以苜蓿为例,美国的苜蓿育种工作从1897—1909年在欧亚大陆进行的苜蓿种质资源的收集和筛选开始,并根据当地苜蓿生产的实际需要,培育出了高产、优质、耐逆、抗病虫等品种。美国苜蓿育种也不是一蹴而就,同样经历了从依赖进口到自主创新的过程。1920年美国苜蓿年用种量的49%依赖进口;且由于农民对品种特性不了解,经常遭受巨大经济损失。例如,1925年美国中西部地区暴发苜蓿细菌萎蔫病,苜蓿种业受到打击。直到1940—1943年培育出抗细菌枯萎病品种Ranger和Buffalo,美国苜蓿种业才得以恢复。我国从1987年才开始审定牧草新品种,正经历着与美国早期苜蓿种业类似的状况。 目前,我国苜蓿用种量的80%以上依赖进口,但由于与国外的气候及土壤条件不同,有些国外品种可能水土不服,具有造成巨大经济损失的风险。特别是随着全球气候变化,极端天气频发,限制了我国苜蓿生产。因此,亟待培育具有自主知识产权、适合我国不同地域生产条件的高产优质牧草新品种。 2、我国牧草育种科技现状及技术瓶颈 2.1 我国牧草种业与育种科技现状 我国牧草种子生产从20世纪80年代初开始,经过多年努力取得了较大的成就,但与畜牧业发达国家相比还存在着巨大差异。目前,全球种业排行前20的跨国种企中有2家主要从事牧草、草坪业务,其具有强大的全球供应链和市场覆盖,2018年销售额分别达到6.78亿美元和3.04亿美元。而我国只有“蒙草生态”一家上市公司以草为主要业务,其致力于种质资源库建设、核心品种选育、规模化扩繁和市场推广;但与2家跨国草业种企相比发展还非常滞后,主要问题包括:生产方式原始、地域性生产基地缺乏、种子生产技术落后、牧草品种紧缺,以及牧草种子繁育体系不健全等。 我国牧草育种仍停留在较低发展水平,未得到现代生物科技的惠泽。牧草的基本生物学规律研究是支撑现代牧草育种科技基础,而我国牧草育种及其相关基础科学研究仍很薄弱。这主要体现在3个方面: 2.1.1 我国牧草基础研究起步晚、规模小、落后于国际先进水平; 2.1.2 相关学科基础积淀不足,主要热点方向的研究与先进国家相比仍有明显差距; 2.1.3 我国牧草复杂生物学性状分子遗传机制不清,这方面的基础研究严重不足。 2.2 牧草生物学特性与育种瓶颈问题 牧草生物学特性是制约育种技术发展的重要因素之一。 由于牧草通常具有异花授粉、多倍体遗传、杂合体等生物学特性,很难挖掘优异性状关联分子标记,从而限制了牧草分子育种,并导致绝大多数牧草品种是通过常规育种手段培育出的。以“牧草之王”紫花苜蓿(豆科)和“禾草之王”羊草(禾本科)为例,其多倍体遗传、严重的近交衰退、异花授粉、自交不亲和等特性,以及品种内个体间具有较大的遗传变异和表型差异等特点,均严重限制了其功能基因组研究和育种的发展。 2.2.1 由于紫花苜蓿和羊草是多倍体,利用突变体挖掘重要农艺性状调控基因非常困难。即使获得具有极端表型的突变体,由于其异花授粉、自交不亲和等特性,很难定位突变基因。 2.2.2 在水稻等农作物中经常采用2个极端表型的个体构建重组自交系,并分析数量性状位点。但紫花苜蓿和羊草无法构建重组自交系,挖掘数量性状位点难度极大。 2.2.3 即使精细定位到了数量性状位点,要想把优异等位变异导入到底盘品种具有非常大的难度。因为紫花苜蓿和羊草具有严重的近交衰退特性,需要同时选择多个含有优异等位变异的个体与底盘品种进行回交,并在后代群体中轮回选择含有优异等位变异个体,从而增加群体中含有优异等位变异个体出现的频率,工作量极大。 |
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