高蛋白饲用红麻品种筛选及饲用品质研究

张超，黄思齐，邓勇，李建军，张高阳，伍应保，满百膺，陶杰，李德芳*

（1.上饶师范学院生命科学学院，江西 上饶 334001；2.中国农业科学院麻类研究所，湖南 长沙 410205）

红麻（Hibiscus cannabinus L.），正名大麻槿，又称洋麻。红麻为锦葵科木槿属一年生韧皮纤维作物，大力发展红麻产业是满足天然纤维需求的重要途径之一［1］。红麻的经济利用价值已不仅仅局限于纤维，还涉及造纸、生物能源、建筑材料等方面［2-3］。在生产实践中发现，红麻具有生长速度快、生物量大等特点，可作为畜禽饲料的价值也尤为突出，红麻生长速度快，其叶片中含黄酮和多酚，抗虫能力强，无须施药，故红麻叶片属于天然绿色的蛋白饲料［4］。近年来随着国内畜牧业的飞速发展，饲料产业一跃而起，同时饲料的品质成为关键问题。

红麻属于短日照植物，适于生长于温度较高同时湿度较大的环境，符合气候湿热且缺乏高产植物优质蛋白饲料的南方地区。因此，研究红麻饲用营养价值，选育红麻饲用品种对维持红麻产业的可持续发展具有重要意义。硝酸还原酶是植物体内重要的诱导酶，能够影响农作物的总氮和蛋白氮水平，与作物的耐肥性有密切关系。该酶在植物基因表达机制、蛋白质分子基础以及氮代谢途径的调控作用研究中［5-6］具有非常重要的地位。谷氨酰胺合成酶是氮素代谢途径中的关键酶，是衡量植物氮素同化水平的一项重要生理指标。植物体内的硝态氮含量，既能反映植物氮素营养状况，又能辅助辨别作为植物原料的加工制品品质［7］。曾日秋［8］的研究表明，红麻粉添加剂可提高牧草蔗+蜜柚废弃物、狼尾草+蜜柚废弃物、苎麻+蜜柚废弃物3种处理的乳酸菌含量，显著降低青贮饲料的pH值，饲料品质较好。国外也有不少对红麻饲料应用的研究报道，Kipriotis等［9］对某些饲料来源进行全面的评估发现，一些纤维作物具有更大潜力，比如红麻含有大量的营养物质如蛋白质、碳水化合物、脂肪、矿物，并且具有良好的适口性与可消化性。

目前，红麻饲用品种选育鲜见报道。本试验选取全叶型红麻和裂叶型红麻各2份为试验材料，研究生育期叶片氮素代谢相关指标的动态变化、营养品质性状及成熟期农艺性状和鲜重的情况，旨在为缺乏优质高产植物性蛋白饲料的南方地区提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试红麻材料为红麻全叶型材料“348”“349”及红麻裂叶型材料“352”“353”。供试4种红麻材料由中国农业科学院麻类研究所一年生麻类遗传改良课题组提供。

1.2 试验地概况

试验于2020年5月至10月在中国农业科学院麻类研究所长沙望城白箬铺创新实验基地（28°12′N，112°42′E）进行，试验地区属于亚热带大陆性季风性气候区，气候温和，降水丰富，年平均温度约17.2℃，年平均降水量1361.6 mm，年平均日照数大于1700 h。

1.3 试验设计

试验选取土壤肥力均匀一致的地块。试验区域分为4个小区，每个小区宽2 m，长12 m，面积24m2。播种前对试验小区进行松土，并在整地后播种前施用复合肥（N∶P∶K＝15∶15∶15）作为基肥，施用量为510 kg／hm2，行距40 cm，采用人工播种方式，精细条播，播种后充分浇水，出苗后进行严格间苗，最终播种密度为100 000株／hm2。试验时间为5月19日到10月23日。分别在6月15日、7月15日、8月15日和9月15日进行取样，取4份材料3个重复的红麻叶片（取样时从红麻植株顶部开始计算向下50 cm范围内的所有叶片）混匀待用（取样量300 g左右）。利用大田试验进行粗纤维、粗脂肪、粗蛋白、灰分含量等指标和氮素代谢相关酶活性的测定（将用于酶活性测定的红麻叶片经液氮速冻后放入-80℃冰箱保存）。10月23日对株高、茎粗、皮厚、鲜重等进行测定。

1.4 测定项目和方法

1.4.1 营养品质指标测定

红麻样品取回后105℃杀青30 min，随后温度控制在80℃烘干48 h，样品在研钵中充分粉碎后编号并保存，用于粗纤维、粗脂肪、粗蛋白、灰分的测定。粗纤维测定参考GB／T 6434—2006，粗脂肪测定参考GB／T 6443—2006，粗蛋白质含量的测定参考GB／T 6432—2018，粗灰分测定参考GB／T 6438—2007。

1.4.2 氮素代谢相关指标测定

红麻叶片中硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、硝态氮分别采用索莱宝公司的硝酸还原酶（NR）活性检测试剂盒［10］、谷氨酰胺合成酶（GS）活性检测试剂盒［11］和植物硝态氮含量检测试剂盒［12］进行测定。

1.4.3 形态性状及产量测定

成熟时分别测定不同红麻材料的株高、茎粗、皮厚和鲜重。每个小区选取10株红麻。

1.5 数据处理

试验数据采用SPSS 22.0统计分析软件和Microsoft Excel 2019进行统计分析。采用Duncan′s新复极差法进行均值多重比较，显著水平为p＜0.05。

2 结果与分析

2.1 不同红麻材料叶片中营养品质性状分析

由表1可知，4份材料的粗脂肪含量均呈先降低后升高的趋势，其中6～8月粗脂肪含量百分比呈降低趋势，9月粗脂肪含量升高。“352”和“353”的粗脂肪含量相对“348”和“349”的较高，9月“353”粗脂肪含量较高，达6.14%。

表1 不同红麻材料叶片营养成分Table 1 Nutrient composition of different kenafmaterials

续表1

4份材料的粗纤维均呈先升高后降低的趋势，其中6～8月粗纤维呈升高趋势，9月粗纤维含量降低。8、9月“352”“353”的粗纤维含量相对较高，“352”在8月粗纤维含量达到10.73%。9月“348”“349”粗纤维含量低于“352”“353”，具有显著性差异（p＜0.05）。

4份材料的粗灰分呈逐渐降低的趋势，其中“352”在6月的粗灰分含量较小，仅占5.45%，与“348”“349”相比呈显著差异（p＜0.05），其他调查时间点4份材料粗灰分含量无显著差异（p＞0.05）。

蛋白质是植物重要的结构物质，并且是细胞分裂、分化的物质根本，其含量变化与生长发育情况密切相关。整个生育期中（7～10月），4份材料的粗蛋白含量均呈先升高后降低的趋势，9月营养生长到生殖生长的转化，表现出粗蛋白含量降低。整个生育期中，4份红麻材料粗蛋白含量比较，“348”“349”与“352”“353”粗蛋白含量具有显著差异（p＜0.05），而“348”与“349”“352”与“353”之间粗蛋白含量无显著差异（p＞0.05）。8月“349”粗蛋白含量最高，平均可达到27.36%，与“349”相比，“348”“352”“353”粗蛋白含量分别降低了0.31%、1.53%、1.87%。9月同样是“349”粗蛋白含量最高，平均可达到 26.57%，与“349”相比，“348”“352”“353”粗蛋白含量分别降低了0.38%、4.30%、4.74%。

2.2 不同红麻材料叶片中硝酸还原酶活性的变化分析

硝酸还原酶（NRase）存在于植物的叶片中，叶片也是硝态氮还原过程发生的重要部位。由图1可以看出，4份材料叶片中NRase活性的变化趋势为随生育时期的推进先降低后上升，6～8月叶片中硝酸还原酶呈下降趋势，9月叶片中硝酸还原酶活力增高。在整个生育期内，“348”“349”硝酸还原酶活性显著地高于“352”“353”（p＜0.05）。“348”与“349”、“352”与“353”之间硝酸还原酶活性无显著差异（p＞0.05）。

图1 不同红麻材料叶片中硝酸还原酶活性的变化Fig.1 Variation of nitrate reductase activity in leaves of different kenafmaterials

2.3 不同红麻材料叶片谷氨酰胺合成酶活性的变化分析

谷氨酰胺合成酶（GS）是氮代谢的核心酶之一［13］。由图2可知，4份材料的叶片中谷氨酰胺合成酶活性的变化趋势相同，且“348”“349”谷氨酰胺合成酶活性均显著高于“352”“353”（p＜0.05）。4份材料谷氨酰胺合成酶活性变化趋势均表现为单峰曲线，峰值同时产生在8月。8月4份材料（“352”“353”“348”“349”）叶片 GS活性较为接近，分别为 31.58、32.38、34.54、35.53μg／（g·h），FW，8月后均表现为下降趋势。由图2还可知，“348”“349”的叶片同化氨的能力强于“352”“353”。

图2 不同红麻材料叶片中谷氨酰胺合成酶活性的变化Fig.2 Variation of glutamine synthetase in leaves of different kenafmaterials

2.4 不同红麻材料叶片硝态氮含量变化分析

硝态氮含量是作物体内的硝态氮累积与代谢体现，同时还是作物的氮素吸收利用与再利用的关键标志。不同时期红麻叶片中硝态氮含量有所不同，生育前期一直处于积累状态，生育后期转为再利用状态。由图3可知，整个生育期中，4份材料生育前期的硝态氮含量均呈逐渐上升趋势，在8月后均逐渐下降。材料“348”“349”硝态氮含量高于“352”“353”，具有显著性差异（p＜0.05）。“348”与“349”、“352”与“353”之间硝态氮含量无显著差异（p＞0.05）。4份材料硝态氮含量的变化趋势均呈单峰曲线，均在8月份达到最大值，平均硝态氮含量可达到437.86μg／g，FW。

图3 不同红麻材料叶片中硝态氮含量的变化Fig.3 Variation of nitrate nitrogen content in leaves of different kenafmaterials

2.5 不同红麻材料农艺性状及产量分析

成熟期不同红麻材料株高、茎粗、皮厚、鲜重的测定结果参见表2。由表2可知，“348”“349”与“352”“353”株高具有显著差异（p＜0.05）。“348”与“349”“352”与“353”之间株高无显著差异（p＞0.05）。“349”株高最高，平均可达到 428.37 cm，与之相比，“348”“352”“353”株高分别降低了11.03、63.31、76.32 cm。

表2 不同红麻材料农艺性状和产量Table 2 Agronomic and yield traits of different kenafmaterials

“348”“349”茎粗高于“352”“353”，具有显著差异（p＜0.05）。“348”与“349”、“352”与“353”之间茎粗无显著差异（p＞0.05）。“349”茎粗较粗，平均可达到26.49 mm，与之相比，“348”“352”“353”茎粗分别减少了 1.24、3.75、4.48 mm。

“348”“349”皮厚高于“352”“353”，具有显著差异（p＜0.05）。“348”与“349”、“352”与“353”之间皮厚无显著差异（p＞0.05）。“349”皮厚最高，平均可达到 1.98 mm，与之相比，“348”“352”“353”皮厚分别减少了 0.11、0.26、0.29 mm。

“348”“349”鲜重高于“352”“353”，具有显著性差异（p＜0.05）。“348”与“349”、“352”与“353”之间鲜重无显著差异（p＞0.05）。“349”鲜重最高，平均可达到 92 334 kg／hm2，与之相比，“348”“352”“353”每公顷鲜重分别降低了 4334、41 668、42 000 kg。

3 讨论与结论

红麻具有生物产量较大、叶片粗蛋白含量较高、抗病抗虫能力强等特性，可作为畜禽饲料，属于天然植物绿色饲料。本研究发现，红麻叶片中粗蛋白含量8月最高，9月次之，生育前期呈现先升高后逐渐降低的规律。硝酸还原酶为硝态氮同化过程中的限速酶，同时也是植物氮代谢中不可或缺的关键酶，在整个同化过程中硝酸还原酶活性强弱一定水平上代表了光合作用、呼吸作用、蛋白质合成及氮代谢状况［14］。张智猛等［15］在关于花生各器官硝酸还原酶研究中发现，叶片中硝酸还原酶的活性在幼苗期最高，随着日龄的增加呈下降趋势。硝酸盐吸收量的增加会导致硝态氮运输到地上部被还原量增多，幼嫩叶片中的硝酸还原酶活性较高，反而在较衰老叶片中其活性较低。同时介质供应氮情况、外界光照情况等环境因素的变化都能影响花生各个器官中硝酸还原酶活性［16-17］。本研究表明，红麻生育期内4份材料的叶片中硝酸还原酶活性的变化趋势为随生育时期的推进而逐渐降低，蒴果期后硝酸还原酶活性上升。

张智猛等［18］在关于花生各器官谷氨酰胺合成酶研究中发现，在花生叶片中谷氨酰胺合成酶活性表现出波谷-波峰-波谷单峰变化趋势，试验得出适宜的施氮量对花生体内谷氨酰胺合成酶活性具有增强作用，谷氨酰胺合成酶活性处于较高水平，能够使氨同化途径顺利完成。本研究发现红麻叶片中谷氨酰胺合成酶活性在营养生长期持上升趋势，对氨的同化表现出增强的状态，随着植株生育期推移，叶片逐渐表现出衰老情况，谷氨酰胺合成酶（GS）活性显出降低现象，对叶片中氮同化利用率有所下降。硝酸还原酶（NRase）活性的增强能够引起谷氨酰胺合成酶（GS）活性的增加。对小麦、水稻等作物的试验研究可以看出，灌浆历程中氮代谢中关键酶的活性表现出规律性改变［19-20］，且呈现协同性。本研究中“348”“349”谷氨酰胺合成酶活性及硝酸还原酶活性均显著高于“352”“353”（p＜0.05）。李雪梅等［21］在大豆不同节位叶片硝态氮含量研究中发现，营养生长时期大豆叶片中硝态氮的含量较高，直至生殖生长时期开始下降。本研究结果表明，4份材料生育前期的硝态氮含量均呈逐渐上升趋势，在8月后均逐渐下降。红麻硝态氮含量变化趋势与大豆类似。

本试验成熟期对不同红麻材料株高、茎粗、皮厚、鲜重进行农艺性状分析，发现“348”“349”的各项农艺性状指标均优于“352”“353”，株高虽然不能作为衡量产量的依据，但可作为红麻长势的辅助指标［22］。洪建基等［23］认为在红麻品种选育时，应注意选择植株较高、中等茎粗、韧皮较厚、品质优良的材料。“348”“349”与“352”“353”相比叶面积相对较大，符合高产红麻的特点，生育期内群体叶面积适当地大，群体光合作用性能好，利于生物产量的提高。

基于4份红麻叶片中氮代谢指标、饲用指标、农艺性状筛选高蛋白饲用红麻品种。“348”“349”与“352”“353”叶片相比更适合作为南方地区植物性蛋白饲料，“349”最为适合，“348”次之。红麻材料的选定为切合中国南方地区缺乏优质高产的植物绿色饲料提供了科学依据和技术创新。