主成分分析法對甜仁用杏品種 “龍王帽”種子苗優良類型的篩選

羅新凱,羅振興,王 利,王志遠,田振鐸,楊淑梅,冷志巍,馮淑華

(1.白城市林業科學研究院,吉林 白城 137000;2.通榆縣林業局,吉林 通榆 137200;3.白城市種子管理站,吉林 白城 137000)

甜仁用杏是我國的特有樹種，甜杏仁不僅口感香甜，而且營養價值極高，據馮小雨研究杏仁中粗脂肪含量50.33%，總糖21.24%，蛋白質19.25%，還含有K、Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Mn和Cu等8種礦質元素[1]。目前甜仁用杏主栽品種為“龍王帽”、“一窩蜂”和“優一”等，抗寒性好，耐旱能力極強，年降雨量達到300 mm即可滿足其生長結實的需要[2]，因此適合在我國北方干旱地區栽培。但目前我國甜仁用杏栽培面積極小，年產量僅1 100 t(2008年統計)，人均占有量僅0.55 g[3]，每年還需對臺灣和香港大量出口，因此擴大甜仁用杏的生產面積對提高人民生活水平，發展中國特色農業經濟意義重大。

吉林省白城市位于科爾沁草原東部，具有大面積的風沙地和半山區丘陵，氣候干旱少雨，非常適合甜仁用杏的栽培，當地現有“龍王帽”等品種生產園70 hm2，即使靠自然降雨，每年也能有較高的產量，因此當地可大面積發展甜仁用杏栽培。

目前甜仁用杏育種主要通過對生產園等資源調查來發現一些變異，如1998年遼寧省果樹研究所選育出“超仁”、“國仁”、“油仁”和“豐仁”[4]，2007年河北省圍場選育出“圍選1號”[5]等，通過雜交育種進行新品種選育工作做得極少，白城市林業科學研究院通過播種龍王帽種子2016年從中選育出2個優良無性系[6]。

主成分分析法可對多個變量進行綜合分析，趙曉梅采用主成分分析法對杏品種進行了經濟性狀分析并進行了優良品種選擇[7]，郭愛華對杏各品種抗寒性進行主成分分析[8]，在育種方面國內對甜玉米育種和蟹爪蘭資源采用了主成分分析[9,10]，此次我們將對龍王帽種子苗通過主成分分析進行優良品系篩選。

1 材料和方法

2008年播種龍王帽種子，獲得60株實生苗，2013年開始結果，其中苦仁類型52株，甜仁類型8株。試驗地在白城市林業科學研究院甜仁用杏雜種圃內，土壤為黑鈣土，pH值8.06，含鹽量0.66%，土壤有機質2.81%；試驗樹木為龍王帽種子苗實生苗甜仁類型，株距2 m，行距1 m，試驗時間為2016年，對甜仁類型調查果實產量、核重、仁重、樹高和地徑，使用spss軟件對試驗結果進行主成分分析，確定優良品系。

2 結果與分析

2.1 各品系主要形狀調查結果

各品系主要性狀調查結果表1。

將原始數據進行標準化處理得到表2。

2.2 相關系數分析

對各性狀兩兩之間進行相關性分析，分析結果見表3。

相關系數絕對值0～0.09為沒有相關性， 0.1～0.3為弱相關，0.3～0.5為中等相關，0.5～1.0為強相關。

通過性關系數分析看出，地徑與樹高之間為強相關性，與單仁重、單核重和果實產量為弱的負相關性；樹高與單核重和單仁重為弱相關，與果實產量為負的中等相關，即樹體越高的品系產量越低；果實產量與單核重為中等相關，與單仁重為強相關；單核重與單仁重之間為強相關。

表3 各指標相關系數

2.3 主成分分析

首先進行KMO檢驗，5個性狀指標KMO值為0.386，KMO值小于0.5時不適合做主成分分析，通過上面相關系數分析我們知道地徑只與樹高呈強相關，與各經濟指標為弱的負相關，因此去掉該項指標對其余4個性狀指標重新做KMO檢驗，結果KMO值=0.541，可以進行主成分分析。

通過各指標相關矩陣可求出4個主成分，并得出各主成分的方差貢獻率，各主成分初始特征值及對應的方差貢獻率見表4。根據表4，第一和第二主成分值大于1，其方差貢獻率累計達到93.117%，保存了各指標的絕大多數信息，因此提出這2個主成分，記作Y1和Y2。

表4 各主成分方差貢獻率

求出各性狀指標的成分系數得分矩陣，見表5。

表5 各指標的成分系數得分矩陣

通過表5，得出2個主成分由各性狀變量的線性組合公式為：

(代數式1)

可以看出第一主成分Y1主要受單仁重和單核重影響，果實產量影響也較大，第二主成分Y2主要受樹高的影響和果實產量的負影響，單仁重和單核重得分系數小，對Y2影響不大。

將表2的數據代入代數式1中，得出各品系第1和第2主成分得分，用 FAC1和FAC2表示，結果見表6。

表6 各品系主成分得分

第一主成分“23號”得分最高，其次是“24號”和“5號”，這三個品系仁重、核重等經濟指標高于其他品系。

將表6中各品系2個主成分得分作出散點圖，見圖1，可更直觀表示各品系的性狀。

圖1 各品系主成分得分散點圖

“2號”、“5號”和“23號”處于第一象限，FAC1>0，因此經濟性狀好，但“2號”FAC1值太小，與“5號”相差太大，經濟性狀不夠理想；FAC2>0，因此“5號”和“23號”樹體具有高度優勢，其生長勢略強?！?4號”位于第四象限，FAC1>0并且超過“5號”，因此經濟性狀非常好，FAC2<0，說明其不具備高度優勢，生長勢弱。

其余品系處于第二、第三象限和縱坐標軸上，FAC1<=0，經濟性狀都很差。

通過上述分析，可篩選出“5號”、“23號”和“24號”3個經濟性狀優良的品系。

3 結論

(1)雜種后代的篩選需要考慮包括經濟性狀在內的多個性狀，在初選階段如果對各個性狀逐個比較分析往往顧此失彼，既抓不住重點，又會遺漏一些問題，因此采用主成分分析法降維，可將所有的性狀指標轉化成幾個綜合指標，在損失較少信息的前提下分析問題既全面又簡化[11]；筆者試驗第一和第二主成分方差累計貢獻率達到93.117%，可以表達全部性狀信息。

(2)第一主成分在單仁重方面的得分系數最大，單核重略次之，在果實產量方面得分系數也較大，因此第一主成分代表經濟性狀，得分高的品系即為優良品系，得分最高的前3個品系“23號”、“24號”和“5號”可確定為優良品系；第二主成分主要代表樹高這一生長勢性狀，“23號”和“5號”第二主成分得分>0，因此具有一定的生長優勢。

(3)筆者試驗在進行主成分分析前進行了KMO測度，KNO測度是判斷變量(指標)是否適合做因子分析的統計檢驗方法之一，只有KMO值大于0.5時，才可進行因子分析，在樣品數量較少情況下，變量過多也很難滿足KMO值>0.5。筆者試驗在開始KMO值過低的情況下刪除了地徑這一相關性不強的變量，使KMO值符合了因子分析的要求，從而保證分析過程正當合理，結果正確可信。