青藏高原地区不同垂穗披碱草居群营养品质研究

赵玉宇，黄德君，毛祝新，聂斌，傅华

（兰州大学草地农业科技学院 草 地农业生态系统国家重点实验室，甘肃 兰 州730020）

牧草和饲料作物作为畜牧业的重要生产资料，对畜牧业的发展有十分重要的作用［1］，其品质优劣不仅影响家畜的生长发育，也影响畜产品的质量。牧草中粗蛋白质和粗纤维含量是其营养价值2项重要指标，提高粗蛋白质含量，降低粗纤维含量是提高牧草营养价值，改善牧草品质的重要内容［2］。近年来的研究表明，提高饲草中水溶性碳水化合物含量可以促进反刍动物对蛋白质的利用［3］和干物质的吸收［4－6］，提高奶蛋白产量［6］，减少温室气体的排放［7－11］。显然提高牧草中水溶性碳水化合物的含量，对于反刍家畜生产和减少环境污染具有重要意义。因此把水溶性碳水化合物含量也作为评价牧草营养价值的重要指标［12，13］。

垂穗披碱草（Elymusnutans）具有抗寒、抗旱、耐盐碱、营养丰富［14－16］、适口性好［15］和产量高的特点［14，17－19］，是青藏高原上较常见的一种多年生禾本科牧草，也是该区域退化草地改良常用的牧草［19－21］。因此筛选出高营养品质的垂穗披碱草种质对高寒牧区的生态建设和畜牧业发展具有重要意义［22］。我国学者从20世纪80年代中期开始对该物种的生物学特性和生长发育规律［23－28］、刈牧反应、种内竞争、施肥效应、生化它感作用以及草地的演替和质量变化［29－34］、遗传变异［35，36］等方面进行过研究。但在高寒地区进行野生种质品质评价及筛选研究的报道较少。本研究以采自于青海、甘肃和四川省高海拔区域的45份垂穗披碱草野生种质为材料，对其粗蛋白质（CP）、可溶性糖（WSC）、中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）饲用品质性状进行分析和评价，从中选择优良品质的种质材料，为培育优质、高产垂穗披碱草新品种提供基础数据和材料。

1 材料与方法

1.1 试验地自然概况

试验地位于甘肃省甘南藏族自治州夏河县桑科乡。地理坐标为34°24′N，102°23′E；海拔3 050 m；年均温2.4℃；年降水量约为563 mm，属高寒湿润区；年日照时数约2 296 h；年平均有霜日大于270 d［37］。试验地前期为夏河县桑科乡种羊场种植30年的燕麦（Arrhenatherumelatius）地，土壤为山地黑钙土，土壤化学性质见表1。

1.2 试验材料

试验用45份野生垂穗披碱草居群的种子为2007年种子成熟期采自青藏高原区域的甘肃省甘南州、四川省若尔盖县和青海省共和等县，种源地的基本情况见表2。2008年5月种植于试验地，小区面积2 m×2 m，小区间隔1 m，每个居群为1个处理且每处理3次重复，随机区组设计。试验地经人工整地、撒播，播种量为18 g／m2，播深2 cm，整个生育期完全自然状态下生长，仅进行田间人工除杂。在2009年7月每个居群处于初花期时进行刈割［38］，留茬5 cm，同时称重测定鲜草产量。采回的样品在105℃下杀青30 min，65℃下烘干至恒重，测定干草产量。所有样品采用植物粉碎机粉碎，过孔径0.20 mm样品筛后装入塑料袋中密封保存于4℃冰箱，用于测定粗蛋白质、可溶性糖、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维。

表1 试验地0～20 cm土壤基本化学性质Table 1 Basic chemistry property of experimental soil

1.3 牧草营养成分测定方法

粗蛋白质（crude protein，CP）：凯氏消化后用流动注射分析仪（FIAstar 5000）测定；可溶性糖（water soluble carbohydrate，WSC）采用H2SO4－蒽酮比色法测定；中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）采用范氏（Van Soest）的洗涤纤维分析法［39］测定。

1.4 统计方法

采用SPSS 15.0软件的One－way ANOVA进行方差分析，用Bivariate Correlate进行相关分析，用Excel 2003进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同垂穗披碱草居群产量和营养品质性状的差异分析

利用SPSS 15.0软件的Box功能，对45个垂穗披碱草居群的产量、CP、WSC、NDF和ADF含量的分布特征进行分析，形成Box图（图1）。经正态分布检测和频次分布分析，居群的产量、CP、WSC、NDF和ADF含量均为近正态分布（图2），表现为典型的数量性状变异。

45个垂穗披碱草居群鲜草产量平均值为7 276.98 kg／hm2，最小值为2 062.59 kg／hm2，最大值为18 597.73 kg／hm2，极差16 535.14 kg／hm2，最大值较最小值高8倍，变异系数为67.34%。仅有17个居群高于7 819.73 kg／hm2（当地居群），占样品总数的37.78%（图1A，2A）；45个垂穗披碱草居群干草产量平均值为1 794.75 kg／hm2，最小值为529.42 kg／hm2，最大值为4 682.60 kg／hm2，极差4 153.18 kg／hm2，最大值较最小值高7.8倍，变异系数为62.83%。仅有18个居群高于2 037.59 kg／hm2（当地居群），占样品总数的40.00%（图1B，2B）。

45个垂穗披碱草居群CP平均值为16.89%，最小值为13.88%，最大值为23.92%，极差10.04%，最大值较最小值高72.33%，变异系数为15.55%。95%置信区间CP为16.42%～17.56%。仅有15个居群高于16.88%（当地居群），占样品总数的33.33%（图1C，2C）。

45个垂穗披碱草居群WSC平均值为3.51%，最小值为1.59%，最大值为6.03%，极差4.44%，最大值较最小值高279.24%，变异系数为31.19%。95%置信区间 WSC为3.22%～3.77%。仅有17个居群高于3.60%（当地居群），占样品总数的37.78%（图1D，2D）。

45个垂穗披碱草居群NDF平均值为62.27%，最小值为57.34%，最大值为64.97%，极差10.63%，最大值较最小值高18.54%，变异系数为3.62%。95%置信区间NDF为61.78%～62.69%。仅有17个居群低于61.78%（当地居群），占样品总数的37.78%（图1E，2E）。

表2 45份垂穗披碱草材料种源地基本情况Table 2 Basic situation provenance of 45 E.nutans materials

图1 垂穗披碱草产量和营养品质性状分布的BOX图Fig.1 Boxplots of forage production and quality about E.nutans

图2 垂穗披碱草产量和营养品质性状频次分布Fig.2 Frequency distribution of forage production and quality about E.nutans

45个垂穗披碱草居群ADF平均值为39.66%，最小值为35.06%，最大值为47.23%，极差12.17%，最大值较最小值高34.78%，变异系数为7.24%。95%置信区间ADF为39.00%～40.28%。有40个居群低于41.61%（当地居群），占样品总数的88.89%（图1F，2F）。

2.2 不同垂穗披碱草居群间产量的差异

不同垂穗披碱草居群间鲜草产量和干草产量的差异均达到极显著水平（P＜0.01）（表3），从而说明遗传因素对以上2个性状的影响是真实存在的，可以进行下一步居群间这2个性状的差异分析。

2.3 不同垂穗披碱草居群间营养品质的差异

不同垂穗披碱草居群间CP、WSC、NDF和ADF含量的差异均达到极显著水平（P＜0.01）（表4），从而说明遗传因素对以上4个性状的影响是真实存在的，可以进行下一步居群间这4个性状的差异分析。

2.4 垂穗披碱草营养品质性状间的相关分析

鲜草产量和干草产量呈极显著正相关（P＜0.01），鲜草产量与CP含量呈显著正相关，与WSC含量呈显著负相关，而干草产量只与 WSC含量呈极显著负相关。

CP与NDF和ADF含量呈极显著负相关（P＜0.01），与WSC含量相关不显著。WSC含量与NDF含量呈极显著正相关，与ADF含量呈显著负相关（P＜0.05），而NDF和ADF含量间亦达到极显著正相关（表5）。

2.5 优异种质（居群）的筛选

由于CP含量与NDF和ADF含量呈极显著负相关及WSC含量与酸性洗涤纤维呈显著负相关与中性洗涤纤维呈显著正相关，NDF和ADF呈显著正相关，依此相关关系，CP和WSC含量按由大到小的顺序，NDF和ADF含量则按由小到大的顺序分别排序，再根据影响居群饲用品质主要性状依次是CP、WSC、NDF和ADF含量，然后选取综合性状表现为前5位和后5位材料（表6）。QE36、GE45、GE17、QE37和GE22五个居群品质综合性状表现优异，其共同特点是CP和 WSC含量高，而NDF和ADF含量低；GE21、GE32、GE02、QE41和GE23五个居群品质综合性状表现不良，其CP和WSC含量低，而NDF和ADF含量高。

表3 不同垂穗披碱草居群间产量的方差分析Table 3 Variance analysis of forage production about E.nutans among different populations

表4 不同垂穗披碱草居群间饲用品质的方差分析Table 4 Variance analysis of forage quality about E.nutans among different populations

3 讨论

本研究通过田间比较试验证明垂穗披碱草居群间CP、WSC、NDF和ADF品质性状存在遗传差异，与已有的不同居群遗传研究相一致［35，36，40］，这为居群选择高品质材料提供了可能。

表5 垂穗披碱草产量和营养品质性状间的相关关系Table 5 Correlation coefficients of forage production and quality traits about E.nutans among varieties

表6 垂穗披碱草不同居群饲用品质性状综合评价表Table 6 Comprehensive evaluation of forage traits about E.nutans populations

Hamrick和Godt［41］曾对涉及165个属，449个种的不同类型植物的遗传变异水平和居群分化程度进行统计，结果发现自花授粉植物51%的遗传变异存在于居群间。Love和Dewey指出广义披碱草属植物具有自花授粉的生殖特性［37，38］，而马啸等［36］通过对我国野生垂穗披碱草种质醇溶蛋白遗传多样性研究也发现地理群体间变异大于群体内变异，表明垂穗披碱草的繁育系统以自花授粉为主。而白史且［20］对川西北野生垂穗披碱草居群穗部多样性进行研究发现居群内变异大于居群间的变异，这又与Hamrick和Godt［41］的结论相悖，其原因可能是材料的采集地相对狭窄，造成差异较小；另外当地的野生居群遭到破坏，进而造成取样范围扩大也是其可能原因［20］。说明了在大区域内垂穗披碱草居群间的遗传变异大于居群内的遗传变异［42，43］。试验所用的45份材料来自甘肃，青海和四川，其采集地范围是 N 99.53°～103.53°，E 33.89°～37.31°（表1），采集区域相对较大，因此不同居群垂穗披碱草的饲用品质差异的存在也可以得到相应的解释。

严学兵等［35］对青藏高原垂穗披碱草遗传变异的地理因素进行分析，表明海拔是影响垂穗披碱草遗传结构的最重要因素。本试验的垂穗披碱草居群材料海拔从2 536 m到3 864 m（表1），海拔跨度达1 300 m，青藏高原强烈的环境异质性，对于披碱草属植物的遗传进化和选择都会起到更大的作用，导致物种在不断适应过程中遗传背景高度分化［35］。

鄢家骏等［44－46］对21个披碱草属的老芒麦野生居群进行营养评价，居群间的粗蛋白变异达到15%，比中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维都大。所有材料的粗蛋白含量为8.27%～14.79%，平均值为10.96%，进行筛选可得到4份高蛋白，低纤维的居群。本研究以45个垂穗披碱草居群为材料分析了整株营养品质性状的变化特点，初步发现居群间CP、WSC、NDF和ADF含量存在极显著差异，各品质性状近似正态分布。CP与NDF和ADF含量极显著负相关，NDF与ADF呈极显著正相关。筛选出5个整株CP和WSC含量高而NDF和ADF含量低的垂穗披碱草居群，其中GE22和GE45两个居群的产量较高而且品质也较好。

垂穗披碱草品质受遗传因素、环境因素和栽培管理措施的共同影响［27，35，43］。Bediye等［47］指出尽管品种间的营养价值确实存在差异，但具体划分这些品种还要受到环境变化和地点的影响，因此评价一个好的牧草材料应该多年多点进行验证。本研究是在一年一点试验的基础上进行分析，对研究结果需要通过多年多点试验进行进一步的验证。

致谢：本试验用种子由王彦荣教授提供，谨致谢忱！

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