飼用大麥籽粒品質(zhì)性狀的分析和評(píng)價(jià)

郭呈宇，房永雨，伊風(fēng)艷，史志丹，喬慧蕾，劉 芳，趙和平，朱林飛，丁海君

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.內(nèi)蒙古草都草牧業(yè)股份有限公司飼草料研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011500；3.武川縣晟源山茶合作社，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011700）

大麥（Hordeum vulgare）是世界上重要的禾谷類作物［1］，根據(jù)用途可以分為飼用型、啤用型、食用型、 藥用型大麥。 隨著人們的生活品質(zhì)逐漸提高，對(duì)大麥的需求也呈現(xiàn)多元化，飼用型大麥的需求也隨之不斷增加。

籽粒是大麥重要的收獲器官， 籽粒品質(zhì)對(duì)于不同用途的大麥尤為重要。大麥籽粒的品質(zhì)性狀包括蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、纖維素和β-葡聚糖等［2］。飼用型和食用型大麥需要高蛋白質(zhì)含量的籽粒［3-5］。大麥籽粒的蘇氨酸、甘氨酸、纈氨酸和精氨酸等氨基酸含量高于玉米［6］。 高蛋白的大麥籽粒有助于優(yōu)化動(dòng)物的日糧結(jié)構(gòu)，可以減少豆粕、氨基酸等的用量［7］。 啤用型大麥籽粒蛋白質(zhì)含量可以影響麥芽的浸出率和啤酒的清澈度［8-9］。β-葡聚糖是大麥的主要抗?fàn)I養(yǎng)因子， 其阻礙了大麥在動(dòng)物體內(nèi)的消化吸收［10］。 高β-葡聚糖在啤用型和飼用型大麥中都是不利的，其含量越高，麥汁黏度越高，啤酒越難以過濾，口感越差［11］。 食用大麥的β-葡聚糖對(duì)人類慢性疾病的治療有一定作用［12］，高β-葡聚糖有助于其保健功效的發(fā)揮。

飼用型大麥在國(guó)外的利用已較為廣泛［13］。 目前，國(guó)內(nèi)也開始重視飼用型大麥新品種的培育，已有一些飼用型大麥品種出現(xiàn)。 本研究收集了國(guó)內(nèi)外的飼用型大麥種質(zhì)資源100 份， 通過對(duì)其籽粒品質(zhì)性狀的鑒定及分析， 為這些資源的后續(xù)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

參試材料是內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院草原研究所牧草育種研究室收集的100 份全國(guó)大麥種質(zhì)資源，材料信息見表1。

表1 大麥種質(zhì)資源名稱

1.2 試驗(yàn)方法

參試材料于2022 年種植于呼和浩特市和林格爾縣草都國(guó)家級(jí)草牧業(yè)園區(qū)（40°28′N，111°40′E），海拔1 061 m。 試驗(yàn)地肥力中等，地力均勻，土壤為砂壤土，生育期內(nèi)可井水灌溉。 供試材料于4 月3日統(tǒng)一播種，采用順序排列，不設(shè)重復(fù)，每份材料種植2 行，行長(zhǎng)2 m，行距0.25 m，播量200 粒/行，人工開溝點(diǎn)播，播深3～4 cm。供試材料按成熟期分批次收獲， 收獲后晾曬并干燥3 個(gè)月后用于測(cè)定籽粒的品質(zhì)性狀。

每份大麥資源選取500 g 干凈種子，將種子裝滿樣品測(cè)量容器，使用Perten DA7250 型近紅外分析儀測(cè)定供試材料的水分、蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素、脂肪和灰分含量。設(shè)置3 次技術(shù)重復(fù)，測(cè)定結(jié)果計(jì)算平均值用于數(shù)據(jù)分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 軟件完成數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)分析， 使用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行主成分分析，使用Origin Pro 2022 軟件進(jìn)行相關(guān)性分析、 聚類分析及樹狀圖繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒品質(zhì)性狀的遺傳多樣性

從表2 可知，100 份資源籽粒品質(zhì)性狀的變異系數(shù)分布于2.92%～13.93%； 變異系數(shù)大小順序： 纖維素含量＞灰分含量＞蛋白質(zhì)含量＞脂肪含量＞水分含量＞β-葡聚糖含量＞淀粉含量。 其中纖維素含量變幅：3.89%～6.72%，平均值為4.90%；灰分含量變幅：0.72%～1.81%，平均值1.09%；蛋白質(zhì)含量變幅：12.73%～21.63%， 平均值為15.19%；脂肪含量變幅：2.03%～3.23%，平均值2.53%。種質(zhì)資源中纖維素含量、灰分含量、蛋白質(zhì)含量、脂肪含量變異較為豐富，可利用范圍廣。β-葡聚糖含量變幅：3.59%～4.43%，平均值4.21%；淀粉含量變幅：47.29%～53.26%，平均值51.16%。 種質(zhì)資源中β-葡聚糖含量和淀粉含量變異較小。

表2 大麥籽粒品質(zhì)性狀統(tǒng)計(jì)信息 單位：%

2.2 大麥籽粒品質(zhì)性狀相關(guān)性

從表3 可知，7 個(gè)籽粒品質(zhì)性狀間存在豐富的相關(guān)性。 水分含量與β-葡聚糖含量呈顯著（P<0.05）正相關(guān)、與脂肪含量呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)；蛋白質(zhì)含量與脂肪含量呈顯著（P<0.05）正相關(guān)、與纖維素含量呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)，與淀粉含量、灰分含量和β-葡聚糖含量呈極顯著（P<0.01）負(fù)相關(guān)；淀粉含量與灰分含量和β-葡聚糖含量呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)，與纖維素含量和脂肪含量呈極顯著（P<0.01）負(fù)相關(guān)；纖維素含量與脂肪含量呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)，與灰分含量和β-葡聚糖含量呈極顯著（P<0.01）負(fù)相關(guān)；脂肪含量與灰分含量和β-葡聚糖含量呈極顯著 （P<0.01）負(fù)相關(guān)；灰分含量與β-葡聚糖含量呈極顯著（P<0.01）正相關(guān)。

表3 大麥籽粒品質(zhì)性狀相關(guān)性

2.3 聚類分析

依據(jù)7 個(gè)籽粒品質(zhì)性狀指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，以歐式距離離差平方和法為聚類方法， 在遺傳距離4.0 處將100 份大麥種質(zhì)資源分為3 個(gè)類群（見圖1），不同類群的特征見表4。 第Ⅰ類群有30份材料，特點(diǎn)為纖維素含量、脂肪含量、灰分含量變異系數(shù)大， 表明種質(zhì)群體在這3 個(gè)性狀中變異較為豐富；此外，該類群包含脂肪含量最高的材料HOR517（3.23%）。 第Ⅱ類群有69 份材料，特點(diǎn)為蛋白質(zhì)含量、 纖維素含量和脂肪含量的均值在3個(gè)類群中最低，淀粉含量、灰分含量和β-葡聚糖含量的均值在3 個(gè)類群中最高； 該類群包含蛋白質(zhì)含量最低的材料Пhh120（12.73%）、纖維素含量最低的材料B-103（3.89%）、脂肪含量最低的材料Пepшe （2.05%）、 淀粉含量最高的材料B-101（53.26%）、 灰分含量最高的材料KH.GYONGYOS（52.25%）、β-葡聚糖含量最高的材料KH.GYONGYOS、PORT ACE（52.25%）。 第Ⅲ類群僅1 份材料GNM， 特點(diǎn)為在3 個(gè)類群中蛋白質(zhì)含量最高、淀粉含量最低、灰分含量最低、β-葡聚糖含量最低， 該材料多項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)在所有供試材料中屬于極值，因此，聚類時(shí)被單獨(dú)分為一類。

圖1 大麥資源聚類結(jié)果

表4 不同類群籽粒品質(zhì)性狀的統(tǒng)計(jì)值

2.4 主成分分析

對(duì)7 個(gè)籽粒品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析， 由表5 可知， 前2 個(gè)主成分包含了7 個(gè)性狀的大部分信息，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到76.47%。 第1 主成分貢獻(xiàn)率最大， 達(dá)到57.19%， 第2 主成分的貢獻(xiàn)率為19.28%。 第1 主成分中淀粉含量的特征向量值最大，第2 主成分中水分含量的特征向量值最大。結(jié)果表明，淀粉含量、水分含量是造成大麥材料間差異的主要因素。

表5 大麥籽粒品質(zhì)性狀的主成分分析結(jié)果

3 討論

蛋白質(zhì)含量和淀粉含量是大麥籽粒重要的品質(zhì)性狀，因用途不同對(duì)其含量的要求也不同。在啤用型大麥中，籽粒蛋白質(zhì)含量低于12%較好［14］；而飼用型大麥的蛋白質(zhì)含量高則有助于優(yōu)化動(dòng)物的日糧結(jié)構(gòu)。 研究發(fā)現(xiàn)，在奶牛日糧中，大麥不僅可以作為日糧能量來源部分替代玉米， 而且可以作為蛋白來源替代豆粕［15-16］。 本研究中的100 份大麥種質(zhì)資源的籽粒蛋白質(zhì)含量變幅為12.73%～21.63%。 其中，國(guó)外引種材料GNM 的籽粒蛋白質(zhì)含量達(dá)到21.63%，該材料更適合飼用型或作改良籽粒蛋白質(zhì)含量的親本。 大麥中性和酸性洗滌纖維素含量較高［17］，這導(dǎo)致大麥作為飼料飼喂單胃動(dòng)物的效果較差。 本研究中發(fā)現(xiàn)供試材料B-103的籽粒纖維素含量最低（3.89%），可以作為改良纖維素含量的親本材料。 大麥籽粒β-葡聚糖含量過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致啤酒釀造時(shí)酵母養(yǎng)分不足，進(jìn)而不能正常發(fā)酵［18］。 此外，大麥籽粒β-葡聚糖是動(dòng)物體內(nèi)的抗?fàn)I養(yǎng)因子， 阻礙了動(dòng)物消化吸收大麥營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)［6］。因此，降低大麥籽粒β-葡聚糖含量是啤用型和飼用型大麥的育種目標(biāo)，供試材料GNM 的籽粒β-葡聚糖含量最低（3.59%）。 GNM 材料同時(shí)具備高蛋白、低β-葡聚糖的特性，該材料是非常理想的飼用型大麥種質(zhì)資源，有較好的利用前景。

包海柱等［2］發(fā)現(xiàn)，大麥籽粒蛋白質(zhì)含量與β-葡聚糖含量極顯著負(fù)相關(guān)， 纖維素含量與淀粉含量和β-葡聚糖含量極顯著負(fù)相關(guān)，本研究中也發(fā)現(xiàn)相同的關(guān)系。由此推斷：提高大麥籽粒蛋白質(zhì)含量時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致β-葡聚糖含量和纖維素含量的降低，這有利于飼用型大麥新品種的培育。 另外，本研究發(fā)現(xiàn)大麥籽粒淀粉含量與β-葡聚糖含量呈極顯著正相關(guān)。因此，提高大麥籽粒淀粉含量時(shí)也會(huì)提高β-葡聚糖含量。 在選育高淀粉含量大麥時(shí)也應(yīng)注意β-葡聚糖含量變化，防治顧此失彼。

4 結(jié)論

本研究中收集的100 份大麥種質(zhì)材料在7 個(gè)籽粒品質(zhì)性狀上存在豐富的遺傳多樣性， 通過分析獲得1 份高蛋白、低β-葡聚糖含量的特異材料GNM， 該材料可直接作為飼用型品種或用作改良品種的親本。