A Comprehensive Evaluation of Nutrional Value of 11 <i>Calopogonium </i> Germplasm Materials

YAN Linling; ZHANG Yu; BAI Changjun

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2019.03.025

Chinese Journal of Tropical Crops >

2019 , Vol. 40 >Issue 3: 590 - 595

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2019.03.025

Agricultural Product Processing, Preservation, Storage, Analysis and Detection

A Comprehensive Evaluation of Nutrional Value of 11 Calopogonium Germplasm Materials

YAN Linling ,
ZHANG Yu ,
BAI Changjun ^,^*

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Tropical Crops Genetic Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement in Southern China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Danzhou, Hainan 571737, China

Received date: 2018-07-10

Request revised date: 2018-09-06

Online published: 2019-03-15

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Copyright reserved © 1981. Office of Acta Agronomica Sinica All articles published represent the opinions of the authors, and do not reflect the official policy of the Chinese Medical Association or the Editorial Board, unless this is clearly specified.

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Abstract

The nutritive components of Calopogonium were determined by chemical analysis, and the comprehensive evaluation was carried out by membership function method and cluster analysis. The results showed that the crude protein, crude ash, neutral detergent fiber, acid detergent fiber, calcium and phosphorus of 11 strains were significantly different. Through the comprehensive evaluation of membership function, the clustering was divided into two categories. Among them, 041130150, 051210057, 050320021, 050106023, 050319007 had higher nutritive value. The total phosphorus, neutral detergent fiber and crude protein can be used as an important index to evaluate the nutritional value of woolen bean.

Key words： Calopogonium mucunoides Desv.; nutrition components; principal component; membership function method; cluster; quality evaluation

Cite this article

YAN Linling , ZHANG Yu , BAI Changjun . A Comprehensive Evaluation of Nutrional Value of 11 Calopogonium Germplasm Materials[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2019 , 40(3) : 590 -595 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.03.025

毛蔓豆属（Calopogonium）是热带亚热带地区最重要的豆科植物之一,由于营养价值高,是牲畜喜食的饲草之一^[1]。毛蔓豆（Calopogonium mucunoides Desv.）在播种2个月后生长快而旺盛,到4~5个月可完全覆盖地面,厚度可达40~60 cm。种子成熟后落地又能自然繁殖,再次形成草层。毛蔓豆虽为短期多年生,但因为自身有繁殖的特性,也不需要每年种植。因此常被用作绿肥^[2]种植于柑桔（Citrus reticulata Blanco.）、可可（Theobroma cacao L.）等果园^[3],也有将其作为覆盖作物种植于幼龄橡胶（Hevea brasiliensis Muell.）园^[4]、桉树（Eucalyptus robusta Smith.）林等经济作物区,从而达到抑制杂草及改善土壤的作用。

在牧草的生产推广中,除了产量这一主要因素,营养价值的好坏也是评价的重要因素之一。营养价值的评价一直以来都是国内外研究的热点,已报道的评定方法有多种^[5,6,7],主要是对各种营养物质的含量进行分析,以及能量代谢、消化率测定等。目前运用较广的是概略养分和范式洗涤纤维分析法,以牧草的粗蛋白质（CP）、粗脂肪（EE）、酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤纤维（NDF）、粗灰分（Ash）、无氮浸出物（FE）、钙（Ca）和磷（P）作为评价指标。

对于毛蔓豆属种质的研究,目前已开展了产量^[8]、生育期^[9]、栽培技术^[10,11]、交配系统^[12]和用途^[13,14]等方面的研究,但对于毛蔓豆作为动物饲料营养价值成分研究还未涉及。为此,本研究以11份毛蔓豆种质及色拉特罗大翼豆为对照材料,进行营养成分分析,以期筛选出毛蔓豆营养价值评价的主要鉴定指标及营养价值高的毛蔓豆种质,为毛蔓豆新品种的育成与推广提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料共12份,其中毛蔓豆属种质11份,对照为色拉特罗大翼豆（Macroptilium atropur- pureum (dc.) urb cv. Siratro）,由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所提供,具体明细见表1。

表1 供试种质明细表

Tab. 1 List of tested germplasm

序号 No.	种质名称 Name of germplasm	采集地 Collection sites	经度 Longitude (E)	纬度 Latitude (N)	海拔 Height/m	生境 Habitat
1	041130002毛蔓豆	海南白沙天堂	109°27.724′	19°22.348′	209.1	荒地
2	050320021毛蔓豆	海南陵水提蒙	110°00.181′	18°34.126′	35.0	荒地
3	041130150毛蔓豆	海南陵水交罗镇	109°57.130′	18°37.139′	47.9	荒地
4	050106023毛蔓豆	海南琼海塔洋镇	110°31.786′	19°17.910′	37.4	路边
5	050319007毛蔓豆	海南昌江大坡镇	109°01.640′	19°17.984′	112.8	路边
6	050321041毛蔓豆	海南五指山	109°30.960′	18°47.948′	363.0	路边草丛
7	050322041毛蔓豆	海南五指山	109°30.960′	18°47.948′	363.0	路边草丛
8	051210057毛蔓豆	海南陵水县郊	110°00.588′	18°29.241′	11.0	荒地
9	060217013毛蔓豆	海南西培农场	109°27.616′	19°21.634′	253.0	路边
10	061210010蓝花毛蔓豆	海南琼海市长坡	110°35.340′	19°19.810′	34.4	山坡
11	070118049毛蔓豆	广东惠州市博罗县	114°18.150′	23°10.751′	20.8	路边荒地
12	色拉特罗大翼豆	育成品种

1.2 方法

2015年3月28日,12份试验材料种植于品资所牧草基地,随机区组设计,4次重复,小区面积16 m²（4 m×4 m）,株、行距均为50 cm。待初花期进行刈割,按“十”字法从4个重复中随机取样500 g鲜草混匀,放入烘箱中于105 ℃杀青10 min,65 ℃烘干至恒重,然后105 ℃烘干测定干物质。粉碎过筛后的样品,采用凯氏定氮法^[12]测定其粗蛋白（crude protein,CP）含量,索氏抽提残余法^[15]测定其粗脂肪（ether extract,EE）含量,灼烧法^[16]测定其粗灰分（Ash）含量,范氏纤维测定法^[13]测定中性洗涤纤维（neutral detergent fiber,NDF）及酸性洗涤纤维（acid detergent fiber,ADF）含量,原子吸收火焰法^[17]测定其钙（Ca）含量,钼黄比色法^[18]测定其总磷（P）含量。

1.3 数据处理

数据采用 Excel 软件进行数据统计,并使用DPS 7.05软件进行方差分析,SPSS 18.0软件进行主成分分析及聚类分析。营养价值评价应用模糊数学中的隶属函数值法^[19],以粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、粗纤维含量等指标进行综合评价。隶属函数值计算公式： \( R(X_{i})=\frac{({{X}_{i}}-{{X}_{\text{min}}})}{({{X}_{\text{max}}}-{{X}_{\text{min}}})} \)式中X_i为指标测定值,X_min、X_max为所有参试材料某一指标的最小值和最大值。如果为负相关,则用反隶属函数进行转换,计算公式为:\( R(X_{i})= 1-\frac{({{X}_{i}}-{{X}_{\text{min}}})}{({{X}_{\text{max}}}-{{X}_{\text{min}}})} \)

2 结果与分析

2.1 毛蔓豆属种质各营养成分分析

由表2可看出,CP、Ash、NDF、ADF、Ca、P在不同种质间差异达极显著（p<0.01）,仅EE差异不显著（p˃0.05）。12份种质种质CP含量在16.00%~21.34%间,其中050319007、050106023毛蔓豆含量最高,为21.34%、21.24%,极显著高于041130002、050320021、050322041、060217013、05021041、061210010等6个种质;EE含量在2.40%~2.66%;Ash含量在6.38%~9.72%,其中060217013毛蔓豆的含量最高（9.72%）,极显著高于其他11份种质;NDF含量在41.92%~ 50.02%,其中041130002、070118049毛蔓豆含量最高,分别为50.02%、49.05%,极显著高于除色拉特罗大翼豆外的9个种质;ADF含量在22.18%~33.86%,其中041130002毛蔓豆含量最高（33.86%）,极显著高于其他11份种质;Ca含量在0.48%~0.90%,其中色拉特罗大翼豆、061210010毛蔓豆含量最高,分别为0.90%、0.85%,极显著高于其他10份种质;P含量在0.16%~0.27%。

表2 毛蔓豆属种质各营养成分的分析

Tab. 2 Analysis of nutrient components in Calopogonium %

种质 Germplasm	CP	EE	Ash	NDF	ADF	Ca	P
041130002	18.08±0.07^BCD	2.66±0.94	8.36±0.15^C	50.02±0.03^A	33.86±1.11^A	0.52±0.06^B	0.26±0.01^AB
050320021	17.99±2.57^BCD	3.59±0.54	8.34±0.17^C	44.58±0.62^DE	27.97±0.11^CD	0.60±0.05^B	0.23±0.02^BCD
041130150	20.74±0.68^AB	3.50±0.61	7.07±0.02^E	44.41±0.55^DE	30.74±0.36^B	0.48±0.01^B	0.27±0.01^A
050106023	21.24±0.34^A	3.02±0.50	7.67±0.10^D	43.99±0.37^EF	29.75±0.03^BC	0.55±0.03^B	0.26±0.00^AB
050319007	21.34±0.20^A	3.48±0.73	7.06±0.09^E	41.92±0.03^G	26.41±0.11^D	0.61±0.03^B	0.21±0.01^DE
050321041	16.93±1.20^CD	4.29±0.61	7.59±0.05^D	45.97±0.40^CD	30.71±0.40^B	0.49±0.06^B	0.22±0.02^CDE
050322041	17.97±0.33^BCD	4.27±2.21	7.07±0.06^E	46.79±0.21^BC	29.94±0.52^B	0.51±0.07^B	0.22±0.01^CDE
051210057	19.78±0.21^ABC	3.43±0.52	6.44±0.02^F	45.42±1.00^CDE	29.29±0.06^BC	0.53±0.02^B	0.24±0.01^ABC
060217013	17.39±0.36^CD	3.27±1.03	9.72±0.14^A	46.25±0.67^CD	29.45±0.12^BC	0.59±0.02^B	0.19±0.01^EF
061210010	16.00±0.16^D	2.64±1.11	6.66±0.09^EF	42.35±0.42^FG	22.18±1.13^E	0.85±0.01^A	0.16±0.01^F
070118049	19.74±0.23^ABC	3.53±0.93	6.38±0.24^F	49.05±0.12^A	31.09±0.38^B	0.52±0.01^B	0.26±0.01^AB
大翼豆	18.96±0.16^ABCD	2.40±0.36	9.06±0.09^B	48.51±0.71^AB	30.91±0.19^B	0.90±0.02^A	0.19±0.01^EF
标准误	0.31	0.49	0.06	0.25	0.22	0.02	0.01
显著性	**	ns	**	**	**	**	**

	Note: The capital letters in the same row and ** show extremely significant difference at the 0.01 level, and ns shows no significant.
	注：同列不同大写字母表示不同种质间差异极显著（p<0.01）;**表示极显著相关（p<0.01）;ns表示差异不显著。

2.2 毛蔓豆属种质各营养成分的相关性分析

对11份毛蔓豆属种质及大翼豆的7个营养成分指标进行了相关性分析,结果见表3。NDF与ADF之间的相关性最高,且呈极显著正相关,其相关系数为0.805;其次为Ca与P之间的相关,其相关系数为-0.760,呈极显著负相关;Ca与EE间呈显著负相关,其相关系数为-0.686;P与CP及ADF间呈显著正相关,其相关系数分别为0.599、0.670。

表3 毛蔓豆属各营养成分之间的相关分析

Tab. 3 Correlation analysis of nutrient components of Calopogonium

指标Parameter	CP	EE	Ash	NDF	ADF	Ca	P
CP	1
EE	-0.018	1
Ash	-0.264	-0.321	1
NDF	-0.165	-0.113	0.309	1
ADF	0.232	0.105	0.301	0.805^**	1
Ca	-0.294	-0.686^*	0.253	-0.135	-0.513	1
P	0.599^*	0.228	-0.263	0.304	0.670^*	-0.760^**	1

	Note: ^shows significant difference at the 0.05 level and ^*shows significant difference at the 0.01 level.
	说明：^表示显著相关（p﹤0.05）;^*表示极显著相关（p﹤0.01）。

2.3 毛蔓豆属种质营养成分隶属函数综合评定

将11份毛蔓豆属种质及对照大翼豆的CP、EE、Ash、NDF、ADF、Ca及P含量进行隶属函数分析,其中,CP、EE、Ash、Ca、P呈正相关,用隶属函数计算分析;NDF和ADF不仅会影响动物的采食量,而且还会影响动物的消化率,所以呈负相关,用反隶属函数计算分析。由表4可看出,按隶属函数的综合值排列：050319007毛蔓豆>050106023毛蔓豆>050320021毛蔓豆>051210057毛蔓豆>041130150毛蔓豆>大翼豆>060217013毛蔓豆>061210010毛蔓豆>050322041毛蔓豆>070118049毛蔓豆>050321041毛蔓豆˃041130002毛蔓豆。

表4 毛蔓豆属种质营养成分的隶属函数值

Tab. 4 Membership function value of nutrient components of Calopogonium

种质 Germplasm	CP	EE	Ash	NDF	ADF	Ca	P	综合值 Comprehensive value	排名 Rank
041130002	0.39	0.19	0.61	0.00	0.00	0.10	0.88	0.31	12
050320021	0.37	0.67	0.60	0.67	0.50	0.29	0.60	0.53	3
041130150	0.89	0.43	0.24	0.69	0.27	0.00	1.00	0.50	5
050106023	0.98	0.66	0.41	0.74	0.35	0.16	0.86	0.60	2
050319007	1.00	0.72	0.23	1.00	0.64	0.31	0.41	0.62	1
050321041	0.17	0.74	0.39	0.50	0.27	0.03	0.53	0.38	11
050322041	0.37	0.88	0.24	0.40	0.34	0.08	0.53	0.40	9
051210057	0.71	1.00	0.06	0.57	0.39	0.12	0.73	0.51	4
060217013	0.26	0.49	1.00	0.46	0.38	0.26	0.29	0.45	7
061210010	0.00	0.00	0.12	0.95	1.00	0.88	0.00	0.42	8
070118049	0.70	0.71	0.00	0.12	0.24	0.10	0.88	0.39	10
大翼豆	0.55	0.36	0.81	0.19	0.25	1.00	0.30	0.50	6

2.4 毛蔓豆属种质营养成分的主成分分析

毛蔓豆属不同种质的7个营养成分指标主成分分析结果显示（表5,表6）,前3个主成分的贡献率分别为41.819%、28.072%、16.707%,累计贡献率为86.597%,而剩余的主成分贡献率均较小可忽略不计（表5）。其中,第Ⅰ主成分的特征根λ₁=2.927,贡献率为41.868%,对应的特征向量中,数值较大的性状为P、ADF、CP,相关系数分别为0.923、0.790、0.499;第Ⅱ主成分的特征根λ₂=1.965,贡献率为27.834%,对应的特征向量中,数值较大的性状为NDF、Ash、ADF,相关系数分别为0.792、0.768、0.591;第Ⅲ主成分的特征根λ₃=1.169,贡献率为16.707%,对应的特征向量中,数值较大的形状为CP、Ca、P,相关系数分别为0.733、0.289、0.262（表6）。因此,在毛蔓豆属种质的营养成分评价中,P、NDF、CP可以作为其衡量营养价值的重要指标。

表5 主成分的特征根值及贡献率

Tab. 5 Eigen values and contributions of principal component

主成分 Principal component	特征根 Eigen value	贡献率 Contribution/%	累计贡献率 Cumulative contribution/%
Ⅰ	2.927	41.819	41.819
Ⅱ	1.965	28.072	69.891
Ⅲ	1.169	16.707	86.597

表6 各因子载荷矩阵

Tab. 6 Loading matrix of each component

主成分 Principal component	CP	EE	Ash	NDF	ADF	Ca	P
Ⅰ	0.499	0.466	-0.193	0.463	0.790	-0.871	0.923
Ⅱ	-0.313	-0.478	0.768	0.792	0.591	0.261	-0.063
Ⅲ	0.733	-0.677	-0.067	-0.131	0.003	0.289	0.262

2.5 毛蔓豆属种质营养成分聚类分析

不同毛蔓豆种质营养成分的平均隶属函数值进行聚类分析,结果见图1,当欧氏距离>10时,可将其分为两大类群：

第Ⅰ类群：041130150毛蔓豆、大翼豆、051210057毛蔓豆、050320021毛蔓豆、050106023毛蔓豆、050319007毛蔓豆,此类群的平均隶属函数值均较高,可确认为高营养价值种质;第Ⅱ类群：050322041毛蔓豆、070118049毛蔓豆、050321041毛蔓豆、060217013毛蔓豆、061210010毛蔓豆、041130002毛蔓豆,此类群的平均隶属函数值均较低,可确认为低营养价值种质。

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图1 不同毛蔓豆属种质的营养价值隶属函数值的聚类分析

种质序号对应名称同表1。

Fig. 1 Cluster analysis of subordinate value of nutritive value of Calopogonium

The germplasm name corresponding to the number is shown in Tab. 1

3 讨论

由于牧草的营养品质是由粗蛋白、粗脂肪、粗灰分等多个指标综合决定的,因此主观地以某个营养指标来评估牧草营养价值的高低是不合理的^[20,21,22]。本文通过隶属函数综合评定毛蔓豆的营养价值,使得试验结果更加精准。从其营养价值来看,CP是衡量牧草最重要的营养指标之一,CP含量越高,表明其品质越好;EE是热能的主要原料,具有芳香气味,对牧草适口性具有重要意义;Ash代表牧草中的矿物质;FE即可溶性碳水化合物,是牧草的重要热能给源之一,其含量的多少直接影响青贮牧草的质量;Ca和P是牲畜所需的矿质营养,对其骨骼发育与生长具有重要的意义;ADF和NDF会直接影响牲畜对牧草的采食率和消化率,因此NDF含量和ADF含量与牧草的品质呈负相关^[23]。因此,在筛选隶属函数时,粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、钙、磷呈正相关,用隶属函数计算分析;中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量用反隶属函数计算分析。

营养成分是评定牧草饲用价值的重要指标,通常把粗蛋白质和粗纤维含量作为饲用植物营养价值的重要指标,粗蛋白质越高营养成分越好^[24]。本研究通过相关性分析及主成分分析发现,P、NDF、CP可以作为其衡量营养价值的重要指标,并且P与CP之间呈显著的正相关。后续将对各营养成分的搭配比例对适口性的影响进行进一步的研究。

易显风等^[25]的研究表明,大翼豆绿期长、产量高、营养价值高,是亚热带优秀的豆科牧草。由于毛蔓豆没有审定品种,大翼豆与毛蔓豆具有相似特点,因此,将大翼豆作为本研究的对照品种,进行毛蔓豆种质的营养价值比较,由隶属函数值分析可看出,有5份毛蔓豆属种质的营养综合价值高于大翼豆,包括050319007、050106023、050320021、051210057、041130150号毛蔓豆,有望成为下一步生产推广的新品种。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

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