饲料型小黑麦品系籽粒产量及其营养价值研究

赵方媛, 曲广鹏， 田新会， 杜文华*

(1.甘肃农业大学草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心， 甘肃 兰州 730070； 2.西藏自治区农牧科学院 草业科学研究所, 西藏 拉萨 850009)

小黑麦(Triticale)是由小麦属(Triticum)和黑麦属(Secale)经过属间的有性杂交和杂种染色体加倍而形成的新物种，为一年生优良禾本科牧草[1]。小黑麦按用途可分为饲料型和饲草型2种，饲料型小黑麦的籽粒中富含蛋白质、脂肪、氨基酸和碳水化合物，可为动物提供较丰富的营养，为家畜提供能量，适宜作精饲料[2]。每kg小黑麦籽粒可以提供15 500 KJ能量，显著高于大麦和高粱[3]。截至目前，国内外对小黑麦的研究主要集中在草产量和营养品质等方面[4-6]。对小黑麦种子产量及其构成因素和籽粒营养价值的研究报道较少。游永亮等[7]对比饲用型小黑麦和黑麦种子的生产性能发现，小黑麦种子产量(4 300 kg·hm-2)显著高于黑麦(3 900 kg·hm-2)。李冬梅等[8]研究了小黑麦品系的种子产量及产量构成因素(穗长、小穗数、穗粒数、穗粒重)对种子产量的贡献及与产量的相关性，发现穗粒重对种子产量的贡献最大。褚孝莹等[9]研究了小黑麦品种在外源赤霉素作用下籽粒的灌浆速率及产量变化，发现在不同浓度的赤霉素作用下东农8809的种子产量变化范围为3 581～4 678 kg·hm-2。目前，前人对小黑麦营养价值研究主要集中在青干草方面，对籽粒粗蛋白研究较多，但对籽粒赖氨酸、粗脂肪以及淀粉含量研究很少，主要为本研究团队所做[10-11]。随着中国畜牧业的快速发展，对精饲料和粗饲料的需求越来越大，供需失衡在很大程度上影响着畜牧业发展[12-13]。因此，研究饲料型小黑麦的种子产量及籽粒的营养价值，并选育高产优质饲料型小黑麦品种对解决家畜饲料短缺问题有重要意义。

本试验拟通过研究18份饲料型小黑麦新品系在甘肃省中部地区连续2年的株高、种子产量及其构成因素，以及籽粒中粗蛋白、粗脂肪、淀粉、赖氨酸含量，以选择适宜在甘肃省中部地区种植的饲料型小黑麦种质，并为饲料型小黑麦新品种审定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验分别于2015年和2016年在甘肃省临洮农校农场(35°37′ N，103°87′ E)进行。区域平均海拔1 892 m，降水量562 mm，无霜期153 d，年平均气温7.0℃，土壤为黑麻土，有灌溉条件，试验地肥力均匀，2015年和2016年的前茬作物均为玉米。

1.2 试验材料

本试验以临洮农校农场种子产量品比圃的18份小黑麦新品系为材料，编号分别为Z1，Z3，Z5，Z6，Z8，Z9，Z12，Z19，Z21，Z23，Z30，Z35，Z36，Z41，Z48，Z49，Z50，Z55；以甘农1号小黑麦(CK1)与新小黑麦5号(CK2)作为对照。

1.3 试验设计

2015和2016年试验设计相同，随机区组设计。采用条播，行距0.2 m，播种量按500万基本苗每hm2计算而得，播种深度为4～5 cm，小区面积6 m2(2 m×3 m)。3次重复。播种期分别为2014年10月2日和2015年10月5日。田间管理与当地大面积种植冬小麦的管理一致。

1.4 测定指标及方法

种子产量：小黑麦完熟期进行。分别收获每个小区的地上部分(除去试验小区两侧边行及小区两头各50 cm之内的部分)，田间晾晒，脱粒后晾干，称重测产。

株高：成熟期刈割前在每个小区随机选取10个单株，测量从地面到穗顶(不包括芒)的自然高度。并进行室内考种，考种指标有穗长、小穗数、穗粒数和穗粒重。

籽粒的营养价值：脱粒后从籽粒中随机选取200 g，用粉碎机粉碎，过1 mm筛子，将样品混合均匀后，用于测定小黑麦籽粒营养成分的含量。采用凯氏定氮法测定粗蛋白(CP)含量；采用索氏抽提法测定粗脂肪(EE)含量；采用旋光法测定粗淀粉(CS)含量[14]；采用茚三酮比色法测定赖氨酸(Lys)含量[15]。以上营养成分含量均以干物质为基础进行计算。

1.5 数据分析

采用软件Microsoft Excel 2010和SPSS19.0对不同小黑麦种质的株高、籽粒的营养价值、种子产量及产量构成因素进行方差分析。如果差异显著，分别用Duncan法进行多重比较。本文中的种子产量及营养价值均为2015和2016两年的平均值。用隶属函数法对20个小黑麦种质的种子产量以及籽粒的营养价值进行综合评价，隶属函数值X(μ)的计算公式为：

X(μ)=(X-Xmin)/ (Xmax-Xmin)

(1)

式中：X为参试小黑麦种质某一指标的测定值，Xmax和Xmin分别为所有种质中该指标的最大值和最小值。对小黑麦进行综合评价时，根据种子产量及营养价值在小黑麦生产中的重要程度对各指标权重值赋值见表1，利用公式(2)计算每个小黑麦种质的综合评价值。

(2)

式中：Wk表示指标权重。D值越大，种质综合性状越好，反之则越差[16]。

表1 饲料型小黑麦各指标的权重Table 1 Weight of each index for feed-type triticale

2 结果与分析

由表2可以看出，小黑麦种质间的株高、种子产量及其构成因素和营养价值均有极显著差异(P<0.01)，需要进行多重比较。

2.1 株高

由图1可知，在参试小黑麦种质中，Z23的株高最高，为132.10 cm，除与Z21，Z30，Z35，Z49无显著差异外，显著高于其他小黑麦种质(P<0.05)；株高最低的是Z3，为94.27 cm，除与Z1，Z19，Z55差异不显著外，显著低于其他小黑麦种质(P<0.05)；其余种质的株高介于二者之间。

图1 不同小黑麦种质株高的差异Fig.1 Differences of the plant height among triticale germplasm注：不同柱形图间不同小写字母表示差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters between column charts indicate significant difference of plant height at the 0.05 level

2.2 种子产量及其构成因素

2.2.1种子产量 多重比较结果(表3)表明，参试的20份小黑麦种质中，Z8的平均产量最高，达到了9 114.08 kg·hm-2，除显著高于Z35和CK1外(P<0.05)，与其他种质均无显著差异；CK1的平均种子产量最低(6 037.50 kg·hm-2)，除与Z8，Z12，Z21，Z49和Z50存在显著差异外(P<0.05)，与其他种质差异均不显著。

2.2.2种子产量构成因素 表3可知，20份小黑麦种质中Z12的穗长最长(14.50 cm)，除Z5，Z6，Z9和Z41外，显著高于其他种质(P<0.05)；其次是Z9，其穗长为13.97 cm；Z1的穗长最短，除与Z5，Z6，Z9，Z12，Z41存在显著差异外(P<0.05)，与其他种质差异均不显著。

在参试小黑麦种质中，Z55的小穗数(32.67个)显著高于除Z9和Z12外的其他种质；Z6的小穗数最少(20.67个)，显著低于Z9，Z12和Z55(表3)。

在参试小黑麦种质中，Z12的穗粒数最多(122.33个)，显著大于除Z9，Z36和Z48外的其他种质；穗粒数最少的是Z49，仅74.67个，显著低于Z9，Z12，Z35，Z36和Z48(表3)。

由表3可知，20份小黑麦种质中，Z12的穗粒重最大，为6.20 g，与Z9，Z36，Z48无显著差异，与其他种质间显著性均达到显著水平(P<0.05)；穗粒重最小的是Z55，为2.23 g，除与Z6，CK1，CK2无显著差异，与其他种质均存在显著差异(P<0.05)。

表2 小黑麦种质的株高、种子产量及其构成因素、营养价值方差分析Table 2 Variance analysis on plant height,yield and its components,nutrition value of different triticale genotypes

注：**表示差异达极显著水平(P<0.01)

Note:**indicate significant difference at the 0.01 level

表3 不同小黑麦种质种子产量及其产量构成因素的差异Table 3 Differences of yield and yield components among triticale germplasm

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同

Note:Different lowercase letters in same column is significantly different at the 0.05 level. The same as below

2.3 种子产量及其产量构成因素的相关性

小黑麦种子产量的构成因素包括穗长、小穗数、穗粒数和穗粒重[8]。相关分析(表4)表明，饲料型小黑麦的种子产量与小穗数和穗粒重正相关，与穗长和穗粒数负相关，但相关性均不显著；穗粒数与穗长显著正相关(P<0.05)，与穗粒重极显著正相关(P<0.01)。

表4 小黑麦种质的株高和产量构成因素与种子产量的相关分析Table 4 Correlation analysis on seed yield,yield component and plant height of triticale genotypes

2.4 籽粒的营养价值

2.4.1CP含量 多重比较结果(表5)表明，参试小黑麦种质籽粒的CP含量为8.62%～13.92%，其中Z48的CP含量最高，与Z8，Z19，Z36，Z49，Z55及CK1差异不显著，与其他种质均存在显著差异(P<0.05)；其次为Z8，CP含量为13.27%；CP含量最低的为Z23(8.62%)，除与Z3，Z5和Z12差异不显著外，显著低于其余种质(P<0.05)。

2.4.2EE含量 在所有参试小黑麦种质中，CK1籽粒的EE含量最高，为2.63%，除与Z3，Z23，Z50，Z55及CK2差异不显著外，显著高于其余种质(P<0.05)；其次为Z50，含量为2.37%；EE含量最低的是Z36(1.67%)，与Z3，Z23，Z50，Z55，CK1，CK2有显著差异(P<0.05)，与其他种质差异均不显著(表5)。

2.4.3CS含量 参试小黑麦种质籽粒的CS含量为60.88%～69.64%，其中CK2的CS含量最高，除与Z12，Z21和Z49差异不显著外，显著高于其余种质(P<0.05)；Z50的CS含量最低，为60.88%，与Z6，Z8，Z9，Z19，Z23，Z30，Z35，Z36，Z41，Z55，CK1差异不显著，与其余种质均有显著差异(P<0.05)(表5)。

2.4.4Lys含量 由表5可以看出，在参试小黑麦种质中，Z50的Lys含量最高，达到了0.55%，与Z8和Z41差异不显著，与其余种质均存在显著差异(P<0.05)；CK2的Lys含量最低，为0.36%，与Z3，Z5，Z12，Z23及Z49差异不显著，与其他种质间差异性均达到显著水平(P<0.05)。

表5 不同小黑麦种质籽粒营养价值的差异Table 5 Differences of nutritional value in triticale seed among germplasm

2.5 综合评价

由于参试小黑麦种质的种子产量和各个营养价值指标表现不一致，无法进行精准评价。隶属函数法可以消除个别指标带来的片面性，使各小黑麦种质间的差异具有真实可比性，所以本研究利用隶属函数法对参试小黑麦种质的种子产量和营养品质进行了综合评价(D值)，并根据其大小进行排序结果见表6。参试小黑麦种质的综合评价值(D值)范围为0.3091～0.6943，其中Z8和Z50的D值较大，综合性能较好，而Z23和Z35综合性能较差。

表6 小黑麦种质种子产量与营养价值隶属函数值及综合评价值Table 6 The value of subordinate function and comprehensive evaluation of seed yield andnutritional value of triticale germplasm

3 讨论

饲料型小黑麦要求籽粒产量高、营养价值丰富。李冬梅等[8]研究发现，5个小黑麦品系的种子产量最高为10 070 kg·hm-2，最低为5 700 kg·hm-2。江虎琳等[17]研究发现，小黑麦在陕西商洛高寒山区长势良好，种子产量3 000 kg·hm-2，最高达6 000 kg·hm-2，是当地小麦和黑麦的2倍。小黑麦抗逆性强，即使在河北沧州旱涝特别严重的地区，也可收获籽粒4 665 kg·hm-2 [18]。本研究结果表明，18个参试小黑麦的种子产量为6 874.58～9 114.08 kg·hm-2，可见本研究参试材料的种子产量较高，其中Z8的种子产量最高，达到9 114.08 kg·hm-2，并显著高于2个对照品种。

本研究结果表明，在所有参试小黑麦种质中，Z23的株高最高，达到了132.10 cm，Z3的株高最低，为94.27 cm。株高对种子产量有一定影响，在种子生产过程中一般要求株高不宜过高，株高过高容易倒伏，使种子产量降低，降低株高可提高作物抗倒伏能力和收获指数，但不是越矮越好[19]。株高过于低矮，则生物量降低，会影响作物的正常生长发育，难以获得较高种子产量[20]。本试验材料是以种子生产为目标来培育的，整体株高相比饲草型小黑麦要低，因此，株高较高更加有利于小黑麦的生长发育，从而间接提高种子产量。赵丹等[21]研究发现小黑麦种子产量与穗粒重、小穗数及穗粒数均呈正相关。本试验通过对20个小黑麦种质的种子产量及产量构成因素进行分析，结果发现，种子产量与小穗数、穗粒重呈正相关，这与赵丹[21]的研究结果一致，但与穗长和穗粒数呈负相关，与本研究结果相反，这可能与穗部的紧实度以及籽粒的饱满度[22]有关。不同基因型的小黑麦穗部性状各异，其穗部紧实度、小花退化数等也不同，这与植株的营养供给、种子受精过程及发育过程密切相关，从而对种子产量产生不同影响[23]。本试验研究发现参试小黑麦种质的穗长与穗粒数呈正相关，穗粒数与穗粒重也呈正相关，这与陈丽霞等[24]的研究结果一致。

小黑麦籽粒中丰富的蛋白质、脂肪、氨基酸和碳水化合物等可为动物提供较丰富营养[25-26]。粗蛋白是饲料作物中含氮物质的总和，是决定籽粒营养品质的重要指标[27]，Bushuk等[28]分析得出，12个小黑麦品种籽粒的粗蛋白含量变化范围为12.8%～18.5%。黑龙江省畜牧研究所对508份小黑麦品系籽粒的营养价值结果表明，其籽粒蛋白质含量为10.1%～20.2%，平均比小麦高30%左右[29]。本试验发现，18个小黑麦品系籽粒粗蛋白含量的变化范围为8.62%～13.92%，其中Z8的粗蛋白含量最高，与CK1无显著差异，但显著高于CK2。脂类具有为机体提供能量，维持体温以及促进脂溶性维生素吸收的作用，因此饲料作物中脂肪含量对家畜能量的提供很有必要[30]。孙建勇[27]研究发现，黔中5号和劲松81小黑麦在不同密度下籽粒的粗脂肪含量为1.35%～2.83%，这与本试验对参试小黑麦品系籽粒脂肪含量(1.67%～2.37%)的研究结果相近。目前，对饲用小黑麦营养价值的研究主要集中在饲草的粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和粗灰分含量等方面[31-32]。籽粒中碳水化合物可为机体提供能量以及代谢葡萄糖，并且可为反刍动物维持健康高效的瘤胃发酵[33]，淀粉作为一种在籽粒中占比例最大的碳水化合物，同样也是衡量小黑麦营养价值的主要指标。彭佃亮[34]研究发现，灌浆期倒伏会降低小麦籽粒中淀粉含量。李陶[35]研究表明，东农5305和东农96026小黑麦品种在不同氮素营养水平和种植密度下，籽粒的淀粉含量为54.90%～65.67%。本试验结果表明，18个小黑麦品系籽粒淀粉含量的变化范围在60.88%～68.69%之间，略高于李陶的结果。赖氨酸是人和动物必需的一种氨基酸，人体和动物不能自身合成，必须从食物中摄取，赖氨酸作为蛋白质的第一限制氨基酸，其含量是判定籽粒是否优质的一个重要指标[36]。李诚[37]研究表明，小黑麦籽粒的赖氨酸含量为0.24%～0.81%，高于饲料大麦30%～50%。本试验中18个小黑麦品系籽粒中赖氨酸的含量为0.37%～0.55%，其含量在品系间的差异较小，其中Z8和Z50的赖氨酸含量较高，显著高于2个对照品种。籽粒的蛋白质含量与赖氨酸含量成正相关，这与李浩川[38]的研究结果相同。

利用单一指标评价材料的优劣往往是片面的[39]，因此，本试验利用模糊函数隶属函数法对所有参试种质种子产量及其营养品质进行综合评价，力争更全面的评价饲料型小黑麦种质生产性能，并筛选出较优品系。结果表明，小黑麦种质Z8和Z50的种子产量高，营养价值高，因此综合表现好，可用作优质精饲料为家畜补充营养。

4 结论

本试验研究结果表明，参试饲料型小黑麦的株高在94.27～132.10 cm之间。参试材料的种子产量与小穗数和穗粒重正相关，与穗长和穗粒数负相关；穗粒数与穗长显著正相关，与穗粒重极显著正相关。本试验中，小黑麦种质的种子产量及籽粒的营养品质差异较大，根据参试小黑麦种质的种子产量和籽粒的营养价值，通过隶属函数法可对参试材料进行综合比较，Z8和Z50属于高产优质的小黑麦品系，可作为优良饲料作物进行进一步的研究以及示范推广。