主成分分析法在核桃主要經(jīng)濟(jì)性狀綜合評選中的應(yīng)用

主成分分析法在核桃主要經(jīng)濟(jì)性狀綜合評選中的應(yīng)用

堅(jiān)果是中國著名的經(jīng)濟(jì)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(quán)打分的方法進(jìn)行品種性狀指標(biāo)的比較,這種方法既缺少理論依據(jù),且需時(shí)間長,選種程序煩瑣,同時(shí)帶有一定的人為主觀因素。主成分分析是將多個(gè)性狀指標(biāo)經(jīng)正交變換轉(zhuǎn)化為較少個(gè)數(shù)的綜合指標(biāo),而這些綜合指標(biāo)彼此既互不相關(guān),又能綜合反映原來多個(gè)性狀指標(biāo)的主要信息,既主成分。并使得前幾個(gè)主成分體現(xiàn)原來變量絕大部分的變異,對供試材料貢獻(xiàn)最大。主成分分析在核桃選種上應(yīng)用迄今未見報(bào)道,作者旨在通過對核桃主要經(jīng)濟(jì)性狀的主成分分析,探討這一方法在核桃選種上應(yīng)用的可行性,為核桃優(yōu)良品種選育提供科學(xué)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(huì)5號試材以《中國果樹志·核桃卷》中公布的河北省境內(nèi)栽培的15個(gè)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(jiān)果橫徑x1、平均堅(jiān)果重x2、堅(jiān)果殼厚x3、堅(jiān)果出仁率x4、核仁重x5、核仁脂肪含量x6、蛋白質(zhì)含量x7及每平方米樹冠投影面積產(chǎn)果量x8。1.2主要性狀的主成分和類型化應(yīng)用SAS軟件包中的主成分分析程序,由樣本相關(guān)矩陣出發(fā),對原始數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后,計(jì)算性狀相關(guān)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(gè)數(shù),計(jì)算每個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率和方差貢獻(xiàn)率,以累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到85%以上確定主成分個(gè)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(biāo),經(jīng)計(jì)算品系的重要主成分值,進(jìn)而對供試品系進(jìn)行比較,以選擇綜合性狀優(yōu)良的品系。2結(jié)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(xiàng)研究,由樣本相關(guān)矩陣的特征根計(jì)算的性狀方差貢獻(xiàn)率和累積方差貢獻(xiàn)率見表1。由表1可知,前4個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為86.29%,表明前4個(gè)主成分已經(jīng)代表了全部性狀86.29%的綜合信息,后4個(gè)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(gè)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(jì)算樣本相關(guān)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(jiān)果重x2的系數(shù)最大,其次是核仁重x5和堅(jiān)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(jiān)果大小的綜合指標(biāo)。第二主成分Y2中,出仁率x4的系數(shù)最大,堅(jiān)果殼厚有較大的負(fù)系數(shù)值,表明第二主成分主要說明的是果殼薄厚與堅(jiān)果出仁率的對比度,反映了堅(jiān)果出仁狀況的綜合指標(biāo)。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(biāo)。第四主成分Y4中,每平方米樹冠投影面積的產(chǎn)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(chǎn)果量指標(biāo)?？傊?由主成分的方差貢獻(xiàn)率和主成分(Y1-4)與原性狀(X1-8)的相關(guān)矩陣的特征向量進(jìn)一步表明核桃經(jīng)濟(jì)性狀間的主要差異為堅(jiān)果大小,其次依次是堅(jiān)果出仁率、核仁脂肪含量和單位面積產(chǎn)果量。2.2利用一個(gè)系的sse-ls-pcr檢測出仁率核桃栽培價(jià)值的大小取決于商品價(jià)值的高低。堅(jiān)果個(gè)大,平均單果質(zhì)量較大,產(chǎn)量高,核仁品質(zhì)好,栽培價(jià)值才高。前4個(gè)主成分主要反映了堅(jiān)果大小、出仁率、核仁脂肪含量及單位面積產(chǎn)果量指標(biāo)。因此,可用主成分值作為優(yōu)種選擇的依據(jù)。經(jīng)對調(diào)查結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換,計(jì)算每個(gè)品系的重要主成分值(表3),以主成分值為坐標(biāo)在平面上作圖,進(jìn)而可選擇符合育種目標(biāo)的優(yōu)良品系。以第一主成分值為橫坐標(biāo),第二主成分值為縱坐標(biāo)做圖(圖1.a)排序。供試的15個(gè)品系,a、b、n和e,這4個(gè)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(jiān)果個(gè)大,果殼較薄,出仁率較高的品系。c、l這兩個(gè)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(jiān)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(gè)品系的第一主成分值中等偏小,第二主成分值較大,屬堅(jiān)果中等偏小或較小(如f),出仁率較高的品系,這4個(gè)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(zhì)資源。k、d、j、o、i,這5個(gè)品系的第一主成分值中等偏小,第二主成分值較小,屬堅(jiān)果果個(gè)中等偏小,出仁率較低的品系。若選擇堅(jiān)果質(zhì)量較大,產(chǎn)果量較高的優(yōu)系,應(yīng)以第一主成分值和第四主成分值為坐標(biāo)做圖(圖1.b)排序。a和l這兩個(gè)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(jiān)果果個(gè)中等偏大,產(chǎn)果量較高的品系。c、b、e、和n,這4個(gè)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(jiān)果中等偏大,產(chǎn)果量中等偏低的品系。i、h、m、o和k,這5個(gè)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(jiān)果中等偏小,產(chǎn)量中等偏高的品系。d、g、f和j,這4個(gè)品系的兩個(gè)主成分值均較小,屬堅(jiān)果中等偏小,產(chǎn)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(biāo)做圖,可選擇堅(jiān)果出仁率高,產(chǎn)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(chǎn)、優(yōu)種選擇及資源利用提供參考。3主成分值排序試驗(yàn)以河北省境內(nèi)的15個(gè)晚熟核桃的8個(gè)主要經(jīng)濟(jì)性狀為試材進(jìn)行研究,提出了核桃優(yōu)種選擇的4個(gè)重要主成分,這4個(gè)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(biāo)準(zhǔn),較用單一性狀加權(quán)打分選擇更為簡便、快捷;同時(shí)避免了性狀間的相關(guān)性對選擇效果的影響,較人為加權(quán)打分選種更具準(zhǔn)確性和科學(xué)性。應(yīng)用主成分值,對15個(gè)供試品系的綜合性狀進(jìn)行排序分析,其結(jié)果與相關(guān)優(yōu)系的實(shí)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(chǎn)中有一定的應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際