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主成分分析法在核桃主要經濟性狀綜合評選中的應用

堅果是中國著名的經濟林樹種之一,其資源極為豐富。但多年來在核桃選種上,一直采用人為加權打分的方法進行品種性狀指標的比較,這種方法既缺少理論依據(jù),且需時間長,選種程序煩瑣,同時帶有一定的人為主觀因素。主成分分析是將多個性狀指標經正交變換轉化為較少個數(shù)的綜合指標,而這些綜合指標彼此既互不相關,又能綜合反映原來多個性狀指標的主要信息,既主成分。并使得前幾個主成分體現(xiàn)原來變量絕大部分的變異,對供試材料貢獻最大。主成分分析在核桃選種上應用迄今未見報道,作者旨在通過對核桃主要經濟性狀的主成分分析,探討這一方法在核桃選種上應用的可行性,為核桃優(yōu)良品種選育提供科學依據(jù)。1材料和方法1.1東楊莊5號、高麻黃7號、小東南角、小東南角、小歷社會5號試材以《中國果樹志·核桃卷》中公布的河北省境內栽培的15個晚熟核桃品系資料為數(shù)據(jù)來源。品系有大水泉29、東楊莊5號、高各莊4號、格拉鋪1號、谷家溝口、冀81-16、冀83-02、冀82-05、馬各莊1號、七步溝1號、曲里3號、順草溝6號、天橋1號、西聊城18號、北京746。供試性狀為堅果橫徑x1、平均堅果重x2、堅果殼厚x3、堅果出仁率x4、核仁重x5、核仁脂肪含量x6、蛋白質含量x7及每平方米樹冠投影面積產果量x8。1.2主要性狀的主成分和類型化應用SAS軟件包中的主成分分析程序,由樣本相關矩陣出發(fā),對原始數(shù)據(jù)經標準化處理后,計算性狀相關矩陣R的特征根和特征向量,并根據(jù)性狀特征根和原變量個數(shù),計算每個主成分的貢獻率和方差貢獻率,以累積方差貢獻率達到85%以上確定主成分個數(shù)和建立主成分方程,由此確定核桃選種的重要性狀指標,經計算品系的重要主成分值,進而對供試品系進行比較,以選擇綜合性狀優(yōu)良的品系。2結果與分析2.1y1.3核桃n在主成分分析中,方差代表了性狀在主成分方向上的分散程度,方差越大,主成分在樣本數(shù)據(jù)分析中所起的作用越大。本項研究,由樣本相關矩陣的特征根計算的性狀方差貢獻率和累積方差貢獻率見表1。由表1可知,前4個主成分的累積方差貢獻率為86.29%,表明前4個主成分已經代表了全部性狀86.29%的綜合信息,后4個主成分在樣本性狀分析中所起的作用僅為13.71%。因此,選取前4個主成分為核桃綜合性狀的重要主成分。由于主成分是原性狀的線性組合函數(shù),根據(jù)計算樣本相關矩陣的特征向量(表2)可給出主成分的函數(shù)式為:Y1=0.5623x1+0.5810x2+0.0417x3-0.0268x4+0.5677x5+0.1308x6+0.0635x7+0.0171x8(1)Y2=0.0116x1-0.0594x2-0.5806x3+0.6602x4+0.1260x5-0.2043x6+0.4055x7-0.0368x8(2)Y3=0.0521x1-0.1034x2-0.4089x3+0.1286x4-0.2520x5+0.6563x6-0.4341x7+0.4278x8(3)Y4=-0.0964x1+0.0742x2+0.2746x3+0.2413x4+0.1188x5-0.4744x6-0.1932x7+0.7584x8(4)由函數(shù)式看出,在第一主成分Y1中,平均堅果重x2的系數(shù)最大,其次是核仁重x5和堅果橫徑x1的系數(shù)也較大,表明第一主成分主要反映的是堅果大小的綜合指標。第二主成分Y2中,出仁率x4的系數(shù)最大,堅果殼厚有較大的負系數(shù)值,表明第二主成分主要說明的是果殼薄厚與堅果出仁率的對比度,反映了堅果出仁狀況的綜合指標。第三主成分Y3中,核仁脂肪含量x6的系數(shù)最大,表明第三主成分主要反映的是核仁出油率指標。第四主成分Y4中,每平方米樹冠投影面積的產果量x8的系數(shù)最大(0.7584),表明第四主成分主要反映了核桃單位面積的產果量指標??傊?由主成分的方差貢獻率和主成分(Y1-4)與原性狀(X1-8)的相關矩陣的特征向量進一步表明核桃經濟性狀間的主要差異為堅果大小,其次依次是堅果出仁率、核仁脂肪含量和單位面積產果量。2.2利用一個系的sse-ls-pcr檢測出仁率核桃栽培價值的大小取決于商品價值的高低。堅果個大,平均單果質量較大,產量高,核仁品質好,栽培價值才高。前4個主成分主要反映了堅果大小、出仁率、核仁脂肪含量及單位面積產果量指標。因此,可用主成分值作為優(yōu)種選擇的依據(jù)。經對調查結果標準化轉換,計算每個品系的重要主成分值(表3),以主成分值為坐標在平面上作圖,進而可選擇符合育種目標的優(yōu)良品系。以第一主成分值為橫坐標,第二主成分值為縱坐標做圖(圖1.a)排序。供試的15個品系,a、b、n和e,這4個品系的第一主成分值較大或中等偏大,第二主成分值中等偏大,屬堅果個大,果殼較薄,出仁率較高的品系。c、l這兩個品系的第一主成分值較大或中等偏大,第二主成分值中等或偏小,屬堅果較大或中等偏大,果殼較薄,出仁率中等偏低的品系。h、m、g、f這4個品系的第一主成分值中等偏小,第二主成分值較大,屬堅果中等偏小或較小(如f),出仁率較高的品系,這4個品系雖然綜合性狀一般,但均為某一方面性狀優(yōu)良,可為較好的種質資源。k、d、j、o、i,這5個品系的第一主成分值中等偏小,第二主成分值較小,屬堅果果個中等偏小,出仁率較低的品系。若選擇堅果質量較大,產果量較高的優(yōu)系,應以第一主成分值和第四主成分值為坐標做圖(圖1.b)排序。a和l這兩個品系的第一主成分值較大或中等,第四主成分值中等或較大,為堅果果個中等偏大,產果量較高的品系。c、b、e、和n,這4個品系的第一主成分值較大或中等,第四主成分值中等偏低,屬堅果中等偏大,產果量中等偏低的品系。i、h、m、o和k,這5個品系的第一主成分值中等偏小,第四主成分值中等偏大,屬堅果中等偏小,產量中等偏高的品系。d、g、f和j,這4個品系的兩個主成分值均較小,屬堅果中等偏小,產量偏低的品系。同理,如以第一、四、或三等其他主成分值為坐標做圖,可選擇堅果出仁率高,產果量較高或核仁脂肪含量較高的優(yōu)系。按品種性狀主成分值排序分析,可為發(fā)展生產、優(yōu)種選擇及資源利用提供參考。3主成分值排序試驗以河北省境內的15個晚熟核桃的8個主要經濟性狀為試材進行研究,提出了核桃優(yōu)種選擇的4個重要主成分,這4個主成分代表了供試性狀86.29%的綜合信息。因此,用主成分作為核桃優(yōu)種選擇標準,較用單一性狀加權打分選擇更為簡便、快捷;同時避免了性狀間的相關性對選擇效果的影響,較人為加權打分選種更具準確性和科學性。應用主成分值,對15個供試品系的綜合性狀進行排序分析,其結果與相關優(yōu)系的實際表現(xiàn)型相近。表明用主成分值選種在核桃優(yōu)種選擇和發(fā)展生產中有一定的應用價值。在實際

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