標準化生產牦牛屠宰性狀的主成分分析

吳錦波，何世明，李 鑄，王 泰，蹇尚林，塔 英，譚本旭

（1.阿壩藏族羌族自治州畜牧科學技術研究所，四川 紅原 624402；2.阿壩藏族羌族自治州畜牧工作站，四川 馬爾康 624099；3.阿壩藏族羌族自治州動物疫病預防控制中心，四川 馬爾康 624099）

中國是世界上擁有牦牛數量最多的國家，牦牛總數超過1 400 萬頭，占世界總牦牛數的95%以上。四川省現有牦牛400 多萬頭，約占全世界的28%［1］。阿壩藏族羌族自治州位于四川省西北部，地處青藏高原東南緣，是全國五大牧區之一川西北牧區重要組成部分，截至2018 年阿壩州牦牛存欄量為199 萬頭。牦牛是青藏高原的標志性畜種，是珍貴的高原動物資源，也是全州農牧民賴以生存和發展的生產與生活資料。牦牛產業是高寒生態條件下的特定生態畜牧產業，也是高原藏區的支柱產業，也是四川省草食畜牧業的重要組成部分，但牦牛產業仍是低投入、低產出的產業。

近年來，阿壩州在總結多年牦牛研究成果的基礎上，首次研究制定出了牦牛標準化生產技術體系，該體系包括25 個技術規范和1 個管理規范，涵蓋了牦牛標準化生產所需的場址布局、欄舍建設、生產設施配置、飼草料生產加工、繁育培育、日糧配飼、疫病防控、糞污資源化利用、屠宰加工等技術規范化和產品安全監管規范化等多個研究領域。目的是為突破傳統牦牛飼養模式經濟效益低下，長期過度放牧導致草地大面積退化、生態環境惡化等問題制約，為阿壩州乃至整個川西北高原牦牛養殖產業發展探索新的發展道路，對發展牦牛養殖產業具有重要意義。

主成分分析（Principal component analysis，PCA）是考察多個變量間相關性的一種多元統計方法，其主要目的是用較少的變量去解釋原始數據中的大部分變異。主成分分析是利用降維思想，將多個互相關聯的數值變量轉化成少數幾個互不相關的綜合指標的統計方法［2］。主成分分析的重要指標主要包括特征根、累計貢獻率和特征向量。其中特征根和累計貢獻率在生物學中有很大的意義，它們分別代表了各復合性狀遺傳方差的大小和復合性狀對遺傳方差貢獻的百分率［3］。特征向量表示復合性狀中各性狀對復合性狀貢獻的大小，其絕對值和符號分別反映了各性狀對該主成分作用的大小和性質［4］。主成分分析是科學研究中較常用的統計方法，已有學者將該方法應用于牦牛研究，有學者對采用主成分分析法對金川牦牛的41 個屠宰性狀進行了研究［5］，此外還有學者對牦牛體內礦物元素［6］進行了主成分分析。本研究運用主成分分析法，對標準化生產飼養的30 頭牦牛的屠宰性狀進行了分析，以期為牦牛標準化飼養研究提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗隨機抽平均年齡為4歲（范圍為3.5~4.5歲），平均體重為200 kg（范圍為200~220 kg）活潑健康、體型標準的麥洼牦牛和金川牦牛公牛各15 頭，于阿壩州小金縣鑫宇農牧業發展有限公司飼養場育肥100 d。30 頭牦牛均采用《牦牛標準化生產技術規范》中舍飼育肥方法［7］飼喂。

1.2 測定指標

飼養期結束后禁食24 h，屠宰前禁水8 h。屠宰全過程共測定了11 個屠宰性狀指標，分別為活重（X1），胴體重（X2）、心重（X3）、肝重（X4）、脾重（X5）、肺重（X6）、腎重（X7）、胃重（X8）、頭重（X9）、蹄重（X10）、骨重（X11）。宰前活重于電暈放血前用電子地磅稱重，其余指標于屠宰過程中稱重測定。

1.3 數據統計方法

原始數據利用Excel 工具生成數據集并進行基礎處理，計算各指標平均值、標準差和變異系數。運用SPSS 21.0 軟件輸出各性狀數據的相關系數矩陣，并按照累計貢獻率達到70%以上和特征根值≥1 的要求從各性狀指標中篩選主成分，并對入選主成分的特征根、貢獻率、累計貢獻率等進行分析。

2 結果與分析

2.1 標準化生產牦牛屠宰性狀對比分析

通過屠宰獲得了飼養100 d后麥洼牦牛和金川牦牛宰前活重、胴體重、心重、肝重、脾重、肺重、腎重、胃重、頭重、蹄重、骨重等11個屠宰性狀指標的數據，統計結果見表1。由表1可知，麥洼牦牛脾重為0.75 kg，略高于金川牦牛的0.57 kg，且顯著性檢驗差異極顯著（P＜0.01）。其余各個指標無顯著差異（P＞0.05）。

表1 標準化生產牦牛屠宰性狀方差分析

由表1 中各指標變異系數計算結果可知，兩種牦牛各個指標變異系數均小于15%，說明試驗取得的數據均正常，可用于后續分析。具體而言，麥洼牦牛胴體重變異系數為10.78%，肝重變異系數為11.28%，腎重變異系數為14.81%，蹄重變異系數為10.00%，其余指標變異系數均較小；而金川牦牛各屠宰性狀指標中，心重變異系數為11.03%，肝重變異系數為12.39%，肺重變異系數為14.98%，腎重變異系數為11.76%，變異幅度較大，而其余指標變異系數均較小，變異幅度小。

2.2 標準化生產牦牛屠宰性狀相關分析

將麥洼牦牛和金川牦牛屠宰性狀性能數據合并成一個數據集，對11 個屠宰指標進行了相關性分析，統計結果見表2。由表2 可知，部分屠宰指標之間存在顯著或極顯著相關關系。具體而言，標準化生產出欄牦牛宰前活重與胴體重呈正相關關系，相關系數最大，經顯著性檢驗后達到極顯著水平（r=0.918，P＜0.01）；宰前活重與肝重、肺重、胃重、頭重、蹄重、骨重均呈極顯著正相關（P＜0.01）；胴體重與胃重、頭重、骨重均呈極顯著正相關（P＜0.01），與蹄重呈顯著正相關（P＜0.05）；心重和蹄重呈顯著正相關，但相關系數較小（r=0.361，P＜0.05）；肺重與蹄重呈極顯著正相關（r=0.602，P＜0.01）；頭重與骨重之間呈極顯著正相關（P＜0.01）；特別的，脾重與蹄重呈負相關，經顯著性檢驗后達到顯著水平（P＜0.05）。

2.3 標準化生產體系下牦牛屠宰性狀主成分分析

對30 頭試驗牦牛屠宰性能數據的宰前活重（X1）、胴體重（X2）、心重（X3）、肝重（X4）、脾重（X5）、肺重（X6）、腎重（X7）、胃重（X8）、頭重（X9）、蹄重（X10）、骨重（X11）等11 個指標進行主成分分析。主成分的統計結果見表3，按照特征根值≥1 的要求，選取了前3 個主成分。第一主成分的特征根為4.407，解釋了總變異的40.064%；第二主成分的特征根為2.023，解釋了總變異的18.394%；第三主成分的特征根為1.362，解釋了總變異的12.386%。前3 個主成分方差貢獻率達到了70.844%，基本代表上述11 個指標所包含的信息。

由表3 結果確定主成分的個數為3，經SPSS 軟件重新抽提因子數量，得到因子負荷矩陣，再以統計學知識計算各因子的特征向量值，進而分析得到因子的得分系數矩陣。入選的主成分Ⅰ~Ⅲ的特征根、貢獻率、累積貢獻率及特征向量見表4，再由各指標的特征向量值，得到入選3 個主成分的表達式。主成分Ⅰ的表達式寫為Y1=0.456X1+0.423X2+0.191X3+0.281X4-0.077X5+0.246X6-0.029X7+0.308X8+0.365X9+0.299X10 +0.335X11；主成分Ⅱ的表達式寫為Y2=0.030X1-0.009X2+0.002X3+0.416X4+0.572 X5-0.314 X6+0.396X7+0.278X8+0.148X9-0.376X10-0.063X11；主成分Ⅲ的表達式寫為Y3=0.048X1-0.011X2+0.357X3-0.258X4-0.072X5+0.123X6+0.588X7+0.355X8-0.347X9+0.305X10-0.315X11。

主成分Ⅰ中，除脾重、腎重兩個指標的特征向量系數為負值外，其余指標均為正值，而宰前活重（X1）和胴體重（X2）的特征向量系數比其余指標大，分別為0.456、0.423，再次是頭重、骨重、蹄重、肝重等指標，可將該主成分命名為牦牛的體重因子，該主成分較大時，說明屠宰牦牛宰前活重和宰后胴體重較大。主成分Ⅱ中，脾重（X5）和肝重（X4）兩個指標特征向量值較大，分別為0.572 和0.416，可命名為“脾重-肝重”因子，可綜合反映屠宰牦牛內臟中脾臟和肝臟的重量情況。主成分Ⅲ中，僅腎重（X7）的特征向量系數較大，為0.588，也可視為牦牛的腎重因子，該主成分較大時，表示屠宰臟器中腎臟重量較大。

表2 標準化生產牦牛屠宰性能的相關分析

表3 標準化養殖牦牛屠宰性狀主成分分析

表4 標準化養殖牦牛主成分統計結果

3 小結與討論

對標準化生產出欄的牦牛屠宰性能指標進行了對比分析和主成分分析。結果表明，相同飼養條件下，標準化生產飼養100 d 后出欄的牦牛增重達到預期效果，屠宰性能較為一致。牦牛屠宰性狀中肝臟重和腎臟重變異系數均較大，暗示這兩個指標還有一定的選育潛力。本研究明確了標準化生產體系下牦牛屠宰性狀之間的差異性和相關關系，為牦牛標準化生產體系的推廣和更深一步對牦牛屠宰性能研究提供了科學依據。

根據袁龍飛等［5］對牦牛屠宰性狀的檢測數據，未經標準化飼養金川牦牛胴體重為180.93 kg，心重為 1.60 kg，肝重為 4.06 kg，脾重為 0.65 kg，肺重為3.35 kg，腎重為 0.61 kg，頭重為 17.63 kg，蹄重為5.83 kg，骨重為34.16 kg。對比本研究測定結果，除蹄重略低于本研究測得金川牦牛的5.97 kg 外，其余指標均高于本研究測定結果。本研究中飼養金川牦牛平均年齡為4 歲，而該學者研究中實驗對象年齡范圍為4.5~6.5 歲，因此出現差異的主要原因來自于實驗牛的年齡差異。此種推測可以由另一項研究結果加以佐證，根據趙曉東等［8］對舍飼麥洼牦牛屠宰性能的測定結果，2.5 歲麥洼牦牛冷季舍飼120 天后，活重、胴體重、心重、肝重、脾重、肺重、腎重等重量指標均遠低于本研究測定結果。說明無論是放牧牦牛或舍飼牦牛，年齡均是影響屠宰性能的重要因素之一。

根據“2.1”中測定結果，標準化飼養出欄的麥洼牦牛和金川牦牛脾重差異極顯著（P＜0.01）。根據徐英等［9］的研究，飼料中的蛋白質水平對肉牛脾重無規律性影響，故幾乎可排除本研究中飼料對兩種牦牛脾臟重量的影響，因此可以推測本研究中兩種牦牛脾重差異顯著可能由品種差異造成。除脾重外，其余各指標之間均差異不顯著（P＞0.05）。以宰前活重為例，飼養100 d 后麥洼牦牛和金川牦牛宰前活重分別為278.27 kg 和278.40 kg，經標準化飼養后增重近80 kg，增重較為一致。以上結果說明相同飼養條件下兩種牦牛的屠宰性能無顯著差異，這與李強等［10］對金川多肋牦牛的研究結果一致。

本研究還對各指標的變異系數進行了計算。變異系數是原始數據標準差與原始數據平均數的比，可以在消除測量尺度和量綱的影響的同時比較兩組數據離散程度大小［11］。根據統計結果，所有指標的變異系數值均小于15%，說明研究取得的數據值較為正常，可以用于后續的統計分析。特別的，標準化飼養100 d 后麥洼牦牛和金川牦牛肝重變異系數分別為11.28%、12.39%，腎重變異系數分別為14.81%、11.76%，變異幅度均較大，說明這兩個指標還具有一定的選育潛力。

產肉性能是肉牛飼養最重要的指標，而肉牛產肉性能測定則包含測定宰前活重、胴體重、凈肉重、骨重等指標，以及計算屠宰率等指標。胴體重是指牛在屠宰后去頭、皮、尾、內臟（不包括腎和腎周脂肪）、蹄、生殖器官后的重量，是育肥肉牛重要的生產性能之一。屠宰率也是肉牛生產的重要指標，其值越高說明牛的生產性能更好［12］。屠宰率是肉牛胴體重和宰前活重的比例，一般屠宰率越高，生產性能越好。根據本研究測得胴體重和宰前活重數據，可計算標準化飼養后麥洼牦牛和金川牦牛屠宰率分別為52.01%和51.10%，低于謝榮清等［13］測定的4.5 歲牦牛的屠宰率54.13%，其主要原因是謝等的實驗牛均為閹割牛。相關分析結果顯示，宰前活重、胴體重、頭重、蹄重、骨重等屠宰指標之間存在顯著或極顯著正相關關系，暗示生產中可根據牦牛的屠宰性狀來初步估計其生產性能。此外，脾重與蹄重呈負相關，且檢驗后達到顯著水平（P＜0.05），其原因值得進一步探討。

目前，主成分分析在牦牛研究方面運用較少，早前的研究多針對黃牛［14］和皖東牛［15］等牛種。已有學者對麥洼牦牛體尺和乳房性狀選育進行了主成分分析，最終篩選出了選育高產奶量麥洼牦牛應重點關注的指標［16］。此外，有研究者對麥洼牦牛9 個選育性狀進行了主成分分析，研究找出了麥洼牦牛選育的兩類重點性狀［17］。而對于標準化生產牦牛生產性能的主成分研究還未見于報道，本研究通過對30 頭牦牛的體尺和屠宰性狀的主成分分析，最終確定了3 個主成分，主成分Ⅰ~Ⅲ的貢獻率分別為40.064%、18.394%和12.386%，累積貢獻率達到了70.844%，反映了大部分信息量。