基于主成分分析的檳榔江牛生長(zhǎng)規(guī)律研究

基于主成分分析的檳榔江牛生長(zhǎng)規(guī)律研究

近年來，在中國(guó)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)本地河流系統(tǒng)性牛群主要分布在云南省西部的檳榔河流域。它的中心區(qū)域是云南省騰沖縣。該水牛是在當(dāng)?shù)鬲?dú)特的地理位置和氣候條件下,經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)土馴化所產(chǎn)生的類群。檳榔江水牛有較好的產(chǎn)奶性能,一個(gè)產(chǎn)奶周期平均產(chǎn)奶量為(2531.32±641.45)kg,最高產(chǎn)奶量為3615.7kg,具有很高的潛在開發(fā)利用價(jià)值。但由于該水牛飼養(yǎng)水平低下,未經(jīng)系統(tǒng)選育,個(gè)體間生產(chǎn)性能差異較大。目前有關(guān)其生長(zhǎng)發(fā)育等種質(zhì)特性的資料有限,這方面的研究亟待開展。在動(dòng)物科學(xué)研究及畜牧生產(chǎn)中,常需記錄多個(gè)觀測(cè)指標(biāo)并考慮多個(gè)影響因素,這樣的數(shù)據(jù)雖然可以提供豐富的信息,但由于所涉及的多個(gè)指標(biāo)之間經(jīng)常是相互聯(lián)系和影響的,就使得數(shù)據(jù)的分析工作變得十分復(fù)雜。主成分分析(PrincipleComponentAnalysis,PCA)是將原來眾多的觀測(cè)指標(biāo),根據(jù)它們的相關(guān)性,找出少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)以概括原始指標(biāo)的信息,它主要用于簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、尋找綜合因子、樣品排序及分類等方面。主成分分析可在SPSS或SAS等統(tǒng)計(jì)分析軟件中實(shí)現(xiàn)。在?？莆锓N中,國(guó)內(nèi)采用主成分分析主要集中在體尺和體重?cái)?shù)據(jù)上,前人分別對(duì)平武黃牛、雷州黃牛、秦川母牛和閩南黃牛等的體尺和(或)體重進(jìn)行了主成分分析。還有人對(duì)大額牛體尺數(shù)據(jù)進(jìn)行了主成分分析。上述分析對(duì)這些牛種的生長(zhǎng)發(fā)育特征具有一定解析。目前,采用主成分分析法對(duì)水牛的體尺和體重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行的研究很少。本文對(duì)檳榔江水牛不同月齡階段的體尺與體重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析,旨在揭示檳榔江水牛的體型外貌特征及其生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律,為今后對(duì)其的選育和利用提供參考依據(jù)。1材料和方法1.1體尺和體重測(cè)定主成分分析所用的46頭公牛、40頭母牛的6月齡、12月齡、18月齡、24月齡和30月齡的體尺、體重?cái)?shù)據(jù)都為均衡資料,由云南騰沖縣巴福樂檳榔江水牛良種繁育有限公司測(cè)定提供。1.2數(shù)據(jù)處理和分析本文用于主成分分析的體重體尺指標(biāo)有11個(gè),分別是體重(X1)、體高(X2)、體斜長(zhǎng)(X3)、胸圍(X4)、腹圍(X5)、管圍(X6)、腰角寬(X7)、胸寬(X8)、胸深(X9)、臀端寬(X10)、尻長(zhǎng)(X11)。采用SPSS10.0軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到不同月齡的體尺體重間的相關(guān)矩陣、特征值和累積貢獻(xiàn)率及因子載荷矩陣。由于SPSS軟件并沒有單獨(dú)實(shí)現(xiàn)得到主成分特征向量的功能板塊,根據(jù)以下公式:Ui=Fiλi√Ui=Fiλi進(jìn)行轉(zhuǎn)換(Ui為主成分特征向量,λi為第Yi主成分的特征值,Fi為因子載荷向量)。選取特征值較大且累積貢獻(xiàn)率≥85%的主成分進(jìn)行分析。特征根大小代表主成分分析的各綜合指標(biāo)方差的大小,某一主成分的貢獻(xiàn)率為各綜合指標(biāo)(主成分)的方差在原始觀測(cè)指標(biāo)全部方差中所占的比值;累計(jì)貢獻(xiàn)率代表相應(yīng)各主成分貢獻(xiàn)百分率的累計(jì)值。特征向量即為所得到的主成分,每一主成分的表達(dá)式中均列出了各原始觀測(cè)指標(biāo)對(duì)該主成分貢獻(xiàn)的大小,其絕對(duì)值和符號(hào)分別反映了原始觀測(cè)指標(biāo)對(duì)主成分作用的大小和性質(zhì)。2結(jié)果與分析2.1主成分特征值經(jīng)主成分分析,檳榔江水牛公牛不同月齡體重、體尺相關(guān)矩陣的特征值及累計(jì)貢獻(xiàn)率見表1,其不同月齡入選主成分(累積貢獻(xiàn)率≥85%)的特征向量見表2。公牛第1主成分的表達(dá)式為:6月齡:Y1=0.381X1+0.308X2+0.279X3+0.338X4+0.339X5+0.338X6+0.348X7+0.284X8+0.167X9+0.331X10+0.021X11;12月齡:Y1=0.404X1+0.295X2+0.353X3+0.402X4+0.384X5+0.271X6+0.318X7+0.230X8+0.253X9+0.026X10+0.155X11;18月齡:Y1=0.387X1+0.360X2+0.335X3+0.380X4+0.349X5+0.306X6+0.268X7+0.183X8+0.133X9+0.302X10+0.187X11;24月齡:Y1=0.402X1+0.237X2+0.168X3+0.330X4+0.298X5+0.385X6+0.207X7+0.326X8+0.344X9+0.365X10+0.092X11;30月齡:Y1=0.317X1+0.297X2+0.300X3+0.274X4+0.184X5+0.320X6+0.311X7+0.267X8+0.338X9+0.326X10+0.350X11。公牛6月齡、12月齡、18月齡、24月齡,30月齡第1主成分的特征值分別為6.329,4.587,6.041,5.935,7.371,明顯大于其余主成分的特征值,它們的貢獻(xiàn)率分別為57.5%,41.7%,54.9%,54.0%,67.0%。公牛相應(yīng)各月齡第2主成分的特征值分別為1.404,2.037,1.640,1.437,1.476,它們的貢獻(xiàn)率分別為12.8%,18.5%,14.9%,13.0%,13.4%。在第1主成分中,6月齡、12月齡、18月齡,24月齡的體重系數(shù)最大,且在不同月齡階段,其他指標(biāo)的相應(yīng)系數(shù)也較大。因此,第1主成分綜合反映了公牛體型外貌整體結(jié)構(gòu)的信息,特別是與體重性狀密切相關(guān),可稱為體重因子;該主成分較大時(shí),說明公牛的外貌整體結(jié)構(gòu)發(fā)育良好。6月齡階段其他主成分結(jié)果:第2主成分主要反映了來自胸深、胸寬、尻長(zhǎng)和體斜長(zhǎng)的信息,為胸部因子;第3主成分的尻長(zhǎng)系數(shù)最大,胸深系數(shù)較大且為負(fù),為尻長(zhǎng)因子;第4主成分臀端寬的系數(shù)最大,為臀端寬因子。公牛12月齡階段其他主成分結(jié)果:第2主成分尻長(zhǎng)系數(shù)最大,臀端寬系數(shù)次之,然后為腰角寬和腹圍,為尻長(zhǎng)因子,揭示第2主成分為后驅(qū)因子;第3主成分體高、體斜長(zhǎng)系數(shù)較大,為高長(zhǎng)度因子;第4主成分臀端寬、管圍的系數(shù)較大,為臀端寬因子,該主成分中腰角寬的系數(shù)為負(fù)值,絕對(duì)值較大;第5主成分胸寬、胸深的系數(shù)較大,為胸部因子;第6主成分胸深系數(shù)最大,為胸深因子。公牛18月齡的其他主成分結(jié)果:第2主成分胸寬、胸深的系數(shù)較大,為胸部因子;第3主成分胸深系數(shù)最大,為胸深因子;第4主成分為腰角寬系數(shù)最大,為腰角寬因子。公牛24月齡其他主成分結(jié)果:第2主成分的尻長(zhǎng)系數(shù)最大,為尻長(zhǎng)因子;腰角寬的系數(shù)較大,但為負(fù)值;第3主成分的體斜長(zhǎng)系數(shù)最大,體高的系數(shù)次之,為體斜長(zhǎng)因子;第4主成分腰角寬系數(shù)最大,體斜長(zhǎng)和胸寬次之,體高的系數(shù)較大,但為負(fù)值,為腰角寬因子;30月齡主成分分析結(jié)果:第1主成分反映了公牛體型外貌整體結(jié)構(gòu)信息,此時(shí)尻長(zhǎng)系數(shù)最大,為尻長(zhǎng)因子;第2主成分腹圍系數(shù)最大,胸寬、體高系數(shù)較大且為負(fù)值,為腹圍因子;第3主成分中體斜長(zhǎng)系數(shù)最大,胸圍系數(shù)較大但為負(fù)值,為體斜長(zhǎng)因子。2.2篩選主成分檳榔江水牛母牛各月齡的體尺、體重相關(guān)矩陣的特征值及累計(jì)貢獻(xiàn)率見表3,其不同月齡入選主成分(累積貢獻(xiàn)率≥85%)的特征向量見表4。母牛第1主成分的表達(dá)式為:6月齡:Y1=0.347X1+0.316X2+0.327X3+0.321X4+0.288X5+0.227X6+0.321X7+0.317X8+0.202X9+0.296X10+0.323X11;12月齡:Y1=0.356X1+0.229X2+0.254X3+0.396X4+0.321X5+0.346X6+0.325X7+0.324X8+0.274X9+0.108X10+0.281X11;18月齡:Y1=0.378X1+0.222X2+0.257X3+0.359X4+0.333X5+0.325X6+0.324X7+0.179X8+0.276X9+0.286X10+0.319X11;24月齡:Y1=0.403X1+0.305X2+0.198X3+0.305X4+0.335X5+0.389X6+0.043X7+0.287X8+0.338X9+0.376X10+0.093X11;30月齡:Y1=0.445X1+0.173X2+0.396X3+0.286X4+0.321X5+0.380X6+0.162X7+0.254X8+0.346X9+0.185X10+0.205X11。母牛6月齡、12月齡、18月齡、24月齡和30月齡第1主成分的特征值分別為7.111,5.313,6.056,5.842,4.150,明顯大于其余主成分的特征值。各月齡第1主成分的貢獻(xiàn)率分別為64.6%,48.3%,55.1%,53.1%,37.7%。母牛相應(yīng)各月齡第2主成分的特征值分別為1.052,1.402,1.613,1.944,2.076,它們的貢獻(xiàn)率分別為9.6%,12.7%,14.6%,17.7%,18.9%。除12月齡外,其他月齡階段第1主成分的體重系數(shù)最大,可稱為體重因子。第1主成分綜合反映了母牛體型外貌整體結(jié)構(gòu)的信息,當(dāng)該主成分較大時(shí),個(gè)體發(fā)育良好。母牛6月齡階段其他主成分:第2主成分的胸深系數(shù)最大,管圍系數(shù)較大且為負(fù)值,為胸深因子;第3主成分的胸寬、胸深、臀端寬的系數(shù)較大,因此可稱為寬、深度因子;第4主成分的管圍系數(shù)最大,胸深和體高次之,可稱為勻稱因子。母牛12月齡階段主成分:第1主成分各指標(biāo)系數(shù)較大且為正值,反映了檳榔江母牛的外貌整體結(jié)構(gòu)信息,特別與胸圍性狀相關(guān)最大,可稱為胸圍因子。當(dāng)該主成分較大時(shí),胸圍較大,其他性狀發(fā)育良好。第2主成分的臀端寬系數(shù)最大,尻長(zhǎng)次之,體高、體斜長(zhǎng)的系數(shù)較大且為負(fù)值,為臀端寬因子;第3主成分體高系數(shù)最大,為體高因子;第4主成分的腹圍系數(shù)最大,尻長(zhǎng)的絕對(duì)值次之,為腹圍因子;第5主成分的腰角寬系數(shù)最大,胸深次之,管圍的絕對(duì)值較大,可稱為腰角寬因子;第6主成分的胸寬系數(shù)絕對(duì)值最大但為負(fù),胸深系數(shù)次之,故可稱為胸深因子。母牛18月齡階段其他主成分:第2主成分的體高、體斜長(zhǎng)、臀端寬系數(shù)最大,為高長(zhǎng)度因子;第3主成分的胸寬系數(shù)最大,其他指標(biāo)的系數(shù)較小,為胸寬因子;第4主成分的體高系數(shù)最大,其次為胸深,管圍系數(shù)也較大且為負(fù)值,為高深因子。母牛24月齡階段其他主成分:第2主成分尻長(zhǎng)的系數(shù)最大,腰角寬的絕對(duì)值較大且為負(fù),可稱為尻長(zhǎng)因子;第3主成分的尻長(zhǎng)、體斜長(zhǎng)和腰角寬系數(shù)較大,可稱之后驅(qū)因子;第4主成分的體斜長(zhǎng)系數(shù)最大,其次為體高,胸圍系數(shù)也較大但為負(fù)值,為體斜長(zhǎng)因子。母牛30月齡其他主成分:第2主成分的胸寬系數(shù)最大,尻長(zhǎng)次之,體高系數(shù)的絕對(duì)值較大但為負(fù),為胸寬因子;第3主成分體高、胸圍和臀端寬系數(shù)最大,為勻稱因子;第4主成分的腰角寬系數(shù)最大,胸深次之,體斜長(zhǎng)的絕對(duì)值較大且為負(fù),可稱為腰角寬因子;第5主成分的臀端寬系數(shù)最大,腹圍次之,為臀端寬因子。3植物生長(zhǎng)和生長(zhǎng)發(fā)育的主成分分析主成分分析可在基本保留原始數(shù)據(jù)信息量的前提下,將多個(gè)具有一定相關(guān)性的觀測(cè)指標(biāo)降為少數(shù)幾個(gè)相互獨(dú)立的主成分,可為進(jìn)一步揭示數(shù)據(jù)特征奠定基礎(chǔ)。對(duì)家畜生長(zhǎng)發(fā)育性狀進(jìn)行研究,通常采用定期稱重和測(cè)量體尺的方法。但因觀測(cè)的指標(biāo)較多,相互之間又有一定的關(guān)聯(lián),給后續(xù)數(shù)據(jù)分析帶來較大難度。主成分分析為開展這方面的數(shù)據(jù)分析提供了便利方法。采用該方法對(duì)家畜體重、體尺數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,進(jìn)而揭示其生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律和體型外貌特征,近年已在一些牛科物種上有所應(yīng)用。吳照民等對(duì)平武普通奶牛的體尺性狀進(jìn)行了主成分分析,結(jié)果顯示第一主成分為胸部因子,第2主成分為高度因子,第3主成分為角基距因子。葉昌輝對(duì)雷州普通奶牛體尺性狀進(jìn)行了主成分分析,得出的第1主成分是高度因子,第2主成分為勻稱因子,第3主成分為寬度因子。張愛玲等對(duì)秦川母牛不同年齡階段體尺和體重進(jìn)行了主成分分析,研究顯示不同年齡階段的第1主成分均為體重因子,第2主成分除3周歲外,反映的都是高度因子,第3主成分為寬度因子。劉慶華等對(duì)閩南普通奶牛的體尺、體重進(jìn)行了主成分分析,得到的第1主成分為體高因子,第2主成分為胸圍因子,第3主成分為管圍因子。王永奇等對(duì)大額牛體尺與體重性狀進(jìn)行了主成分分析,發(fā)現(xiàn)第1主成分為體重因子,第2主成分為寬度因子,第3主成分為頭部因子。本研究揭示:檳榔江水牛第1主成分綜合反映了全部原始觀測(cè)指標(biāo)的信息,當(dāng)該主成分較大時(shí),表明個(gè)體發(fā)育良好。在所分析的11個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育觀測(cè)指標(biāo)中,公牛除30月齡外,其他月齡階段第1主成分的體重系數(shù)均最大,為體重因子;母牛除12月齡外,其他月齡階段第1主成分也都為體重因子;這與張愛玲等和王永奇等研究的結(jié)果類似。除了第1主成分,檳榔江水牛公牛的其他主成分結(jié)果表明,6月齡階段主要反映了原始數(shù)據(jù)中胸寬、胸深、尻長(zhǎng)和臀端寬等方面的信息,揭示其在發(fā)育上表現(xiàn)為胸部和后驅(qū)的生長(zhǎng)發(fā)育明顯。胸圍增大,個(gè)體的體高、腹圍則有變小的趨勢(shì);尻長(zhǎng)增大,個(gè)體胸深則變小。12月齡階段主要反映了原始數(shù)據(jù)中尻長(zhǎng)、體高和體斜長(zhǎng)、臀端寬和管圍、胸寬和胸深等方面的信息,揭示體高、體斜長(zhǎng)和四肢骨在增長(zhǎng),其胸部和后驅(qū)也有生長(zhǎng)。體高大的個(gè)體,體斜長(zhǎng)較大,但其胸圍、腹圍、胸深和胸寬有變小的趨勢(shì)。臀端寬大的個(gè)體,管圍也較大,但腰角寬較小;胸深越大的個(gè)體,胸寬越小。18月齡時(shí)期的其他主成分揭示公牛胸部生長(zhǎng)明顯和腰角寬度增加。此時(shí)胸深越大的個(gè)體,胸寬越小;腰角寬較大的個(gè)體,胸深、管圍有增大的趨勢(shì)。24月齡時(shí)期主要體現(xiàn)尻長(zhǎng)、體斜長(zhǎng)和體高、腰角寬等方面的信息,揭示這一時(shí)期體中軸和四肢均有生長(zhǎng)。這一時(shí)期尻長(zhǎng)增加,腰角寬有變小的趨勢(shì);體長(zhǎng)的個(gè)體,體高也高;但腰角寬、體斜長(zhǎng)、胸寬較大的個(gè)體,體高則有變小的趨勢(shì);30月齡時(shí)期主要顯示尻長(zhǎng)、腹圍和體斜長(zhǎng)等方面信息,此時(shí)腹圍發(fā)育良好的個(gè)體,體高、胸寬有變小的趨勢(shì);體斜長(zhǎng)較大的個(gè)體,胸圍則有變小的趨勢(shì)。檳榔江水牛母牛6月齡時(shí)期其他主成分結(jié)果主要反映了胸深、胸寬、臀端寬和管圍等方面的信息。胸深較大的個(gè)體,管圍有變小的趨勢(shì);胸部發(fā)育良好的個(gè)體,臀端寬有增大的趨勢(shì);該年齡階段的母牛體質(zhì)強(qiáng)健,細(xì)致勻稱,四肢相對(duì)較粗壯。而其12月齡階段的母牛第一主成分反映了外貌整體結(jié)構(gòu)信息,特別與胸圍性狀相關(guān)最大。當(dāng)該主成分較大時(shí),胸圍較大,其他性狀發(fā)育良好。該階段其他主成分主要反映了體高、臀端寬、腹圍和腰角寬方面的信息。以上揭示該階段母牛胸部、后驅(qū)發(fā)育良好,個(gè)體在體高上也有較大的增長(zhǎng)趨勢(shì)。但腹圍較大的個(gè)體,尻長(zhǎng)有變小的趨勢(shì)。該階段四肢相對(duì)較細(xì),胸深較大的個(gè)體,胸寬相對(duì)較小。18月齡階段母牛的其他主成分主要反映了體高、體斜長(zhǎng)、臀端寬和胸寬等方面的信息,揭示體軀高