隨著人們對奶製品和肉類的需求急劇攀升，激增的家畜養殖對優質牧草，特別是紫花苜蓿的需求量大增。但我國每年僅能生産200多萬噸優質紫花苜蓿，存在巨大的需求缺口，長期以來高度依賴進口牧草。國內優質牧草短缺的現狀已成為制約我國畜牧業高品質發展的關鍵瓶頸。
“培育屬於自己的優質高産苜蓿品種勢在必行。”為此，2023年度雲南省自然科學獎一等獎獲得者、中國科學院熱帶植物資源可持續利用重點實驗室副主任陳江華及其團隊于2014至2021年間，聚焦解析苜蓿作物研究中的關鍵科學問題和技術瓶頸，以葉片和株型為突破口，在苜蓿功能基因研究與分子育種領域潛心研究、攻堅克難，取得了重要進展。在為苜蓿育種研究提供全新思路，實現紫花苜蓿産量大幅提升的同時，也為苜蓿葉型、雜交育種和分枝性狀的分子改良提供了重要的基因資源。
探索基因資源夯實苜蓿品種改良“新”基礎
（曲靖市馬龍區苜蓿育種基地）
“牧草跟作物不一樣。對於作物，我們大多吃它的種子作為能量補充來源，但是苜蓿不行，是直接吃它的葉片。這是苜蓿最大的特點。所以我們改造苜蓿跟其他的作物不一樣，主要聚焦的就是它葉片的形狀。這也是我們的研究目標。”陳江華及其團隊從一開始就抓住了研究的重點。
經過10多年的努力，陳江華及其團隊通過正向遺傳學，獲得了多個葉片農藝性狀改變的核心材料並克隆出其中的功能基因，在國際上率先提出了苜蓿復葉發育的分子調控模型，為苜蓿葉型的分子改良育種提供了重要的基因資源。
同時，團隊克隆了多個苜蓿重要農藝性狀的功能基因，包括苜蓿雄性不育基因，調控苜蓿分枝性狀功能基因等，為苜蓿不育係的應用和株型改良奠定了堅實的基礎。
“我們的創新點之一，就是針對核心的農業性狀功能基因進行攻關合作，形成了國際專利自主資産的基因資源。這些基因資源是我們寶貴的生物資源，對於科研等領域具有重要的價值，將為我們今後的研究提供很多幫助。”陳江華説。
基因編輯技術打通苜蓿育種“新”途徑
（苜蓿雜交授粉）
“紫花苜蓿是優良豆科牧草，是世界範圍內重要的優質飼草，有20%的高蛋白含量，被譽為‘牧草之王’，對畜牧業特別重要。”陳江華介紹。但是，由於紫花苜蓿複雜基因組與多倍性、轉基因效率低等因素，極大地阻礙了其基因組密碼的破譯，進而阻礙了與關鍵農藝性狀相關的基因的挖掘以及新品種的培育，制約了其基礎與應用研究。
“傳統的雜交育種運用在同源四倍體中週期非常長，一個週期可能需要5至10年。所以我們打破傳統的雜交育種方式，找了另外一個途徑，就是通過基因編輯育種，直接定向的去改造重要的功能基因、葉片基因。”陳江華説。
經過不懈地努力，陳江華及其團隊解析出了我國地方特有品種“新疆大葉”紫花苜蓿基因組，並成功將四倍體基因組組裝到32條染色體上。在此基礎上，他們進一步開發出高效的基因編輯技術體系，成功培育出一批多葉型紫花苜蓿新材料，其雜交後代表現出穩定的多葉型性狀且不含轉基因標記。這是我國農業科研人員首次破譯紫花苜蓿基因組並建立基因編輯育種體系。
對此，陳江華自豪地説：“原本在同類型的研究中我們相比國外啟動的要晚一點，但是在我們團隊的通力合作之下實現了彎道超車。我們的新品種不僅葉片産量高，還具有抗病的特性。”
雲嶺大地孕育畜牧業發展“新”方向
（收割苜蓿）
無論是植物動物還是微生物，雲南的生物物種資源都十分豐富。在牧草研究發展的過程中，雲南多樣的氣候類型和豐富的生物資源都是陳江華及其團隊選擇在這裡開展研究工作的因素之一。
陳江華認為，雲南的氣候非常有優勢，特別適合牧草生長。同時，雲南也是非常大的畜牧業生産大省，牛的存欄量在全國前三，是我國畜禽品種最豐富的地區之一，還擁有中國西南地區最大的活畜交易市場，對牧草的需求非常大。“我們是圍繞雲南省的十大産業開展工作，也是因為産業背後的市場需求。”
“雲南山區面積較大，種植了非常多的咖啡、核桃、澳洲堅果等。但是防野草對農戶來説是一個非常頭疼的問題。”結合雲南産業發展實際情況，陳江華説道，“如果能把高蛋白牧草種下去，就能實現一舉三得。首先是不用防野草了，還能利用雲南的氣候和牧草便於管理的特性生産高蛋白牧草，讓農戶實現增收。同時高蛋白牧草相當於天然的化肥廠，在土裏可以跟微生物發生共生，把空氣中的氮元素變成植物可以吸收的氮肥，對土壤也有非常好的改良作用。所以我認為，雲南發展高端牧草大有可為，對雲南的畜牧業發展也有很大的助益。”
“紫花苜蓿物種自身的特徵極大地限制了功能基因的解析工作，這是目前整個苜蓿研究領域都面臨的困難。”陳江華表示，“今後我們的主要研究方向仍是集中于苜蓿農藝性狀相關的功能基因的挖掘。我們將繼續與三傑牧草（楊淩）研究院和西北工業大學合作，將紫花苜蓿的基因組提升到T2T水準；同時雙方共同努力進一步提升苜蓿的轉基因和基因編輯效率。此外，在蒺藜苜蓿中發掘更多的和小葉數目、復葉數量、葉片面積、株高、分枝、開花時間等相關的功能基因，評價它們對蒺藜苜蓿的性狀影響後在紫花苜蓿中進行相關驗證，爭取不斷地發掘更多的農藝性狀相關基因。”（姚敏/文 中國科學院西雙版納熱帶植物園/圖）
(責任編輯：曹洋)