饲用小黑麦在新疆的产业化现状与前景分析

小黑麦(Triticosecale)是小麦和黑麦草经过杂交和遗传改良创制的新作物,可作为一种饲料作物,因其显著的产量优势和营养价值在畜禽养殖利用方面具有较高的利用前景。饲用小黑麦还具有出色的抗逆性,能适应不同的气候和土壤条件,这使其在干旱、寒冷、盐碱等恶劣环境下也能保持较好的生长。在新疆向现代畜牧业转型发展的背景下,饲用小黑麦的开发利用有望为农区集约化养殖提供重要的饲料支持,还能为边际土地的开发利用提供了一种新的产业模式。然而,饲用小黑麦在新疆的产业化发展仍面临一些挑战。该文旨在通过分析饲用小黑麦在新疆的科研与推广现状,探讨其产业化发展的挑战,并提出相应的解决策略,以期为饲用小黑麦产业的发展和畜牧业的利用提供参考和借鉴。

4种饲草种子在不同浓度盐胁迫下的萌发特性和产量

为合理利用盐碱地,发展优质饲草作物甜高粱(Sorghum bicolor)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、燕麦(Avena sativa)和小黑麦(×Triticosecale Wittmack)的产业化种植,满足种植户和农场的选择需要,本研究采用培养皿纸上发芽试验和盐池试验研究了不同浓度梯度(0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%)NaCl胁迫对4种饲草种子萌发及产量的影响。结果表明:随着盐浓度的升高,4种饲草种子相对发芽势、相对发芽率和发芽指数均受到不同程度的抑制,且盐浓度越高抑制越明显。通过计算耐盐半致死浓度发现,甜高粱种子萌发时的耐盐性最好,其次为紫花苜蓿、小黑麦和燕麦。盐池试验结果表明,随着盐浓度的升高,小黑麦、甜高粱和燕麦的鲜重和干重产量总体呈下降趋势。NaCl浓度增加到0.2%时,甜高粱和小黑麦的鲜重显著低于对照,燕麦在NaCl浓度为0.3%时,鲜重显著低于对照。基于不同浓度盐胁迫对4种饲草种子萌发特性和产量的研究,能更好地发挥4种牧草的耐盐作用,为进一步的品种改良提供指导。

应用模糊综合评判法评价小黑麦的抗旱性

运用模糊综合评判法对19个小黑麦(Triticosecale wittmack)品种(系)与抗旱性相关的性状进行了综合评价。结果表明,08草鉴15、07草品11、05草鉴2、08草鉴13和06草鉴5的抗旱性较强。参试大部分品种(系)经干旱胁迫处理后综合性状优于对照品种新小黑麦3号,表明大部分参试高世代品种(系)的抗旱性较强。

模拟酸雨对小黑麦种子萌发及幼苗生理特性的影响

以小黑麦品种中饲2 37为材料,在不同pH值的模拟酸雨条件下对种子萌发及幼苗生理特性进行了研究。分别测定了发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数和种子脱氢酶含量、幼苗鲜重、幼苗叶片叶绿素含量、叶片电导率等指标。结果表明,种子的各项发芽指标及种子脱氢酶含量、幼苗鲜重、叶绿素含量等随酸雨pH值减小整体呈降低趋势。

30个小黑麦品种在甘肃临洮县半干旱灌区的草产量及营养价值综合评价

通过筛选综合性状较优的小黑麦品种,为半干旱灌区小黑麦杂交亲本的选择提供依据。以从国内外筛选出的30个性状较好的小黑麦品种为试验材料,以石大1号及中饲1048小黑麦为对照,比较参试材料的株高、鲜(干)草产量、鲜干比及其营养成分,并通过灰色关联分析法对参试材料进行综合评价。结果表明,参试材料的株高为104.5~172.0 cm;鲜、干草产量及鲜干比分别为44.05~69.31 t/hm^(2),11.54~17.99 t/hm^(2),3.20~4.43,其中北联5号的鲜(干)草产量均最高,北联3号的鲜干比最高;营养成分方面,北联3号的粗蛋白含量最高,为14.21%,OH1411的中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维含量均最低,分别为53.88%和34.49%。综合评价结果表明,北联5号、新疆5号、OH1859、OH2236、北联3号、826126、HH127、新疆4号及安83-25的综合评价值较高,并均高于2个对照品种,可作为后代选育的杂交亲本。

小黑麦品系成株期抗旱性研究

为鉴定3份适合于青藏高原高寒牧区种植小黑麦品系的成株期抗旱性,本研究以石大1号和中饲1048小黑麦品种为对照,利用防雨棚控制水分,研究了不同干旱胁迫程度下5种供试小黑麦品系叶片的丙二醛(MDA)、可溶性糖和游离脯氨酸含量,以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢物酶(CAT)活性,并利用隶属函数法对各小黑麦品系成株期的抗旱性进行综合评价。结果表明,在干旱胁迫下,石大1号小黑麦叶片的可溶性糖含量和MDA含量最低,分别为14.15 mg·g^(-1)和42.86μmol·g^(-1),SOD(131.79 U·mg^(-1))、POD(86.77 U·mg^(-1)·min^(-1))和CAT(197.03 U·mg^(-1)·min^(-1))活性较高,小黑麦新品系J7和J9叶片的MDA含量较高,分别为3.05μmol·g^(-1)和2.96μmol·g^(-1),SOD、POD和CAT活性较低;随着干旱胁迫时间延长,小黑麦叶片可溶糖含量以及SOD、CAT活性呈先升高后降低的趋势,游离脯氨酸含量呈波浪型变化,MDA含量和POD活性逐渐增加;5份小黑麦品系在轻度和中度干旱胁迫时抗旱性无显著差异,重度干旱胁迫时,出现抗旱性分离。综合评价结果表明,供试小黑麦种质成株期抗旱性强弱依次为石大1号>P1>J7>J9>中饲1048。本研究为筛选适合青藏高原较干旱区域种植的抗旱小黑麦品系奠定了基础。

氮素对不同氮效率小黑麦基因型叶片保护酶活性和膜脂过氧化的影响

采用盆栽试验,以氮高效小黑麦基因型(PI429186)和氮低效小黑麦基因型(CIxt74)为材料,设置4个氮素水平0,0.25,0.50,和1.00g N/盆,探讨氮素供应对不同氮效率小黑麦各生育期(苗期、分蘖期、拔节期和最佳刈割时期-抽穗期)植株地上部生物量、叶片保护性酶活性和膜脂过氧化程度的影响。结果表明,1)在同一生育期同一供氮条件下,氮高效小黑麦基因型地上部生物量显著高于氮低效基因型。在同一生育期,小黑麦地上部生物量随供氮量的增加而增大,氮高效小黑麦基因型增加幅度大于氮低效基因型。2)氮高效小黑麦基因型的超氧化物歧化酶(superxoide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)活性随生育期表现出在同一供氮条件下强于氮低效基因型的趋势,而膜脂过氧化产物丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量显著低于氮低效基因型小黑麦。3)相关分析表明,小黑麦地上部生物量与SOD、POD、CAT活性的相关性因生育期不同其相关程度不一;地上部生物量与MDA含量呈负相关关系。这表明氮高效小黑麦基因型叶片保护酶在各生育期通过协同作用,共同起到阻止高浓度氧积累和膜脂过氧化,提高其光合性能,达到增产目的。

小麦和小黑麦籽粒的营养品质及其相关性分析

【目的】研究小麦和小黑麦籽粒中的矿质元素、蛋白质和植酸含量及其相关性,为提高小麦籽粒中微量元素的有效利用率提供科学依据。【方法】选取不同小麦主产区的31种面包型小麦(Triticumaestivum L.)和6种小黑麦(Triticosecale Wittmack)品种,分析了籽粒中全磷、全钾、微量元素、蛋白质及抗营养因子植酸的含量及其相关性。【结果】不同小麦品种间籽粒矿质元素、蛋白质和植酸含量均存在差异,其中锌、铁、植酸含量的变异较大,全磷、全钾以及蛋白质含量相对较稳定。小黑麦籽粒中微量元素含量不高,而植酸含量相对小麦品种而言较高。不同地区间各小麦和小黑麦品种籽粒中主要矿质元素含量较低且变异较大,新疆、青海等西北地区品种籽粒中植酸含量较高。所有供试品种籽粒中植酸与锌的物质的量之比均高于20;植酸与多种矿质元素含量呈显著正(或负)相关,且锌、铁含量间呈显著正相关。【结论】供试小麦品种籽粒中微量元素含量较低且变异大,因此通过生物强化提高的潜力较大;目前栽种的小麦和小黑麦品种的植酸与锌的物质的量之比高于20,这影响了锌的生物有效性,亟需降低;不同地区间小麦和小黑麦籽粒中主要矿质元素及植酸含量存在显著差异,选育品种时应考虑地区因素;另外,籽粒中锌、铁含量呈显著正相关,表明二者含量可以同时被提高。

盐胁迫下-5磺基水杨酸、水杨酸对小黑麦种子生理特性的影响

采用种子萌发试验 ,研究了 5 磺基水杨酸、水杨酸对盐胁迫下小黑麦种子萌发及幼苗生长情况的影响。结果表明 :在盐胁迫下 ,适当浓度的两种酚酸均能提高小黑麦种子萌发的发芽率、发芽指数、活力指数 ,浓度增高则抑制种子萌发。适当浓度的两种酚酸还能降低幼苗叶片电导率和丙二醛 (MDA)含量、提高叶绿素含量。总的看来 ,5 磺基水杨酸的效果比水杨酸好 ,且低浓度的效果比高浓度的好。

盐胁迫下水杨酸及其衍生物对小黑麦幼苗生理特性的影响

盐胁迫下,适当浓度的两种酚酸均能降低幼苗叶片电导率和丙二醛(MDA)含量,增加根系活力。在相同处理浓度下,5-磺基水杨酸提高幼苗生理特性的效果比水杨酸好。

麦类作物对小麦全蚀病菌抗病性的研究

用菌饼接种法研究了小麦、黑麦、小黑麦和燕麦苗期对小麦全蚀病菌的抗病性。结果表明，燕麦对小麦全蚀病菌病抗至免疫，黑麦和小黑麦中抗，小麦高感。供试麦类品种间抗病性有差异，燕麦品种晋６０２，晋６０６，晋５８５，新西兰１６免疫，其余品种高抗。黑麦品种中美国黑麦和法国黑麦，小黑麦品种中劲松５号抗病性均较强，小麦品种中陕２２９感病较轻。

六倍体小黑麦株高形成中内源激素含量的变化

为了解六倍体小黑麦株高形成与内源激素的关系,以六个不同株高的六倍体小黑麦品种(系)为材料,对小黑麦在株高形成时期叶片中内源激素含量的动态变化进行了分析。结果表明,矮秆小黑麦品种的ABA、ZR和GA含量在所调查时期均显著高于高秆品种,而IAA含量在生长后期则显著低于高秆品种。同时高秆小黑麦中IAA/ABA、GA/ABA与(IAA+GA)/ABA的比值均高于矮秆小黑麦,但ZR/IAA、ZR/ABA比值的变化趋势则与IAA、GA含量的变化趋势相反。可见不同株高类型的小黑麦在株高形成过程中内源激素具有显著差异。

小黑麦碳酸酐酶蛋白质三维结构预测

根据已经克隆到的小黑麦碳酸酐酶基因序列,将其概念地翻译成蛋白质的氨基酸序列。利用MEGA4.1、DNAStar5.02、SOPMA、Swiss-Model Workspace和NCBI-VAST等在线软件和服务器对该小黑麦碳酸酐酶(CA)的一级结构、二级结构及三维结构进行了分子结构模型预测,并对其三维结构进行了比对。结果显示,小黑麦碳酸酐酶定位于线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上,具有β类碳酸酐酶所特有的保守性基序C-[SA]-D-S-R-[LIVM]-x-[AP];SOPMA预测的二级结构显示,该酶含有α-螺旋(38.61%)、随机卷曲(54.44%)和β-折叠(6.95%)。通过VAST矢量比对工具将小黑麦碳酸酐酶与模板(lekjA)三维结构进行比对,结果显示小黑麦碳酸酐酶与豌豆β碳酸酐酶同型八聚体中的一个单体(lekjA)具有很好的匹配,故推测小黑麦碳酸酐酶全酶也可能是同型八聚体。

小黑麦与黑麦花序结构和籽粒特性比较

植物的花序结构及其形态特征是影响种子生产性能的重要因素。对于禾本科植物而言,其花序大小、小穗数、小花数及小花的外稃、内稃和芒的性状特征直接影响种子形成和产量。本研究通过测定小黑麦品系C2、C35和黑麦品系C13、C33的花序结构特征,得到以下结果:小黑麦花序[(14.30±0.52)cm×(1.24±0.09)cm]明显大于黑麦[(13.20±0.35)cm×(0.82±0.02)cm],小黑麦花序长而粗,黑麦花序短而细;小黑麦花序的小穗数[(21.35±1.47)个]少于黑麦[(30.20±0.79)个];小黑麦每个小穗的小花数较多,为3~4朵,黑麦的小花数趋于稳定,每个小穗有2朵小花。从花序中部小穗的小花结构看,小黑麦下位护颖长[(1.27±0.11)cm]和宽[(0.26±0.03)cm]、上位护颖长[(1.30±0.09)cm]和宽[(0.23±0.04)cm]均显著大于黑麦下位护颖长[(1.04±0.05)cm]和宽[(0.08±0.01)cm]、上位护颖长[(0.94±0.10)cm]和宽[(0.06±0.01)cm];小黑麦中部小穗第1小花的外稃宽[(0.32±0.03)cm]、外稃高[(0.24±0.03)cm]和芒长[(8.35±0.51)cm]、第2小花的外稃宽[(0.35±0.04)cm]、外稃高[(0.25±0.05)cm]和芒长[(8.37±1.19)cm]极显著大于黑麦相应值[(0.26±0.01),(0.15±0.01),(5.50±0.19),(0.25±0.01),(0.17±0.01)和(5.18±0.23)cm];第1和第2小花的外稃长[(1.35±0.06),(1.37±0.06)cm]和内稃长[(0.84±0.04),(1.41±0.06)cm]均小于黑麦的外稃长[(1.49±0.05),(1.47±0.05)cm]和内稃长[(1.45±0.05),(1.47±0.04)cm]。小黑麦的穗粒数[(52.50±1.80)粒]显著低于黑麦[(58.50±2.50)粒](P<0.05),但其穗粒重[(2.08±0.04)g]、粒重[(0.04±0.00)g]和籽粒宽[(3.04±0.32)mm]均极显著高于黑麦(P<0.01),每个花序的籽粒不仅体积大,而且质量较重,其籽粒的生产性能高于黑麦。小黑麦籽粒呈椭圆形或长卵圆形,浅黄色,表皮皱缩,饱满度差;黑麦籽粒呈窄纺锤形,青灰色,表皮光滑,籽粒饱满。小黑麦和黑麦花序结构与籽粒性状的Pearson相关分析表明,小黑麦花序宽和花序基部小穗数与籽粒长显著正相关(P<0.05),花序长与籽粒宽极显著正相关(P<0.01),花序中部小穗的下、上位护颖宽分别与穗粒重和穗粒数极显著正相关(P<0.01);黑麦花序中部小穗第2小花的内稃长与籽粒长显著正相关(P<0.05),外稃高与穗粒数极显著负相关(P<0.01)。研究小黑麦和黑麦的花序结构和籽粒特征,对正确区分二者和了解其籽粒的生产性能具有重要意义,同时有利于小黑麦的示范推广。

灌浆前期高温对小黑麦籽粒淀粉积累及其合成相关酶活性的影响

为探讨灌浆前期高温对六倍体小黑麦籽粒淀粉积累及其相关合成酶活性的影响,以4个春性小黑麦品种(系)为材料,在开花后5~14d于田间搭建温棚进行高温胁迫,对其籽粒淀粉积累动态、淀粉合成相关酶活性进行了研究。结果表明,开花后5~14d高温胁迫导致小黑麦千粒重和容重均显著下降,其中,千粒重下降5.95%~20.47%,容重下降3.33%~9.49%;籽粒中的总淀粉、支链淀粉与直链淀粉含量均显著降低,依次下降6.84%~17.97%、7.70%~24.60%及2.27%~7.17%,直/支链淀粉比有所升高,但差异不显著。在高温胁迫期间,小黑麦籽粒中与淀粉合成相关的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPP)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、淀粉分支酶(SBE)及淀粉去分支酶(DBE)活性均较对照有所上升,高温胁迫结束后,AGPP、SSS、DBE的活性均较对照有所下降。推测灌浆前期高温胁迫导致灌浆中后期小黑麦籽粒中淀粉合成相关酶活性的下降是籽粒中淀粉含量降低以及千粒重、容重下降的主要原因。

甘南高寒牧区秋播小黑麦对氮肥施用量和播种密度的响应

本试验以甘农2号小黑麦(×Triticosecale Wittmack)为试验材料,通过研究其在高寒牧区秋播条件下株高、枝条数、干草产量、营养品质(营养价值,干物质消化率)对氮肥施用量和播种密度的响应,以确定其最佳施肥量和播种密度,为高寒牧区小黑麦的大面积示范推广提供技术支持。单因素结果表明,氮肥施用量为240 kgN·hm^-2(播种前:25%,返青期:37.50%,拔节期:37.50%)时,秋播甘农2号小黑麦的平均干草产量(15.31 kg·hm^-2)、粗蛋白含量(11.99%)和综合评价值(0.76)均较高;播种密度为843万基本苗·hm^-2时平均干草产量较高(15.11 kg·hm^-2),综合评价值(0.77)最高;氮肥施用量和播种密度间的交互作用表明,氮肥施用量为360 kg N·hm^-2、播种密度为843万基本苗·hm^-2时,高寒牧区秋播甘农2号小黑麦干草生产田的干草产量(18.71 kg·hm^-2)和综合评价值(0.80)最高。

六倍体小黑麦品种资源的抗旱性聚类分析

选用10个六倍体小黑麦品种(系)为材料,利用20%PEG-6000模拟干旱,检测各品种芽期的发芽势、发芽率、胚芽鞘长、主根长以及苗期的POD和SOD活性、相对含水量、MDA含量,并计算各性状的抗旱系数(T/CK),根据抗旱系数的欧氏距离将其聚为两大类,一类为抗旱性强的S1、S3、S5、S8、S10,另一类为抗旱性弱的S2、S4、S6、S7、S9。同时,利用RAPD分子标记分析其遗传多样性,以0.34为阈值将其分为三类,其中S4、S5为一类;S1、S2、S3、S6、S7、S8、S9为一类,S10自成一类。对比分析发现抗旱性强的一类品种分散分布在分子标记的三大类群里,表明这些分子标记与品种的抗旱性不相关。但反过来可以说明这些抗旱性强的品种其遗传差异较大,遗传变异丰富,为在小麦或小黑麦的抗旱育种中更好地利用这些品种资源提供了依据。

六倍体饲草型小黑麦株高形成特点

为探索六倍体饲草型小黑麦株高形成特点、明确其株高形成基本规律,以2种类型共6个六倍体小黑麦基因型为材料,对其株高、各节间长、株高构成指数、株高形成动态及株高对外源赤霉素反应特性等进行了研究。结果表明:六倍体饲草型小黑麦的株高极显著高于兼用型小黑麦,主要由于上部节间长度差异较大导致,各节间长中L1对株高的直接贡献最大,L2次之。2种类型小黑麦的株高构成指数间无显著差异。株高形成动态表明饲草型小黑麦的株高形成最快时期较兼用型晚10天左右。饲草型小黑麦株高对外源赤霉素较兼用型小黑麦敏感,且以抽穗期较拔节期更敏感。可见这2种类型六倍体小黑麦在株高形成特点上具有较大差异,这对饲草型小黑麦栽培技术的制定具有一定的指导意义。

小黑麦NAC转录因子基因TwNAC01克隆及生物信息学分析

NAC(NAM、ATAF1/2、CUC2)是在调控植物发育、衰老、生物与非生物逆境以及激素反应等方面具有重要作用的一类转录因子。为探索六倍体小黑麦耐干旱机制,本研究以六倍体小黑麦为材料,利用快速扩增cDNA末端(RACE)与反转录·聚合酶链反应(RT-PCR)技术克隆到1条NAC转录因子cDNA全长,分析了其生物信息学特点,同时利用实时定量PCR技术分析其在干旱胁迫下的组织部位表达特点。结果表明,所克隆小黑麦基因ORF全长1 059 bp,编码352个氨基酸。该基因预测蛋白中具有NAM亚家族保守的氨基酸序列,且其预测蛋白氨基酸序列与山羊草中的NAC转录因子氨基酸序列同源性高达90%以上。该基因预测蛋白属亲水性蛋白,无跨膜结构域与信号肽区域,二级结构包含45个α-螺旋,57个β-折叠和250个无规则卷曲。预测蛋白定位于细胞核内。在干旱胁迫下,该基因在开花后22 d的小黑麦幼粒和根部的表达量明显高于茎和叶,且表达量显著受干旱胁迫诱导。可见所克隆的基因为小黑麦NAC转录因子,将其命名为TwNAC01(GenBank登录号为MG736919),其在小黑麦抗旱应激反应中具有重要作用。小黑麦NAC转录因子基因TwNAC01的克隆对于揭示小黑麦的抗旱性机制以及小黑麦抗旱基因工程育种具有重要意义。

小黑麦TwNA C01基因功能分析

NAC是一类调控植物发育、衰老、生物与非生物逆境以及在激素反应方面具有重要作用的转录因子。为解析小黑麦TwNAC01基因的初步功能,本研究以从六倍体小黑麦中克隆到NAC转录因子基因TwNAC01为基础,构建了过表达载体pCAMBIA1300-35S-Tw NAC01,并通过蘸花法转化拟南芥,获得转基因拟南芥株系,对转基因与野生型拟南芥在干旱胁迫下的该基因表达量与相关生理指标进行了检测。结果表明,在干旱胁迫下,TwNAC01基因在拟南芥根部表达量显著高于叶部,同时在转Tw NAC01基因植株根和叶部的表达量均显著高于野生型及转空载体拟南芥。转TwNAC01基因拟南芥叶片在干旱胁迫下失水率较转空载体和野生型拟南芥降低,其电导率、H2O2和MDA含量较转空载体及野生型株系显著降低,但叶片含水量在转TwNAC01基因株系与较转空载体及野生型株系间差异不显著,而转Tw NAC01基因拟南芥根系长度分别是野生型和转空载体拟南芥根系长度的1.5倍和1.2倍,差异显著。可见Tw NAC01在拟南芥根部优势表达,其优势表达促进了根系的伸长,提高了拟南芥抗旱能力。本研究对于理解小黑麦的抗旱分子机制提供了重要依据,也为小黑麦抗旱育种奠定了分子基础。