种名、属名、科名、学名)，编写出一本《辽宁省牧草种质资源名录大全》，让人们更加清楚了解到辽宁省所有的牧草种质资源[40]。

3.2 加强对牧草种质的收集及鉴定评价就全国各省市而言，辽宁省牧草种质资源相对稀缺，必须继续加大牧草种质的收集、引进国内外优质牧草品种，对收集和引进的种质材料按试验规定方法、标准及内容在辽宁省不同生态草地区进行点试验[41]。全面认识了解每份牧草种质材料并进行全面的鉴定评价，比如抗逆性(抗旱抗寒、耐盐碱等)、适应性及抗病虫性等与牧草生产性能相关的生物学特性及农艺现状进行观察与鉴定，可采用原生生境、种质圃、实验室、分子标记相结合的评价方法，再从中筛选具有较突出的优良性状材料，方可为牧草育种提供优良的亲本材料[42-45]。对于目前现有的牧草种质资源，也可根据不同功能(牧草型、草坪型、观赏型等)、适生温度(冷季型、暖季型)分类，使其有目的地进行推广和应用，更好地发挥牧草种质优势，加快辽宁省草地生态建设。

3.3 加大牧草种质资源保护研究及牧草育种的研究力度辽宁省目前关于牧草种质资源及育种地研究力度还不够，可根据辽宁省牧草种质资源地濒危程度来制定牧草地保种计划，减缓辽宁省牧草多样性消失，使其濒危牧草得到保护。加大力度研究了解辽宁省牧草种质分布情况，以及主要的牧草品种(引进种、野生牧草种、栽培种)、类型(豆科Fabaceae、禾本科Poaceae、其他科)及变种等。常规的牧草保存方式有建立种子库、种质圃，除此之外还可通过建立保护区的方式保存，如牧草园、牧草自然保护区、植物园(寒带植物园、沙生植物园)、动植物自然保护区等[46]。此外，还可通过器官、组织、细胞以及分子生物技术等对牧草种子进行保存，比如通过细胞对花粉进行冷冻保存，通过分子建立牧草基因库等[47-48]。关于牧草育种方面，辽宁省育出的优质牧草品种稀少，大部分是依赖于国内外引进的优质牧草品种，致使牧草品种单一化现象极其严重[49]。因此，加大对牧草育种的研究是实现草地植物多样化的基础。关于牧草育种，育种目标需因地适宜，以方向抗性为主、抗旱耐盐碱为辅，同时还需兼顾牧草的产量及品质；育种的方法必须周期短、见效快，比如可通过选择育种、引种筛选、常规育种与生物技术结合等方法[50]。

3.4 建立健全牧草培育体系，制定长期发展规划及资金扶持政策辽宁省在牧草种质培育方面存在很大空缺，一套完整的牧草培育体系可以使牧草种子工作顺利进行。尽快形成育种—基础—登记—商品4级种子繁育体系，建立辽宁省牧草种子认证规程，优化招投标制度，同时我国还形成了完整的牧草体系保护格局[51]。建立相关制度体系后，使其选育出一批适合急需的牧草品种，并投入到生态草地建设中。牧草种质资源收集保存以及新品种的选育是一项长期的工作，而不是一蹴而就的，需要制定一个长期的发展规划[52]。而在这个过程中，需要有资金的投入，只有在科研经费充足的情况下，牧草业工作才能涉及更广更深入，只有加大资金扶持，牧草业的工作也能顺利展开，保证一支长期扎根于辽宁省牧草种质资源和品种选育工作的稳定队伍[53]。此外，草业科技人才非常稀缺，就辽宁省农业科学院而言，从事草业相关的技术人才屈指可数，已经严重影响牧草种质创新和草业的发展。建议加大重视草业相关的人才培养，引进草业相关人才，提升草业课题组人才整体水平，形成一个高水平高发展的草业人才队伍。