在世界海拔最高的青藏高原，人、动物、植物都面临着高寒缺氧的严酷生存环境。牧草需能耐寒耐旱抗盐碱才能生存下去，有了丰富的牧草资源才能缓解天然草地退化问题，家畜才得以茁壮生长，才能实现高原上的生态平衡。
兰州大学草地农业科技学院南志标院士课题组从多年的草原研究中发现，解决以上问题最终需要好的牧草品种，因此，从1995年开始，南志标带领课题组开始了独特的牧草育种转型之路，建立独特的选育之法，提升牧草抗旱、抗寒性能。
经过25年选育的“兰箭1号”春箭筈豌豆和“甘青”歪头菜顺利通过农业农村部、国家林业和草原局2021年度审定的草品种名录，当年还有6个新品种通过甘肃省草品种审定。经过选育的牧草新品种已经在相关地区大面积推广，为改变高寒、旱区草地现状并实现良好的经济收益带来了新希望。
从“舶来品”到“本土货”
“兰箭1号”的花
在中国，高山草原缺少豆科牧草，禾草比如披碱草、老芒麦、中华羊茅等虽然能够增加能量，但蛋白含量只有12%左右，而豆科牧草的蛋白含量达20%左右，因此豆科牧草对家畜的重要性不言而喻。
春箭筈豌豆是一年生的绿肥及豆科牧草，但“兰箭系列”品种其实最早并不是“本土货”。1997年，南志标从位于叙利亚的国际干旱农业研究中心(ICARDA)带回原产于葡萄牙等地的100多份春箭筈豌豆种质，在甘肃省甘南藏族自治州高山草原进行了几年的评价，筛选出了几份性状优异的种质，开始了高寒地区优良豆科牧草品种的选育，以期通过建立栽培草地，用于家畜放牧，缓解草原退化压力。
2019年央视军事农业频道《农广天地》报道《兰箭系列箭筈豌豆栽培技术》
每年4-9月是春箭筈豌豆的生长季。这些种质在海拔3000多米的甘肃夏河县草原站试验田里，经过23年的一代代轮回选育，才有了“兰箭系列”1、2、3号牧草新品种。“这三个品种的主要区别在于对海拔高度的适应性越来越高，从3000米到3700米左右。”课题组成员王彦荣教授说。
收获的优良品系的种子还不能马上投入高原土壤的怀抱，随之而来的品种比较试验、区域试验、以及生产试验才是真正检测它是否是一颗合格种子的过程。在国家指定的不同区域进行区域试验，收获的种子都能保持良好生长态势，且能超过适宜当地种植的最好品种，这样的种子才有了播种的希望。“我们解决了适宜区域、种植密度、灌溉施肥除草和覆盖地膜等一系列生产技术问题，把它的产量发挥到最大。这就解决了青藏高原气温低、普通箭筈豌豆品种在这一地区无法生产种子的问题，牧民就不用从外地调种了。”王彦荣说。
“兰箭1号”春箭筈豌豆于2014年通过了甘肃省的品种审定，后来又扩大了区域试验和生产试验范围，证明可在更为广泛的高山草原地区用于退化草地的修复，于2021年通过国家林草局新品种审定。
在西藏曲水的“兰箭1号”与燕麦混播实验田
目前，“兰箭系列”已经推广到甘肃、青海、西藏、四川、云南等省（区），累计种植25万余亩，为牧民增收累计1.2亿元；同时可以起到对土壤的固氮作用，缓解过量施肥造成的环境污染；另外，通过恢复植被极大地改进了生态环境。在品种推广过程中，培训人员4000余人次，建立了一支掌握新品种栽培要点技术的农牧民队伍，推动和保证了“兰箭系列”品种在当地扶贫攻坚中的持续推广、利用。
平安越过七八个冬天的“甘青”歪头菜
“甘青”歪头菜
和“兰箭系列”同属豆科但又不同的是，“甘青”歪头菜为多年生草本植物。每年4月，把“甘青”歪头菜种入土中，从此可以扎根高山草原7、8年甚至10年以上。而建植当年的越冬率是判定牧草适应性的重要指标之一。
国内外现有的豆科牧草在青藏高原严酷环境下多数难以越冬，自然更不能指望来年收获种子了。从1997年到现在，南志标课题组每年都要去高山草原开展试验，把从夏河县以及青海等地采集的“甘青”歪头菜野生种子进行驯化选育，在选育的过程中选择越冬率高的、生产性能优良的植株。
“经过这番选择，‘甘青’歪头菜本身发生了很多变化，比如侧根数显著增加，产草量比野生的歪头菜提高不少，越冬率从70%左右提高到85%以上，比起苜蓿及其他豆科牧草，具有更强的抗寒性和适应性，并能进行种子生产。”王彦荣说。
野生牧草驯化选育的第二大难题是硬实，即坚硬的表皮使种子没办法获得水分，不能萌发，长期进入休眠状态。南志标课题组研究发现，播种前用98%的硫酸浸种25分钟，硬实可成功破除，发芽率可达92%以上。
除了硬实的问题，课题组的研究还需克服野生牧草的第三大不良习性——裂荚：种子还没成熟豆荚就开裂了，因此散落土中无法完成收获。课题组为了降低裂荚率，从豆荚的卷曲度、组织离层、裂荚力、控制基因等方面开展了机理研究，“目前解决问题主要是靠栽培技术：喷施化学药剂，或是分期收割。”王彦荣说。草地农业科技学院副院长刘志鹏教授正在通过分子辅助育种和传统育种，培育抗裂荚高产新品种。
“牧草相较于农作物更为复杂，一方面是多年生，其次是异花授粉。因此，牧草群体的性状控制机制更为复杂，选育抗裂荚品系是课题组未来研究的一个重要方面。”南志标说。
通过对收种子后的干草的粗蛋白含量比较和对湖羊的喂养试验，兰箭1号和“甘青”歪头菜营养成分接近，高于紫花苜蓿，因此证明歪头菜是一种具备较强越冬能力和种子成产性能的优质豆科牧草。课题组建议：“甘青”歪头菜可作为牧草或天然草地补播，适宜整个青藏高原地区；种子生产可在海拔3000米以下地区进行。
20年育种，护草业安全生态报国
200毫米等降水量线，是干旱地区与半干旱地区的自然分界线、草原与荒漠、荒漠草原的自然分界线。在我国，干旱半干旱区域、盐碱地占到国土面积的50%以上。
1997年以来，在甘肃省科技厅、林草局和国家科技部的连续支持下，南志标课题组先后承担了甘肃省“九五”、“十五”重点攻关项目“高山草原豆科牧草选育”、国家“973计划”项目“中国西部牧草、乡土草遗传及选育的基础研究”和“重要牧草、乡土草抗逆优质高产的生物学基础”、甘肃省科技重大专项“草类植物种质创新与品种选育”、甘肃省林草局“高山草原优质豆科牧草新品系歪头菜种子扩繁及生产关键技术研发”等项目。
在连续两个国家重点基础研究发展计划（973计划）项目的支持下，对我国北方主要乡土草种研究所获部分成果进行系统总结的专著《乡土草抗逆生物学》于2021年11月由科学出版社出版。
从2000年至今，课题组通过多种手段面向西部开展植物逆境育种，通过多种技术，解决了耐干旱、耐高寒、耐盐碱等多个育种难题。2021年6月，草地农业科技学院选育的6个新品种通过甘肃省草品种审定。
“比如陇东长芒草适宜在半干旱地区种植，既可以用作生态草，也可用作牧草；河西野大麦耐盐碱性强，可用于盐碱地的治理；腾格里霸王、腾格里白沙蒿和腾格里牛枝子适宜在极其干旱的荒漠区生长，主要解决生态问题；祁连醉马草适用于祁连山地区及其类似生境的生态治理。”王彦荣说。
除了缓解生态问题，课题组培育的新品种给许多地区的环境修复带去了福音。在内蒙古乌海市，工人在挖矿的过程中又会堆出一个100米左右高的新“山”，也叫排土场，矿山养护成本高昂。课题组用草灌结合的方式，将腾格里系列的品种覆盖其上，不仅解决生态修复问题，而且节水，大大降低了养护成本，观赏性也较高。
早在改革开放初期，任继周院士在总结历史经验教训的基础上将草地农业生态系统分为前植物生产层、植物生产层、动物生产层、后生物生产层。这一理论早已被学界广泛接受，草原学由此向草业科学发展。
“在前植物生产层，景观、生态建设都需要种子的助推；在植物生产层，牧草新品种发挥着举足轻重的作用；在动物生产层，牧草新品种可以促进天然草原的构建，解决家畜的进食问题，让人吃人粮，畜吃畜‘粮’，保障我国食物安全；在后生物生产层，种子也有重要的商品价值。哪个环节都少不了优良品种的培育，可以说是一个物质基础。”王彦荣说。
经过二十多年的探索，课题组逐渐从传统的育种方式为主，向与现代分子技术相结合转变；从传统的关注产量向兼顾品质和抗性转变，在西部的逆境为草类新品种培育开创了新的道路。目前，全国获批转基因中间试验的牧草新品系一共16个，而由兰州大学研究的占了8个；另外利用内生真菌提高牧草抗性的育种也获得了重要进展。在草育种方面，“我们虽然不是开始最早的，但起点高、进步快、特色鲜明，希望能为解决国家西部天然草地退化、改土肥田、生态安全提供帮助。”南志标笑言。
(兰州大学)
