51 份飼用薏苡種質(zhì)的農(nóng)藝性狀和營(yíng)養(yǎng)成分評(píng)價(jià)

曾 怡，尹偉丹，揭紅東，邢虎成,，揭雨成,

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所，長(zhǎng)沙 湖南 410128；2. 湖南省草類作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用工程技術(shù)研究中心，長(zhǎng)沙 湖南 410128）

目前，我國(guó)有關(guān)飼用薏苡種質(zhì)資源的研究多集中于農(nóng)藝性狀[4-7]和分子標(biāo)記的遺傳多樣性分析等[8-11]，關(guān)于植物飼用品質(zhì)方面的報(bào)道較少。僅有四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所選育出了國(guó)內(nèi)第一個(gè)通過(guò)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(gè)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(wú)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(fā)現(xiàn)了9 個(gè)薏苡資源的根莖葉中氨基酸含量差異顯著。但開(kāi)發(fā)本地優(yōu)質(zhì)飼用薏苡能有效避免該區(qū)牧草連作造成的草產(chǎn)量低且不穩(wěn)的情況[15-16]，對(duì)畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、草食動(dòng)物產(chǎn)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)均具有重要意義。因此，本研究選取51 份野生薏苡種質(zhì)，針對(duì)農(nóng)藝性狀、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，借助多元統(tǒng)計(jì)分析評(píng)價(jià)方法，篩選出適宜湖南省不同地區(qū)推廣的薏苡種質(zhì)，為飼草型薏苡種質(zhì)在湖南省的推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

參試野生薏苡共51 份，主要來(lái)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(zhì)及編號(hào)Table 1 Information of the tested Coix lacryma-jobi germplasms

本研究于瀏陽(yáng)試驗(yàn)基地進(jìn)行，位于湖南省瀏陽(yáng)市沿溪鎮(zhèn)(28°10′32″ N, 113°15′27″ E)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年日照時(shí)數(shù)約1 350 h，年平均氣溫18.3 ℃，年降水量約1 369 mm (圖1)。試驗(yàn)地土壤pH 為6.33，有機(jī)質(zhì)、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(fù) 合 肥(N ∶ P2O5∶ K2O = 15 ∶ 15 ∶ 15)375 kg·hm?2，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)，每個(gè)小區(qū)面積12 m2(6 m × 2 m)。野生薏苡大部分為多年生草本，次年會(huì)萌發(fā)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(zhǎng)期間進(jìn)行一次除草，其他同常規(guī)大田管理，最終于7 月中旬測(cè)量相關(guān)指標(biāo)，人工刈割取樣。

圖1 2018 和2019 年試驗(yàn)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(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 表型性狀

抽穗期采集表型數(shù)據(jù)的方法參照《薏苡種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[17]。從每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10 株薏苡進(jìn)行株高、莖粗和分蘗數(shù)測(cè)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(chǎn)量，記作Y1。

1.2.2 營(yíng)養(yǎng)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(guò)0.425 mm 篩后，混合均勻，隨機(jī)取3 份樣品，參照《飼料分析及飼料質(zhì)檢測(cè)技術(shù)》[18]平行測(cè)定的指標(biāo)有粗蛋白質(zhì)、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(shù)據(jù)處理

優(yōu)異資源篩選分析：采用綜合性狀的隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)法，以相關(guān)分析和主成分分析獲得的指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)。

除國(guó)家圖書館外，中國(guó)國(guó)內(nèi)公私收藏的敦煌文獻(xiàn)約有3000號(hào)左右，已經(jīng)公布圖錄的已有2000余號(hào)，還有1000號(hào)至今尚未公布。國(guó)內(nèi)散藏敦煌文獻(xiàn)絕大部分是佛經(jīng)，也有少量佛教注疏。其抄寫時(shí)代自北朝至宋初，以唐寫本為多。非漢文文獻(xiàn)主要是藏文寫本，多收藏在河西走廊諸多地區(qū)的文博部門。

變異系數(shù)賦權(quán)公式如下：

式中：Wi為第i指標(biāo)的百分率，Vi為i指標(biāo)的變異系數(shù)，Vn為所求的n個(gè)變異系數(shù)之和[19-20]。

綜合隸屬函數(shù)計(jì)算方法如下：

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

采用Excel 2019 整理數(shù)據(jù)，SPSS 19 進(jìn)行差異顯著性分析、相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同薏苡種質(zhì)品質(zhì)和產(chǎn)量性狀

51 份薏苡種質(zhì)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(zhì)性狀的變異系數(shù)為5.74%～30.91%，其中粗脂肪、磷和鈣的變異幅度較大，變異系數(shù)分別為30.91%、18.54% 和16.59%，鮮草產(chǎn)量的變異系數(shù)為28.58% (表2)。

表2 51 份薏苡種質(zhì)營(yíng)養(yǎng)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(zhì)的相關(guān)性分析

鮮草產(chǎn)量與莖粗、株高和分蘗呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P< 0.01)，與粗灰分含量、磷含量和鈣含量呈正相關(guān)關(guān)系，與粗纖維、粗脂肪含量和粗蛋白含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但不存在顯著性，表明鮮草產(chǎn)量高的種質(zhì)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(fù)相關(guān)關(guān)系，鈣和磷呈顯著相關(guān)關(guān)系(P< 0.05) (表3)。

表3 51 份薏苡種質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)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(zhì)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(fā)現(xiàn)前4 個(gè)主成分的特征值均大于1，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)66.16%，可以反映10 個(gè)性狀的基本特征。第1 主成分的貢獻(xiàn)率最大，為27.04%，特征向量值較大的性狀是株高、鮮草產(chǎn)量，特征向量均為正值且高達(dá)0.5 以上，這類性狀與產(chǎn)量有關(guān)，因此，第1 主成分為產(chǎn)量因子。第2 主成分的貢獻(xiàn)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(zhì)因子。第3 主成分的貢獻(xiàn)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(xiàn)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(zhì)主成分特征向量、特征值、貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)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(zhì)的聚類分析

由于各指標(biāo)間量綱不相同，因此根據(jù)主成分分析得出的8 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)后采用SPSS 軟件將其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化(Z-score)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的各指標(biāo)對(duì)51 個(gè)種質(zhì)進(jìn)行聚類，如圖2 所示，在距離為15 時(shí)，可將51 個(gè)薏苡種質(zhì)分成3 大類。第Ⅰ類包含30 個(gè)種質(zhì)，占總數(shù)的58.82%；第Ⅱ類包含10 個(gè)種質(zhì)，占總數(shù)的19.61%；第Ⅲ類包含11 個(gè)種質(zhì)，占總數(shù)的21.57%。

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

類群Ⅰ飼草產(chǎn)量較低，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高；類群Ⅲ飼草產(chǎn)量最高，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低；類群Ⅱ所有指標(biāo)在兩類群之間，屬于中間型種質(zhì)(表5)。

表5 3 個(gè)類群材料8 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均值Table 5 Average values of eight evaluation indices of the three groups of materials

2.5 薏苡種質(zhì)優(yōu)異資源的篩選

隸屬函數(shù)分析法是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的原理，對(duì)種質(zhì)從多個(gè)性狀進(jìn)行鑒定評(píng)價(jià)的一種科學(xué)方法[20-21]。其中D 值為每個(gè)種質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)得分，根據(jù)綜合評(píng)價(jià)模型，計(jì)算出不同薏苡種質(zhì)的各指標(biāo)綜合得分和排序結(jié)果(表6)，發(fā)現(xiàn)綜合得分排在前10 位的薏苡種質(zhì)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(zhì)表現(xiàn)優(yōu)良的種質(zhì)為隆回薏苡，其莖粗、鮮草產(chǎn)量、粗蛋白、粗灰分、粗脂肪、磷和鈣的隸屬函數(shù)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(zhì)的隸屬函數(shù)分析Table 6 Membership function analysis of 51 Coix lacryma-jobi germplasms

續(xù)表6Table 6 (Continued)

3 討論

51 份薏苡種質(zhì)的10 個(gè)指標(biāo)均有不同程度變異，變異系數(shù)為5.74%～30.91%，其中粗脂肪及鮮草產(chǎn)量變異系數(shù)較大，反映了不同薏苡種質(zhì)在這2 個(gè)方面的離散程度較高。飼草產(chǎn)量是評(píng)價(jià)飼草生產(chǎn)性能的重要指標(biāo)[22]，本研究中供試的51 份薏苡種質(zhì)間的鮮草產(chǎn)量差異明顯，為18.03～55.56 t·hm?2。本研究鮮草產(chǎn)量的結(jié)果與劉凡值等[13]11 個(gè)薏苡品種飼草鮮草產(chǎn)量(61.93～94.22 t·hm?2)差異較大；與高立芳等[23]在重慶地區(qū)進(jìn)行的大黑山薏苡飼草產(chǎn)量研究的報(bào)道結(jié)果(鮮草產(chǎn)量111 t·hm?2)和葉貴凱等[24]和陳奕希[25]對(duì)不同品種產(chǎn)量的研究結(jié)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(shù)的不同有關(guān)[26]。粗蛋白是評(píng)定飼草飼用價(jià)值的一個(gè)重要指標(biāo)[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(guó)道等[29]的結(jié)果基本一致，高于時(shí)維靜等[30]的研究結(jié)果(7.65%)，低于劉凡值等[13]在拔節(jié)期取樣的結(jié)果，高于其他同一時(shí)期刈割的禾本科五節(jié)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(shí)間和栽培措施有關(guān)[33]。

株高、分蘗數(shù)與鮮草產(chǎn)量極顯著正相關(guān)，表明株高和分蘗數(shù)的高低是影響產(chǎn)量的重要因素，與前人的研究結(jié)果一致。近年來(lái)，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(yíng)養(yǎng)成分分析與評(píng)價(jià)。本研究運(yùn)用主成分分析法，將測(cè)定的薏苡營(yíng)養(yǎng)成分及農(nóng)藝性狀的多個(gè)指標(biāo)降維至8 個(gè)主要指標(biāo)，更加直觀地揭示了變量之間的關(guān)系，避免了繁雜數(shù)據(jù)的干擾。在除去多余因子的基礎(chǔ)上，利用聚類分析將不同種質(zhì)間性狀相近的劃分為一類。而隸屬函數(shù)計(jì)算得出綜合得分排在前10 位的薏苡種質(zhì)與聚類結(jié)果一致，可信度較高。

本研究對(duì)51 份薏苡種質(zhì)的農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選出10 份綜合性狀優(yōu)良的種質(zhì)，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(píng)價(jià)體系是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要通過(guò)大量的資源數(shù)據(jù)的鑒定分析，還要考慮實(shí)際生產(chǎn)與科學(xué)研究的異同，同時(shí)兼顧行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)[5]。除本研究中10 個(gè)主要指標(biāo)外，還有待增加更多評(píng)價(jià)指標(biāo)建立更加全面的評(píng)估體系。

4 結(jié)論

不同種質(zhì)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(chǔ)因素。不同種質(zhì)薏苡植株的各個(gè)性狀之間存在一定的相關(guān)性；通過(guò)運(yùn)用相關(guān)分析和主成分分析等方法，將51 份薏苡種質(zhì)分為3 類，并通過(guò)隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)篩選出10 份，可作為功能性產(chǎn)品原材料開(kāi)發(fā)利用，這為今后研究薏苡的抗逆性等提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為飼用薏苡育種、品質(zhì)改良及薏苡資源開(kāi)發(fā)利用提供了豐富的資源。