36个燕麦品种不同部位养分分布格局

王 桃,徐长林,姜文清,周志宇

(1.兰州大学草地农业科技学院 农业部草地农业生态系统学重点开放实验室,甘肃 兰州730020;2.甘肃农业大学草业学院,甘肃 兰州730070)

燕麦(Avena sativa)为禾本科燕麦属一年生植物,是重要的牧草、饲料和粮食作物[1]。燕麦起源于我国,具有适应性强、收草收籽兼用、生产潜力大、品质好、牲畜喜食等优点,是一类比较抗旱、抗寒、耐瘠、喜阴凉的长日照一年生作物[2],是农区的主要籽实饲料作物和牧区圈窝种草的主要草种[3]。在广袤的高寒地区,燕麦是家畜的主要饲草,对畜牧业发展和生态建设都具有重要意义[4]。

随着科技的发展和人们对燕麦营养价值认识的不断深入,燕麦已经成为草食类家畜优等饲草料作物,其青干草、青草、青贮和籽实为牛、羊、马、驴等草食类家畜所喜食。数年来,科技工作者对燕麦进行了一系列的品比试验、杂交选育、生产性能、混播增产效应以及主要性状的遗传力及相关性方面的研究[5-7],在一定程度上为高产、优质、高抗逆性等目标性状的选择和种植适宜的品种提供了必要的基础资料和理论依据。然而,有关燕麦的研究多集中于其生产性能、饲用价值和营养品质等方面,对燕麦不同部位养分分布格局的研究报道并不多见[8]。在近几年的草地“禁牧”、“休牧”工程建设中,普遍存在一些家畜数量不清、草地载畜量不易下降,或“白天禁,晚上放”的工作难题,直接原因是冬春草地和栽培草地面积有限,舍饲成本高;大面积的草地封育影响牧民当前经济收入[9]。因此,饲用燕麦利用率低和缺乏高产栽培技术仍然是制约农区和牧区燕麦草地生产力提高的主要因素。

为了进一步提高饲用燕麦的利用率,满足高寒牧区畜牧业发展的需要,本研究从高寒牧区燕麦生产实际出发,结合品种筛选,研究天祝高寒草甸区36种饲用燕麦叶片、籽粒和茎秆中的水分、灰分、粗蛋白、可溶性糖、粗脂肪、磷、钙、粗纤维、中性纤维和酸性纤维含量,较为全面地分析饲用燕麦不同部位养分分布格局,旨在为我国今后深入开展建植高产、优质良种燕麦种质资源的培育、合理利用、评价与推广工作提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况 试验于2008年5-11月在甘肃农业大学天祝金强河高山草原定位试验站进行。地处 37°11′N,102°29′E,海拔 2 960 m 。气候寒冷潮湿,昼夜温差较大,日照强,雨热同步。年均气温-0.1℃,其中7月和1月分别为12.7和-18.3℃,≥0℃的年积温1 380℃·d。年均降水量416 mm,主要集中在7-9月。无绝对无霜期,生长期120～140 d,土壤类型为高山草甸土,除表层外,石灰反应明显。

供试土壤:供试土壤为甘肃农业大学天祝金强河高山草原定位试验站种植燕麦试验区土壤,土壤基本化学性状见表1。

表1 土壤基本化学性状

1.2 试验材料与设计 试验材料为36个燕麦品种(表2),采用随机区组设计,小区面积2 m×5 m,3次重复。2008年4月21-22日播种,人工开沟条播,行距20 cm,播种量为10 g/m2。生育期除草2次。采样时间在2008年9月成熟期,所采样品均为植物地上部分,把各品种的茎秆、籽粒和叶片分开。分别对不同燕麦品种茎秆、籽粒和叶片中的水分(AW)、灰分(ASH)、粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、可溶性糖(WSC)、Ca和 P、粗纤维(CF)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)等营养成分进行测定,作为对供试材料养分分布格局评定的指标。实验所得的数据用SPSS 15.0(SPSS Inc.,USA)软件分析,用 Excel 2007作图。

表2 供试材料名录及来源

1.3 营养成分的测定方法 燕麦叶片、籽粒和茎秆先风干再烘干至恒质量,经粉碎后,进行如下项目的测定:1)吸附水,用分段测水法测得燕麦试样的吸附水;2)灰分,在适当的温度下,把燕麦试样灼烧氧化后,用分析天平称量;3)粗蛋白质,用凯氏定氮法;4)粗脂肪,用索氏浸提法;5)粗纤维,用酸碱分次水解法;6)中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维,采用范氏(Van Soest)的洗涤纤维分析法;7)可溶性糖,采用蒽酮法;8)Ca,采用微波消解原子吸收法;9)P,采用微波消解钼锑抗比色法。

2 结果与分析

2.1 燕麦叶片中营养物质的含量 36种燕麦叶片中,NDF和ADF含量最高,NDF的平均值为38.50%,变化范围为33.60%～49.00%,其中来源于河北的燕麦 NDF含量最高,云南的次之,日本的最低;ADF的平均值为34.03%,变化范围为28.13%～38.19%,来源于吉林的燕麦ADF含量最高,河北的次之,欧洲的最低;叶片中CP含量也较高,平均值为19.82%,变化范围为14.29%～24.66%,来源于日本的燕麦CP含量高达24.66%,加拿大的次之为21.55%,甘肃的最低为 14.29%;其他成分依次是CF(16.79%)＞WSC(13.71%)＞ASH(9.28%)＞AW(6.36%)＞EE(3.74%),钙和磷含量分别为Ca(0.25%)＞P(0.18%),Ca变化范围为0.11%～0.42%,来源于欧洲的燕麦Ca含量最高,青海的次之,河北的最低;P变化幅度为0.16%～0.31%,来源于云南的燕麦P含量最高,河北的次之,甘肃和日本的最低(表3)。

表3 不同产地36个燕麦品种叶片中营养物质的含量

2.2 燕麦种子中营养物质的含量 36种燕麦籽粒中,NDF和ADF含量最高,平均值分别为NDF(58.29%)和ADF(43.28%),NDF变化范围为56.44%～73.09%,ADF变化范围为30.44%～50.06%,来源于河北的燕麦NDF含量最高,吉林的次之,青海的最低,来源于吉林的燕麦ADF含量最高,加拿大的次之,欧洲的最低;CF含量次之,平均值为 23.18%,变化范围为19.92%～32.35%,来源于河北的燕麦CF含量最高,云南的次之,日本的最低;其次是 CP(13.12%)＞WSC(7.82%)＞AW(5.94%)＞ASH(5.60%)＞EE(4.48%),CP变化范围为11.23%～24.90%,来源于日本的燕麦CP含量最高为24.90%,青海的次之为13.51%,甘肃的最低为 11.23%;磷和钙含量最低,分别为 P(0.25%)＞Ca(0.09%),P变化范围为0.24%～0.30%,Ca变化范围为0.07%～0.13%,来源于云南的燕麦P含量最高,加拿大、吉林、河北和日本的次之,欧洲的最低,来源于欧洲的燕麦Ca含量最高,吉林的次之,河北的最低(表4)。

2.3 燕麦茎秆中营养物质的含量 分析结果表明(表5),36种燕麦茎秆中,NDF和ADF含量最高,平均值分别为 NDF(65.18%)和 ADF(56.40%),NDF变化范围为58.96%～74.00%,ADF变化范围为43.63%～64.13%,来源于河北的燕麦NDF和ADF含量最高,吉林的次之,云南的最低;CF含量次之,平均值为35.62%,变化范围为31.16%～46.99%,来源于日本的燕麦CF含量最高,云南的次之,吉林的最低;其次是WSC(11.73%)＞CP(8.47%)＞ASH(6.34%)＞AW(6.20%)＞EE(1.27%);WSC(11.73%)变化范围为8.64%～16.71%,来源于云南的燕麦WSC含量最高,甘肃的次之,欧洲的最低;磷和钙含量最低,分别为P(0.13%)＞Ca(0.04%),P变化范围为0.11%～0.16%,来源于吉林和河北的燕麦P含量最高,加拿大的次之,欧洲和云南的最低;Ca变化范围为0.02%～0.11%,云南的燕麦Ca含量最高,欧洲的次之,甘肃、河北和日本的最低。

表4 不同产地36个燕麦品种籽粒中营养物质的含量

表5 不同产地36个燕麦品种茎秆中营养物质的含量

2.4 燕麦不同部位 AW、ASH、CP、WSC和EE含量之间的差异 叶是制造有机化合物的场所,是生理活动最活跃的器官,其积累的AW、ASH、CP、WSC和Ca含量高于其他器官。从图1可以看出,36种燕麦叶片、籽粒和茎秆中AW 含量无显著差异;而叶片中的ASH含量显著高于籽粒和茎秆,均值分别为叶片(9.28%)＞茎秆(6.34%)＞籽粒(5.60%);CP含量为叶片(19.82%)＞籽粒(13.20%)＞茎秆(8.47%);WSC含量为叶片(13.71%)＞茎秆(11.73%)＞籽粒(7.82%);茎秆中EE含量为1.27%,明显低于叶片(3.74%)和籽粒(4.48%)。

2.5 燕麦不同部位Ca和P含量之间的差异籽粒是积累果实的器官,燕麦籽粒中EE和P含量高于其他器官,而CF、NDF和ADF含量低于其他器官。图2中,Ca含量在叶片、种子和茎秆中差异显著,均值分别为叶片(0.25%)＞籽粒(0.09%)＞茎秆(0.04%);P含量为籽粒(0.25%)＞叶片(0.18%)＞茎秆(0.13%)。

图1 36个燕麦品种不同部位水分、灰分、粗蛋白、可溶性糖、粗蛋白含量的比较

图2 36个燕麦品种不同部位钙、磷含量的比较

2.6 燕麦不同部位CF、NDF和ADF含量之间的差异 与叶片和籽粒中营养物质相比,茎秆由于其木质部是非生活组织,因此营养物质含量较低,表现出相反的趋势,其CF、NDF和ADF含量高于其他器官。由图 3可知,NDF、ADF和CF在叶片、籽粒和茎秆中差异均显著,而且NDF含量为茎秆(65.18%)＞籽粒(58.28%)＞叶片(38.50%);ADF含量为茎秆(56.40%)＞籽粒(43.28%)＞叶片(34.03%);CF含量为茎秆(35.62%)＞籽粒(23.18%)＞叶片(16.79%)。

图3 36个燕麦品种不同部位纤维含量的比较

3 讨论与结论

3.1 叶片 叶片是牧草光合作用的主要部位,积累的可溶性糖和粗蛋白等营养物质较多,而可溶性糖和粗蛋白是评价牧草营养价值高低的重要指标,因此,牧草叶片中营养物质含量最高;牧草的营养物质主要是在叶片中,因此牧草叶量所占的比例在很大程度上决定了饲草中的营养物质含量[10]。饲用燕麦叶片的营养价值主要决定于品种[11]、生长期[12]、自身遗传特性和生长环境等方面的影响[13]。此外,不同的温度、光照、水分等环境因子组合,牧草品质差异也很显著[14-15]。研究表明,36种燕麦叶片中营养物质含量排序为NDF(38.50%)＞ADF(34.03%)＞CP(19.82%)＞CF(16.79%)＞WSC(13.71%)＞ASH(9.82%)＞AW(6.36%)＞EE(3.74%)＞Ca(0.25%)＞P(0.18%),叶片中的水分、灰分、粗蛋白、可溶性糖和钙含量显著高于籽粒和茎秆,其平均值分别为:6.36%、9.28%、19.82%、13.71%和 0.25%,变化范围分别为:5.96%～6.69%、8.32%～10.53%、14.29%～24.66%、10.62%～ 15.66%和0.11%～0.42%。然而,本研究是在天祝金强河高寒草甸区甘肃农业大学高山草原定为实验站进行的,对于不同品种在不同条件下还应根据实际情况作出具体评判。

3.2 籽粒 籽粒是积累果实的器官且脂肪含量较高,营养价值也较高,籽粒中营养价值的高低主要取决于品种特性、自身遗传性状、环境条件等的影响[15]。研究结果证明,饲用燕麦籽粒中富含蛋白质、亚油酸、β-葡聚糖等营养物质 ,其中 β-葡聚糖能够降血脂、降胆固醇,且无毒副作用,具有调节人体免疫功能、增强抵抗力、抑制糖尿病等作用[16];β-l,3-葡聚糖酶在燕麦的抗病性方面发挥着重要作用,它和几丁质酶的抗病性具有协同作用[17].燕麦籽粒中的亚油酸是人体自身无法合成的必需脂肪酸(EFA),它在人体内不仅能阻止血栓的形成,而且有降低甘油三酯和血清胆固醇的功能,是心血管病患者的良好辅助治疗剂[18]。最近的研究发现,植酸是谷物作物燕麦籽粒磷主要贮存形式,被认为是一种抗营养因子。植酸具有抗结肠癌、降低血清胆固醇和甘油三酯等功效。因此,将燕麦籽粒中植酸含量控制在一定水平,有益于人类健康[19]。本研究结果显示,36种燕麦籽粒中营养物质含量排序为NDF(58.29%)＞ADF(43.28%)＞CF(23.18%)＞CP(13.20%)＞WSC(7.82%)＞AW(5.94%)＞ASH(5.60%)＞EE(4.48%)＞P＞(0.25%)＞Ca(0.09),其中籽粒中粗脂肪含量显著高于叶片和茎秆,比常见的小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)等作物粗脂肪的含量要高,适口性好,营养价值较高,能够满足高寒牧区家畜对营养的需要。此外,燕麦籽粒中磷含量丰富,有益于家畜健康。

3.3 茎秆 邰书静等[20]研究表明,牧草茎秆中主要含有粗纤维、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维等。许多研究表明,牧草纤维素含量越高,营养价值越低,因此,燕麦茎秆中营养价值最低。本研究证明:36种饲用燕麦茎秆中粗纤维、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维重复之间含量差异不显著,但各指标之间含量差异显著。36种燕麦茎秆中营养物质含量排序为NDF(65.18%)＞ADF(56.40%)＞CF(35.62%)＞WSC(11.73%)＞CP(8.47%)＞ASH(6.34%)＞AW(6.20%)＞EE(1.27%)＞P(0.13%)＞Ca(0.04%),其中粗纤维、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量显著高于叶片和籽粒,平均值分别为:35.62%、65.18%和56.40%,变化范围分别为:31.16%～46.99%、58.96%～74.00%和 43.63%～64.13%。除燕麦籽粒可以作家畜精饲料外,燕麦青、干草也是重要饲料来源。燕麦青贮或收草的最佳时期是乳熟到蜡熟期,这时收获不仅可以获得较高的干物质产量,而且消化率和蛋白质含量也较高,达到了高产优质的目的。研究报道认为,在施肥条件下,早期留茬高度8 cm刈割可使燕麦茎叶干质量增大,在一定程度上提高了其生产力[21]。研究表明,播种量的增大不利于燕麦获得更多的叶量,但有利于茎生物量的积累[22]。马春晖和韩建国[13]对燕麦群落的研究也得出,随着牧草的生长发育,其CP含量逐渐下降,NDF、ADF的含量基本上是逐渐增加,CP与ADF呈显著负相关,这与大多数人的研究一致;ASH与ADF呈极显著负相关,与茎叶比呈显著负相关。说明ASH含量越高,茎叶比、ADF含量越低,表明ASH是表示燕麦草营养物质高低的极其重要的指标。

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