甜高粱[Sorghum bicolor（Linn.）Moench]是高粱的一个变种，起源于非洲，又被称为糖高粱、芦粟和甜秆等。甜高粱属C4作物，光能利用率比水稻、小麦等作物高。由于其光合速率、生物产量和含糖量较高，具抗旱、耐贫瘠、耐高温、耐涝和耐盐碱等特性，同时甜高粱作为能源、饲料和糖源作物已受到全世界的普遍关注，被认为是最具开发潜力的高生物产量作物之一[1-4]。
目前，甜高粱用来制作青贮饲料是其最经济高效的利用形式。研究表明，青贮甜高粱粗纤维和蛋白质含量与青贮玉米相当或优于青贮玉米[5]；干物质降解率和中性洗涤纤维消化率高于玉米青贮，pH值、乳酸含量与玉米青贮相近[6-7]。随着我国畜牧业规模化、集约化的迅速发展，蛋白质饲料资源更显得尤为缺乏，用优质高蛋白甜高粱补充饲料蛋白质及其他营养物质，已成为畜牧业可持续发展的关键。
甜高粱作为一种新型的牧草来说，其粗蛋白、粗纤维、糖、粗脂肪和粗灰分等品质指标，直接影响着其营养价值和实际利用价值。在甜高粱整个生长期不同阶段的收获生物量差距较大，而且各种成分含量的变化也显著。因此，本论文通过测定不同类型甜高粱在不同生长期的干物质、营养成分的含量，探究其变化规律，确定不同类型甜高粱的最佳利用时间，为选择合理的收获时间提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 试验地概况试验地位于北京市昌平区中国科学院遗传与发育生物学研究所农场。昌平区属暖温带，半湿润大陆性季风气候。春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季寒冷干燥，四季分明。年平均日照时数2 684 h，年平均气温11.8℃，年平均降水量550.3 mm。
1.1.2 供试材料本次实验所用的甜高粱品种：甜高粱（Keller、ST008和H310）、高丹草（A60）和糖粒两用高粱（E048）。甜高粱生长发育时期一般划分为苗期（前期）、拔节孕穗期和抽穗开花期（中期）及灌浆成熟期（后期）。取样时期，拔节期定为甜高粱出苗后60 d；抽穗期为幼穗分化完成并冲出旗叶；乳熟期甜高粱灌浆初期，用指甲压破时即淌出白色乳浆；完熟期籽粒变干、变硬，并呈现出品种的固有颜色和质地。
1.2 方法 1.2.1 播种与田间管理每个品种的甜高粱分别种植三个小区，行距40 cm，行长4 m，小区面积1.6 m2，采用随机区组设计，每个品种3个重复。人工播种，试验期间各小区统一管理，试验田进行常规管理。
1.2.2 项目测定及方法每次测定取4株植株，分别测定株高、糖锤度、叶片数、叶重、茎重、穗重以及4株总重。每个小区重复测定3次。
将甜高粱和玉米分别用揉丝机粉碎后，取200 g鲜样用烘箱在105℃杀青0.5 h，后用80℃烘干36 h，然后用高速万能粉碎机磨成粉，过40目筛后用于测定粗蛋白、干物质、纤维素、粗脂肪、木质素和粗灰分。糖分采用酶标法测定，粗蛋白（CP）采用凯氏定氮法，中性洗涤纤维根据国家标准（GB/T20806-2006）测定，酸性洗涤纤维根据国家标准（NY/T1459-2007），酸性洗涤木质素根据国家标准（GB/T20805-2006），粗脂肪用国家标准（GB/T6433-2006）测定，粗灰分用国家标准（GB/T6438-2007）测定。
1.2.3 数据统计与分析本研究中所有图表所示的平均值和标准偏差均由3个生物学重复和3个测定重复计算获得；利用SPSS 18.0进行数据分析；用t检验做显著性差异分析。
2 结果 2.1 不同甜高粱品种整个生长发育时期营养物质的变化研究 2.1.1 干物质变化从图 1中可以看出，不同甜高粱品种随着生长期的延长，其干物质呈逐渐增加趋势，符合植物生长随生长期的延长营养物质逐渐积累增多的规律。整个生长期高丹草A60的干物质均低于甜高粱（Keller、ST008和H310）以及糖粒两用高粱（E048），各高粱品种间的干物质有显著性差异（P < 0.05）。整个生长期，甜高粱Keller、ST008和H310干物质含量的变幅分别为13.78%-38.21%、15.38%-35.56%和12.15%-34.43%，A60干物质含量的变幅为9.87%-31.06%，E048干物质含量的变幅为17.79%-34.81%（图 1）。青贮原料的干物质的最适的范围为25%-35%，所以从干物质角度来看，从孕穗期到成熟期收割甜高粱都是易于青贮的，而拔节期含水量高的甜高粱品种可以通过晾晒的方法降低含水量。
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| 图 1 不同甜高粱品种整个生长发育时期的干物质变化 |
如图 2所示，不同甜高粱品种的糖分含量随着生长期的延长呈增长趋势。随着生长期的延长，凋萎使得植株水分含量大幅度下降，进而水分的下降使得甜高粱的糖分含量相对升高。相同时期内不同甜高粱品种的糖锤度有差异。糖锤度由高到低依次为甜高粱（Keller、ST008和H310） > 糖粒两用高粱（E048） > 高丹草（A60）。整个生长期，甜高粱Keller、ST008和H310糖锤度的变幅分别为4.29%-17.20%、4.16%-18.03%和3.56%-15.16%，A60糖锤度的变幅为3.05%-11.89%，E048糖锤度的变幅为4.82%-14.58%（P < 0.05，图 2）。青贮原料的糖分含量不低于3%（鲜样基础），三种类型的甜高粱在整个生育时期的糖分含量都高于3%。因此，从糖分的角度来看，三种类型的甜高粱在整个生长期都可以收割用于青贮。
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| 图 2 不同甜高粱品种整个生长发育时期糖锤度的变化 |
粗蛋白含量是评估饲草质量的重要指标之一。不同甜高粱品种整个生长期粗蛋白含量都成“L”型趋势下降（图 3）。整个生长期，粗蛋白含量由高到低依次为高丹草（A60） > 糖粒两用高粱（E048） > 甜高粱（Keller、ST008和H310）。三种类型的甜高粱品种之间的粗蛋白含量无显著性差异（P > 0.05）。整个生长期甜高粱Keller、ST008和H310粗蛋白含量的变幅范围分别为4.12%-9.05%、4.63%-9.85%和4.76%-10.39%，糖粒两用高粱E048粗蛋白含量的变幅范围为5.47%-9.49%，高丹草A60粗蛋白含量的变幅范围为6.52%-13.45%（图 3）。从粗蛋白的角度来看，三种类型的甜高粱在生长期越早收割，其蛋白含量越高。
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| 图 3 不同甜高粱品种整个生长发育时期粗蛋白含量的变化 |
如图 4所示，不同甜高粱品种随着生长期的延迟，其粗脂肪含量呈逐渐下降趋势，拔节期与其他时期比较均有显著性差异（P < 0.05）。相同生长期不同甜高粱品种的粗脂肪含量差异较小（图 4）。甜高粱Keller、ST008和H310的粗脂肪含量的变幅范围分别为1.04%-2.99%、1.34%-2.56%和1.46%-3.11%，糖粒两用高粱E048的粗脂肪含量的变幅范围为1.42%-2.83%，高丹草A60的粗脂肪含量的变幅范围为1.40%-2.70%（图 4）。从粗脂肪的角度来看，三种类型的甜高粱在生长期越早收割，其脂肪含量越高。
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| 图 4 不同甜高粱品种整个生长发育时期粗脂肪含量的变化 |
矿物质是动物机体的重要组成部分，在动物体内生化过程中发挥着重要作用，粗灰分含量大于15%（干样基础）会影响青贮效果。如图 5所示，不同甜高粱品种从拔节期到完熟期，其粗灰分含量大都呈逐渐下降趋势，糖粒两用高粱（E048）和高丹草（A60）的粗灰分含量高于甜高粱（Keller、ST008和H310）。甜高粱Keller、ST008和H310的灰分含量的变幅范围分别为3.79%-5.66%、4.54%-7.53%和5.51%-7.20%，糖粒两用高粱E048的粗脂肪含量的变幅范围为5.55%-7.77%，高丹草A60的粗脂肪含量的变幅范围为7.79%-8.71%（图 5）。不同甜高粱品种整个生长期的粗灰分都低于15%，从粗灰分的角度来看，不同品种的甜高粱在整个生长期的都是适合收割的（图 5）。
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| 图 5 不同甜高粱品种整个生长发育时期粗灰分含量的变化 |
纤维素（Cellulose，C）是由葡萄糖组成的聚合物。而半纤维素（Hemicellulose，HC）是由木糖和其他单糖组成的聚合物。纤维素和半纤维素虽然很难被大多数哺乳动物消化，但是可以被反刍动物的瘤胃去消化，并且有利于维持瘤胃的酸碱平衡，是反刍动物粗饲料中能量的主要来源之一。不同甜高粱品种整个生长期纤维素含量变化有差异。如图 6所示，在拔节期时A60的纤维素含量显著低于A39、Keller、ST008、H310和E048的纤维素含量（P < 0.05）；从抽穗期到乳熟期，E048的纤维素含量显著低于Keller、ST008、A60和H310（P < 0.05）；从乳熟期到完熟期，A60纤维素含量显著高于Keller、ST008、H310和E048的纤维素含量（P < 0.05）。从总体来看，在整个生长期纤维素含量由高到低依次为高丹草（A60） > 甜高粱（Keller、ST008和H310） > 糖粒两用高粱（E048）。
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| 图 6 不同甜高粱品种整个生育时期纤维素含量的变化 |
半纤维素（Hemicellulose，HC）是由木糖和其他单糖组成的聚合物。不同甜高粱品种随着生长期的延长，其半纤维素含量呈逐渐下降趋势（图 7）。从拔节期到完熟期高丹草（A60）的半纤维素的含量高于甜高粱（Keller、ST008和H310）和糖粒两用高粱（E048），有显著性差异（P < 0.05）。甜高粱Keller、ST008和H310的半纤维素含量的变幅范围分别为19.74%-32.06%、19.27%-32.02%和20.04%-31.81%，糖粒两用高粱E048的半纤维素含量的变幅范围为20.88%-29.60%，苏丹草与甜高粱的杂交后代A60的半纤维素的含量变幅范围为22.57%-33.53%（图 7）。
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| 图 7 不同甜高粱品种整个生育时期半纤维素含量的变化 |
中性洗涤纤维（NDF）是指用中性洗涤剂去除饲料中的脂肪、淀粉、蛋白质和糖类等成分后，残留的不溶解物质的总称。饲料中含有一定量的中性洗涤纤维（NDF）对维持瘤胃正常的发酵功能具有重要意义，但过高的中性洗涤纤维（NDF）则会对干物质采食产生负效应。所以中性洗涤纤维的含量很重要。
随着生长期的延长，不同甜高粱品种的中性洗涤纤维含量呈逐渐下降趋势（图 8）。从拔节期到孕穗期，高丹草（A60）的中性洗涤纤维的含量低于甜高粱（Keller、ST008和H310）和糖粒两用高粱（E048），从孕穗期到完熟期苏丹草与甜高粱杂交高粱（A60）的中性洗涤纤维的含量高于甜高粱（Keller、ST008和H310）和糖粒两用高粱（E048）；从拔节期到完熟期，糖粒两用高粱（E048）的中性洗涤纤维含量低于甜高粱（Keller、ST008和H310）和高丹草（A60），有显著性差异（P < 0.05）。甜高粱Keller、ST008和H310的中性洗涤纤维含量的变幅范围分别为51.37%-67.81%、46.79%-68.09%和46.42%-66.91%，糖粒两用高粱E048的中性洗涤纤维含量的变幅范围为46.96%-65.15%，高丹草A60的中性洗涤纤维的含量变化幅范围为57.66%-69.09%（图 8）。
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| 图 8 不同甜高粱品种整个生育时期中性洗涤纤维含量的变化 |
酸性洗涤纤维包括纤维素、木质素和硅酸盐，影响反刍动物对饲料的消化率。三种类型的甜高粱品种在整个生长期酸性洗涤纤维含量变化规律不同（图 9）。
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| 图 9 不同甜高粱品种整个生育时期酸性洗涤纤维的变化 |
甜高粱Keller、ST008和H310从拔节期到抽穗期呈现缓慢上升的趋势，从抽穗期到完熟期呈缓慢下降的趋势；高丹草A60从拔节期到抽穗期呈上升趋势，从抽穗期到乳熟期趋于平缓，从乳熟期到成熟期呈下降趋势，糖粒两用高粱E048在整个生长期先下降后上升。
整个生长期的酸性洗涤纤维含量由高到低依次为高丹草（A60） > 甜高粱（Keller、ST008和H310） > 糖粒两用高粱（E048）。甜高粱Keller、ST008和H310的酸性洗涤纤维含量的变幅范围分别为31.62%-37.56%、27.52%-36.55%和26.39%-35.92%，糖粒两用高粱E048的酸性洗涤纤维含量的变幅范围为26.02%-35.55%，高丹草A60的酸性洗涤纤维的含量变幅范围为30.36%-38.14%（图 9）。
2.1.7 木质素含量变化木质素（Lignin）是由不同酚类化合物组成的非晶态聚合物。纤维素、半纤维素和木质素是细胞壁的主要组成部分，纤维素占40%，木质素占5.5%，半纤维素占18%。三者的连接的方式极其复杂，木质素用共价键与半纤维素连接，半纤维素用氢键与纤维素连接。三者结合在植物中起到机械支持作用。木质素不能被瘤胃消化吸收的，虽然纤维素和半纤维可以被纤维素酶和纤维二糖酶水解成葡萄糖，但是因为三者的连接方式，纤维素和半纤维素的利用会受到影响。
木质素的存在是影响反刍动物吸收植物中纤维的主要限制因素。甜高粱品种随着生育期的延长，其木质素含量呈先上升后下降的趋势（图 10）。相同时期不同类型的甜高粱品种的木质素含量有差异，整个生育期Keller的木质素含量高于其它品种，在拔节期时Keller的木质素含量显著高于ST008、A60、H310和E048的木质素含量（P < 0.05）；在完熟期，Keller的木质素含量与ST008和A60的木质素含量无显著性差异（P > 0.05），与H310和E048的木质素含量有显著性差异（P < 0.05）。
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| 图 10 不同甜高粱品种整个生育时期木质素含量的变化 |
整个生育时期，甜高粱Keller、ST008和H310的木质素含量变幅范围分别为4.00%-4.91%、3.28%-4.20%和2.13%-4.52%，糖粒两用高粱E048的木质素含量变幅范围为1.84%-4.22%，高丹草A60的木质素的含量变幅范围为2.31%-4.16%（图 10）。
2.1.8 无氮浸出物含量变化各甜高粱品种从拔节期到完熟期，其无氮浸出物含量呈逐渐上升的趋势。从拔节期到完熟期，高丹草（A60）的无氮浸出物的含量低于甜高粱（Keller、ST008和H310）和糖粒两用高粱（E048），有显著性差异（P < 0.05，图 11）。甜高粱Keller、ST008和H310的无氮浸出物含量的变幅范围分别为45.04%-60.00%、47.05%-62.55%和44.76%-61.94%，糖粒两用高粱E048的无氮浸出物含量的变幅范围为44.73%-60.30%，高丹草A60的无氮浸出物的含量变幅范围为39.31%-49.80%（图 11）。
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| 图 11 不同甜高粱品种整个生育时期无氮浸出物含量的变化 |
此外，我们还将甜高粱和目前我国广泛种植的优质青贮玉米同时播种和同季收割做了比较。甜高粱H310的鲜重产量最大，为91.80 t/hm2，其次是高丹草A60、甜高粱Keller和玉米青贮301，分别为77.27 t/hm2、64.41 t/hm2和50.18 t/hm2，玉米青饲2号最小，为45.85 t/hm2。甜高粱H310的鲜重产量高于玉米，是玉米青贮301的1.82倍，玉米青饲2号的2倍。甜高粱部分养分指标都超过玉米，甜高粱H310的粗蛋白、粗灰分和粗脂肪含量显著高于青贮301和玉米青饲2号（P < 0.05）。从下表可以看出，甜高粱生物量超过玉米。
3 讨论随着生长期的延长，不同基因型的高粱整个生长期干物质呈逐渐上升的趋势。因为植物光合作用及根吸收作用，不断积累营养物质，合成的干物质在高粱植株中沉积，所以甜高粱干物质含量随着生育时期延长而增长[8]。
甜高粱在整个生长期间，茎秆内糖分的积累是随着生长期的延长呈逐渐上升的。当甜高粱抽穗以后，开花至灌浆期，由于输送到穗部的养分不多，此时茎秆里的糖分快速增加。灌浆开始以后，大量的光合养分运输到穗部籽粒中，茎秆里的糖分含量趋于缓慢。由于此时正值植株处于生理活性最旺盛的时期，大量的光合作用产物除输送到穗部籽粒外，还有一定量的养分不断以糖的形式贮于茎秆中，所以茎秆里的糖分仍然在增加。到籽粒成熟时，茎秆内的糖分达到最高值，一直持续到后几天糖分含量变化不大。之后，随着叶片的衰老、枯萎、气温下降，茎秆内糖分的消耗多于积累，含糖量开始下降。不同甜高粱品种整个生长期茎秆糖分含量的变化与谢凤周[9]、黎大爵等[10]、卢庆善[11]、周鸿飞等[12]和卞云龙等[13]研究结果一致。
粗蛋白含量是评估饲草品质的重要指标。测试的甜高粱品种在整个生长期中粗蛋白都呈成“L”型趋势，这与Gowda等[14]、Ademusum等[15]和董晓玲[16]报道的变化趋势相一致。粗蛋白含量下降是因为在成熟过程中，全株甜高粱的蛋白质积累的速度逐步变慢，在此期间积累的主要是碳水化合物以及其它一些营养物质，对于整株的营养成分来说粗蛋白的绝对量是没有减少，但是所占比例是不断下降的趋势。矿物质在动物体内生化过程中起着重要的作用。各甜高粱品种从拔节期到成熟期，其粗灰分含量大都呈逐渐下降趋势，与王洋[17]和罗峰等[18]报道一致。各甜高粱品种随着生长期的延长，其粗脂肪含量呈逐渐下降趋势，与赵遵阳[19]、王洋[17]和罗峰等[18]结果相反，可能是因为在成熟期收割时，籽粒数目少的原因。
4 结论通过对不同品种、不同生育期的甜高粱的生物量和营养成分的测定，得到了一系列生物学数据，可作为青贮甜高粱的品种选择、最佳收割时期选择的依据。具体结果如下。
不同甜高粱品种随着生长期的推进，其全株干物质、糖锤度和无氮浸出物含量呈逐渐上升的趋势；粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗灰分含量、纤维素含量、半纤维素含量和中性洗涤纤维含量呈逐渐下降趋势；三种类型的甜高粱在整个生长期酸性洗涤纤维含量变化规律不同。
整个生育时期，甜高粱（Keller、ST008和H310）的干物质、糖锤度和无氮浸出物高于糖粒两用高粱（E048）和高丹草（A60）；高丹草（A60）的粗蛋白含量、纤维素含量、半纤维素的含量、酸性洗涤纤维含量高于甜高粱（Keller、ST008、H310）和糖粒两用高粱（E048）。在合适的收获期，选择较低的木质素，有利于反刍动物对纤维素和半纤维素吸收。
同一生育时期各甜高粱品种的鲜重产量之间有差别。甜高粱具有较强的再生能力。在拔节期收割后，可以在此基础上再刈割1次。拔节期两茬总鲜重产量，甜高粱H310的鲜重产量最大，为91.80 t/hm2，其次是苏丹草与甜高粱杂交高粱A60和甜高粱ST008，分别为77.27 t/hm2和71.29 t/hm2，甜高粱Keller最小，为64.41 t/hm2。拔节期收获两茬的生物量高于拔节期、乳熟期和成熟期的生物量。在实际生产上对于再生能力较强的品种可以选择在拔节期收割两茬，这样既可以实现甜高粱品种的生物量最大化也可以避免倒伏。
甜高粱生物量超过玉米。甜高粱H310的鲜重产量最大，为91.80 t/hm2，其次高丹草A60、甜高粱Keller和玉米青贮301，分别为77.27 t/hm2、64.41 t/hm2和50.18 t/hm2，玉米青饲2号最小，为45.85 t/hm2。甜高粱H310的鲜重产量高于玉米，是玉米青贮301的1.82倍和玉米青饲2号的2倍。甜高粱部分养分指标超过玉米，甜高粱H310的粗蛋白、粗灰分和粗脂肪含量显著高于青贮301和玉米青饲2号（P < 0.05）。由此，可以得出甜高粱作为优质的青贮饲料可以部分替代青贮玉米，与青贮玉米混合喂饲牛/羊。
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