红三叶种质资源营养价值灰色关联度分析

徐远东，冉启凡

(重庆市畜牧科学院/重庆市草业工程技术研究中心，重庆 400015)

【研究意义】红三叶(TrifoliumpratenseL.)是三叶草属中种植最广泛的一种多年生豆科牧草，原产于小亚细亚和欧洲东南部[1]。其适宜的生长温度为20～25 ℃，在前苏联、阿根廷、智利、哥伦比亚、墨西哥、美国等地区广泛种植利用。该类草种耐霜冻、耐刈割，是广泛种植利用的白三叶和紫花苜蓿的一种替代草种。俄罗斯拥有前苏联搜集的全部植物种质资源，但其在库存资源的繁殖更新和评价利用方面后劲不足。北美在红三叶的研究利用和生产方面居世界前列，育成了许多优良品种[2]。我国登记的红三叶品种仅岷山、巴东、巫溪3个，在红三叶的资源育种方面还处于相对落后局面，因此开展红三叶种质资源的评价工作，对促进红三叶育种具有重要意义。【前人研究进展】国内部分单位对红三叶开展了研究工作，研究方向主要是农艺性状评价、生长适应性观察和抗逆性[3-8]，其中，赵娜[9]采用灰色关联度分析法对不同生长年限红三叶生产性能、营养价值进行了比较研究。也有单位利用灰色关联度分析法开展了对其他牧草营养价值的评价研究，例如，田兵[10]利用灰色关联度分析法对42种贵州的野生牧草资源进行了评价，张本瑜[11]、吴芳[12]利用灰色关联度分析法对百脉根营养价值进行了评价。灰色关联度分析法在饲草营养价值的评价方面展现出了较强的实用性。【本研究切入点】以30份红三叶资源材料开花期营养成分数据为基础，引入相对饲喂价值指标，利用灰色关联度分析法开展红三叶营养价值评价。【拟解决的关键问题】通过对30份引进红三叶资源营养价值的评价，探索红三叶营养价值评价的有效方法，筛选营养价值优良的资源材料，以期为红三叶优异材料的选育研究提供基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于重庆市畜牧科学院牧草资源圃(南川区三泉镇莲花村)，经度107.364 469°，纬度29.100 85°，海拔1403 m，属中亚热带湿润季风气候区，降水丰沛，雨热同季。该地区为中山地貌，土壤属黄壤土，酸性。

1.2 试验材料与设计

供试红三叶种质材料30份，来自于中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，序号及资源编号见表1。试验材料于2016年秋季开始播种，营养指标测定于2017年秋季进行。将供试30份红三叶资源种子单独种植于试验田，每个资源小区面积4 m2(2 m×2 m)，行距40 cm×40 cm；随机区组排列，3次重复；试验期间统一按常规管理。

1.3 营养成分测定方法

在红三叶开花期采样，采用105 ℃烘干法测定干物质；粗蛋白含量，凯氏定氮法；粗脂肪含量，索氏法；中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维，按Van Soest的方法进行中性洗涤剂处理和酸性洗涤剂处理获得；粗灰分，干灰化法；钙含量，高锰酸钾法；磷含量，钼黄分光光度法[13]。每个样品重复3次。采用公式换算出相对饲喂价值[14]。

RFV=[DMI(%BW)×DDM(%DM)]/1.29

(1)

式中，DMI为粗饲料干物质的随意采食量，单位为占动物体重的百分比，即 %BW；DDM为可消化的干物质，单位为 %DM；RFV为相对饲喂价值。

DMI与DDM的预测模型为：

DMI(%BW)=120/NDF(%DM)

(2)

DDM(%DM)=88.9-0.779ADF(%DM)

(3)

(2)(3)式中，NDF为中性洗涤纤维，ADF为酸性洗涤纤维。

1.4 数据分析与评价方法

采用Excel对试验数据进行计算处理。运用灰色系统理论[15]，将供试30份红三叶材料视为一个灰色系统，每一份材料为该系统的一个因素，分析该系统中的每份材料间的联系程度即关联度。关联度越大，表示材料间的相似程度越高。人为构建一个红三叶的参考品种X0，将参考品种X0的营养指标含量作为参考数列[X0(1)，X0(2)......，X0(N)]，每种红三叶材料的营养成分含量为比较数列Xi，计算各红三叶材料的营养指标含量与参考数列的关联度，以评价其营养价值高低。按图1计算关联系数。

ξ{x0(k)，xi(k)}=

将每个红三叶材料的各营养指标与参考品种相应指标的关联系数取算术平均值，即得等权关联度。由于各营养成分对营养价值高低贡献不同，因此需采用加权关联度法评价营养价值高低，即根据营养成分在营养价值贡献的高低赋予权重值WK，权重系数根据以往研究和经验进行赋值。本研究中n=9，为营养指标数量。

2 结果与分析

2.1 营养成分含量及饲喂价值变异性分析

30份供试材料的营养价值和相对饲喂价值见表1、表2，其中变异幅度最大的是磷(变异系数达到18.42 %)，远高于其他营养指标；变异幅度最小的是干物质(变异系数为0.47 %)；其他指标处于中间位置。

干物质最高的是zxy2009p-6146(94.93 %)，最低的是zxy2009p-6328(93.02 %)；粗蛋白最高的是zxy2009p-6328(17.59 %)，最低的是250790(10.95 %)；粗脂肪最高的是zxy2009p-6335(3.54 %)，最低的是zxy2009p-5814(2.10 %)；粗灰分最高的是zxy2009p-6328(9.61 %)，最低的是250790(6.16 %)；相对饲喂价值最高的是zxy2009p-6328(156.22)，最低的是zxy2010p-7828(116.79)。

2.2 灰色关联度分析

2.2.1 确定参考数列 牧草的消化率是评价其营养品质的重要指标之一。牧草中可消化营养物质的含量越高，牧草的消化率也就越高，表明其营养价值越大[10]。从营养价值来看，干物质、粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分、钙、磷和RFV等直接影响家畜的生长发育。因此这7个指标的测定值越高，说明牧草的营养价值越高、品质越好；选取其最大值组成最优集[11]。对于中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维因其含量与消化率呈负相关，因而在一定程度上，其含量越低越好；选取其最小值组成最优集，参考数列为{X0(k)}=(94.93,17.59,3.54,39.32,29.31,9.61,1.11,0.42,156.22 )。

表1 供试红三叶材料营养成分含量及相对饲喂价值

表2 供试红三叶材料营养指标变异性分析

2.2.2 求关联系数 先对数据进行无量纲化处理，本文采用初值化处理方法，即各测定值除以参考数列的相应值，得到一新的数列，然后求绝对差，并按公式计算出关联系数阵(表3)。

2.2.3 求关联度 根据关联系数阵计算得到各材料牧草营养价值与参考数列之间的等权关联度，即各种营养成分同等重要条件下的关联度。考虑到牧草中各营养成分对营养价值高低的贡献不同，需采用加权关联度进行评价，即根据各种营养成分在营养价值中的重要性赋权重值WK，权重系数根据以往研究的结果、征询专家意见和经验来确定(表3)。再根据加权关联度公式计算得到加权关联度(表4)。

2.2.4 营养价值评价 根据灰色关联度分析法的原理，理论上可以认为，参考品种的营养价值是最好的，实测样品与参考品种的关联度越高，其营养价值越高。由此得出，实测样品中，营养价值最高的是zxy2009p-6328(ri′=0.82)，zxy2009p-6335(ri′=0.77)；营养价值最低的是zxy2010p-5814(ri′=0.39)，zxy2009p-7361(ri′=0.40)。由等权关联度和加权关联度得到的结论基本相同，两种关联度排序的spearman相关系数为rs=0.980，达到极显著水平(P<0.01)，表明两种关联度排序高度相关。

表3 红三叶材料营养价值的关联系数

表4 红三叶材料营养价值的灰色关联度

根据加权关联度大小规定：ri′≥0.7，营养价值优；0.6≤ri′<0.7，营养价值良；0.5≤ri′<0.6ri′，营养价值中等；ri′<0.5，营养价值较差。可知营养价值优的有2份，为zxy2009p-6328和zxy2009p-6335；营养价值良好的有6份，营养价值中等的有11份，营养价值较差的有11份(表4)。

3 讨 论

灰色系统理论最早由华中理工大学邓聚龙教授提出[16]，通过该方法处理原始数据，具有表格化、计算简便、精确度和量化程度高等优点，该方法在社会经济领域得到了广泛应用[17]。灰色关联度分析法在其他牧草资源营养价值的评价上也有报道[10-12]。本文运用灰色关联度分析法对30份红三叶种质资源进行营养价值评价，综合考虑了干物质、粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗灰分、钙、磷和相对饲喂价值共9个营养因子，其中相对饲喂价值有助于全面客观评价饲草的营养利用价值[14]。采用加权关联度分析法评价营养价值，其中权重系数的确定对评价结果有很大的影响，不同的权重确定方法由于都有人为因素的参与，存在一定的缺陷性[18]。本文根据营养因子对营养价值的贡献大小赋予相应的权重是适当的，等权关联度和加权关联度排序的spearman相关系数为0.980，达到极显著水平，表明两种关联度高度相关，说明试验确定的权重值及营养成分含量的差异并未对评价结果造成显著影响，双重检验更加肯定了分析结果的可靠性。

牧草粗蛋白质和粗纤维的含量是决定牧草营养品质的主要因子。一般认为粗蛋白含量较高、粗纤维含量越低的牧草，其饲用价值也就越高[19]。本次试验筛选出2份营养价值优秀的材料——zxy2009p-6328、zxy2009p-6335，粗蛋白分别为17.59 %、16.46 %，均位于供试材料粗蛋白的前列，而酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量均较低。筛选材料的营养指标值与理论参考数列最接近，这说明筛选结果是有效的。

4 结 论

本文利用灰色关联度分析法对红三叶种质资源的营养价值进行评价，进行了一次有意义的探索。采用加权关联度评价方法，筛选出2份营养价值优良的资源材料——zxy2009p-6328、zxy2009p-6335，粗蛋白分别为17.59 %、16.46 %，在开花期即具有相对较高的粗蛋白含量，营养价值丰富，可为下一步红三叶选育工作提供基础。