113份飼草型六倍體小黑麥種質(zhì)飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀的評價

王珊珊，谷海濤，謝慧芳，何紹冬，甘長波，衛(wèi)小勇，孔廣超

（石河子大學農(nóng)學院，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆 石河子 832000）

隨著我國畜牧業(yè)的發(fā)展，對高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼草的需求日益增多。優(yōu)質(zhì)飼草的缺乏成了限制集約化養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的因素之一［1］。小黑麥（×TriticosecaleWittmack）是由小麥屬（Triticum）和黑麥屬（Secale）經(jīng)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(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、抗寒、抗病、適應(yīng)性廣的優(yōu)點［3-5］，同時，小黑麥的生物產(chǎn)量優(yōu)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(yǎng)品質(zhì)優(yōu)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(fā)育過程中，隨著刈割時期的推遲，其飼草產(chǎn)量變化較大，一般在揚花后10 d刈割的飼草產(chǎn)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(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)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(yǎng)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(yǎng)品質(zhì)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(chǎn)量與品質(zhì)性狀差異較大［12］。

選育飼草產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)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(zhì)資源是新品種培育的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。盡管前人對小黑麥品種適應(yīng)性、刈割期、不同區(qū)域小黑麥的飼草產(chǎn)量與品質(zhì)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(zhì)的綜合評價方面仍較少。Kuleung等［15］曾通過SSR標記對美國農(nóng)業(yè)部種質(zhì)庫中80份小黑麥種質(zhì)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(chǎn)量等性狀進行了評價，認為這些小黑麥種質(zhì)資源變異豐富。

本研究擬對國內(nèi)外113份冬性飼草型小黑麥種質(zhì)資源的單株鮮草產(chǎn)量（fresh forage weight per plant，F(xiàn)W）、單株干草產(chǎn)量（dry forage weight per plant，DW）、鮮干比（fresh-dry ratio，F(xiàn)DR）、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(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

113份冬性六倍體小黑麥種質(zhì)中包括國內(nèi)品種（系）39份，國外種質(zhì)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(zhì)名稱及來源Table 1 The name and source of the tested forage triticale germplasm

續(xù)表Continued Table

1.2 田間試驗設(shè)計

分別于2018-2019年和2019-2020年將參試種質(zhì)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(jīng)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(shù)為2797.5 h。試驗田土壤為灰漠土、肥力中等。

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，4次重復。小區(qū)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?shù)馗弋a(chǎn)栽培技術(shù)進行管理。

1.3 產(chǎn)量與品質(zhì)性狀測定

分別在各品種（系）開花期盛期，每個小區(qū)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(jīng)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(jīng)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(zhì)。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(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016進行數(shù)據(jù)整理并計算各性狀變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）、標準差。采用SPSS 19.0進行相關(guān)性與主成分等分析。采用Origin Pro 2021的最長距離法對參試種質(zhì)進行聚類。利用Shannon-Wiener指數(shù)H′對小黑麥飼草產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的遺傳多樣性進行評價［19］，先對數(shù)量性狀進行質(zhì)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(shù)，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(xiàn)的頻率。

2 結(jié)果與分析

2.1 小黑麥種質(zhì)的飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀

參試的113份冬性飼草型小黑麥的飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀如表2所示，F(xiàn)W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，F(xiàn)DR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(chǎn)量與品質(zhì)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(xiàn)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(yīng)中，除DW和FDR差異不顯著外，其余性狀均表現(xiàn)為差異極顯著（P＜0.01）。

各性狀2年平均值的變異系數(shù)為4.565%～21.274%，平均為10.829%，其中，F(xiàn)W的變異系數(shù)最大，其次為DW（17.941%）和FDR（10.296%），NDF含量的變異系數(shù)最小。參試小黑麥種質(zhì)的飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀的多樣性指數(shù)為1.974～2.075，7個飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀的多樣性指數(shù)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(chǎn)量與品質(zhì)性狀分析

供試小黑麥種質(zhì)中，中國種質(zhì)占34.513%，俄羅斯種質(zhì)占16.814%，美國種質(zhì)占15.929%，瑞典種質(zhì)占7.965%，其余幾個國家的種質(zhì)共占24.779%。不同國家種質(zhì)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(zhì)CP含量平均值為10.330%，ADF含量平均為35.213%；俄羅斯種質(zhì)的CP含量平均為10.100%，ADF含量平均為34.792%；美國種質(zhì)的CP含量平均為10.063%，ADF含量平均為33.716%；瑞典種質(zhì)的CP含量平均為9.239%，ADF含量平均為35.964%；其余國家種質(zhì)的CP含量平均為9.914%，ADF含量平均為33.971%。參試種質(zhì)國家間的FW變異系數(shù)均最大，平均為20.098%；NDF含量的變異系數(shù)均最小，平均為4.192%。其中，國內(nèi)種質(zhì)的CP含量較高，美國種質(zhì)的NDF與ADF含量較低，RFV較高，CP含量中等；其余國家種質(zhì)的飼草產(chǎn)量較高。

表3 不同來源的小黑麥飼草產(chǎn)量與品質(zhì)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(chǎn)量與品質(zhì)性狀的相關(guān)性及主成分分析

對參試的小黑麥種質(zhì)飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析表明（表4），F(xiàn)W與DW、FDR之間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），DW與FDR之間呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），NDF與ADF含量之間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與RFV之間呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01）；ADF與RFV之間呈極顯著負相關(guān)（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(guān)，盡管相關(guān)系數(shù)不高。

表4 小黑麥種質(zhì)飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀間的相關(guān)性Table 4 Correlation between forage yield and quality traits of triticale germplasm

小黑麥種質(zhì)的飼草產(chǎn)量與品質(zhì)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(zhì)。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(chǎn)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(zhì)主成分。

表5 小黑麥飼草產(chǎn)量與品質(zhì)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(zhì)資源的聚類

依據(jù)主成分分析結(jié)果與飼草產(chǎn)量和品質(zhì)性狀間的相關(guān)性，選擇了飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀的關(guān)鍵指標即DW、CP含量、RFV將113份小黑麥種質(zhì)進行聚類分析（圖1），在歐式距離為15時，將參試種質(zhì)聚為三類，其中第Ⅰ類群包含17份種質(zhì)，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(chǎn)、優(yōu)質(zhì)種質(zhì)；第Ⅱ類群含50份種質(zhì)，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(chǎn)量較差、品質(zhì)較優(yōu)的種質(zhì)；第Ⅲ類群含有46份種質(zhì)，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(zhì)較差、產(chǎn)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(jié)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(xiàn)象。

3 討論

3.1 小黑麥種質(zhì)飼草產(chǎn)量與品質(zhì)的多樣性

飼草產(chǎn)量是評價飼草生產(chǎn)性能的重要指標。在小黑麥生長發(fā)育進程中，其鮮草產(chǎn)量與干草產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)已明顯不及開花期。本研究中，在開花盛期進行飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀分析，該時期供試小黑麥種質(zhì)的FW為37.210～113.290 g，DW為11.340～23.950 g，同時其飼草產(chǎn)量在品種間存在顯著差異，可見這些種質(zhì)的飼草產(chǎn)量的多態(tài)性強。

飼草品質(zhì)是評價飼草營養(yǎng)價值的重要指標。優(yōu)質(zhì)飼草須具有較高的CP、碳水化合物等營養(yǎng)物質(zhì)，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(yù)測飼草質(zhì)量的指數(shù)，其值越高，飼草料營養(yǎng)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(zhì)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(zhì)的NDF與ADF含量的多態(tài)性更豐富。

3.2 飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀的年份間差異

小黑麥的飼草產(chǎn)量在年份間存在顯著差異，其中，2019-2020年度飼草產(chǎn)量與鮮干比表現(xiàn)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(zhì)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(jié)果小黑麥的鮮草產(chǎn)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(chǎn)量、NDF和ADF在位置效應(yīng)及年份×位置交互效應(yīng)中均差異顯著的研究結(jié)果相一致?？梢娚鷳B(tài)因子對小黑麥飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀的影響也較大，這可能是因為環(huán)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(chǎn)量與品質(zhì)受取樣時期與環(huán)境的影響較大，若想取得更為理想的分析結(jié)果，應(yīng)嚴格控制試驗環(huán)境條件以及取樣時期。

3.3 不同來源小黑麥種質(zhì)的飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀差異

由于育種目標、環(huán)境影響和地域適應(yīng)等因素影響會造成不同來源種質(zhì)的性狀間存在較大差異，即不同地理來源的種質(zhì)其飼草產(chǎn)量與品質(zhì)具有特異性。本研究對15個國家的小黑麥種質(zhì)的飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀比較發(fā)現(xiàn)，參試的美國小黑麥種質(zhì)的NDF與ADF含量較低而RFV較高，其品質(zhì)較為優(yōu)良；其他國家種質(zhì)的飼草產(chǎn)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(guān)，有些國家與地區(qū)小黑麥主要以籽粒作為精飼料利用［22，28-30］。

3.4 飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀的相關(guān)性

性狀間的相關(guān)性反映了不同性狀間相互獨立又錯綜復雜的關(guān)系。本研究表明，小黑麥飼草的ADF含量與DW間存在弱負相關(guān)性，DW與NDF含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，但與CP含量及FDR間呈極顯著負相關(guān)關(guān)系；而CP含量與NDF及ADF含量間呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，與FDR呈極顯著正相關(guān)；NDF含量與FDR呈極顯著負相關(guān)。這與王彥華等［31］在紫花苜蓿（Medicago sativa）中的研究結(jié)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(zhì)因子、飼草產(chǎn)量因子與綜合品質(zhì)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(jié)論相一致，即RFV、CP含量以及干物質(zhì)產(chǎn)量是造成飼草產(chǎn)量與品質(zhì)性狀差異的主要因子。

3.5 小黑麥種質(zhì)資源的分類與利用

依據(jù)主成分分析結(jié)果與飼草產(chǎn)量、品質(zhì)性狀間的相關(guān)性，選擇DW、CP、RFV，將參試的113份小黑麥種質(zhì)聚為3類，其中以中飼237、甘農(nóng)C6、Odesskij Kormovoj等為代表的17份種質(zhì)具有較高的飼草產(chǎn)量、高的相對飼用價值，可以作為小黑麥飼草產(chǎn)量與品質(zhì)改良的優(yōu)質(zhì)親本。但各類群種質(zhì)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(jié)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(zhì)交換造成的，也同現(xiàn)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(jié)論

供試小黑麥種質(zhì)資源來源廣泛，遺傳變異豐富，遺傳多樣性指數(shù)（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(chǎn)量與品質(zhì)性狀的關(guān)鍵指標。根據(jù)這些小黑麥飼草產(chǎn)量與品質(zhì)的關(guān)鍵指標對參試種質(zhì)進行聚類，中飼237、甘農(nóng)C6、Odesskij Kormovoj等17份材料可以作為飼草型小黑麥改良的優(yōu)質(zhì)親本來利用。本研究為飼草型小黑麥遺傳改良奠定了基礎(chǔ)。