芻料用高粱內含物之組合力分析

摘要

        芻料用高粱逢機七個自交系作為親本進行7×7半套互交，連同親本計28個品系於春作種植，抽穗及成熟時分別分析劍葉下第一葉片之粗蛋白質、鈣、鎂、鉀及氰酸等含量，藉組合力分析以評估各內含物之遺傳成分。結果親本間除鎂含量均方差異於成熟期不顯著外，其餘不論於抽穗或成熟期皆達極顯著水準，而於抽穗期粗蛋白質含量、成熟期鉀及氰酸等含量之雜種優勢均方皆達極顯著水準，顯示這些內含物可經由雜交組合表現雜種優勢。此外，不論於抽穗或成熟期鉀及氰酸等含量之一般及特殊組合均方亦皆顯著，且抽穗時累加性變方皆較顯性變方高出很多，成熟時兩種變方值亦存在並相似。粗蛋白質含量不論於抽穗或成熟期一般組合力均方不顯著，但特殊組合力均方則皆極顯著，表示顯性變方存在，鈣含量於抽穗時一般及特殊組合力均方皆極顯著，顯性變方一直存在，由上可知芻料用高粱內含物除鎂含量外，其餘皆可經由輪迴選種增進累加基因及(或)利用雜種優勢種植交種以獲得改良品質的效果。

        關鍵詞：芻料用高粱、組合力、內含物。

緒言

        芻料用高粱(forage sorghum)為C4型禾本科作物，耐乾旱且再生能力強，可連續宿根栽培(蕭等，1993)，於管理較粗放的邊際地區亦能生長良好，現今許多畜牧業發達的國家包括美國、澳洲及中南美洲等已普遍用它當作芻料為牲畜能量的來源(Goodrich and Meiske,1985)，而近幾年來本省試種結果不論在產量及品質亦皆被認為極具生產潛力。芻料用高粱常用的種原有穀粒用高粱(Sorghum bicolor L. Moench)、甜高粱(S. dochna)及蘇丹草(S. sudanense Stapf)等，此三個物種染色體組(genome)間差異少，它們之間的差別主要在基因層次(Endrizzi,1957)，彼此極易相互雜交，屬於可共享用一基因庫之孟德爾族群，穀粒用高粱與蘇丹草間的雜交種目前已被廣用為芻料商品(Sotomayor-Rios and Torres-Cardona,1984)，而甜高粱由於基莖桿有糖汁可增加醱酵青貯的品質(Gourley and Lusk,1957；Kresovich,1980)，亦常被用為雜交種之親本。自從高粱細胞質雄不稔系統被發現後，雜交種即被廣乏應用(Stephens and Holland,1954)，其若具有雜種優勢，則直接可增加產量及改進品質，然雜交作物F1的表現無法由親本自身之農藝性狀直接予以預測，而須經遺傳成分評估及組合力檢定後才能事半功倍地育成優良自交系及雜交種(黃等，1989)。通常雜交組合中若參試親本為基於性狀大小選出者為固定型，其一般及特殊組合力均方(GCA及SCA)以試驗機差均方來檢定顯著性，目的在估計各親本之遺傳參數，並進行各親本或組合之比較。然若參試親本為自一平衡的逢機交配族群或種原庫中逢機選出，則個別親本間遺傳特質之差異比較無意義，而著眼點在分析族群本身的遺傳成分(胡，1993)，不進行組合力的估算。

        草食動物如牛羊等每日須有足夠且品質優良的芻料，才能讓其泌乳量提高、乳味佳及牲畜健康，所謂優良品質的芻料即對牲畜嗜口性言可增加攝取量，並含有高的粗蛋白及礦物質量，可增進繁殖能力，提高乳量及乳脂率。芻料用高粱包括葉、莖及穗等整株皆可供應牲畜食用，生長初期較嫩、含較高的粗蛋白，但相對地亦含有較高的氰酸濃度(蕭，1990)，抽穗至成熟期階段氰酸濃度低但粗蛋白及礦物質總量高，氰酸含量若超過200ppm會威脅到牲畜生命(Sotomayor-Rios and Torres-Cardona,1984)，故一般青飼皆在抽穗左右，而作成青貯料餵飼則須等到生理成熟期或糊熟期。高粱抽穗前營養成分大部份貯存於植株莖及葉部等營養器官，開花後果穗充實之養分一方面來自營養器官現行同化供給，一方面轉運自營養器官貯存的物質，作為芻料用的品種採收時其葉、莖及果穗等整株仍皆須含有相當成分的營養如粗蛋白質、鈣、鉀及鎂等才有飼養價值，雖然這些成分含量易受環境影響，但在生長環境一致下，不同遺傳基因的表現亦易被偵測(何及孟，1987)。本試驗逢機取出高粱七個自交品系參試，進行7×7半互交之組合力分析，用以探討芻料用高粱於抽穗及成熟時之內含物的遺傳成分，供育種者利用適當的育種方法選育高品質品系之依據。

材料及方法

        從芻料用高粱種原庫中逢機取出59A、54A、2R、Tx7000、60A、U19A及Tifton等七個自交系作為親本(Tifton為蘇丹草，U19a為甜高粱，其餘五個皆為穀粒用高粱)，進行7×7半套組合之互交工作，以人工去雄及授粉得21個雜交組合之F1種子，連同親本計28個品系參試，於春作種於本所試驗場，質地為砂質壤土，試驗前分析土質(表1)，肥料用量為氮素184公斤／公頃，磷酐為72公斤／公頃，氧化鉀為90公斤／公頃，氮素及氧化鉀留半量於播種後25天施用，其餘當基肥使用，三重複，逢機完全區集設計，行株距60×20公分，行長三公尺，每試驗三行，於抽穗及成熟時在每一試區中間行逢機三株，取其劍葉下第一葉片，立即烘乾(80℃，48hrs)，磨粉，分析其粗蛋白質、鈣、鎂、鉀及氰酸等含量。

表1. 試驗前試區土壤分析

Texture

　

 pH

　

 Total

N

 Avai.

P

 Exch.

K

 Exch.

Ca

 Exch.

MG

 Organic matter
　 　 ％ -------------------ppm------------------- ％
Sandy loam 5.44 0.084 54.8 236 426 73 1.37

Ⅰ、品質分析：

(1)植體分析

        秤重0.2公克樣品置於分解瓶中，加入3ml濃硫酸，置於分解爐中加熱，待溫度上升至420℃後，繼續加熱1小時，取出分解瓶，冷卻後加入3ml過氧化氫，繼續加熱至澄清，再冷卻後以蒸餾水稀釋至50ml。

(2)粗蛋白質含量的分析

        取上述分解液5ml，注於凱氏N蒸餾裝置中，加入10ml 10N之NaOH呈鹼性進行蒸餾，以含有溴基酚氯及甲基紅混合指示劑的4％硼酸10ml，接收蒸餾出來液體，在以0.025 N H2SO4滴定至當量，計算氮之含量，然後乘以6.25即為粗蛋白質含量。

(3)鉀、鈣、鎂的分析

        取上述分解液，稀釋至適當濃度(測鈣樣品時加入1滴10％醋酸鑭溶液)，利用原子吸光儀測定其各自之吸光度，再與標準液比較各別之濃度。

(4)氰酸分析(Gorz et al., 1977)

        植體磨粉，秤重0.2公克加水，於120℃下30分鐘萃取，取1ml萃取液加9ml之0.1M NaOH，靜置30分鐘再取溶液1ml，加入0.5ml之1M acetic acid，再加入5ml之succinimide與N-chlorosuccinimide之溶液及1ml之barbituric acid與pyridine之溶液，試管震溫，靜置20分鐘後於580nm下測吸光值，即可算出氰酸含量。

Ⅱ、統計分析：

        平均雜種優勢(average heterosis)為親本平均值與雜交組合平均值之差。本試驗參試親本於種原庫中逢機取出，故分析採用Griffing(1956)之方法2及模式2之逢機型計算(表2)，各試區變值之數學模式為：

        97年2期p93.GIF (1853 bytes)

        其中Xijk為第K區集內Pi與Pj兩親本雜交組合F1之變值。

        U為族群總平均值

        C為A品系B區集內之個體數

        Gi(Gj)為第i(或j)個親本之一般組合力效應

        Sij為第ij兩親本雜交之特定組合之效應

        BK為第K個區集之效應

        BVijk是第ij基因型與第K區集之交感效應

        Eijkl為第ijkl個體之環境效應

        P為親本數

表2. Griffing方法2逢機型之變方分析表

SOV

　

 DF

　

 MS

　

 Expectation of mean square F

test
Block r-1 B 　 　
Parents p-1 P 凭2+r凭2p P／E
Heterosisε 1 H 凭2+r凭2p H／E
GCA p-1 G 凭2+r凭2s+r(p+2)凭2g G／S
SCA 1／2p(p-3) S 凭2+r凭2s S／E
Error 1／2(r-1)(p-1)(p+2) E 凭2 　
εHeterosis：the differences between parental and progeny means.

結果及討論

        芻料用高粱於抽穗及成熟時分別分析葉片內之粗蛋白質、鉀、鈣、鎂及氰酸等含量，以評估各內含物之遺傳成分，其中除氰酸含量外，其餘內含物含量愈高品質愈佳，試驗結果七個親本間除鎂含量均方差異於成熟期不顯著外，其餘不論於抽穗或成熟期皆達極顯著水準，顯示此些內含物於親本間有差異，即不同基因型呈現不同的含量，而鎂含量親本間差異均方不顯著，其雜種優勢及組合力等均方亦無從表現。然抽穗期之粗蛋白質含量、成熟期之鉀含量及氰酸含量等雜種優勢均方則皆極顯著(表3)，顯示這些內含物可經由雜交種之種植獲得改良。高粱有些品系具細胞質雄不稔系統(Stephens,1954)，有利於雜交種子之生產，其雜交種在產量及品質方面若較親本優異，即表現雜種優勢，具商業經濟利益。

表3. 芻料用高粱抽穗期及成熟期內含物於7×7半互交組合之變方分析

SOV DF Mean square at heading
CP K Ca Mg HCN
Parents 6 1.34** 0.02** 0.003** 0.0005** 277**
Heterosis 1 4.04** 0.002 0.0002 0.0003 10
GCA 6 5.25 0.02* 0.006** 0.0002 998**
SCA 14 1.959** 0.007** 0.001* 0.00009 239**
Error 54 0.17 0.003 0.0004 0.0001 5
SOV Mean square at maturity
CP K Ca Mg HCN
Parents 1.10** 0.007** 0.009** 0.0003 118**
Heterosis 0.08 0.012** 0.0002 0.0002 243**
GCA 0.67 0.009* 0.004 0.001 256*
SCA 0.58** 0.003** 0.007** 0.0004 78**
Error 0.13 0.006 0.0006 0.0002 4
*and**：significant at 1％ and 5％ levels, respectively.

　

       一般組合力定義為雜交組合中一個品系之平均值(average performance)，特殊組合力定義為基於品系之平均值某些組合相對地比其更好或更差，一般組合力主要是由基因累加性效應所貢獻，而特殊組合力主要由基因顯性及上位性效應所貢獻，一般及特殊組合力均方表示如下：

        97年02期P95.GIF (2374 bytes)

        凭A2為累加性變方，凭D2為顯性變方，凭AA2為累加性基因間交感變方，在基因之加性與加性間交感作用不存在時，一般組合力均方與累加性變方之等式關係為凭g2＝1／2凭A2，而顯性與顯性間交感作用不存在時，其顯性變方與特殊組合力均方相等，凭g2＝凭D2(Matzinger and Kempthorne,1956；Wricke and Weber,1986)。芻料用高粱不論抽穗或成熟時，鉀及氰酸等含量之一般及特殊組合均方皆達顯著或極顯著水準(表3)，且抽穗時鉀及氰酸等含量之累加性變方皆較顯性變方高出很多(表4)，顯示芻料用高粱於抽穗時之鉀及氰酸等含量同時受到基因累加性及顯性效應的影響，且累加性作用比顯性作用更重要，但此兩種內含物於成熟時累加性變方與顯性變方值近似(表4)，顯示於成熟期此基因累加性及顯性作用同等重要，由此可知高粱之氰酸含量是一可遺傳的性狀(Conn,1981)，鉀含量亦是，皆可經由輪迴選種將基因累加以選出含有高鉀含量及低氰酸含量的基因型進而育成自交系，而將其當作親本可作成具雜種優勢的雜交種供推廣種植。然高粱之蛋白質含量一般被認為是量的性狀，遺傳率低(Pedersen et al., 1982)，本試驗結果粗蛋白質不論於抽穗或成熟時一般組合力均方不顯著，顯示基因加性作用的不存在，累加性變方亦不存在，而特殊組合均方皆顯著(表3)，顯性變方大(表4)，通常特殊組合力較不穩定(Kambal and Webster,1965)，故要改良粗蛋白質含量須在較高的世代進行，且環境亦須控制得宜才會有效果(Gardner et al., 1994)。鈣亦為動物日糧中必須之礦物質，其不論於抽穗或成熟時平均雜種優勢均方皆不顯著，但抽穗時一般及特殊組合力均力皆達極顯著水準，顯示鈣含量於抽穗時受到基因累加性及非加性作用的控制，且加性作用比顯性作用大出兩倍(表4)，於成熟時亦受到基因非累加性作用的影響，其顯性變方存在。

表4. 芻料用高粱抽穗期及成熟期內含物於7×7半互交組合之加性及顯性變方

Chemical

components

 Genetic component
Additive Dominance
At heading

CP

K

Ca

Mg

HCN

At maturity

CP

K

Ca

Mg

HCN

 　

0

0.006

0.002

0

303.8

　

0

0.002

0

0

71.1

 　

1.78

0.004

0.001

0

233.3

　

0.45

0.002

0.006

0.0002

74.3

        通常粗蛋白質含量高低為植物營養品質之指標，若能選育粗蛋白質含量高的品系供芻料用，則飼糧品質相對提高。然一般作物之粗蛋白質含量常隨株齡而降低(Chevalier and Schrader,1977)，如表5抽穗時親本平均皆較成熟期高出很多，原因之一可能是植物生產量增加，粗蛋白質含量受到稀釋所造成，氰酸含量與粗蛋白質含量類似，大部份品系於植株生長旺盛後氰酸含量漸降(蕭，1990)，至成熟階段更少(表5)。親本平均值係該親本與其他親本雜交所表現之平均值，通常親本平均值大小次序與一般組合效應有對應關係(Griffing 1956)，即其平均值主要受到基因加性的作用，從本試驗七個親本其內含物一般組合力均方若顯著者其平均值大小皆有明顯差異，如於抽穗及成熟時之鉀含量及氰酸含量其一般組合力均方皆達顯著水準(表3)，親本間平均值亦差異大(表5)，由此可看出親本加性基因的多寡，如Tifton品系於抽穗及成熟時皆含較多的加性隱性基因，使其氰酸含量最低，Tx7000及59A品系於抽穗時因含有較多的加性基因，使其鉀含量高。

表5. 芻料用高粱抽穗期及成熟期內含物次7×7半互交組合之親本平均值

Parents At heading At maturity
CP K Ca Mg HCN CP K Ca Mg HCN
　 --------------％-------------- ppm --------------％-------------- ppm
59A 16.6 1.03 0.23 0.17 66.9 15.6 0.72 0.35 0.16 39.7
54A 16.1 0.97 0.22 0.18 55.0 15.5 0.71 0.35 0.19 33.6
U19A 16.1 0.94 0.25 0.18 49.9 15.5 0.73 0.39 0.16 30.8
2R 16.5 0.92 0.19 0.17 47.5 15.8 0.66 0.34 0.18 27.1
Tifton 17.9 0.92 0.20 0.17 31.0 16.4 0.74 0.33 0.17 24.9
Tx7000 16.2 1.05 0.21 0.16 36.5 15.6 0.73 0.35 0.16 22.6
60A 18.1 0.91 0.17 0.17 46.0 15.9 0.77 0.32 0.18 34.2

        (畜產研究28(3) 1995)

飼料營養雜誌(p.90∼97)─蕭素碧.羅國棟、九七年二期