全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2005) 01-0075-05
美国西部植物材料研究与应用的系统性
毛培胜
(中国农业大学草地研究所, 北京 100094)
摘要: 通过对美国西部 Br idger 植物材料中心在长期自然资源保护和利用过程中开展研究和实践工作的概述, 展示植物
材料中心在减少土壤的侵蚀、野生动物栖息地和植被恢复、提高草地生产力以及庭园绿化等方面发挥的重要作用, 结合
我国草地建设的现状提出值得借鉴的经验: ( 1)对本地或引进植物材料进行长期和系统的研究; ( 2)重视研究工作的示范
性; ( 3)植物材料利用的本土化和多样化; ( 4)进一步完善牧草品种培育制度。以促进我国植物种质材料的合理利用和生
态环境治理工程的顺利开展。
关键词: 植物材料;应用; 系统性;美国
中图分类号: S 812　　　文献标识码:
Systematicness of Research and Utilization of Plant Materials of Western USA
MAO Pei-sheng
( I nstitute of G rassland Science, China Agr icult ur e Univ ersit y, Beijing 100094, China )
Abstract: The present paper out lines the r esearch w ork of the Bridger P lant M ater ials Center of w estern USA
and its eff icient w o rk of protect ing and utilizing the plant resources. The center plays an important role in
pr event ing soil ero sion, restoring vcgetation and habitats o f w ild animals, bolstering the rangeland
pr oduct ivity, and beaut ify ing gar dens and grounds. A ll this pro vides w orthy pract ical know ledge for the
restorat ion and reconst ruct ion of our countrys gr assland. Accor ding to our current grassland situat ion, w e
could learn much from the Bridger Centers experiences: ( 1) Conduct a long-term and sy stemat ic research of
the indigenous and int roduced plant materials. ( 2 ) Focus on the exemplary ro le of r esearch w ork. ( 3)
Naturalize and div ersify plant materials for pr act ical use. ( 4) Further perfect the regulat ions of cul tivat ion and
breeding of new fo rage and other plant species. Hopefully, these measures could assure the r at ional ut il izat ion
of Chinas plant materials and pr eserv e a balanced eco system .
Key words : Plant materials; U tilizat ion; Sy stematicness; United States of America
　　19世纪 30年代在美国西部地区发生的沙尘暴,
使人们认识到植物在保持良好环境中具有非常重要的
作用。从那时起,美国农业部在全国范围内建立了许多
土壤保护区, 开始在严重侵蚀地区推广种植牧草、灌木
等植物以保持土壤的稳定性。目前,为继续推动自然资
源保护和水土保持工作的发展, 启动了植物材料工程。
该工程由 26个植物材料中心和 17位植物材料专家组
成的全国性工作网络开展研究并转让植物科学技术成
果,以满足客户和自然资源的需要。植物材料中心的主
要工作是: 1)收集、测试、发布用于资源保护的植物材
料; 2)确定各种植物的应用和管理技术; 3)便于植物种
的商业化繁殖; 4)提供应用科技的研究结果与转让[ 1]。
其中, Bridger 植物材料中心是美国农业部自然资源保
护局( U SDA-NRCS)主管的植物材料中心之一, 负责
蒙大拿州和怀俄明州农民所需植物材料的研究与示
范。长期以来,该中心在各种抗逆性植物材料的筛选与
利用方面进行了大量卓有成效的工作。借鉴与吸收其
有益的经验, 对促进我国植物材料的利用和生态环境
治理具有积极作用。
收稿日期: 2004-11-16; 修回日期: 2004-12-28
作者简介:毛培胜( 1970-) ,男,内蒙古锡盟人,博士,副教授,主要从事牧草种子方面的研究,已发表论文 21篇, E-m ail : maopeisheng@hotmail . com
致谢:本文完成过程中得到了 Bridger 植物材料中心 Mar k M ajerus 和 Susan Win slow 的大力帮助,谨此致谢!
第 13卷　第 1期
　Vo l. 13　　No. 1
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　　2005年　 3 月
　M arch 　2005
1　植物材料研究项目
Br idger 植物材料中心于 1959年正式成立, 位于
蒙大拿州中南部 Car bon 县 Bridger 镇东南, 位于西经
108°52′, 北纬 45°16′, 平均海拔 1115 m, 年均降水量
285 mm ,占地面积 52. 65 hm2。长期以来, 该中心针对
蒙大拿州和怀俄明州干旱气候的特点,收集、筛选抗旱
的植物材料, 并与相关政府工作部门、私人企业或农场
以不同方式合作开展植物材料的引种、筛选、管理技术
以及示范应用方面的研究与技术推广。
1. 1　有偿合作项目
植物材料中心与政府部门或农民组织以项目形式
进行合作,植物材料中心负责研究工作,而由委托单位
支付研究经费。
1. 1. 1　国家公园服务局合作项目
自 1986 年以来, Bridger 植物材料中心协助
Yel low stone 和 Glacier 国家公园开展了大量工作, 共
同致力于高速公路建设中有关植被恢复的工作。主要
内容包括确定用于公路两旁植被恢复的先锋植物或引
种植物的种类;确定一些适于通过常规栽培措施进行
扩繁的植物种类; 确定植物种子收集的时间和方法; 确
定种子的清选方法; 木本植物种子的收集、清选、编制
目录以及贮藏;对于种子繁殖困难的种类, 研究种子萌
发和破除休眠的技术; 研究木本植物的无性繁殖技术;
研究种子、种苗的种植技术。
目前中心内有两个国家公园 3. 24 hm 2的种子生
产田, 其中有 Glacier 公园的 10种禾本科植物和 1种
杂类草; Yellow stone 公园的 11种禾本科植物和 4种
杂类草。
1. 1. 2　耐酸耐重金属植物品种培育项目
该计划由蒙大拿州自然资源破坏项目和环境保护
机构的矿山废物处理技术项目共同资助, 由 Deer
Lodge Valley 保护区发起, Bridger 植物材料中心负责
承担, 主要任务是针对以高浓度重金属和低 pH 为特
征的矿山土壤, 筛选出具有耐高浓度重金属和低 pH
能力的植物材料。该项目从2003年开始,研究范围括:
温室测定,在温室将植物种植在低 pH 和含有高重金
属的土壤基质内, 然后测定植物对酸性/重金属条件的
抗性;筛选出草本植物混播的田间比较实验;筛选出木
本植物田间比较实验;表现优良植物材料种子扩繁小
区的建植、生产以及田间管理技术研究;表现优良植物
材料的发布; 研究成果、最佳田间管理措施以及产品的
技术转让。
1. 1. 3　与 Warren美国空军基地和怀俄明大学合作
的植被恢复项目
2002年与Warren 美国空军基地、怀俄明大学开
展合作研究, 主要目的是研究用于基地植被恢复的几
种国产禾草和杂类草的建植和种子生产技术。项目所
选国产草种具有有利于敏感植物生境、与入侵杂草的
竞争、对种植地区环境条件适应的能力。
1. 1. 4　夏季学生生产实习计划和基础种子研究助学金
在 Bridger 植物材料中心生产的基础种子, 由蒙
大拿州立大学负责的基础种子项目来销售。利用种子
销售获得的部分收入,于 2003年开始在 Bridger 植物
材料中心为实习生提供夏季生产实践资助,主要在土
地改良、牧场、园艺或种子生理学课程方面进行有关的
实践。
由 Bridger 植物材料中心生产的基础种子销售后
获得的部分收入也用于资助研究计划, 尤其是有关研
究生在种子生产、牧草和土壤改良方面开展的研究计
划。目前有两个研究生项目正在 Bridger 植物材料中
心合作执行。
1. 2　主要研究项目
该类项目主要由政府部门资助开展。
1. 2. 1　干旱草地和矿山植被重建
该项目始于 1980年, 1980年- 1981年春季和秋
季在位于怀俄明州 Rock Spring 的 Bridger 煤矿进行
播种; 1981年- 1982年春季和秋季怀俄明州 Greybull
的 Dresser M inerals 硅酸钠矿进行播种; 1984年秋季
分别在两个矿山进行播种。共计播种 3587行(行长为
5 m) ,用来评价 915份参试材料,同时也在 Bridger 植
物材料中心播种了相同的植物材料。主要目标是在蒙
大拿州和怀俄明州干旱草地(降水量不足 254 mm)和
矿山增加植物种的数量和多样性,使其植被得以恢复;
总结这些植物材料成功建植的评价技术。
1. 2. 2　研究适宜于蒙大拿州和怀俄明州西部山区和
丘陵地区的植物材料
从 1983年 10月开始, 在蒙大拿州林业苗圃(蒙大
拿州M issoula 市)建植初次评价材料圃, 1000余份材
料进行评价研究。1989年选出来 25份材料进行进一
步评价。该项研究的主要目的是防止与伐木有关的道
路建设、河床侵蚀、采矿和城市化建设过程中出现的土
壤侵蚀;选择具有良好种苗活力和适应性的国产草种,
用于退化草地的植被恢复。
1. 2. 3　乔木和灌木材料研究
在 Bridger 植物材料中心木本植物的研究已成为
研究工作中的重要部分。在北部大平原地区人们对于
76 草　地　学　报 第 13卷
抗逆性强的乔木和灌木种或品种的需求不断增加,
Br idger 植物材料中心现在可以利用新的预备品种发
布程序,为消费者提供优良的植物材料。这些植物对怀
俄明州和蒙大拿州的不良环境条件具有良好的抗逆
性,同时发挥其保护功能,如减少土壤侵蚀、挡风防晒、
挡雪、为野生动物提供食物和栖息之处、以及河边湿地
的恢复等等。
1. 2. 4　耐盐碱植物材料研究
从 1975 年开始 Bridger 植物材料中心就已经培
育耐盐的植物材料了。蒙大拿土壤和水保护区联合体
接受了一笔补助款,用于收集和评价国内外耐盐植物。
国内植物的收集遍及蒙大拿州和怀俄明州,主要评价
工作放在Bridger 植物材料中心的盐碱实验地。
1. 3　目前接续开展的研究项目
Br idger 植物材料中心在一些项目资助结束后, 仍
然继续相关的一些研究与观测,如干旱条件下庭园绿化
植物示范;蒙古的豆科植物比较评价; 耐盐植物的比较
评价; 不同地区收集的 Bur oak( Quercus macrocarpa)、
Pondero sa pine ( Pinus p onder osa)、Rocky mountain
juniper( J unp erus scopulorum)材料比较实验;用于提高
草地和植被恢复地区生物多样性所需种子的初次扩繁;
Sw eetgrass( H ierochloe odorata)栽培技术、国产野花萌
发前施用除草剂效果研究、Western yar row ( A chillea
millef olium)播种深度研究、人工草地灌溉技术研究、水
分利用效率研究等。
2　植物材料研究的区域性试验与示范
Br idger 植物材料中心针对蒙大拿州和怀俄明州
不同地区气候条件和草地利用的实际情况,为指导当
地农民草地建设与生产,在一些地区建设了植物引种
栽培及利用示范区。
1991年, 在怀俄明州 Pinedale 镇 Soda Lake建植
有 100余份材料参加的试验区,对不同植物种和品种的
使用价值和应用进行示范。1994年 5月在蒙大拿州
Sidney 镇Wayne Barry 农场播种暖季型禾草和豆科植
物进行适应性和放牧利用试验, 播种冷季型禾草、杂类
草进行重复比较研究。1999 年 5 月, 在怀俄明州
Weston 县靠近 New castle 镇的两个农场播种植物材
料, 评价冷季型和暖季型禾草的产草量,并作为家畜饲
养所需牧草的来源。2001年 4月在蒙大拿州McCone
县 Circle 镇附近播种了 7 hm2的示范实验田,旨在示范
各种水土保持作用植物的表现和适应性以及其成功建
植的栽培技术。2002年 5 月在蒙大拿州 Stillwater 县
Molt 镇 David Coles 农场建植以豆科与禾本科植物混
播组合示范区,研究比较供试植物的生长表现情况。
3　历年来发布的品种或种质材料
各种满足生产需要的适应性品种选育一直是植物
材料中心工作的重点, Bridger 植物材料中心在多年来
的研究实践中,根据生产需要培育了抗逆性的植物品
种,尤其是通过新的预备品种发布程序,主要包括源定
级 ( Source Identif ied Class, 黄色标签 )、选择 级
( Selected Class,绿色标签)和测试级( T ested Class, 蓝
色标签)三个不同等级的种质材料,加快了种质材料的
发布, 到 2004 年共发布了 25 个品种或种质材料 [ 2]
(表 1)。
4　值得借鉴的经验
美国在植物材料研究与利用过程中, 植物材料中
心发挥着非常重要的桥梁作用。如 Bridger 植物材料
中心作为美国西部自然资源保护和合理利用的研究和
技术推广机构,在当地水土保持、遏制农田土壤侵蚀、
野生动物环境的恢复与保护、庭园绿化以及抗逆性植
物种质材料或品种的选育和繁殖等方面开展了大量工
作,积累了丰富的实践经验。笔者在该中心访问研究期
间,参加了一些相关的研究实验工作,深切感受到一些
实践经验对于解决我国面临的环境问题大有裨益。
4. 1　研究工作的长期性和系统性
许多植物材料研究工作历时多年, 积累了大量资
料。尤其是为研究多年生植物对环境的适应性及其利
用情况,提供了翔实可靠的实验数据。Bridger 植物材
料中心在蒙大拿州和怀俄明州的部分试验点观测时间
超过 10年,掌握的实验数据为植物材料的推广利用提
供可靠的依据。另外,针对当地生产和环境保护的需
求,开展植物材料的引种和栽培工作,不仅对所筛选的
植物材料确定相应的栽培管理技术, 而且按照种子认
证体系要求进行相应等级种子的扩繁, 同时为商业化
种子生产提供高质量播种材料和技术服务。因此,通过
植物材料中心的研究工作, 农民在满足生产所需植物
材料的同时, 还能够得到具体的技术支持, 避免在生产
过程中由于管理不当造成的损失。
因此,针对我国各地不同的自然条件和气候特点,开
展本地或引进植物材料的长期系统化研究, 满足草地建
设所需的适宜品种或种质材料以及相关技术的需要,丰
77第 1期 毛培胜:美国西部植物材料研究与应用的系统性
富我国牧草品种, 尤其对于改善我国目前草地建设过程 中出现的有品种而无种子的现象是值得借鉴的。
表 1　Bridger植物材料中心发布的植物品种或种质材料
Fig . 1　T he cultiv ars o r g ermplasms released by the Bridger P lant Mater ials Center
种名
Comm on name/ Scient if ic name
品种/种质材料名称
C ult ivar /Germplasm name
发布时间
Released year
BHDWT hick spike wh eatgras s( E lymus lanceolatus) Critana* 1971
Cicer milkvetch ( Ast ragalus ci cer) Lutana 1971
Wes tern w heatgrass( P ascopyrum smithii ) Ros ana* 1972
Prairie sandreed( Calamov i lf a long if ol ia) Goshen* 1976
Fourw ing saltbush( A tr ip l ex x ap tera) Wytana* 1976
Beardless w ildrye( L eymu s tr iti coides) Shoshone* 1980
Russ ian w ildrye( P sathyr ostachys j uncea) Bozoisky-select * 1984
S len der w heatgrass( E lymus tr achycau lus) Pryor* 1988
Basin w ildrye( L ey mus cinereus) Tr ailhead* 1991
Indian ricegras s( A chnatherum hy menoid es) Rim rock* 1996
Rocky mountain juniper( Junip eru s scopulor um) Bridger -select ( Selected Class ) 1998
S len der w hite prairieclover( Dalea candid a) Antelope* ( Tested Clas s) 2000
Moun tain brome( Br omus mar ginatus) Garnet * ( T es ted Class ) 2000
S andb erg bluegrass ( Poa sandberg ii ) High plains (S elected Class) 2000
S ilverb erry( E laeag nus commutata) Dupuyer; Ponder a( Sou rce-Ident ified Class) 2000
Canada blu egrass ( Poa comp ressa ) Footh ills ( Selected Class ) 2001
Ponerosa pine( P inus p ond erosa) Hunter( Selected Class ) 2002
W interfat (K rascheninikov ia lanata) Open Range( T ested C las s) 2002
Basin w ildrye( L ey mus cinereus) Wash oe( Selected Clas s) 2002
Fuzz ytongu e pen stemon (P enstemon e riantherus) Old w or ks( S ou rce Ident ified Class) 2002
Comm on snow berry( Sy mp hori carp os akbu s) Prospectors ( Selected Class ) 2002
Wes tern yarr ow ( A chi ll ea mi ll ef olium) Great northern ( Selected Class ) 2004
Sweetgrass ( H ier ochloe od orata) Spirit ( Selected Class ) 2004
Prairie conef low er( R atibid a columnif era) St illw ater ( Selected Class ) 2004
Wes tern snow berry( Symphoricarpos occidentalis ) Tr apper( Selected Class ) 2004
　　* 表示该品种或种质材料是与其它单位合作发布的
* T he cult ivar or germplasm released by th e Br idger Plant M aterial s Center and in cooper at rion w ith others
4. 2　研究工作的示范性
美国各地区的植物材料中心在从事研究工作的同
时,许多生产实践和机械设备的使用完全是根据农民
生产的实际情况进行,更多的是向当地农民开展生产
示范。如 Bridger 植物材料中心不仅在中心内实验基
地开展各种形式的参观活动, 向当地农民和公司介绍
研究结果和具体技术环节, 而且在一些农场建立研究
示范基地,通过农民的直接参与,使研究技术直接被农
民所接受,加快成果的转化。
目前针对我国广大农牧民草业科技知识匮乏的现
象,进行草业科学知识普及的过程中,通过各种生产示
范将促进其对科技的理解和认识,有利于科研成果的
快速转化,能够在生产实践中正确地应用。另外,科研
人员开展技术研究的时间应根据农民生产实际进行,
脱离于农民的生产实际往往不利于新技术的推广。
4. 3　植物资源利用的本土化和多样化
通过近 70年的实践,美国植物材料研究和应用由
过去引种国外植物品种、种植单一植物草地改变为现
在的大力发展本地植物资源和实现草地植物的多样
性,特别是在水土保持和环境保护方面开展了大量的
种质资源收集、评价、筛选与利用工作。实践证明,利用
本地植物资源对于改善土壤和延长人工草地寿命具有
明显优势。在我国退化草地治理、生态环境建设以及公
路护坡、城市绿化过程中,开发利用当地植物资源不仅
有利于保持生态系统的稳定, 而且可以发挥其适应性
强和抗逆性强的特点, 降低草地管理的成本。
4. 4　完善牧草品种培育制度
由于植物品种的培育需要较长的时间,为满足在
自然植被恢复过程中对植物品种或种质材料种子的大
量需要,美国官方种子认证机构协会( AOSCA)增加了
种质材料的发布、认证规则和标准,使得符合需要的植
物材料可以尽早进入市场[ 3]。美国的预备品种种质材
料筛选和生产体系的建立, 也为改善目前我国牧草品
种缺乏的局面提供了一条新的途径。到 2004年底, 全
国牧草品种审定委员会审定通过并登记的牧草品种不
(下转 81页)
78 草　地　学　报 第 13卷
一定程度时可自行脱落,正常萌发获得再生植株,这种
增殖方式也同样可保持其长期分化潜力。宫相忠等
( 1997) [ 8]的研究结果表明,体细胞胚起源于单个的胚
性细胞,经过球形、心形、鱼雷形及子叶胚各阶段可形
成再生植株, 在这一点与本实验结果相同, 但是对于正
常或畸形胚表面直接分化胚状体方式, 似乎又不能用
体细胞胚起源于单个的胚性细胞来解释, 这种方式与
外植体直接产生体细胞胚的方式类似。
图 1　胚性愈伤组织胚状体增殖
Fig. 1　Embryo id pr olifer ation fr om embryogenic callus
图 2　胚状体表面增殖新的胚状体
F ig . 2　Embryo id pr olifer ation from former embryo ids
2. 3　干燥处理对胚状体萌发的影响
苜蓿体细胞胚胎发生获得的子叶胚不经干燥处理
萌发率为 70. 3% ,经 1周干燥处理,除畸形胚外,正常
胚状体萌发率可达到 100%。干燥处理方法对胚状体
影响很大,培养皿内如果不加一小块培养基,则子叶胚
的干燥速度过快,到第 3 d 就失去全部水分,萌发率也
由不经干燥处理的 70. 3%下降为 0。培养皿内加一小
块培养基,胚状体颜色逐渐由绿转黄, 最后为白色, 这
种类型的胚状体萌发率为 100%。于晓红等( 1999
年) [ 9]对小麦愈伤组织干燥处理也使再生频率提高了
22. 5% ,并分析该处理除使含水量降低外, 还造成了细
胞的饥饿,引起细胞发生一些生理、生化的变化, 而这
些变化可能正是植物再生所需要的。
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(上接 78页)
足 300个[ 4～6] , 其中育成品种仅占 40%左右,优良品种
的缺乏依然是我国草地建设过程中面临的关键问题。
因此,吸收借鉴先进经验,不断完善我国牧草品种或种
质材料审定的标准和要求, 可使符合一定要求的牧草
种质材料能够尽早在生态建设中发挥作用,以缓解品
种单一的被动局面, 实现草地植物种质资源的充分利
用,促进我国草地建设的持续稳定发展。
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81第 1期 王玉民等:苜蓿子叶体细胞胚的诱导和植株再生(简报)