饲用大麦籽粒品质性状的分析和评价

郭呈宇，房永雨，伊风艳，史志丹，乔慧蕾，刘 芳，赵和平，朱林飞，丁海君

（1.内蒙古自治区农牧业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010031；2.内蒙古草都草牧业股份有限公司饲草料研究院，内蒙古 呼和浩特 011500；3.武川县晟源山茶合作社，内蒙古 呼和浩特 011700）

大麦（Hordeum vulgare）是世界上重要的禾谷类作物［1］，根据用途可以分为饲用型、啤用型、食用型、 药用型大麦。 随着人们的生活品质逐渐提高，对大麦的需求也呈现多元化，饲用型大麦的需求也随之不断增加。

籽粒是大麦重要的收获器官， 籽粒品质对于不同用途的大麦尤为重要。大麦籽粒的品质性状包括蛋白质、淀粉、脂肪、纤维素和β-葡聚糖等［2］。饲用型和食用型大麦需要高蛋白质含量的籽粒［3-5］。大麦籽粒的苏氨酸、甘氨酸、缬氨酸和精氨酸等氨基酸含量高于玉米［6］。 高蛋白的大麦籽粒有助于优化动物的日粮结构，可以减少豆粕、氨基酸等的用量［7］。 啤用型大麦籽粒蛋白质含量可以影响麦芽的浸出率和啤酒的清澈度［8-9］。β-葡聚糖是大麦的主要抗营养因子， 其阻碍了大麦在动物体内的消化吸收［10］。 高β-葡聚糖在啤用型和饲用型大麦中都是不利的，其含量越高，麦汁黏度越高，啤酒越难以过滤，口感越差［11］。 食用大麦的β-葡聚糖对人类慢性疾病的治疗有一定作用［12］，高β-葡聚糖有助于其保健功效的发挥。

饲用型大麦在国外的利用已较为广泛［13］。 目前，国内也开始重视饲用型大麦新品种的培育，已有一些饲用型大麦品种出现。 本研究收集了国内外的饲用型大麦种质资源100 份， 通过对其籽粒品质性状的鉴定及分析， 为这些资源的后续利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

参试材料是内蒙古自治区农牧业科学院草原研究所牧草育种研究室收集的100 份全国大麦种质资源，材料信息见表1。

表1 大麦种质资源名称

1.2 试验方法

参试材料于2022 年种植于呼和浩特市和林格尔县草都国家级草牧业园区（40°28′N，111°40′E），海拔1 061 m。 试验地肥力中等，地力均匀，土壤为砂壤土，生育期内可井水灌溉。 供试材料于4 月3日统一播种，采用顺序排列，不设重复，每份材料种植2 行，行长2 m，行距0.25 m，播量200 粒/行，人工开沟点播，播深3～4 cm。供试材料按成熟期分批次收获， 收获后晾晒并干燥3 个月后用于测定籽粒的品质性状。

每份大麦资源选取500 g 干净种子，将种子装满样品测量容器，使用Perten DA7250 型近红外分析仪测定供试材料的水分、蛋白质、淀粉、纤维素、脂肪和灰分含量。设置3 次技术重复，测定结果计算平均值用于数据分析。

1.3 数据分析

采用Excel 2010 软件完成数据的基本统计分析， 使用SPSS 21.0 统计学软件进行主成分分析，使用Origin Pro 2022 软件进行相关性分析、 聚类分析及树状图绘制。

2 结果与分析

2.1 籽粒品质性状的遗传多样性

从表2 可知，100 份资源籽粒品质性状的变异系数分布于2.92%～13.93%； 变异系数大小顺序： 纤维素含量＞灰分含量＞蛋白质含量＞脂肪含量＞水分含量＞β-葡聚糖含量＞淀粉含量。 其中纤维素含量变幅：3.89%～6.72%，平均值为4.90%；灰分含量变幅：0.72%～1.81%，平均值1.09%；蛋白质含量变幅：12.73%～21.63%， 平均值为15.19%；脂肪含量变幅：2.03%～3.23%，平均值2.53%。种质资源中纤维素含量、灰分含量、蛋白质含量、脂肪含量变异较为丰富，可利用范围广。β-葡聚糖含量变幅：3.59%～4.43%，平均值4.21%；淀粉含量变幅：47.29%～53.26%，平均值51.16%。 种质资源中β-葡聚糖含量和淀粉含量变异较小。

表2 大麦籽粒品质性状统计信息 单位：%

2.2 大麦籽粒品质性状相关性

从表3 可知，7 个籽粒品质性状间存在丰富的相关性。 水分含量与β-葡聚糖含量呈显著（P<0.05）正相关、与脂肪含量呈极显著（P<0.01）正相关；蛋白质含量与脂肪含量呈显著（P<0.05）正相关、与纤维素含量呈极显著（P<0.01）正相关，与淀粉含量、灰分含量和β-葡聚糖含量呈极显著（P<0.01）负相关；淀粉含量与灰分含量和β-葡聚糖含量呈极显著（P<0.01）正相关，与纤维素含量和脂肪含量呈极显著（P<0.01）负相关；纤维素含量与脂肪含量呈极显著（P<0.01）正相关，与灰分含量和β-葡聚糖含量呈极显著（P<0.01）负相关；脂肪含量与灰分含量和β-葡聚糖含量呈极显著 （P<0.01）负相关；灰分含量与β-葡聚糖含量呈极显著（P<0.01）正相关。

表3 大麦籽粒品质性状相关性

2.3 聚类分析

依据7 个籽粒品质性状指标进行聚类分析，以欧式距离离差平方和法为聚类方法， 在遗传距离4.0 处将100 份大麦种质资源分为3 个类群（见图1），不同类群的特征见表4。 第Ⅰ类群有30份材料，特点为纤维素含量、脂肪含量、灰分含量变异系数大， 表明种质群体在这3 个性状中变异较为丰富；此外，该类群包含脂肪含量最高的材料HOR517（3.23%）。 第Ⅱ类群有69 份材料，特点为蛋白质含量、 纤维素含量和脂肪含量的均值在3个类群中最低，淀粉含量、灰分含量和β-葡聚糖含量的均值在3 个类群中最高； 该类群包含蛋白质含量最低的材料Пhh120（12.73%）、纤维素含量最低的材料B-103（3.89%）、脂肪含量最低的材料Пepшe （2.05%）、 淀粉含量最高的材料B-101（53.26%）、 灰分含量最高的材料KH.GYONGYOS（52.25%）、β-葡聚糖含量最高的材料KH.GYONGYOS、PORT ACE（52.25%）。 第Ⅲ类群仅1 份材料GNM， 特点为在3 个类群中蛋白质含量最高、淀粉含量最低、灰分含量最低、β-葡聚糖含量最低， 该材料多项品质指标在所有供试材料中属于极值，因此，聚类时被单独分为一类。

图1 大麦资源聚类结果

表4 不同类群籽粒品质性状的统计值

2.4 主成分分析

对7 个籽粒品质性状进行主成分分析， 由表5 可知， 前2 个主成分包含了7 个性状的大部分信息，累计贡献率达到76.47%。 第1 主成分贡献率最大， 达到57.19%， 第2 主成分的贡献率为19.28%。 第1 主成分中淀粉含量的特征向量值最大，第2 主成分中水分含量的特征向量值最大。结果表明，淀粉含量、水分含量是造成大麦材料间差异的主要因素。

表5 大麦籽粒品质性状的主成分分析结果

3 讨论

蛋白质含量和淀粉含量是大麦籽粒重要的品质性状，因用途不同对其含量的要求也不同。在啤用型大麦中，籽粒蛋白质含量低于12%较好［14］；而饲用型大麦的蛋白质含量高则有助于优化动物的日粮结构。 研究发现，在奶牛日粮中，大麦不仅可以作为日粮能量来源部分替代玉米， 而且可以作为蛋白来源替代豆粕［15-16］。 本研究中的100 份大麦种质资源的籽粒蛋白质含量变幅为12.73%～21.63%。 其中，国外引种材料GNM 的籽粒蛋白质含量达到21.63%，该材料更适合饲用型或作改良籽粒蛋白质含量的亲本。 大麦中性和酸性洗涤纤维素含量较高［17］，这导致大麦作为饲料饲喂单胃动物的效果较差。 本研究中发现供试材料B-103的籽粒纤维素含量最低（3.89%），可以作为改良纤维素含量的亲本材料。 大麦籽粒β-葡聚糖含量过高时，会导致啤酒酿造时酵母养分不足，进而不能正常发酵［18］。 此外，大麦籽粒β-葡聚糖是动物体内的抗营养因子， 阻碍了动物消化吸收大麦营养物质［6］。因此，降低大麦籽粒β-葡聚糖含量是啤用型和饲用型大麦的育种目标，供试材料GNM 的籽粒β-葡聚糖含量最低（3.59%）。 GNM 材料同时具备高蛋白、低β-葡聚糖的特性，该材料是非常理想的饲用型大麦种质资源，有较好的利用前景。

包海柱等［2］发现，大麦籽粒蛋白质含量与β-葡聚糖含量极显著负相关， 纤维素含量与淀粉含量和β-葡聚糖含量极显著负相关，本研究中也发现相同的关系。由此推断：提高大麦籽粒蛋白质含量时， 会导致β-葡聚糖含量和纤维素含量的降低，这有利于饲用型大麦新品种的培育。 另外，本研究发现大麦籽粒淀粉含量与β-葡聚糖含量呈极显著正相关。因此，提高大麦籽粒淀粉含量时也会提高β-葡聚糖含量。 在选育高淀粉含量大麦时也应注意β-葡聚糖含量变化，防治顾此失彼。

4 结论

本研究中收集的100 份大麦种质材料在7 个籽粒品质性状上存在丰富的遗传多样性， 通过分析获得1 份高蛋白、低β-葡聚糖含量的特异材料GNM， 该材料可直接作为饲用型品种或用作改良品种的亲本。