飼料型小黑麥品系籽粒產量及其營養價值研究

趙方媛, 曲廣鵬， 田新會， 杜文華*

(1.甘肅農業大學草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業可持續發展研究中心， 甘肅 蘭州 730070； 2.西藏自治區農牧科學院 草業科學研究所, 西藏 拉薩 850009)

小黑麥(Triticale)是由小麥屬(Triticum)和黑麥屬(Secale)經過屬間的有性雜交和雜種染色體加倍而形成的新物種，為一年生優良禾本科牧草[1]。小黑麥按用途可分為飼料型和飼草型2種，飼料型小黑麥的籽粒中富含蛋白質、脂肪、氨基酸和碳水化合物，可為動物提供較豐富的營養，為家畜提供能量，適宜作精飼料[2]。每kg小黑麥籽粒可以提供15 500 KJ能量，顯著高于大麥和高粱[3]。截至目前，國內外對小黑麥的研究主要集中在草產量和營養品質等方面[4-6]。對小黑麥種子產量及其構成因素和籽粒營養價值的研究報道較少。游永亮等[7]對比飼用型小黑麥和黑麥種子的生產性能發現，小黑麥種子產量(4 300 kg·hm-2)顯著高于黑麥(3 900 kg·hm-2)。李冬梅等[8]研究了小黑麥品系的種子產量及產量構成因素(穗長、小穗數、穗粒數、穗粒重)對種子產量的貢獻及與產量的相關性，發現穗粒重對種子產量的貢獻最大。褚孝瑩等[9]研究了小黑麥品種在外源赤霉素作用下籽粒的灌漿速率及產量變化，發現在不同濃度的赤霉素作用下東農8809的種子產量變化范圍為3 581～4 678 kg·hm-2。目前，前人對小黑麥營養價值研究主要集中在青干草方面，對籽粒粗蛋白研究較多，但對籽粒賴氨酸、粗脂肪以及淀粉含量研究很少，主要為本研究團隊所做[10-11]。隨著中國畜牧業的快速發展，對精飼料和粗飼料的需求越來越大，供需失衡在很大程度上影響著畜牧業發展[12-13]。因此，研究飼料型小黑麥的種子產量及籽粒的營養價值，并選育高產優質飼料型小黑麥品種對解決家畜飼料短缺問題有重要意義。

本試驗擬通過研究18份飼料型小黑麥新品系在甘肅省中部地區連續2年的株高、種子產量及其構成因素，以及籽粒中粗蛋白、粗脂肪、淀粉、賴氨酸含量，以選擇適宜在甘肅省中部地區種植的飼料型小黑麥種質，并為飼料型小黑麥新品種審定提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗分別于2015年和2016年在甘肅省臨洮農校農場(35°37′ N，103°87′ E)進行。區域平均海拔1 892 m，降水量562 mm，無霜期153 d，年平均氣溫7.0℃，土壤為黑麻土，有灌溉條件，試驗地肥力均勻，2015年和2016年的前茬作物均為玉米。

1.2 試驗材料

本試驗以臨洮農校農場種子產量品比圃的18份小黑麥新品系為材料，編號分別為Z1，Z3，Z5，Z6，Z8，Z9，Z12，Z19，Z21，Z23，Z30，Z35，Z36，Z41，Z48，Z49，Z50，Z55；以甘農1號小黑麥(CK1)與新小黑麥5號(CK2)作為對照。

1.3 試驗設計

2015和2016年試驗設計相同，隨機區組設計。采用條播，行距0.2 m，播種量按500萬基本苗每hm2計算而得，播種深度為4～5 cm，小區面積6 m2(2 m×3 m)。3次重復。播種期分別為2014年10月2日和2015年10月5日。田間管理與當地大面積種植冬小麥的管理一致。

1.4 測定指標及方法

種子產量：小黑麥完熟期進行。分別收獲每個小區的地上部分(除去試驗小區兩側邊行及小區兩頭各50 cm之內的部分)，田間晾曬，脫粒后晾干，稱重測產。

株高：成熟期刈割前在每個小區隨機選取10個單株，測量從地面到穗頂(不包括芒)的自然高度。并進行室內考種，考種指標有穗長、小穗數、穗粒數和穗粒重。

籽粒的營養價值：脫粒后從籽粒中隨機選取200 g，用粉碎機粉碎，過1 mm篩子，將樣品混合均勻后，用于測定小黑麥籽粒營養成分的含量。采用凱氏定氮法測定粗蛋白(CP)含量；采用索氏抽提法測定粗脂肪(EE)含量；采用旋光法測定粗淀粉(CS)含量[14]；采用茚三酮比色法測定賴氨酸(Lys)含量[15]。以上營養成分含量均以干物質為基礎進行計算。

1.5 數據分析

采用軟件Microsoft Excel 2010和SPSS19.0對不同小黑麥種質的株高、籽粒的營養價值、種子產量及產量構成因素進行方差分析。如果差異顯著，分別用Duncan法進行多重比較。本文中的種子產量及營養價值均為2015和2016兩年的平均值。用隸屬函數法對20個小黑麥種質的種子產量以及籽粒的營養價值進行綜合評價，隸屬函數值X(μ)的計算公式為：

X(μ)=(X-Xmin)/ (Xmax-Xmin)

(1)

式中：X為參試小黑麥種質某一指標的測定值，Xmax和Xmin分別為所有種質中該指標的最大值和最小值。對小黑麥進行綜合評價時，根據種子產量及營養價值在小黑麥生產中的重要程度對各指標權重值賦值見表1，利用公式(2)計算每個小黑麥種質的綜合評價值。

(2)

式中：Wk表示指標權重。D值越大，種質綜合性狀越好，反之則越差[16]。

表1 飼料型小黑麥各指標的權重Table 1 Weight of each index for feed-type triticale

2 結果與分析

由表2可以看出，小黑麥種質間的株高、種子產量及其構成因素和營養價值均有極顯著差異(P<0.01)，需要進行多重比較。

2.1 株高

由圖1可知，在參試小黑麥種質中，Z23的株高最高，為132.10 cm，除與Z21，Z30，Z35，Z49無顯著差異外，顯著高于其他小黑麥種質(P<0.05)；株高最低的是Z3，為94.27 cm，除與Z1，Z19，Z55差異不顯著外，顯著低于其他小黑麥種質(P<0.05)；其余種質的株高介于二者之間。

圖1 不同小黑麥種質株高的差異Fig.1 Differences of the plant height among triticale germplasm注：不同柱形圖間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)Note:Different lowercase letters between column charts indicate significant difference of plant height at the 0.05 level

2.2 種子產量及其構成因素

2.2.1種子產量 多重比較結果(表3)表明，參試的20份小黑麥種質中，Z8的平均產量最高，達到了9 114.08 kg·hm-2，除顯著高于Z35和CK1外(P<0.05)，與其他種質均無顯著差異；CK1的平均種子產量最低(6 037.50 kg·hm-2)，除與Z8，Z12，Z21，Z49和Z50存在顯著差異外(P<0.05)，與其他種質差異均不顯著。

2.2.2種子產量構成因素 表3可知，20份小黑麥種質中Z12的穗長最長(14.50 cm)，除Z5，Z6，Z9和Z41外，顯著高于其他種質(P<0.05)；其次是Z9，其穗長為13.97 cm；Z1的穗長最短，除與Z5，Z6，Z9，Z12，Z41存在顯著差異外(P<0.05)，與其他種質差異均不顯著。

在參試小黑麥種質中，Z55的小穗數(32.67個)顯著高于除Z9和Z12外的其他種質；Z6的小穗數最少(20.67個)，顯著低于Z9，Z12和Z55(表3)。

在參試小黑麥種質中，Z12的穗粒數最多(122.33個)，顯著大于除Z9，Z36和Z48外的其他種質；穗粒數最少的是Z49，僅74.67個，顯著低于Z9，Z12，Z35，Z36和Z48(表3)。

由表3可知，20份小黑麥種質中，Z12的穗粒重最大，為6.20 g，與Z9，Z36，Z48無顯著差異，與其他種質間顯著性均達到顯著水平(P<0.05)；穗粒重最小的是Z55，為2.23 g，除與Z6，CK1，CK2無顯著差異，與其他種質均存在顯著差異(P<0.05)。

表2 小黑麥種質的株高、種子產量及其構成因素、營養價值方差分析Table 2 Variance analysis on plant height,yield and its components,nutrition value of different triticale genotypes

注：**表示差異達極顯著水平(P<0.01)

Note:**indicate significant difference at the 0.01 level

表3 不同小黑麥種質種子產量及其產量構成因素的差異Table 3 Differences of yield and yield components among triticale germplasm

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note:Different lowercase letters in same column is significantly different at the 0.05 level. The same as below

2.3 種子產量及其產量構成因素的相關性

小黑麥種子產量的構成因素包括穗長、小穗數、穗粒數和穗粒重[8]。相關分析(表4)表明，飼料型小黑麥的種子產量與小穗數和穗粒重正相關，與穗長和穗粒數負相關，但相關性均不顯著；穗粒數與穗長顯著正相關(P<0.05)，與穗粒重極顯著正相關(P<0.01)。

表4 小黑麥種質的株高和產量構成因素與種子產量的相關分析Table 4 Correlation analysis on seed yield,yield component and plant height of triticale genotypes

2.4 籽粒的營養價值

2.4.1CP含量 多重比較結果(表5)表明，參試小黑麥種質籽粒的CP含量為8.62%～13.92%，其中Z48的CP含量最高，與Z8，Z19，Z36，Z49，Z55及CK1差異不顯著，與其他種質均存在顯著差異(P<0.05)；其次為Z8，CP含量為13.27%；CP含量最低的為Z23(8.62%)，除與Z3，Z5和Z12差異不顯著外，顯著低于其余種質(P<0.05)。

2.4.2EE含量 在所有參試小黑麥種質中，CK1籽粒的EE含量最高，為2.63%，除與Z3，Z23，Z50，Z55及CK2差異不顯著外，顯著高于其余種質(P<0.05)；其次為Z50，含量為2.37%；EE含量最低的是Z36(1.67%)，與Z3，Z23，Z50，Z55，CK1，CK2有顯著差異(P<0.05)，與其他種質差異均不顯著(表5)。

2.4.3CS含量 參試小黑麥種質籽粒的CS含量為60.88%～69.64%，其中CK2的CS含量最高，除與Z12，Z21和Z49差異不顯著外，顯著高于其余種質(P<0.05)；Z50的CS含量最低，為60.88%，與Z6，Z8，Z9，Z19，Z23，Z30，Z35，Z36，Z41，Z55，CK1差異不顯著，與其余種質均有顯著差異(P<0.05)(表5)。

2.4.4Lys含量 由表5可以看出，在參試小黑麥種質中，Z50的Lys含量最高，達到了0.55%，與Z8和Z41差異不顯著，與其余種質均存在顯著差異(P<0.05)；CK2的Lys含量最低，為0.36%，與Z3，Z5，Z12，Z23及Z49差異不顯著，與其他種質間差異性均達到顯著水平(P<0.05)。

表5 不同小黑麥種質籽粒營養價值的差異Table 5 Differences of nutritional value in triticale seed among germplasm

2.5 綜合評價

由于參試小黑麥種質的種子產量和各個營養價值指標表現不一致，無法進行精準評價。隸屬函數法可以消除個別指標帶來的片面性，使各小黑麥種質間的差異具有真實可比性，所以本研究利用隸屬函數法對參試小黑麥種質的種子產量和營養品質進行了綜合評價(D值)，并根據其大小進行排序結果見表6。參試小黑麥種質的綜合評價值(D值)范圍為0.3091～0.6943，其中Z8和Z50的D值較大，綜合性能較好，而Z23和Z35綜合性能較差。

表6 小黑麥種質種子產量與營養價值隸屬函數值及綜合評價值Table 6 The value of subordinate function and comprehensive evaluation of seed yield andnutritional value of triticale germplasm

3 討論

飼料型小黑麥要求籽粒產量高、營養價值豐富。李冬梅等[8]研究發現，5個小黑麥品系的種子產量最高為10 070 kg·hm-2，最低為5 700 kg·hm-2。江虎琳等[17]研究發現，小黑麥在陜西商洛高寒山區長勢良好，種子產量3 000 kg·hm-2，最高達6 000 kg·hm-2，是當地小麥和黑麥的2倍。小黑麥抗逆性強，即使在河北滄州旱澇特別嚴重的地區，也可收獲籽粒4 665 kg·hm-2 [18]。本研究結果表明，18個參試小黑麥的種子產量為6 874.58～9 114.08 kg·hm-2，可見本研究參試材料的種子產量較高，其中Z8的種子產量最高，達到9 114.08 kg·hm-2，并顯著高于2個對照品種。

本研究結果表明，在所有參試小黑麥種質中，Z23的株高最高，達到了132.10 cm，Z3的株高最低，為94.27 cm。株高對種子產量有一定影響，在種子生產過程中一般要求株高不宜過高，株高過高容易倒伏，使種子產量降低，降低株高可提高作物抗倒伏能力和收獲指數，但不是越矮越好[19]。株高過于低矮，則生物量降低，會影響作物的正常生長發育，難以獲得較高種子產量[20]。本試驗材料是以種子生產為目標來培育的，整體株高相比飼草型小黑麥要低，因此，株高較高更加有利于小黑麥的生長發育，從而間接提高種子產量。趙丹等[21]研究發現小黑麥種子產量與穗粒重、小穗數及穗粒數均呈正相關。本試驗通過對20個小黑麥種質的種子產量及產量構成因素進行分析，結果發現，種子產量與小穗數、穗粒重呈正相關，這與趙丹[21]的研究結果一致，但與穗長和穗粒數呈負相關，與本研究結果相反，這可能與穗部的緊實度以及籽粒的飽滿度[22]有關。不同基因型的小黑麥穗部性狀各異，其穗部緊實度、小花退化數等也不同，這與植株的營養供給、種子受精過程及發育過程密切相關，從而對種子產量產生不同影響[23]。本試驗研究發現參試小黑麥種質的穗長與穗粒數呈正相關，穗粒數與穗粒重也呈正相關，這與陳麗霞等[24]的研究結果一致。

小黑麥籽粒中豐富的蛋白質、脂肪、氨基酸和碳水化合物等可為動物提供較豐富營養[25-26]。粗蛋白是飼料作物中含氮物質的總和，是決定籽粒營養品質的重要指標[27]，Bushuk等[28]分析得出，12個小黑麥品種籽粒的粗蛋白含量變化范圍為12.8%～18.5%。黑龍江省畜牧研究所對508份小黑麥品系籽粒的營養價值結果表明，其籽粒蛋白質含量為10.1%～20.2%，平均比小麥高30%左右[29]。本試驗發現，18個小黑麥品系籽粒粗蛋白含量的變化范圍為8.62%～13.92%，其中Z8的粗蛋白含量最高，與CK1無顯著差異，但顯著高于CK2。脂類具有為機體提供能量，維持體溫以及促進脂溶性維生素吸收的作用，因此飼料作物中脂肪含量對家畜能量的提供很有必要[30]。孫建勇[27]研究發現，黔中5號和勁松81小黑麥在不同密度下籽粒的粗脂肪含量為1.35%～2.83%，這與本試驗對參試小黑麥品系籽粒脂肪含量(1.67%～2.37%)的研究結果相近。目前，對飼用小黑麥營養價值的研究主要集中在飼草的粗蛋白、粗脂肪、粗纖維和粗灰分含量等方面[31-32]。籽粒中碳水化合物可為機體提供能量以及代謝葡萄糖，并且可為反芻動物維持健康高效的瘤胃發酵[33]，淀粉作為一種在籽粒中占比例最大的碳水化合物，同樣也是衡量小黑麥營養價值的主要指標。彭佃亮[34]研究發現，灌漿期倒伏會降低小麥籽粒中淀粉含量。李陶[35]研究表明，東農5305和東農96026小黑麥品種在不同氮素營養水平和種植密度下，籽粒的淀粉含量為54.90%～65.67%。本試驗結果表明，18個小黑麥品系籽粒淀粉含量的變化范圍在60.88%～68.69%之間，略高于李陶的結果。賴氨酸是人和動物必需的一種氨基酸，人體和動物不能自身合成，必須從食物中攝取，賴氨酸作為蛋白質的第一限制氨基酸，其含量是判定籽粒是否優質的一個重要指標[36]。李誠[37]研究表明，小黑麥籽粒的賴氨酸含量為0.24%～0.81%，高于飼料大麥30%～50%。本試驗中18個小黑麥品系籽粒中賴氨酸的含量為0.37%～0.55%，其含量在品系間的差異較小，其中Z8和Z50的賴氨酸含量較高，顯著高于2個對照品種。籽粒的蛋白質含量與賴氨酸含量成正相關，這與李浩川[38]的研究結果相同。

利用單一指標評價材料的優劣往往是片面的[39]，因此，本試驗利用模糊函數隸屬函數法對所有參試種質種子產量及其營養品質進行綜合評價，力爭更全面的評價飼料型小黑麥種質生產性能，并篩選出較優品系。結果表明，小黑麥種質Z8和Z50的種子產量高，營養價值高，因此綜合表現好，可用作優質精飼料為家畜補充營養。

4 結論

本試驗研究結果表明，參試飼料型小黑麥的株高在94.27～132.10 cm之間。參試材料的種子產量與小穗數和穗粒重正相關，與穗長和穗粒數負相關；穗粒數與穗長顯著正相關，與穗粒重極顯著正相關。本試驗中，小黑麥種質的種子產量及籽粒的營養品質差異較大，根據參試小黑麥種質的種子產量和籽粒的營養價值，通過隸屬函數法可對參試材料進行綜合比較，Z8和Z50屬于高產優質的小黑麥品系，可作為優良飼料作物進行進一步的研究以及示范推廣。