引用本文
吴芳, 师尚礼, 马翠敏, 常丹丹. 俄罗斯百脉根种质材料营养价值综合评价. 草业科学, 2017,34(9):1922-1932
Wu Fang, Shi Shang-li, Ma Cui-min, Chang Dan-dan. Comprehensive evaluation on nutritive value of Lotus corniculatus Introduced from Russia . Pratacultural Science,2017,34(9): 1922-1932  
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俄罗斯百脉根种质材料营养价值综合评价
吴芳, 师尚礼, 马翠敏, 常丹丹
甘肃农业大学草业学院 草业生态系统教育部重点实验室,中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州 730070
通信作者：师尚礼(1962-),男,甘肃会宁人,教授,博士,研究方向为草种质资源及育种。E-mail:[email protected]

第一作者:吴芳(1991-),女,甘肃临洮人,在读硕士生,研究方向为饲草学。E-mail:[email protected]

收稿日期: 2017-03-31
基金: 基金项目:农业部牧草种质资源保护(NB2130135)
摘要

本研究以里奥( Lotus corniculatus cv. Leo)、迈瑞伯( Lotus corniculatus cv. Mirabal)、佐治亚( Lotus corniculatus cv. Georgia)作为对照,对从俄罗斯引进的61份百脉根种质材料在西北绿洲进行种植试验,依据营养指标变异分析和灰色关联度法进行营养指标分析和综合评价。结果表明,粗蛋白变异最明显,变异系数最大,为13.569%;磷含量、钙含量和相对饲喂价值的变异明显,变异系数较大,分别为13.187%、12.044%、11.537%;酸性洗涤纤维、粗脂肪和中性洗涤纤维的变异系数分别为9.763%、8.559%、8.533%,变异较明显;干物质的变异最不明显,仅为0.609%。根据灰色关联度加权分析,其中Zxy08p-4687(γi=0.748)、Zxy09p-5647(γi=0.733)、Zxy09p-6485(γi=0.713),综合营养价值高;营养价值较高的百脉根材料有10份(0.604≤γi≤0.682),分别为Zxy08p-5070、Zxy09p-5583、Zxy08p-4892、Zxy09p-5642、Zxy06p-1775、Zxy09p-5591、Zxy08p-4916、Zxy09p-5809 、Zxy08p-4645、Zxy09p-5694;营养价值中等的材料有27份及对照材料佐治亚(0.505≤γi≤0.587),占44.262%,包含Zxy09p-5591、Zxy08p-4768 、Zxy08p-4589、Zxy06p-2666、 Zxy06p-2663等;营养价值较差的材料有21份及对照材料迈瑞伯、里奥(0.423≤γi≤0.499),占34.426%,比如Zxy06p-2376、Zxy09p-6358、 Zxy08p-5393、 Zxy08p-4528、Zxy09p-6300等。

关键词: 百脉根; 粗蛋白; 酸性洗涤纤维; 粗脂肪; 中性洗涤纤维; 灰色关联度分析
中图分类号:S816.15 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2017)09-1922-11 doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0002
Comprehensive evaluation on nutritive value of Lotus corniculatus Introduced from Russia
Wu Fang, Shi Shang-li, Ma Cui-min, Chang Dan-dan
College of Pratacultural Science, Gansu Agricultural University Key laboratory of Grassland Ecosystem, Ministry of Education Sino-U.S.Centers for Grazingland Ecosystem Sustainability, Lanzhou 730070, China
Corresponding author: Shi Shang-li E-mail:[email protected]
Abstract

The nutritive value of 61 lotus ( Lotus corniculatus) germplasm material introduced from Russia were comprehensively evaluated in this study in the oasis in Northwest China based on the variability analysis and grey relational grade analysis. Leo ( Lotus corniculatus CV. Leo), Mirabal ( L. corniculatus cv. Mirabal) and Georgia ( L. corniculatus cv. Georgia) were used as control materials. Our results revealed the following: Crude protein content varied significantly (13.569%), variation coefficients of phosphorus, calcium, and relative feed value were 13.187%, 12.044%, and 11.537%, respectively. The coefficient of variation of acid detergent fiber, ether extract and neutral detergent fiber were 9.763%, 8.559%, and 8.533%, respectively. Dry matter variation was small and insignificant (0.609%). According to the grey relational degree weighted analysis, the weighted grey correlative degree of Zxy08p-4687, Zxy09p-5647, Zxy09p-6485 was 0.748, 0.733, 0.713, respectively, which had the highest nutritive value. The higher nutritive value of germplasm materials (0.604≤γ≤0.682) included were Zxy08p-5070, Zxy09p-5583, Zxy08p-4892, Zxy09p-5642, Zxy06p-1775, Zxy09p-5591, Zxy08p-4916, Zxy09p-5809, Zxy08p-4645, and Zxy09p-5694. Georgia (0.505≤γi≤0.587), and 27 germplasm accessions had intermediate nutritive value, which indicated that of the total germplasm accessions only 44.262%, including Zxy09p-5591, Zxy08p-4768, Zxy08p-4589, Zxy06p-2666, Zxy06p-2663. The low nutritive value group contained 21 germplasm accessions, Mirabal, and Leo(0.423≤γi≤0.499), which were about 34.426% of the total, including, Zxy06p-2376, Zxy09p-6358, Zxy08p-5393, Zxy08p-4528, and Zxy09p-6300.

Keyword: Lotus corniculatus; crude protein; acid detergent fiber; ether extract; neutral detergent fiber; grey relational grade analysis

百脉根(Lotus corniculatus)是丛生型豆科百脉根属多年生草本植物, 被称为“ 瘠地苜蓿” , 在世界各地广泛栽培[1]。在我国山西、四川、辽宁、山东、陕西、宁夏、北京、新疆等地的百脉根引种试验表明百脉根具有其它豆科牧草不可替代的独特优点:草质优良、产草量高、营养成分丰富、青绿期长、适口性好等[2, 3, 4]。目前, 我国对百脉根的研究仍处于小区试验阶段, 受种子、品种、地理条件等因素制约, 尚未在生产中大力推广应用[5]。因此, 引进优质百脉根新种质材料有十分重要的意义。有效筛选和综合评价百脉根种质材料是百脉根品种选育的先决条件, 判别百脉根品质优劣的因素众多, 如果仅凭单个性状来评价而忽略其它因素的影响, 在一定程度上割裂了各性状因子对品质的综合影响, 则有失全面性[6]。而牧草营养价值评价的方法中灰色关联度法是一种定量化分析方法, 分析主要因素之间的相关程度[7, 8, 9]。利用灰色关联度分析法评价能客观反映牧草品质的综合表现, 更能克服单一性状评价的弊端[10, 11, 12]。

百脉根品种迈瑞伯(Mirabal)和里奥(Leo)是从加拿大引进的[13]。相关研究表明, 迈瑞伯在种植第2年开花期蛋白质含量高于紫花苜蓿(Medicago sativa)、红豆草(Onobrychis sativa), 而粗纤维含量又低于它们, 在我国的河西走廊灌溉地区具有较高的引种栽培价值[1]。另有研究表明, 里奥在准噶尔盆地北部平原灌溉区有较强的适应性和较高的生产性能, 种植第2年花期叶片的粗蛋白含量和粗脂肪含量分别为18.64%、5.13%[2]。本研究以引进的61份俄罗斯百脉根种质材料为试验材料, 里奥、迈瑞伯、佐治亚(Georgia)作为对照, 在种植第4年第1茬分枝期测定干物质(DM)、粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、钙含量(Ca)、磷含量(P)、相对饲喂价值(RFV) 8个营养指标, 采用灰色关联度法, 对供试材料的营养价值进行全面和客观的评价, 以期筛选出营养价值综合表现好的百脉根种质材料, 为我国西北绿洲地区百脉根引种栽培与推广、品种鉴定和评价提供科学依据, 也为畜牧业生产中饲草料结构的调整、优质牧草的开发利用提供理论参考。

1 材料与方法
1.1 试验地自然概况

试验地设在甘肃省武威市黄羊镇甘肃农业大学牧草试验基地, 位于河西走廊东端, 具有大陆性气候和青藏高原气候的综合气候特点。地理位置102.50' E, 37.40' N, 海拔1 740 m, ≥ 10 ℃年有效积温2 985.4 ℃· d, 年平均气温7.7 ℃, 年日照时数大于2 600 h, 年降水量158 mm, 主要集中在7月-9月, 年平均蒸发量 2 281 mm, 冬季寒冷干燥, 全年无霜期120 d 左右。土壤质地为沙壤土, 0-20 cm土层pH 8.70、全氮7.07 g· kg-1、全磷3.32 g· kg-1、水解氮88.20 mg· kg-1、速效磷和速效钾13.24和119.95 mg· kg-1、有机质10.60 g· kg-1。

1.2 试验材料与设计

61份百脉根种质材料是从俄罗斯作物种质资源保护中心引进的, 其余3份材料分别为里奥、迈瑞伯、佐治亚(表1)作为对照, 由甘肃农业大学草业学院提供。材料于2013年4月14日播种, 采用随机区组设计, 每个材料3次重复。小区面积3 m× 1.5 m, 条播, 播深2 cm, 行距50 cm, 播量50 kg· hm-2。小区间隔为50 cm, 区组间走道1 m, 试验地四周保护行1.5 m。播前施过磷酸钙1 500 kg· hm-2、尿素75 kg· hm-2作为底肥。建植后不再施肥, 适时进行灌溉、除草等田间管理。

表1 百脉根材料的名称和来源 Table 1 List of Lotus corniculatus accessions name and origin
1.3 测定项目与方法

营养指标测定:分枝期刈割时每个小区随机取样500 g鲜草混匀, 放在实验室风干粉碎, 过0.42 mm筛, 保存于样品袋中备用。干物质含量采用105 ℃干燥法测定; 粗蛋白(CP)采用半微量凯氏定氮法测定; 粗脂肪(EE)采用索氏抽提法测定; 酸性洗涤纤维(ADF)采用van Soets法测定; 中性洗涤纤维(NDF)采用Roberston中性洗涤剂法测定; 钙(Ca)采用EDTA-Na2络合法测定, 磷(P)采用钼酸铵比色法[14, 15]。利用下式换算出相对饲喂价值(RFV)[16]:

RFV= DMI×DDM1.29.

式中:DMI为单位体重家畜的粗饲料干物质的随意采食量(%), DDM为可消化的干物质占干物质总量的比例(%)。DMI与DDM的预测模型分别为:

DMI= 120NDF;

DDM=88.9-(0.779× ADF).

1.4 数据统计分析

采用Excel 2007对数据进行基本统计处理, 灰色关联度分析法参照韩世洁等[17]的分析方法。

关联系数计算公式:

ξ i(k)= minimink│X0(k)-Xi(k)│+│X0(k)-Xi(k)│+

ρmaximaxk│X0(k)-Xi(k)│ρmaximaxk│X0(k)-Xi(k)│

式中:maxi maxk│X0(k)- Xi(k)│为二级最小差, maxi maxk│X0(k)- Xi(k)│为二级最大差, ρ 为分辨系数, 其取值范围在 0~1, 为提高其关联系数间的差异显著性, 此处取值0.5, 认为同等重要。为了方便比较过于分散的信息, 对供试材料的关联系数进行等权平均, 由以下公式计算得到等权关联度和加权关联系。

权重系数为: Wi= Ri∑ri.

等权关联度为:ri= 1n∑k=1nξ i(k)

加权关联度为: r'i= ∑k=1nWi(k)ξ i(k).

本研究中n=8, 为营养指标的个数。加权关联度值越大, 表明供试材料营养价值也就越高。因此, 为了客观地评价百脉根材料的营养价值, 以加权关联度值对百脉根种质材料的营养价值进行评价。

2 结果与分析
2.1 供试俄罗斯百脉根种质材料营养成分

供试百脉根材料的干物质含量均在92%以上(表2), 其中Zxy09p-5647(X41)的含量最高, 达95.609%, Zxy06p-1648(X2)的干物质含量最低, 为92.713%, 有70.491%的供试材料干物质含量高于里奥(94.459%, X62)和佐治亚(94.517%, X64), 93.442%的供试材料干物质含量高于迈瑞伯(93.846%, X63)。佐治亚(X64)的粗蛋白含量最高, 达20.841%, 供试材料粗蛋白含量高于迈瑞伯(16.982%, X63)和里奥(15.574%, X62)的分别占26.229%、59.016%, Zxy09p-5991(X45)的粗蛋白含量最低, 为11.320%。有60.656%的供试材料粗脂肪含量高于佐治亚(3.237%, X64), 44.262%的材料粗脂肪含量高于迈瑞伯(3.373%, X63)和里奥(3.368%, X62), 其中Zxy08p-4916(X28)的粗脂肪含量最高, 为3.843%, Zxy09p-6415(X56)的粗脂肪含量最低, 为2.489%。

里奥(X62)的中性洗涤纤维含量最高, 为36.325%, 供试材料中性洗涤纤维含量低于迈瑞伯(33.865%, X63)的占85.246%, 低于佐治亚(31.690%, X64)的占52.459%, 其中Zxy08p-4687(X22)的中性洗涤纤维含量最低, 为24.755%。供试材料Zxy06p-1608(X1)的酸性洗涤纤维含量最高, 为31.516%, 而Zxy09p-6485(X60)的酸性洗涤纤维含量最低, 为19.604%, 55.738%的供试材料酸性洗涤纤维含量低于佐治亚(26.664%, X64), 低于里奥(30.532%, X62)和迈瑞伯(27.318%, X63)的材料分别占96.721%和72.131%。

表2 材料营养成分测定及相对饲喂价值 Table 2 Nutritional composition of Lotus cornciculatus plant materials and relative feed value (RFV)
续表2 Xu biao 2
表3 供试俄罗斯百脉根种质材料营养指标变异性分析 Table 3 Analysis of nutritional content of previously tested Lolus corniculatus germplasm introduced from Russia

钙含量最高的是Zxy08p-5070(X32), 为2.039%, 而Zxy08p-5019(X30)的钙含量最低, 为1.249%, 供试材料钙含量高于里奥(1.689%, X62)、迈瑞伯(1.733%, X63)和佐治亚(1.815%, X64)的分别占32.787%、27.869%、19.672%。供试材料磷含量最高的是Zxy09p-5642(X40), 为0.712%, 最低的是Zxy08p-4532(X17), 为0.353%, 供试材料的磷含量高于佐治亚(0.516%, X64)、里奥(0.455%, X62)和迈瑞伯(0.512%, X63)的分别占67.213%、91.803%和68.852%。Zxy08p-4687(X22)的相对饲喂价值最高, 达271.483, 里奥(X62)的相对饲喂价值最低, 为166.733, 供试材料的相对饲喂价值高于迈瑞伯(185.711, X63)和佐治亚(199.972, X64)的分别占78.689%、54.098%。

2.2 供试俄罗斯百脉根种质材料营养指标的变异分析

供试百脉根材料的主要营养指标及相对饲喂价值数值变异明显(表3), 其中粗蛋白变异最明显, 变异系数最大, 为13.569%; 磷含量、钙含量和相对饲喂价值的变异系数较大, 分别为13.187%、12.044%和11.537%, 变异明显; 其次, 酸性洗涤纤维、粗脂肪和中性洗涤纤维的变异较明显, 变异系数分别为9.763%、8.559%和8.533%; 干物质的变异最不明显, 变异系数仅为0.609%。

2.3 俄罗斯百脉根种质材料营养价值综合评价

各营养指标的测定值相差较大, 且计量单位不同, 不能直接进行比较, 因此需要对各营养指标进行标准化处理。本研究对供试百脉根材料的8项营养指标先进行无量纲化处理, 得到相应的关联系数(表4), 根据关联度公式, 得到供试百脉根材料营养指标的等权关联度(表4)。

各营养指标在营养价值中的重要性不同, 根据权重系数公式得出各营养指标的权重:干物质(0.149)> 粗脂肪(0.139)> 磷含量(0.127)> 钙含量(0.122)> 粗蛋白(0.120)> 酸性洗涤纤维(0.119)> 中性洗涤纤维(0.115)> 相对饲喂价值(0.109)。再根据加权关联度公式计算得到百脉根营养指标加权关联度(表4)。

表4 百脉根材料营养价值的关联系数及关联度 Table 4 Grey correlative coefficients and grey correlative degrees of Lotus cornculatus nutritive value
续表4 Xu biao 4

根据灰色关联度的分析原则, 理论上参考品种是最好的, 供试品种与参考品种的关联度越大, 其营养价值越高。等权关联度反映各营养成分在同等条件下价值的高低, 而百脉根中各营养成分对综合评价的贡献不一致, 因此需要应用加权关联度尽量全面考虑各种主客观因素, 使分析的结果更具说服力。据此判断, 供试材料中营养价值最高的是Zxy08p-4687(X22), 该材料的干物质率为94.597%, 粗蛋白含量为16.765%, 粗脂肪含量为3.717%, 中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量分别为24.755%、21.355%, 钙含量为1.917%、磷含量为0.556%, 相对饲喂价值最高, 为271.483。Zxy09p-5647(X41)、Zxy09p-6485(X60)的营养价值次之; 3份对照材料里奥(X62)、迈瑞伯(X63)、佐治亚(X64)的综合营养价值排名分别为第57、50、19, 营养价值最差的材料是Zxy09p-6339(X50), 干物质率为94.114%, 粗蛋白含量为11.889%, 粗脂肪含量为3.074%, 中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量分别为33.776%、28.595%, 钙含量为1.591%、磷含量为0.460%, 相对饲喂价值为183.460。等权关联度同加权关联度的分析结果基本一致。

根据加权关联度大小规定:当γ i ≥ 0.700时判定营养价值高; 0.600≤ γ i< 0.700时, 判定营养价值良好; 0.500≤ γ i< 0.600时, 判定营养价值中等; 当γ i< 0.500时, 判定营养价值较差[18, 19]。营养价值高的材料有Zxy08p-4687(X22)、Zxy09p-5647(X41)、Zxy09p-6485(X60); 营养价值较高的百脉根材料有10份, 分别为Zxy08p-5070(X32)、Zxy09p-5583(X37)、Zxy08p-4892(X27)、Zxy09p-5642(X40)、Zxy06p-1775(X4)、Zxy09p-5591(X38)、Zxy08p-4916(X28)、Zxy09p-5809(X44)、Zxy08p-4645(X20)、Zxy09p-5694(X43); 营养价值中等的材料有27份及对照材料佐治亚(X64), 占44.262%, 包含Zxy08p-4768(X25)、Zxy08p-4589(X19)、Zxy06p-2666(X15)、Zxy06p-2663(X14)、Zxy09p-6401(X54)等; 营养价值较差的材料有21份及对照里奥(X62)、迈瑞伯(X63), 占34.426%, 比如Zxy06p-2376(X12)、Zxy09p-6358(X51)、 Zxy08p-5393(X35)、 Zxy08p-4528(X16)、Zxy09p-6300(X49)等。

3 讨论与结论

近年来, 灰色关联度评价已被公认为合理有效的评价方法, 在农业方面及草业领域得到广泛应用, 可以真实和全面地反映事物的客观特征, 定性解释其本质, 并给出量的确切描述[20, 21, 22]。因此, 本研究充分利用了此方法, 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、钙、磷、相对饲喂价值共8个营养因子, 系统全面地评价百脉根种质材料的营养价值, 避免了各种营养指标含量参差不齐导致的分析结果不一致[23, 24]。本研究中干物质的贡献率最大, 粗脂肪次之, 相对饲喂价值的贡献率最小, 粗蛋白处于居中水平, 但粗蛋白的变异最明显。

营养价值是百脉根品质鉴定的基础, 在百脉根品种选育中不容忽视。从营养价值来看, 粗蛋白由纯蛋白和非蛋白质含氮物组成, 是牧草中的主要营养物质, 也是家畜必不可少的营养物质[25]。本研究结果表明, 对照材料佐治亚在分枝期的粗蛋白含量最高, Zxy06p系列的材料粗蛋白平均含量为15.843%, 分布范围为13.240%~18.050%, Zxy08p系列的材料粗蛋白平均含量为16.217%, 变化范围为11.678%~19.645%, Zxy09p系列的材料粗蛋白平均含量15.134%, 集中在11.320%~20.302%。粗脂肪是主要的热能物质, 具有芳香气味, 对适口性很重要[26]。Zxy08p系列的粗脂肪平均含量最高, Zxy09p系列最低, Zxy06p系列居中。中性洗涤纤维影响家畜对牧草的采食量和降解情况, 其含量与适口性呈负相关关系; 酸性洗涤纤维是家畜对牧草消化率的影响因素之一, 其含量高则养分消化率低[27, 28]。供试材料中Zxy08p系列的中性洗涤纤维平均含量最低, 而Zxy09p系列的酸性洗涤纤维平均含量最低。钙和磷是植物体内两种重要的矿物元素, 其含量直接影响植物的生长发育水平和家畜的骨骼发育和维护, 其含量越高, 牧草品质越好[29]。Zxy06p系列材料的钙平均含量最高, 而Zxy08p系列材料的磷平均含量最高。

本研究运用灰色关联度对百脉根的营养价值进行分析, 得出Zxy06p系列有1份营养价值较高, 8份营养价值中等; Zxy08p系列有1份营养价值高, 4份营养价值较高, 12份营养价值中等; Zxy09p系列有2份营养价值高, 5份营养价值较高, 7份营养价值中等; 这些种质材料中营养价值高的材料具有培育优质百脉根新品种的潜力, 有较高营养价值和中等营养价值的材料可以作为后备培育品种。然而, 百脉根的营养价值评判是一个很复杂的问题, 除了与品种、刈割期、生育期密切相关外, 还会受到病虫害、施肥、气候等因素的影响[30, 31, 32], 因此本研究的结论对百脉根的进一步研究起到了一定的指导作用, 为百脉根种质资源的大范围推广种植和生产实践提供了参考依据[33]。

The authors have declared that no competing interests exist.

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