紅三葉種質資源營養價值灰色關聯度分析

徐遠東，冉啟凡

(重慶市畜牧科學院/重慶市草業工程技術研究中心，重慶 400015)

【研究意義】紅三葉(TrifoliumpratenseL.)是三葉草屬中種植最廣泛的一種多年生豆科牧草，原產于小亞細亞和歐洲東南部[1]。其適宜的生長溫度為20～25 ℃，在前蘇聯、阿根廷、智利、哥倫比亞、墨西哥、美國等地區廣泛種植利用。該類草種耐霜凍、耐刈割，是廣泛種植利用的白三葉和紫花苜蓿的一種替代草種。俄羅斯擁有前蘇聯搜集的全部植物種質資源，但其在庫存資源的繁殖更新和評價利用方面后勁不足。北美在紅三葉的研究利用和生產方面居世界前列，育成了許多優良品種[2]。我國登記的紅三葉品種僅岷山、巴東、巫溪3個，在紅三葉的資源育種方面還處于相對落后局面，因此開展紅三葉種質資源的評價工作，對促進紅三葉育種具有重要意義。【前人研究進展】國內部分單位對紅三葉開展了研究工作，研究方向主要是農藝性狀評價、生長適應性觀察和抗逆性[3-8]，其中，趙娜[9]采用灰色關聯度分析法對不同生長年限紅三葉生產性能、營養價值進行了比較研究。也有單位利用灰色關聯度分析法開展了對其他牧草營養價值的評價研究，例如，田兵[10]利用灰色關聯度分析法對42種貴州的野生牧草資源進行了評價，張本瑜[11]、吳芳[12]利用灰色關聯度分析法對百脈根營養價值進行了評價。灰色關聯度分析法在飼草營養價值的評價方面展現出了較強的實用性。【本研究切入點】以30份紅三葉資源材料開花期營養成分數據為基礎，引入相對飼喂價值指標，利用灰色關聯度分析法開展紅三葉營養價值評價。【擬解決的關鍵問題】通過對30份引進紅三葉資源營養價值的評價，探索紅三葉營養價值評價的有效方法，篩選營養價值優良的資源材料，以期為紅三葉優異材料的選育研究提供基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于重慶市畜牧科學院牧草資源圃(南川區三泉鎮蓮花村)，經度107.364 469°，緯度29.100 85°，海拔1403 m，屬中亞熱帶濕潤季風氣候區，降水豐沛，雨熱同季。該地區為中山地貌，土壤屬黃壤土，酸性。

1.2 試驗材料與設計

供試紅三葉種質材料30份，來自于中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，序號及資源編號見表1。試驗材料于2016年秋季開始播種，營養指標測定于2017年秋季進行。將供試30份紅三葉資源種子單獨種植于試驗田，每個資源小區面積4 m2(2 m×2 m)，行距40 cm×40 cm；隨機區組排列，3次重復；試驗期間統一按常規管理。

1.3 營養成分測定方法

在紅三葉開花期采樣，采用105 ℃烘干法測定干物質；粗蛋白含量，凱氏定氮法；粗脂肪含量，索氏法；中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維，按Van Soest的方法進行中性洗滌劑處理和酸性洗滌劑處理獲得；粗灰分，干灰化法；鈣含量，高錳酸鉀法；磷含量，鉬黃分光光度法[13]。每個樣品重復3次。采用公式換算出相對飼喂價值[14]。

RFV=[DMI(%BW)×DDM(%DM)]/1.29

(1)

式中，DMI為粗飼料干物質的隨意采食量，單位為占動物體重的百分比，即 %BW；DDM為可消化的干物質，單位為 %DM；RFV為相對飼喂價值。

DMI與DDM的預測模型為：

DMI(%BW)=120/NDF(%DM)

(2)

DDM(%DM)=88.9-0.779ADF(%DM)

(3)

(2)(3)式中，NDF為中性洗滌纖維，ADF為酸性洗滌纖維。

1.4 數據分析與評價方法

采用Excel對試驗數據進行計算處理。運用灰色系統理論[15]，將供試30份紅三葉材料視為一個灰色系統，每一份材料為該系統的一個因素，分析該系統中的每份材料間的聯系程度即關聯度。關聯度越大，表示材料間的相似程度越高。人為構建一個紅三葉的參考品種X0，將參考品種X0的營養指標含量作為參考數列[X0(1)，X0(2)......，X0(N)]，每種紅三葉材料的營養成分含量為比較數列Xi，計算各紅三葉材料的營養指標含量與參考數列的關聯度，以評價其營養價值高低。按圖1計算關聯系數。

ξ{x0(k)，xi(k)}=

將每個紅三葉材料的各營養指標與參考品種相應指標的關聯系數取算術平均值，即得等權關聯度。由于各營養成分對營養價值高低貢獻不同，因此需采用加權關聯度法評價營養價值高低，即根據營養成分在營養價值貢獻的高低賦予權重值WK，權重系數根據以往研究和經驗進行賦值。本研究中n=9，為營養指標數量。

2 結果與分析

2.1 營養成分含量及飼喂價值變異性分析

30份供試材料的營養價值和相對飼喂價值見表1、表2，其中變異幅度最大的是磷(變異系數達到18.42 %)，遠高于其他營養指標；變異幅度最小的是干物質(變異系數為0.47 %)；其他指標處于中間位置。

干物質最高的是zxy2009p-6146(94.93 %)，最低的是zxy2009p-6328(93.02 %)；粗蛋白最高的是zxy2009p-6328(17.59 %)，最低的是250790(10.95 %)；粗脂肪最高的是zxy2009p-6335(3.54 %)，最低的是zxy2009p-5814(2.10 %)；粗灰分最高的是zxy2009p-6328(9.61 %)，最低的是250790(6.16 %)；相對飼喂價值最高的是zxy2009p-6328(156.22)，最低的是zxy2010p-7828(116.79)。

2.2 灰色關聯度分析

2.2.1 確定參考數列 牧草的消化率是評價其營養品質的重要指標之一。牧草中可消化營養物質的含量越高，牧草的消化率也就越高，表明其營養價值越大[10]。從營養價值來看，干物質、粗蛋白質、粗脂肪、粗灰分、鈣、磷和RFV等直接影響家畜的生長發育。因此這7個指標的測定值越高，說明牧草的營養價值越高、品質越好；選取其最大值組成最優集[11]。對于中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維因其含量與消化率呈負相關，因而在一定程度上，其含量越低越好；選取其最小值組成最優集，參考數列為{X0(k)}=(94.93,17.59,3.54,39.32,29.31,9.61,1.11,0.42,156.22 )。

表1 供試紅三葉材料營養成分含量及相對飼喂價值

表2 供試紅三葉材料營養指標變異性分析

2.2.2 求關聯系數 先對數據進行無量綱化處理，本文采用初值化處理方法，即各測定值除以參考數列的相應值，得到一新的數列，然后求絕對差，并按公式計算出關聯系數陣(表3)。

2.2.3 求關聯度 根據關聯系數陣計算得到各材料牧草營養價值與參考數列之間的等權關聯度，即各種營養成分同等重要條件下的關聯度。考慮到牧草中各營養成分對營養價值高低的貢獻不同，需采用加權關聯度進行評價，即根據各種營養成分在營養價值中的重要性賦權重值WK，權重系數根據以往研究的結果、征詢專家意見和經驗來確定(表3)。再根據加權關聯度公式計算得到加權關聯度(表4)。

2.2.4 營養價值評價 根據灰色關聯度分析法的原理，理論上可以認為，參考品種的營養價值是最好的，實測樣品與參考品種的關聯度越高，其營養價值越高。由此得出，實測樣品中，營養價值最高的是zxy2009p-6328(ri′=0.82)，zxy2009p-6335(ri′=0.77)；營養價值最低的是zxy2010p-5814(ri′=0.39)，zxy2009p-7361(ri′=0.40)。由等權關聯度和加權關聯度得到的結論基本相同，兩種關聯度排序的spearman相關系數為rs=0.980，達到極顯著水平(P<0.01)，表明兩種關聯度排序高度相關。

表3 紅三葉材料營養價值的關聯系數

表4 紅三葉材料營養價值的灰色關聯度

根據加權關聯度大小規定：ri′≥0.7，營養價值優；0.6≤ri′<0.7，營養價值良；0.5≤ri′<0.6ri′，營養價值中等；ri′<0.5，營養價值較差。可知營養價值優的有2份，為zxy2009p-6328和zxy2009p-6335；營養價值良好的有6份，營養價值中等的有11份，營養價值較差的有11份(表4)。

3 討 論

灰色系統理論最早由華中理工大學鄧聚龍教授提出[16]，通過該方法處理原始數據，具有表格化、計算簡便、精確度和量化程度高等優點，該方法在社會經濟領域得到了廣泛應用[17]。灰色關聯度分析法在其他牧草資源營養價值的評價上也有報道[10-12]。本文運用灰色關聯度分析法對30份紅三葉種質資源進行營養價值評價，綜合考慮了干物質、粗蛋白、粗脂肪、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗灰分、鈣、磷和相對飼喂價值共9個營養因子，其中相對飼喂價值有助于全面客觀評價飼草的營養利用價值[14]。采用加權關聯度分析法評價營養價值，其中權重系數的確定對評價結果有很大的影響，不同的權重確定方法由于都有人為因素的參與，存在一定的缺陷性[18]。本文根據營養因子對營養價值的貢獻大小賦予相應的權重是適當的，等權關聯度和加權關聯度排序的spearman相關系數為0.980，達到極顯著水平，表明兩種關聯度高度相關，說明試驗確定的權重值及營養成分含量的差異并未對評價結果造成顯著影響，雙重檢驗更加肯定了分析結果的可靠性。

牧草粗蛋白質和粗纖維的含量是決定牧草營養品質的主要因子。一般認為粗蛋白含量較高、粗纖維含量越低的牧草，其飼用價值也就越高[19]。本次試驗篩選出2份營養價值優秀的材料——zxy2009p-6328、zxy2009p-6335，粗蛋白分別為17.59 %、16.46 %，均位于供試材料粗蛋白的前列，而酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量均較低。篩選材料的營養指標值與理論參考數列最接近，這說明篩選結果是有效的。

4 結 論

本文利用灰色關聯度分析法對紅三葉種質資源的營養價值進行評價，進行了一次有意義的探索。采用加權關聯度評價方法，篩選出2份營養價值優良的資源材料——zxy2009p-6328、zxy2009p-6335，粗蛋白分別為17.59 %、16.46 %，在開花期即具有相對較高的粗蛋白含量，營養價值豐富，可為下一步紅三葉選育工作提供基礎。