113份飼草型六倍體小黑麥種質飼草產量與品質性狀的評價

王珊珊，谷海濤，謝慧芳，何紹冬，甘長波，衛小勇，孔廣超

（石河子大學農學院，新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆 石河子 832000）

隨著我國畜牧業的發展，對高產優質飼草的需求日益增多。優質飼草的缺乏成了限制集約化養殖業發展的因素之一［1］。小黑麥（×TriticosecaleWittmack）是由小麥屬（Triticum）和黑麥屬（Secale）經人工有性雜交，染色體加倍培育而成的新作物［2］，具有籽粒產量高、品質優、抗寒、抗病、適應性廣的優點［3-5］，同時，小黑麥的生物產量優勢也非常明顯，其生物量高于小麥（Triticum aestivum）和黑麥草（Secale cereale）［6-8］，被廣泛用作飼草作物來種植。小黑麥飼草的營養品質優良、適口性好，為牲畜喜食［9］，已成為我國重要的飼料作物之一。

在小黑麥的生長發育過程中，隨著刈割時期的推遲，其飼草產量變化較大，一般在揚花后10 d刈割的飼草產量較高［10］。同時，在開花期、灌漿期與乳熟期刈割的小黑麥飼草產量與營養品質均顯著高于燕麥（Avena sativa）［11］，其飼草粗蛋白（crude protein，CP）含量也顯著高于黑麥，中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）含量顯著低于黑麥［11］。自營養生長期開始，隨著小黑麥生育進程推進，飼草的CP含量有所降低，粗纖維含量升高［10］。NDF和ADF含量也是評定小黑麥飼草營養品質的重要指標，開花期的小黑麥飼草的NDF平均含量為57.35%，ADF平均含量為34.52%［11］。不同小黑麥品種間，其飼草產量與品質性狀差異較大［12］。

選育飼草產量高、品質優良的小黑麥品種是飼草型小黑麥當前育種的主要目標。種質資源是新品種培育的基礎和關鍵。盡管前人對小黑麥品種適應性、刈割期、不同區域小黑麥的飼草產量與品質特性等方面做了大量研究［6，10-14］，但在大量飼草型小黑麥種質的綜合評價方面仍較少。Kuleung等［15］曾通過SSR標記對美國農業部種質庫中80份小黑麥種質的遺傳多樣性進行了評價，認為其遺傳多樣性為0.07～0.86，平均為0.54。王瑞清等［14］對石河子大學麥類作物研究所育成的59份春性六倍體小黑麥的飼草產量等性狀進行了評價，認為這些小黑麥種質資源變異豐富。

本研究擬對國內外113份冬性飼草型小黑麥種質資源的單株鮮草產量（fresh forage weight per plant，FW）、單株干草產量（dry forage weight per plant，DW）、鮮干比（fresh-dry ratio，FDR）、CP含量、NDF含量、ADF含量及相對飼用價值（relative feed value，RFV）進行分析評價，明確其遺傳多樣性，以期為小黑麥品種改良提供參考和依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

113份冬性六倍體小黑麥種質中包括國內品種（系）39份，國外種質74份（表1），主要來自俄羅斯、美國、瑞典、阿根廷、保加利亞、波蘭、德國、加拿大、羅馬尼亞、日本、瑞士、烏克蘭、西班牙和匈牙利。

表1 供試飼草型小黑麥種質名稱及來源Table 1 The name and source of the tested forage triticale germplasm

續表Continued Table

1.2 田間試驗設計

分別于2018-2019年和2019-2020年將參試種質種植于石河子大學試驗站。該站位于天山北麓、準噶爾盆地南緣，北緯44°17′，東經86°03′，海拔461 m。該地屬于典型的大陸性氣候，干旱少雨，年降水量為206.0 mm，年平均氣溫為7.4℃，平均無霜期為166 d，積溫為3457.8℃，全年日照時數為2797.5 h。試驗田土壤為灰漠土、肥力中等。

試驗采用隨機區組設計，4次重復。小區4行，行長2.5 m，行距20 cm，點播粒距5 cm。2年度均于10月初播種。按當地高產栽培技術進行管理。

1.3 產量與品質性狀測定

分別在各品種（系）開花期盛期，每個小區選取5株具有代表性的植株，剪取其地上部分植株，測定FW，經105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重，測定DW，鮮干比計算公式為FDR=FW/DW。

各干樣品經高速粉碎機（RT-04，臺灣）粉碎、過孔徑為0.42 mm的篩后裝入自封袋保存以備測定飼草品質。飼草CP含量參照GB/T 6432-2018方法［16］采用全自動凱氏定氮儀（BUCHI K-375，瑞士）測定，NDF與ADF含量均采用范氏纖維測定法［17］進行，相對飼用價值的計算公式為

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2016進行數據整理并計算各性狀變異系數（coefficient of variation，CV）、標準差。采用SPSS 19.0進行相關性與主成分等分析。采用Origin Pro 2021的最長距離法對參試種質進行聚類。利用Shannon-Wiener指數H′對小黑麥飼草產量和品質性狀的遺傳多樣性進行評價［19］，先對數量性狀進行質量化處理，以各性狀極差1/10為間距對每個性狀進行分類，其中1級＜X-2S，10級≥X+2S，中間每級間隔0.5 S，X為平均數，S為標準差，H′計算公式如下：

式中：Pi為某一性狀在第i個級別出現的頻率。

2 結果與分析

2.1 小黑麥種質的飼草產量與品質性狀

參試的113份冬性飼草型小黑麥的飼草產量與品質性狀如表2所示，FW在2個年度分別為36.000～111.560 g與36.310～159.780 g，DW分別為12.000～27.000 g與9.150～30.150 g，FDR分別為2.380～4.370與2.610～6.210，CP含量分別為6.894%～13.259%與6.680%～14.304%，NDF含量分別為48.480%～74.850%與53.850%～67.980%，ADF含量分別為26.600%～42.780%與29.000%～39.280%，RFV分別為69.650～128.150與79.840～113.170。

表2 小黑麥飼草產量與品質性狀及方差分析Table 2 The yield，quality traits and variance analysis of triticale forage

方差分析表明各性狀在品種間差異達到了極顯著（P＜0.01）水平。兩個年度間各性狀均表現為差異極顯著（P＜0.01），其中2018-2019年度的FW平均值（60.252 g）低于2019-2020年度（67.821 g），而NDF含量平均值（64.834%）高于2019-2020年度（60.461%）。在品種與年份互作效應中，除DW和FDR差異不顯著外，其余性狀均表現為差異極顯著（P＜0.01）。

各性狀2年平均值的變異系數為4.565%～21.274%，平均為10.829%，其中，FW的變異系數最大，其次為DW（17.941%）和FDR（10.296%），NDF含量的變異系數最小。參試小黑麥種質的飼草產量與品質性狀的多樣性指數為1.974～2.075，7個飼草產量與品質性狀的多樣性指數依次為：ADF含量（2.075）＞RFV（2.059）＞FDR（2.057）＞CP含量（2.042）＞DW（2.037）＞NDF含量（2.006）＞FW（1.974）。

2.2 不同來源的小黑麥飼草產量與品質性狀分析

供試小黑麥種質中，中國種質占34.513%，俄羅斯種質占16.814%，美國種質占15.929%，瑞典種質占7.965%，其余幾個國家的種質共占24.779%。不同國家種質間的CP含量差異顯著（P＜0.05）（表3），ADF含量差異達到極顯著（P＜0.01）水平，其中參試的中國小黑麥種質CP含量平均值為10.330%，ADF含量平均為35.213%；俄羅斯種質的CP含量平均為10.100%，ADF含量平均為34.792%；美國種質的CP含量平均為10.063%，ADF含量平均為33.716%；瑞典種質的CP含量平均為9.239%，ADF含量平均為35.964%；其余國家種質的CP含量平均為9.914%，ADF含量平均為33.971%。參試種質國家間的FW變異系數均最大，平均為20.098%；NDF含量的變異系數均最小，平均為4.192%。其中，國內種質的CP含量較高，美國種質的NDF與ADF含量較低，RFV較高，CP含量中等；其余國家種質的飼草產量較高。

表3 不同來源的小黑麥飼草產量與品質性狀的變異Table 3 Variations in forage yield and quality traits of triticale germplasms from different sources

2.3 小黑麥飼草產量與品質性狀的相關性及主成分分析

對參試的小黑麥種質飼草產量與品質性狀的相關性分析表明（表4），FW與DW、FDR之間呈極顯著正相關（P＜0.01），DW與FDR之間呈極顯著負相關（P＜0.01），NDF與ADF含量之間呈極顯著正相關（P＜0.01），與RFV之間呈極顯著負相關（P＜0.01）；ADF與RFV之間呈極顯著負相關（P＜0.01）。DW與FDR、CP、NDF、RFV間，以及CP含量與NDF、ADF、RFV之間也存在極顯著（P＜0.01）或顯著（P＜0.05）相關，盡管相關系數不高。

表4 小黑麥種質飼草產量與品質性狀間的相關性Table 4 Correlation between forage yield and quality traits of triticale germplasm

小黑麥種質的飼草產量與品質性狀的主成分分析表明（表5），前3個主成分累計貢獻率為82.198%，其中第1主成分的特征值為1.894，可解釋總變異的31.573%，特征向量中除FW的載荷為負外，其余均為正，載荷較高的性狀為NDF與ADF含量，特征向量值分別為0.957和0.963，可見第一主成分為飼草纖維品質。第二主成分特征值為1.618，可解釋總變異的26.970%，載荷較高的性狀為FW與DW，特征向量值分別為0.900、0.886，可見第二主成分為飼草產量主成分。第三主成分的特征值為1.419，可解釋總變異的23.655%，載荷較高的性狀為CP含量與RFV，其特征向量值分別為0.821、0.842，因此，第三主成分為綜合品質主成分。

表5 小黑麥飼草產量與品質性狀的主成分分析Table 5 Principal component analysis of forage yield and quality traits of triticale forage

2.4 小黑麥種質資源的聚類

依據主成分分析結果與飼草產量和品質性狀間的相關性，選擇了飼草產量與品質性狀的關鍵指標即DW、CP含量、RFV將113份小黑麥種質進行聚類分析（圖1），在歐式距離為15時，將參試種質聚為三類，其中第Ⅰ類群包含17份種質，其主要特征為高DW（平均為19.297 g）、高RFV（平均為103.346），可以作為高產、優質種質；第Ⅱ類群含50份種質，主要特征為低DW（平均為15.726 g）、較高RFV（平均為94.513），屬于飼草產量較差、品質較優的種質；第Ⅲ類群含有46份種質，主要特征為中等DW（平均為18.742 g）、中等CP（平均為9.715%）與較低RFV（平均為86.817），屬于飼草品質較差、產量中等的類群。但第Ⅰ類（CP平均為10.197%）與第Ⅱ類（CP平均為10.331%）的CP含量差異不大。同時，從聚類結果看，各類群無明顯的來源特點，即各類群材料存在來源交叉現象。

3 討論

3.1 小黑麥種質飼草產量與品質的多樣性

飼草產量是評價飼草生產性能的重要指標。在小黑麥生長發育進程中，其鮮草產量與干草產量隨著生育期的推進逐步上升［20］，在灌漿期達到最大［13］。盡管成熟期的單株鮮草產量高于開花期［21］，但隨著刈割期的推遲，NDF和ADF含量升高［22］，其飼草品質已明顯不及開花期。本研究中，在開花盛期進行飼草產量與品質性狀分析，該時期供試小黑麥種質的FW為37.210～113.290 g，DW為11.340～23.950 g，同時其飼草產量在品種間存在顯著差異，可見這些種質的飼草產量的多態性強。

飼草品質是評價飼草營養價值的重要指標。優質飼草須具有較高的CP、碳水化合物等營養物質，易被家畜所喜食。NDF含量是評價牧草適口性的重要指標之一，ADF含量是評價牧草消化率的一個重要指標［23］。RFV是利用NDF與ADF來預測飼草質量的指數，其值越高，飼草料營養價值越高，牲畜的飼喂效果越好。本研究中，參試的小黑麥種質的飼草CP含量為7.684%～12.802%，NDF含量為53.920%～68.750%，ADF含量為29.000%～39.370%，RFV為79.240～112.930。與趙方媛等［24］研究報道的開花期小黑麥NDF含量為53.88%～62.99%，ADF含量為34.49%～42.46%相比，參試種質的NDF與ADF含量的多態性更豐富。

3.2 飼草產量與品質性狀的年份間差異

小黑麥的飼草產量在年份間存在顯著差異，其中，2019-2020年度飼草產量與鮮干比表現最突出，其FW與FDR的最大、最小值及平均值均高于2018-2019年度，DW的最大值與平均值均高于2018-2019年度。小黑麥飼草品質性狀在年份間存在顯著差異，2018-2019年度的NDF與ADF含量平均值高于2019-2020年度，2019-2020年度的RFV平均值高于2018-2019年度。這與魏常敏等［25］、郭艷紅等［26］、趙方媛等［27］的研究結果小黑麥的鮮草產量、CP、ADF和NDF含量在年份間均存在極顯著差異相一致，也與Lekgari等［7］對小黑麥飼草產量、NDF和ADF在位置效應及年份×位置交互效應中均差異顯著的研究結果相一致。可見生態因子對小黑麥飼草產量與品質性狀的影響也較大，這可能是因為環境條件、栽培方式甚至取樣的具體生育時期有差異。本試驗的飼草產量與品質受取樣時期與環境的影響較大，若想取得更為理想的分析結果，應嚴格控制試驗環境條件以及取樣時期。

3.3 不同來源小黑麥種質的飼草產量與品質性狀差異

由于育種目標、環境影響和地域適應等因素影響會造成不同來源種質的性狀間存在較大差異，即不同地理來源的種質其飼草產量與品質具有特異性。本研究對15個國家的小黑麥種質的飼草產量與品質性狀比較發現，參試的美國小黑麥種質的NDF與ADF含量較低而RFV較高，其品質較為優良；其他國家種質的飼草產量較高，其FW平均為68.438 g，DW平均為18.526 g。這可能與小黑麥飼草可作為青貯、放牧或干草等牲畜飼料的利用方式不同有關，有些國家與地區小黑麥主要以籽粒作為精飼料利用［22，28-30］。

3.4 飼草產量與品質性狀的相關性

性狀間的相關性反映了不同性狀間相互獨立又錯綜復雜的關系。本研究表明，小黑麥飼草的ADF含量與DW間存在弱負相關性，DW與NDF含量呈極顯著正相關關系，但與CP含量及FDR間呈極顯著負相關關系；而CP含量與NDF及ADF含量間呈極顯著負相關關系，與FDR呈極顯著正相關；NDF含量與FDR呈極顯著負相關。這與王彥華等［31］在紫花苜蓿（Medicago sativa）中的研究結果一致。主成分分析表明，前3個主成分依特征值從大到小依次為飼草纖維品質因子、飼草產量因子與綜合品質因子，這與譚秀英等［32］、張陽等［33］、楊彥忠等［34］在燕麥、一年生牧草、小黑麥中的結論相一致，即RFV、CP含量以及干物質產量是造成飼草產量與品質性狀差異的主要因子。

3.5 小黑麥種質資源的分類與利用

依據主成分分析結果與飼草產量、品質性狀間的相關性，選擇DW、CP、RFV，將參試的113份小黑麥種質聚為3類，其中以中飼237、甘農C6、Odesskij Kormovoj等為代表的17份種質具有較高的飼草產量、高的相對飼用價值，可以作為小黑麥飼草產量與品質改良的優質親本。但各類群種質之間無明顯的地理來源差異，即具有共同的地理來源的材料并未完全聚為一類，這與前人對小黑麥、陸地棉（Gossypium hirsutum）及羊草（Leymus chinensis）的研究結論一致［15，35-36］，這可能是由廣大育種家之間進行了頻繁的種質交換造成的，也同現代小黑麥品種主要是通過品種間雜交選育而來的實際情況相吻合［1］。

4 結論

供試小黑麥種質資源來源廣泛，遺傳變異豐富，遺傳多樣性指數（H′）變幅為1.974～2.075。小黑麥的DW、CP含量與RFV是評價小黑麥飼草產量與品質性狀的關鍵指標。根據這些小黑麥飼草產量與品質的關鍵指標對參試種質進行聚類，中飼237、甘農C6、Odesskij Kormovoj等17份材料可以作為飼草型小黑麥改良的優質親本來利用。本研究為飼草型小黑麥遺傳改良奠定了基礎。