青贮玉米是禾本科一年生高产作物,是将新鲜玉米果穗及茎叶全部青贮发酵制成饲料或工业原料,专门用于饲养家禽、家畜的玉米专用型品种^[1]。目前,玉米青贮饲料已经成为反刍动物,特别是家畜日粮中的主要强化成分。随着我国畜牧业及奶制品业的快速发展,优质青贮玉米需求量增大,全国种植面积不断加大^[2,3]。优质高产青贮玉米新品种是各产业环节的源头,选育优质、高产、专用型青贮玉米品种对促进畜牧业发展具有重要意义。

如何评定玉米青贮的质量品质一直是青贮玉米育种专家和畜牧饲喂人员探究的问题,但由于在青贮的原料选择、制作工艺、青贮环境、评价方法等方面不同,玉米青贮质量差别较大,从而影响质量品质评价的结果。本研究在青贮玉米的原料选择阶段,通过对青贮玉米的品质性状进行主成分分析,从众多品质性状中提取相关性较大值组合成一组新的综合指标来揭示不同性状间的内部关系,同时尽量保留原始数据信息,旨在简化育种过程性状选择的复杂性,为青贮玉米的品质评价提供理论指导。

供试玉米材料均来源于黑龙江省农业科学院草业研究所饲用玉米研究室资源圃,2017年种植于黑龙江省哈尔滨市道外区民主乡,即黑龙江省农业科学院国家高新技术产业示范园区试验基地。试验田海拔140m,东经126°63′,北纬45°45′。试验材料全部按常规标准进行田间管理。

选用的试验材料为14份自育青贮玉米品种,材料编号及来源见表1。

于玉米成熟3/4乳线期时取样,8次重复,全株同期收获。整株粉碎烘干至恒重作为后续品质性状的干物质基准重量,品质性状测定的前期材料处理参照刘铭三^[4]的方法,所用仪器为Perten 8620型近红外谷物品质分析仪,仪器操作及参数设置参考卢宝红^[5]的方法。利用Microsoft Excel 2010软件加载宏数据分析工具和IBM SPSS Statistics v19.0.0.329数据处理系统（http：//devxstudim.org/portable/139380-ibm-spss-statistics-v1900329-portable.html）进行数据整理及分析：取各性状测试结果8次重复的平均值进行一般统计量描述及分析,对各指标进行相关性分析,对青贮玉米品质相关性状进行主成分分析,探讨各相关性状对青贮玉米品质的影响作用,进行青贮玉米品质的综合评价。

测试所得22个青贮玉米品质性状描述见表2,各品质性状均基于干物质计算。体外48h干物质消化率是青贮玉米的重要性状,可以作为青贮玉米的主要评价指标。测试材料中平均体外48h干物质消化率为81.04%±2.50%,其变异幅度为74.82%~84.59%,表明所测试青贮玉米材料的动物饲养营养价值较好,为进一步分析干物质其他营养提供了前提保证。

蛋白质、淀粉和脂肪含量是青贮玉米品质的重要指标。本组测试材料平均粗蛋白质含量为7.50%±0.94%,淀粉含量为32.14%±5.16%,脂肪含量为2.66%±0.52%,这3个性状的变异幅度分别为4.42%~8.55%、18.91%~38.22%和1.86%~3.56%。非纤维性碳水化合物是可以被有机体迅速吸收利用的有效碳水化合物（主要是淀粉和糖分）,是可以提供热能的糖类营养素,青贮玉米中非纤维性碳水化合物含量平均为46.13%±4.44%,表明青贮玉米的碳水化合物利用率较高。测试材料灰分含量平均值为5.24%±0.45%,其变异幅度为4.26%~6.16%。矿物质元素作为灰分的一部分对青贮玉米饲料利用价值具有重要意义。本研究中主要测定了钙、磷、钾、镁4种元素,其中钾含量平均值最高,为0.74%±0.14%,钙、磷和镁元素含量相当,集中在0.24%~0.26%,表明青贮玉米全生育期需钾量较其他3种元素大,在栽培过程中要重视钾肥的投入,这一结果与已有报道^[6]一致。

中性洗涤纤维（neutral detergent fiber,NDF）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber,ADF）分别是指不溶于中性洗涤剂和酸性洗涤剂的那部分物质,包括纤维素、半纤维素、木质素、硅酸盐等。由表2可知,青贮玉米的NDF含量平均为39.56%±4.75%,变异幅度为31.69%~51.35%,ADF含量平均为22.21%±2.81%,变异幅度为18.04%~29.05%,材料间NDF和ADF含量差异较大,因此青贮玉米作为动物饲喂日粮时要考虑不同品种间的洗涤纤维差别。木质素是植物形态建成的重要成分,维持植物木质部硬度以承载植株重量。青贮玉米木质素含量平均为2.94%±0.50%（表2）,就饲喂价值而言,这部分成分无法被利用。青贮玉米48h NDF含量平均为27.54%±2.28%,该性状可以反映动物体内的表观消化率。而体外48h NDF可消化率则是由模拟试验所得,通过样品在测试管或奶牛瘤胃瘘管中测定干物质消化率,可以完全将残留细菌及胃蛋白酶不溶物残渣去除,消除内源性消耗和损失,体外48h NDF可消化率可以更加直观地体现真实消化率,青贮玉米的体外48h NDF可消化率平均为69.92%±2.91%,其变异幅度为63.74%~75.48%,这一结果与材料间NDF和ADF含量变化一致。

总可消化养分、能量、每吨干物质的产奶量是衡量青贮玉米品质高低的重要指标^[6]。总可消化养分是可消化粗蛋白、可消化粗脂肪、可消化粗纤维和可消化无氮浸出物的综合表现指标,是评定青贮玉米饲用价值的重要单位。青贮玉米的总可消化养分平均为68.21%±2.36%,该数值接近体外48h NDF可消化率,表明其测试标准的准确性及可靠性,两者间的差异可能是由于总可消化养分测试中未涉及样品内部的化学反应及动物的代谢过程。

青贮玉米的能量品质主要有产奶净能、维持净能和增重净能。产奶净能,也叫泌乳净能,一般用于泌乳奶牛,估计奶牛维持需要、产奶需要及孕胎生长需要所需的饲料中可获得的能量。维持净能用于评估饲料的能量,包括维持动物体重不变时的组织发育需要和怀孕胎儿发育需求及泌乳的能量需求。增重净能用于估计饲料原料的能量,在维持净能需要的基础上,加上对体重增长的能量需求。本组测试青贮玉米的产奶净能、维持净能和增重净能平均值分别为1.41±0.06、1.69±0.07和1.02±0.08Mcal/kg,表明本组测试青贮玉米的能量品质比较一致。

产奶量/t干物质是青贮玉米每吨100%干物质饲料可产牛奶量（kg）,这一指标是奶牛饲喂人员最关心的。表2数据显示,本组测试青贮玉米材料的产奶量/t干物质平均值1 341.93±81.69kg,最小值1 152.00kg,最大值1 446.00kg,变幅为294.00kg,不同材料间差异很大。

相对饲喂价值是饲料饲喂动物生产潜能的一项重要的饲草评价指标,这项指标主要考虑了动物体内粗纤维的消化率,可以更准确地反映饲草的饲喂价值。相对牧草价值是相对特定标准牧草（紫花苜蓿,Medicago sativa）的青贮玉米可消化干物质的采食量。相对饲喂价值和相对牧草价值是青贮玉米饲喂价值的重要指标。相对饲喂价值品种间差异较大,变幅为100.00,相对牧草价值品种间差异较小,变幅为30.00。

22个青贮玉米品质性状遗传变异分析结果（表2）显示,变异系数较大的性状主要有脂肪含量（20%）、钾含量（19%）、木质素含量（17%）、淀粉含量（16%）等;变异系数较小的性状主要有总可消化养分（3%）、体外48h干物质消化率（3%）、体外48h NDF可消化率（4%）、镁（4%）、产奶净能（4%）、维持净能（4%）、磷（5%）等。表明青贮玉米的品质改良方面,脂肪、钾、木质素、淀粉含量等性状有较大的改良空间,而消化率及能量品质方面的性状难以得到改良。其余的相关性状变异系数在6%~14%,这些性状通过改良也有一定的优化空间。

将青贮玉米各性状进行遗传相关分析（表3）,可见灰分与钾含量呈极显著正相关,与钙、相对牧草价值呈极显著负相关,与脂肪含量、粗蛋白含量、磷含量、产奶净能、维持净能等呈显著负相关,说明当灰分或钾含量过高时,势必会使青贮玉米的脂肪含量、蛋白质含量、产奶量及钙磷等含量受限,造成其品质性状欠佳;脂肪与淀粉含量、体外48h干物质消化率、总可消化养分、产奶净能、相对牧草价值等相关性极显著,与ADF含量呈显著负相关,表明脂肪在青贮玉米的品质性状中占重要作用,适当提高其含量是青贮玉米饲用品质改良的可行途径;粗蛋白质含量仅与磷含量存在显著相关,与其他性状间的相关性均较小,表明粗蛋白质含量的改良受其他性状影响不大,主要是由材料本身的遗传效应决定。

由表3中不同性状间相关显著水平的整体概况可见,青贮玉米品质性状组成遗传相关比较密切的性状主要有：淀粉含量、消化率、碳水化合物、产奶量、净能、相对价值、木质素含量、洗涤纤维含量等,其中淀粉含量和体外48h干物质消化率达到极显著正相关,这两个性状与碳水化合物、总消化养分、体外可消化率（IVDMD48、dvNDF48）、产奶量、净能、相对价值均达极显著正相关,这些性状可作为正面效应的一组;而木质素含量、洗涤纤维及其消化率与以上这些品质性状之间均达到极显著负相关,且其内部均达到极显著正相关,表明这些性状可作为负面效应的一组。

磷含量比较稳定,与其他性状相关度均不高。钙与镁元素含量之间达到极显著正相关,与钾含量达极显著负相关,与灰分含量达极显著负相关。钾是灰分的主要化学成分,其与总可消化养分、产奶净能、维持净能及产奶量均为极显著负相关。

青贮玉米品质相关性状的主成分及特征值累积结果见表4。利用初始特征值提取前3个主成分的累积贡献率达到91.29%,其中第1主成分的贡献率最大,达67.66%,第2主成分的贡献率为18.33%,第3主成分的贡献率为5.30%。

所有品质性状在各主成分上的特征向量见表5,主成分1中载荷较高且为正值的性状有脂肪、淀粉、体外48h干物质消化率、非纤维性碳水化合物、体外48h NDF可消化率、总可消化养分、产奶净能、维持净能、增重净能、相对饲喂价值、相对牧草价值和产奶量/t干物质,载荷较高且为负值的性状有木质素、ADF、NDF和48h NDF可消化率,表明主成分1体现了青贮玉米的饲用价值,其中脂肪、淀粉和非纤维性碳水化合物是主要的营养成分,体外48h干物质消化率、总可消化养分含量是青贮玉米营养成分利用的体现,净能及相对价值是青贮玉米利用的衡量指标,产奶量是青贮玉米体现价值的最直接表现,因此这些成分含量越高表明青贮玉米的利用价值就越高。相反,木质素、洗涤纤维含量及其消化率是青贮玉米利用的限制因素,这些成分值越低越好。主成分2中载荷较高且为正值的性状有钙、磷和镁含量,载荷较高且为负值的性状有钾和灰分含量,表明这一主成分是青贮玉米微量元素的集中体现。主成分3中只有粗蛋白含量的载荷较高,因此这一主成分可以解释青贮玉米品质中的粗蛋白性状。

青贮玉米是鉴于农业生产习惯对一类用途玉米的统称,其区别于普通玉米主要在于其植株高大,以生产鲜秸秆为主要目的。一般认为,青贮玉米的最佳收获期为子粒乳熟末期至蜡熟前期,青贮最适时期是全株干物质含量在30%~40%,含水量在60%~70%,此时青贮品质较好^[7,8]。国内判断青贮玉米营养品质的指标主要有粗蛋白含量、脂肪含量、纤维含量和灰分含量等,粗纤维包括半纤维素、纤维素和木质素,半纤维素可部分被草食家畜消化利用,纤维素较难被草食家畜消化利用,而木质素不能被草食家畜消化利用^[9,10]。由于不能根据粗纤维含量确定半纤维素、纤维素和木质素的含量,所以很难根据粗纤维含量确定被测样品的营养价值。因此,目前常采用不同类型的洗涤剂分离得到半纤维素含量、纤维素含量和木质素含量,从而评价青贮玉米纤维的营养价值^[11]。对纤维的营养价值评价通常采用洗涤剂的方法,主要是对青贮玉米NDF和ADF含量的测定,NDF是青贮饲料的重要成分,可以有效反映纤维质量的高低。青贮玉米饲料中适量NDF对维持瘤胃正常的发酵功能具有重要作用,NDF含量越低则动物的采食量越高,其被利用的程度越高,过高的NDF含量不利于干物质的采食量,因此,NDF含量可以作为动物饲料日粮精粗比饲喂的重要标准^[12]。ADF与动物的消化率有关,其含量越高,消化率越低。木质素是不能被动物消化的部分,是限制青贮玉米被消化利用的主要因素,因此就青贮利用价值而言,木质素含量越低越好。48h NDF可消化率表示NDF在瘤胃中可消化或发酵的最大量^[13],反映饲料的品质变化,因此认为48h NDF可消化率用于评定饲料品质比NDF更合理。

粗蛋白质、淀粉和脂肪含量是决定青贮玉米饲用价值的重要基础。理想的青贮玉米品质应兼具高含量的粗蛋白、淀粉和脂肪,这些成分均为富含热能的养分,是为动物机体提供能量的主要物质^[14]。灰分是评价青贮玉米作为饲料用途的重要质量指标之一,主要是矿物质氧化物或盐类等无机物质,甚至还有少量泥沙,故经常称作粗灰分。灰分的含量过高表明青贮玉米饲料品质较差,说明不具有营养作用的成分偏高。由于不同饲料类型的成分不同,测量标准不同,残留物也各不相同,目前关于灰分含量未见统一标准。

品质性状改良是青贮玉米品种选育的重中之重,遗传变异分析显示,脂肪、钾、木质素、淀粉含量等性状变异系数较大,表明这些性状通过外部环境优化可以实现小幅度提升,结合品种优化组合可实现遗传改良。其他性状的改变利用外部条件优化实现比较困难,尤其是总可消化养分、体外48h干物质消化率、体外48h NDF可消化率、镁、磷、产奶净能、维持净能等性状的改良空间较小,这些性状主要由品种特性决定,可以通过优化亲本组合实现性状的适度改良。

衡量青贮玉米的营养品质,可以全面考虑各品质性状,比如选择在本研究相关分析中提到的正向效应性状,以及第1主成分中载荷较高性状,有针对性地进行这些性状的适度改良,可以有效提高青贮玉米的营养品质。但在青贮玉米的选育过程中,要有目的性地考虑相关性状间的关系,特别要注意表现负相关性状间的协调平衡,按照主成分特征的累积贡献来合理取舍。针对青贮玉米的饲喂价值,可以参考主成分中一种表现正向载荷的特征向量,同时结合性状间的相关性,对容易或方便测量的性状加大关注,可以间接实现相关目标性状的选择。

本研究的方法旨在利用较少的性状来反映青贮玉米的综合品质,为青贮玉米的遗传改良和品种选育提供技术指导,在实际应用中要综合青贮玉米农艺性状、产量性状和品质性状,加大样本量进行整体考量和选择,以期更准确建立青贮玉米的综合评价体系。