51 份飼用薏苡種質的農藝性狀和營養成分評價

曾 怡，尹偉丹，揭紅東，邢虎成,，揭雨成,

（1. 湖南農業大學苧麻研究所，長沙 湖南 410128；2. 湖南省草類作物種質創新與利用工程技術研究中心，長沙 湖南 410128）

目前，我國有關飼用薏苡種質資源的研究多集中于農藝性狀[4-7]和分子標記的遺傳多樣性分析等[8-11]，關于植物飼用品質方面的報道較少。僅有四川農業大學玉米研究所選育出了國內第一個通過審定的飼用型薏苡“大黑山薏苡”[11]；孫福艾[12]雜交選育出了“薏苡豐牧88”；劉凡值等[13]比較分析了11 個薏苡屬牧草品種，粗蛋白含量為11.03%～14.94%，粗脂肪含量為2.24%～4.47%，粗纖維含量為27.49%～36.37%，粗灰分含量為9.31%～4.17%，無氮浸出物含量為29.7%～42.67%，鈣含量為0.37%～0.79%，磷含量為0.12%～0.31%；鄧素芳等[14]發現了9 個薏苡資源的根莖葉中氨基酸含量差異顯著。但開發本地優質飼用薏苡能有效避免該區牧草連作造成的草產量低且不穩的情況[15-16]，對畜牧業結構調整、草食動物產業發展和生態環境保護均具有重要意義。因此，本研究選取51 份野生薏苡種質，針對農藝性狀、營養品質，借助多元統計分析評價方法，篩選出適宜湖南省不同地區推廣的薏苡種質，為飼草型薏苡種質在湖南省的推廣提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

參試野生薏苡共51 份，主要來自于湖南省、重慶市、四川省和云南省(表1)。

表1 供試薏苡種質及編號Table 1 Information of the tested Coix lacryma-jobi germplasms

本研究于瀏陽試驗基地進行，位于湖南省瀏陽市沿溪鎮(28°10′32″ N, 113°15′27″ E)，屬亞熱帶季風氣候，年日照時數約1 350 h，年平均氣溫18.3 ℃，年降水量約1 369 mm (圖1)。試驗地土壤pH 為6.33，有機質、全氮、全磷和全鉀含量分別為12.88、1.12、0.61 和13.65 g·kg?1。 2018 年4 月20 日采用直播法播種，每穴播3 粒種子，播種量6 kg·hm?2，單株留苗，播 種 后 施 復 合 肥(N ∶ P2O5∶ K2O = 15 ∶ 15 ∶ 15)375 kg·hm?2，采用隨機區組設計，3 次重復，每個小區面積12 m2(6 m × 2 m)。野生薏苡大部分為多年生草本，次年會萌發成新的植株，苗期用蘇云金桿菌乳劑300 倍液灌心葉防治玉米螟，生長期間進行一次除草，其他同常規大田管理，最終于7 月中旬測量相關指標，人工刈割取樣。

圖1 2018 和2019 年試驗地月降水量和月均氣溫Figure 1 Monthly temperature and monthly preciptation at the experimental field in Liuyang in 2018 and 2019

1.2 測定指標及方法

1.2.1 表型性狀

抽穗期采集表型數據的方法參照《薏苡種質資源描述規范和數據標準》[17]。從每個小區隨機選取10 株薏苡進行株高、莖粗和分蘗數測定，分別記作X1、X2和X3，并距離地面5 cm 刈割，立即稱鮮重，換算成鮮草產量，記作Y1。

1.2.2 營養成分

取抽穗期刈割的全株鮮草樣500 g，于65～75 ℃烘箱中烘干至恒重后，粉碎并過0.425 mm 篩后，混合均勻，隨機取3 份樣品，參照《飼料分析及飼料質檢測技術》[18]平行測定的指標有粗蛋白質、粗脂肪、粗纖維、粗灰分、鈣和磷，分別記作T1、T2、T3、T4、T5和T6。

1.3 數據處理

優異資源篩選分析：采用綜合性狀的隸屬函數評價法，以相關分析和主成分分析獲得的指標進行隸屬函數評價。

除國家圖書館外，中國國內公私收藏的敦煌文獻約有3000號左右，已經公布圖錄的已有2000余號，還有1000號至今尚未公布。國內散藏敦煌文獻絕大部分是佛經，也有少量佛教注疏。其抄寫時代自北朝至宋初，以唐寫本為多。非漢文文獻主要是藏文寫本，多收藏在河西走廊諸多地區的文博部門。

變異系數賦權公式如下：

式中：Wi為第i指標的百分率，Vi為i指標的變異系數，Vn為所求的n個變異系數之和[19-20]。

綜合隸屬函數計算方法如下：

式中：X為測定值，Xmax為最大值，Xmin為最小值，U(Xij)為i品種j指標的隸屬函數值，Wn為指標百分率總和。

采用Excel 2019 整理數據，SPSS 19 進行差異顯著性分析、相關性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同薏苡種質品質和產量性狀

51 份薏苡種質資源的粗蛋白含量為8.94%～12.60%，粗灰分含量為9.82%～14.29%，粗脂肪含量為1.71%～5.73%，粗纖維含量為26.06%～32.78%。其中YY-07 的粗蛋白含量最高，為12.60%；YY17-26的粗灰分含量最高，為14.29%；YY03-02 的粗脂肪含量最高，為5.73%；XYS17 的磷含量最高，為0.50%；YY17-07 的鈣含量最高，為0.61%；YY17-30 的粗纖維含量最低，為26.06%。6 種品質性狀的變異系數為5.74%～30.91%，其中粗脂肪、磷和鈣的變異幅度較大，變異系數分別為30.91%、18.54% 和16.59%，鮮草產量的變異系數為28.58% (表2)。

表2 51 份薏苡種質營養性狀方差分析Table 2 Variance analysis of the nutritional traits of 51 Coix lacryma-jobi germplasms

2.2 供試薏苡種質的相關性分析

鮮草產量與莖粗、株高和分蘗呈極顯著正相關關系(P< 0.01)，與粗灰分含量、磷含量和鈣含量呈正相關關系，與粗纖維、粗脂肪含量和粗蛋白含量呈負相關關系，但不存在顯著性，表明鮮草產量高的種質不利于粗蛋白及粗脂肪的累積。而粗蛋白與株高和粗脂肪均呈顯著負相關關系，鈣和磷呈顯著相關關系(P< 0.05) (表3)。

表3 51 份薏苡種質評價指標的相關性分析Table 3 Correlation analysis of the evaluation indices of 51 Coix lacryma-jobi germplasms

2.3 供試薏苡種質的主成分分析

主成分分析中提取特征值大于1 的主成分[19]，發現前4 個主成分的特征值均大于1，累計貢獻率達66.16%，可以反映10 個性狀的基本特征。第1 主成分的貢獻率最大，為27.04%，特征向量值較大的性狀是株高、鮮草產量，特征向量均為正值且高達0.5 以上，這類性狀與產量有關，因此，第1 主成分為產量因子。第2 主成分的貢獻率為15.686%，決定第2 主成分大小的主要有鈣和磷，因此，第2 主成分為礦物質因子。第3 主成分的貢獻率為12.31%，特征向量值最大的是粗灰分，因此，第3 主成分為粗灰分因子。第4 主成分的貢獻率為11.13%，特征向量值最大的是粗脂肪，因此，第4 主成分為粗脂肪因子(表4)。

表4 51 份薏苡種質主成分特征向量、特征值、貢獻率及累積貢獻率Table 4 Principal component characteristic vectors, eigenvalues, contribution rates, and cumulative contribution rates of 51 Coix lacryma-jobi germplasms

2.4 供試薏苡種質的聚類分析

由于各指標間量綱不相同，因此根據主成分分析得出的8 個評價指標后采用SPSS 軟件將其進行標準化轉化(Z-score)，依據標準化后的各指標對51 個種質進行聚類，如圖2 所示，在距離為15 時，可將51 個薏苡種質分成3 大類。第Ⅰ類包含30 個種質，占總數的58.82%；第Ⅱ類包含10 個種質，占總數的19.61%；第Ⅲ類包含11 個種質，占總數的21.57%。

圖2 51 份薏苡種質的聚類分析Figure 2 Cluster analysis of 51 Coix lacryma-jobi germplasms

類群Ⅰ飼草產量較低，營養價值較高；類群Ⅲ飼草產量最高，營養價值較低；類群Ⅱ所有指標在兩類群之間，屬于中間型種質(表5)。

表5 3 個類群材料8 個評價指標的平均值Table 5 Average values of eight evaluation indices of the three groups of materials

2.5 薏苡種質優異資源的篩選

隸屬函數分析法是運用模糊數學的原理，對種質從多個性狀進行鑒定評價的一種科學方法[20-21]。其中D 值為每個種質的綜合評價得分，根據綜合評價模型，計算出不同薏苡種質的各指標綜合得分和排序結果(表6)，發現綜合得分排在前10 位的薏苡種質分別為隆回薏苡、YY03-02、小黑殼、YY-37、YY-21、YY17-32 、YY17-07 、YY03-09 、YY17-12 和YY17-03，品質表現優良的種質為隆回薏苡，其莖粗、鮮草產量、粗蛋白、粗灰分、粗脂肪、磷和鈣的隸屬函數值排名分別是第1、1、4、3、4、2 和3 (表6)。

表6 51 份薏苡種質的隸屬函數分析Table 6 Membership function analysis of 51 Coix lacryma-jobi germplasms

續表6Table 6 (Continued)

3 討論

51 份薏苡種質的10 個指標均有不同程度變異，變異系數為5.74%～30.91%，其中粗脂肪及鮮草產量變異系數較大，反映了不同薏苡種質在這2 個方面的離散程度較高。飼草產量是評價飼草生產性能的重要指標[22]，本研究中供試的51 份薏苡種質間的鮮草產量差異明顯，為18.03～55.56 t·hm?2。本研究鮮草產量的結果與劉凡值等[13]11 個薏苡品種飼草鮮草產量(61.93～94.22 t·hm?2)差異較大；與高立芳等[23]在重慶地區進行的大黑山薏苡飼草產量研究的報道結果(鮮草產量111 t·hm?2)和葉貴凱等[24]和陳奕希[25]對不同品種產量的研究結果均有較大差異。這可能與品種特性、生境條件、種植密度、栽培方式和刈割次數的不同有關[26]。粗蛋白是評定飼草飼用價值的一個重要指標[27]，本研究中，抽穗期的全株薏苡粗蛋白含量為8.94%～12.60%，平均含量為10.17%，與田兵等[28]和劉國道等[29]的結果基本一致，高于時維靜等[30]的研究結果(7.65%)，低于劉凡值等[13]在拔節期取樣的結果，高于其他同一時期刈割的禾本科五節芒(Miscanthus floridulus)、蔗茅(Erianthus rufipilus)[31]、狗尾草(Setaria viridis)和黃背草(Themeda japonica)[32]，這可能與收割時間和栽培措施有關[33]。

株高、分蘗數與鮮草產量極顯著正相關，表明株高和分蘗數的高低是影響產量的重要因素，與前人的研究結果一致。近年來，主成分分析和聚類分析被廣泛用于高粱(Sorghum bicolor)[34-35]和玉米(Zea mays)[36-37]等植物的營養成分分析與評價。本研究運用主成分分析法，將測定的薏苡營養成分及農藝性狀的多個指標降維至8 個主要指標，更加直觀地揭示了變量之間的關系，避免了繁雜數據的干擾。在除去多余因子的基礎上，利用聚類分析將不同種質間性狀相近的劃分為一類。而隸屬函數計算得出綜合得分排在前10 位的薏苡種質與聚類結果一致，可信度較高。

本研究對51 份薏苡種質的農藝性狀和品質性狀進行綜合評價，篩選出10 份綜合性狀優良的種質，這為在本地資源中選育飼草品種提供了可能。但是建立飼用薏苡資源的評價體系是一個復雜的過程，需要通過大量的資源數據的鑒定分析，還要考慮實際生產與科學研究的異同，同時兼顧行業發展趨勢[5]。除本研究中10 個主要指標外，還有待增加更多評價指標建立更加全面的評估體系。

4 結論

不同種質薏苡植株的粗蛋白、粗纖維、鈣和磷等含量差異明顯，這些差異是選育飼用薏苡品種的基礎因素。不同種質薏苡植株的各個性狀之間存在一定的相關性；通過運用相關分析和主成分分析等方法，將51 份薏苡種質分為3 類，并通過隸屬函數綜合評價篩選出10 份，可作為功能性產品原材料開發利用，這為今后研究薏苡的抗逆性等提供了基礎數據，為飼用薏苡育種、品質改良及薏苡資源開發利用提供了豐富的資源。