趙方媛, 曲廣鵬, 田新會(huì), 杜文華*
(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心, 甘肅 蘭州 730070; 2.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院 草業(yè)科學(xué)研究所, 西藏 拉薩 850009)
小黑麥(Triticale)是由小麥屬(Triticum)和黑麥屬(Secale)經(jīng)過(guò)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(yōu)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(zhì)、脂肪、氨基酸和碳水化合物,可為動(dòng)物提供較豐富的營(yíng)養(yǎng),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(guó)內(nèi)外對(duì)小黑麥的研究主要集中在草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等方面[4-6]。對(duì)小黑麥種子產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和籽粒營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的研究報(bào)道較少。游永亮等[7]對(duì)比飼用型小黑麥和黑麥種子的生產(chǎn)性能發(fā)現(xiàn),小黑麥種子產(chǎn)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(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素(穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒重)對(duì)種子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)及與產(chǎn)量的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)穗粒重對(duì)種子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)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(chǎn)量變化,發(fā)現(xiàn)在不同濃度的赤霉素作用下東農(nóng)8809的種子產(chǎn)量變化范圍為3 581~4 678 kg·hm-2。目前,前人對(duì)小黑麥營(yíng)養(yǎng)價(jià)值研究主要集中在青干草方面,對(duì)籽粒粗蛋白研究較多,但對(duì)籽粒賴(lài)氨酸、粗脂肪以及淀粉含量研究很少,主要為本研究團(tuán)隊(duì)所做[10-11]。隨著中國(guó)畜牧業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)精飼料和粗飼料的需求越來(lái)越大,供需失衡在很大程度上影響著畜牧業(yè)發(fā)展[12-13]。因此,研究飼料型小黑麥的種子產(chǎn)量及籽粒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,并選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料型小黑麥品種對(duì)解決家畜飼料短缺問(wèn)題有重要意義。
本試驗(yàn)擬通過(guò)研究18份飼料型小黑麥新品系在甘肅省中部地區(qū)連續(xù)2年的株高、種子產(chǎn)量及其構(gòu)成因素,以及籽粒中粗蛋白、粗脂肪、淀粉、賴(lài)氨酸含量,以選擇適宜在甘肅省中部地區(qū)種植的飼料型小黑麥種質(zhì),并為飼料型小黑麥新品種審定提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)分別于2015年和2016年在甘肅省臨洮農(nóng)校農(nóng)場(chǎng)(35°37′ N,103°87′ E)進(jìn)行。區(qū)域平均海拔1 892 m,降水量562 mm,無(wú)霜期153 d,年平均氣溫7.0℃,土壤為黑麻土,有灌溉條件,試驗(yàn)地肥力均勻,2015年和2016年的前茬作物均為玉米。
本試驗(yàn)以臨洮農(nóng)校農(nóng)場(chǎng)種子產(chǎn)量品比圃的18份小黑麥新品系為材料,編號(hào)分別為Z1,Z3,Z5,Z6,Z8,Z9,Z12,Z19,Z21,Z23,Z30,Z35,Z36,Z41,Z48,Z49,Z50,Z55;以甘農(nóng)1號(hào)小黑麥(CK1)與新小黑麥5號(hào)(CK2)作為對(duì)照。
2015和2016年試驗(yàn)設(shè)計(jì)相同,隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。采用條播,行距0.2 m,播種量按500萬(wàn)基本苗每hm2計(jì)算而得,播種深度為4~5 cm,小區(qū)面積6 m2(2 m×3 m)。3次重復(fù)。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(dāng)?shù)卮竺娣e種植冬小麥的管理一致。
種子產(chǎn)量:小黑麥完熟期進(jìn)行。分別收獲每個(gè)小區(qū)的地上部分(除去試驗(yàn)小區(qū)兩側(cè)邊行及小區(qū)兩頭各50 cm之內(nèi)的部分),田間晾曬,脫粒后晾干,稱(chēng)重測(cè)產(chǎn)。
株高:成熟期刈割前在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10個(gè)單株,測(cè)量從地面到穗頂(不包括芒)的自然高度。并進(jìn)行室內(nèi)考種,考種指標(biāo)有穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)和穗粒重。
籽粒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值:脫粒后從籽粒中隨機(jī)選取200 g,用粉碎機(jī)粉碎,過(guò)1 mm篩子,將樣品混合均勻后,用于測(cè)定小黑麥籽粒營(yíng)養(yǎng)成分的含量。采用凱氏定氮法測(cè)定粗蛋白(CP)含量;采用索氏抽提法測(cè)定粗脂肪(EE)含量;采用旋光法測(cè)定粗淀粉(CS)含量[14];采用茚三酮比色法測(cè)定賴(lài)氨酸(Lys)含量[15]。以上營(yíng)養(yǎng)成分含量均以干物質(zhì)為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。
采用軟件Microsoft Excel 2010和SPSS19.0對(duì)不同小黑麥種質(zhì)的株高、籽粒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、種子產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行方差分析。如果差異顯著,分別用Duncan法進(jìn)行多重比較。本文中的種子產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值均為2015和2016兩年的平均值。用隸屬函數(shù)法對(duì)20個(gè)小黑麥種質(zhì)的種子產(chǎn)量以及籽粒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),隸屬函數(shù)值X(μ)的計(jì)算公式為:
X(μ)=(X-Xmin)/ (Xmax-Xmin)
(1)
式中:X為參試小黑麥種質(zhì)某一指標(biāo)的測(cè)定值,Xmax和Xmin分別為所有種質(zhì)中該指標(biāo)的最大值和最小值。對(duì)小黑麥進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí),根據(jù)種子產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值在小黑麥生產(chǎn)中的重要程度對(duì)各指標(biāo)權(quán)重值賦值見(jiàn)表1,利用公式(2)計(jì)算每個(gè)小黑麥種質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)值。
(2)
式中:Wk表示指標(biāo)權(quán)重。D值越大,種質(zhì)綜合性狀越好,反之則越差[16]。
表1 飼料型小黑麥各指標(biāo)的權(quán)重Table 1 Weight of each index for feed-type triticale
由表2可以看出,小黑麥種質(zhì)間的株高、種子產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值均有極顯著差異(P<0.01),需要進(jìn)行多重比較。
由圖1可知,在參試小黑麥種質(zhì)中,Z23的株高最高,為132.10 cm,除與Z21,Z30,Z35,Z49無(wú)顯著差異外,顯著高于其他小黑麥種質(zhì)(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(zhì)(P<0.05);其余種質(zhì)的株高介于二者之間。
圖1 不同小黑麥種質(zhì)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(xiě)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
2.2.1種子產(chǎn)量 多重比較結(jié)果(表3)表明,參試的20份小黑麥種質(zhì)中,Z8的平均產(chǎn)量最高,達(dá)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(zhì)均無(wú)顯著差異;CK1的平均種子產(chǎn)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(zhì)差異均不顯著。
2.2.2種子產(chǎn)量構(gòu)成因素 表3可知,20份小黑麥種質(zhì)中Z12的穗長(zhǎng)最長(zhǎng)(14.50 cm),除Z5,Z6,Z9和Z41外,顯著高于其他種質(zhì)(P<0.05);其次是Z9,其穗長(zhǎng)為13.97 cm;Z1的穗長(zhǎng)最短,除與Z5,Z6,Z9,Z12,Z41存在顯著差異外(P<0.05),與其他種質(zhì)差異均不顯著。
在參試小黑麥種質(zhì)中,Z55的小穗數(shù)(32.67個(gè))顯著高于除Z9和Z12外的其他種質(zhì);Z6的小穗數(shù)最少(20.67個(gè)),顯著低于Z9,Z12和Z55(表3)。
在參試小黑麥種質(zhì)中,Z12的穗粒數(shù)最多(122.33個(gè)),顯著大于除Z9,Z36和Z48外的其他種質(zhì);穗粒數(shù)最少的是Z49,僅74.67個(gè),顯著低于Z9,Z12,Z35,Z36和Z48(表3)。
由表3可知,20份小黑麥種質(zhì)中,Z12的穗粒重最大,為6.20 g,與Z9,Z36,Z48無(wú)顯著差異,與其他種質(zhì)間顯著性均達(dá)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(wú)顯著差異,與其他種質(zhì)均存在顯著差異(P<0.05)。
表2 小黑麥種質(zhì)的株高、種子產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(dá)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(zhì)種子產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素的差異Table 3 Differences of yield and yield components among triticale germplasm
注:同列不同小寫(xiě)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
小黑麥種子產(chǎn)量的構(gòu)成因素包括穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)和穗粒重[8]。相關(guān)分析(表4)表明,飼料型小黑麥的種子產(chǎn)量與小穗數(shù)和穗粒重正相關(guān),與穗長(zhǎng)和穗粒數(shù)負(fù)相關(guān),但相關(guān)性均不顯著;穗粒數(shù)與穗長(zhǎng)顯著正相關(guān)(P<0.05),與穗粒重極顯著正相關(guān)(P<0.01)。
表4 小黑麥種質(zhì)的株高和產(chǎn)量構(gòu)成因素與種子產(chǎn)量的相關(guān)分析Table 4 Correlation analysis on seed yield,yield component and plant height of triticale genotypes
2.4.1CP含量 多重比較結(jié)果(表5)表明,參試小黑麥種質(zhì)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(zhì)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(zhì)(P<0.05)。
2.4.2EE含量 在所有參試小黑麥種質(zhì)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(zhì)(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(zhì)差異均不顯著(表5)。
2.4.3CS含量 參試小黑麥種質(zhì)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(zhì)(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(zhì)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(zhì)中,Z50的Lys含量最高,達(dá)到了0.55%,與Z8和Z41差異不顯著,與其余種質(zhì)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(zhì)間差異性均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。
表5 不同小黑麥種質(zhì)籽粒營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的差異Table 5 Differences of nutritional value in triticale seed among germplasm
由于參試小黑麥種質(zhì)的種子產(chǎn)量和各個(gè)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值指標(biāo)表現(xiàn)不一致,無(wú)法進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)價(jià)。隸屬函數(shù)法可以消除個(gè)別指標(biāo)帶來(lái)的片面性,使各小黑麥種質(zhì)間的差異具有真實(shí)可比性,所以本研究利用隸屬函數(shù)法對(duì)參試小黑麥種質(zhì)的種子產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)(D值),并根據(jù)其大小進(jìn)行排序結(jié)果見(jiàn)表6。參試小黑麥種質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)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(zhì)種子產(chǎn)量與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)值Table 6 The value of subordinate function and comprehensive evaluation of seed yield andnutritional value of triticale germplasm
飼料型小黑麥要求籽粒產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富。李冬梅等[8]研究發(fā)現(xiàn),5個(gè)小黑麥品系的種子產(chǎn)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(fā)現(xiàn),小黑麥在陜西商洛高寒山區(qū)長(zhǎng)勢(shì)良好,種子產(chǎn)量3 000 kg·hm-2,最高達(dá)6 000 kg·hm-2,是當(dāng)?shù)匦←満秃邴湹?倍。小黑麥抗逆性強(qiáng),即使在河北滄州旱澇特別嚴(yán)重的地區(qū),也可收獲籽粒4 665 kg·hm-2 [18]。本研究結(jié)果表明,18個(gè)參試小黑麥的種子產(chǎn)量為6 874.58~9 114.08 kg·hm-2,可見(jiàn)本研究參試材料的種子產(chǎn)量較高,其中Z8的種子產(chǎn)量最高,達(dá)到9 114.08 kg·hm-2,并顯著高于2個(gè)對(duì)照品種。
本研究結(jié)果表明,在所有參試小黑麥種質(zhì)中,Z23的株高最高,達(dá)到了132.10 cm,Z3的株高最低,為94.27 cm。株高對(duì)種子產(chǎn)量有一定影響,在種子生產(chǎn)過(guò)程中一般要求株高不宜過(guò)高,株高過(guò)高容易倒伏,使種子產(chǎn)量降低,降低株高可提高作物抗倒伏能力和收獲指數(shù),但不是越矮越好[19]。株高過(guò)于低矮,則生物量降低,會(huì)影響作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育,難以獲得較高種子產(chǎn)量[20]。本試驗(yàn)材料是以種子生產(chǎn)為目標(biāo)來(lái)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(zhǎng)發(fā)育,從而間接提高種子產(chǎn)量。趙丹等[21]研究發(fā)現(xiàn)小黑麥種子產(chǎn)量與穗粒重、小穗數(shù)及穗粒數(shù)均呈正相關(guān)。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)20個(gè)小黑麥種質(zhì)的種子產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),種子產(chǎn)量與小穗數(shù)、穗粒重呈正相關(guān),這與趙丹[21]的研究結(jié)果一致,但與穗長(zhǎng)和穗粒數(shù)呈負(fù)相關(guān),與本研究結(jié)果相反,這可能與穗部的緊實(shí)度以及籽粒的飽滿(mǎn)度[22]有關(guān)。不同基因型的小黑麥穗部性狀各異,其穗部緊實(shí)度、小花退化數(shù)等也不同,這與植株的營(yíng)養(yǎng)供給、種子受精過(guò)程及發(fā)育過(guò)程密切相關(guān),從而對(duì)種子產(chǎn)量產(chǎn)生不同影響[23]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)參試小黑麥種質(zhì)的穗長(zhǎng)與穗粒數(shù)呈正相關(guān),穗粒數(shù)與穗粒重也呈正相關(guān),這與陳麗霞等[24]的研究結(jié)果一致。
小黑麥籽粒中豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸和碳水化合物等可為動(dòng)物提供較豐富營(yíng)養(yǎng)[25-26]。粗蛋白是飼料作物中含氮物質(zhì)的總和,是決定籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)[27],Bushuk等[28]分析得出,12個(gè)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(duì)508份小黑麥品系籽粒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值結(jié)果表明,其籽粒蛋白質(zhì)含量為10.1%~20.2%,平均比小麥高30%左右[29]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),18個(gè)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(wú)顯著差異,但顯著高于CK2。脂類(lèi)具有為機(jī)體提供能量,維持體溫以及促進(jìn)脂溶性維生素吸收的作用,因此飼料作物中脂肪含量對(duì)家畜能量的提供很有必要[30]。孫建勇[27]研究發(fā)現(xiàn),黔中5號(hào)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(yàn)對(duì)參試小黑麥品系籽粒脂肪含量(1.67%~2.37%)的研究結(jié)果相近。目前,對(duì)飼用小黑麥營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(jī)體提供能量以及代謝葡萄糖,并且可為反芻動(dòng)物維持健康高效的瘤胃發(fā)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值的主要指標(biāo)。彭佃亮[34]研究發(fā)現(xiàn),灌漿期倒伏會(huì)降低小麥籽粒中淀粉含量。李陶[35]研究表明,東農(nóng)5305和東農(nóng)96026小黑麥品種在不同氮素營(yíng)養(yǎng)水平和種植密度下,籽粒的淀粉含量為54.90%~65.67%。本試驗(yàn)結(jié)果表明,18個(gè)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(jié)果。賴(lài)氨酸是人和動(dòng)物必需的一種氨基酸,人體和動(dòng)物不能自身合成,必須從食物中攝取,賴(lài)氨酸作為蛋白質(zhì)的第一限制氨基酸,其含量是判定籽粒是否優(yōu)質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)[36]。李誠(chéng)[37]研究表明,小黑麥籽粒的賴(lài)氨酸含量為0.24%~0.81%,高于飼料大麥30%~50%。本試驗(yàn)中18個(gè)小黑麥品系籽粒中賴(lài)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(lài)氨酸含量較高,顯著高于2個(gè)對(duì)照品種。籽粒的蛋白質(zhì)含量與賴(lài)氨酸含量成正相關(guān),這與李浩川[38]的研究結(jié)果相同。
利用單一指標(biāo)評(píng)價(jià)材料的優(yōu)劣往往是片面的[39],因此,本試驗(yàn)利用模糊函數(shù)隸屬函數(shù)法對(duì)所有參試種質(zhì)種子產(chǎn)量及其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),力爭(zhēng)更全面的評(píng)價(jià)飼料型小黑麥種質(zhì)生產(chǎn)性能,并篩選出較優(yōu)品系。結(jié)果表明,小黑麥種質(zhì)Z8和Z50的種子產(chǎn)量高,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,因此綜合表現(xiàn)好,可用作優(yōu)質(zhì)精飼料為家畜補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)。
本試驗(yàn)研究結(jié)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(chǎn)量與小穗數(shù)和穗粒重正相關(guān),與穗長(zhǎng)和穗粒數(shù)負(fù)相關(guān);穗粒數(shù)與穗長(zhǎng)顯著正相關(guān),與穗粒重極顯著正相關(guān)。本試驗(yàn)中,小黑麥種質(zhì)的種子產(chǎn)量及籽粒的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)差異較大,根據(jù)參試小黑麥種質(zhì)的種子產(chǎn)量和籽粒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,通過(guò)隸屬函數(shù)法可對(duì)參試材料進(jìn)行綜合比較,Z8和Z50屬于高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的小黑麥品系,可作為優(yōu)良飼料作物進(jìn)行進(jìn)一步的研究以及示范推廣。