努比亞山羊體尺體重的聚類和主成分分析

朱俊紅，劉興能，和曉明，任洪輝，陸穎，鄧衛東，席冬梅

（ 云南農業大學動物科學技術學院，云南 昆明 650201 ）

努比亞山羊原產自非洲東北部等地區，屬乳肉皮兼用型，毛色多為黑色或棕色，1995年引入我國飼養培育[1]。努比亞山羊具有生產性能優良、遺傳性能穩定、適應性強、肉質細嫩、膻味小等優點[2-4]。國內學者針對努比亞山羊進行了大量研究。占今舜等[5]對努比亞山羊的肉品質、血清指標等進行了研究；王坤等[6]和周波[7]對努比亞山羊的養分消化和瘤胃微生物等進行了分析研究。國外學者對努比亞山羊遺傳參數估計、遺傳多樣性評價和生長性能、瘤胃發酵、血液化學等[8-10]也進行了大量研究。家畜體尺數據直接反映了家畜體軀的結構、發育等情況，與家畜的生理功能、抗病力以及對外界環境條件的適應能力等密切相關。目前對努比亞山羊體重和體尺指標的分析研究較少，本文對云南省紅龍養殖場的努比亞山羊體重和體尺指標進行分析研究，為日后更好地開發和保護努比亞山羊遺傳資源提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

隨機選取云南省昭通市彝良縣紅龍養殖場3月齡大小的羔羊32只，公、母各半，測量其體重、體高、體斜長、胸圍、胸寬、胸深、管圍、最大額寬，測量方法參考家畜育種學和羊生產學測定方法[11-12]。

1.2 數據統計與分析

運用Excel軟件整理努比亞山羊的體重和體尺指標數據，SPSS 25.0軟件進行主成分分析與聚類分析。

聚類分析是指物理或抽象對象的集合，分組為由類似對象組成的多個類的分析過程[13]，具體操作如下：計算性狀指標的相關矩陣、相關矩陣的特征根和特征向量，選取累計貢獻率＞85%的特征根，進行主成分分析。聚集8個指標性質相同或相近的對象，并按照這些對象的定性或定量特征數值將其分組歸類。

2 結果與分析

2.1 測定指標的平均數與變異性指標（見表1）

表1 測定指標的平均值與變異系數Tab.1 Mean and coefficient of variation of determination index

由表1可知，體重的變異系數為33.34%，變異幅度較大；其他性狀指標的變異系數均小于7%，變異幅度小。結果表明，努比亞山羊體尺指標變異比較穩定，但體重指標變異幅度稍大，選育潛力也相對較大。

2.2 主成分分析

2.2.1 體重和體尺指標間的相關性（見表2、表3）

表2 體重和體尺指標的相關系數矩陣Tab.2 Correlation coefficient matrix of body weight and body conformation indexes

表3 相關系數矩陣的特征根及累計貢獻率Tab.3 Characteristic roots and cumulative contribution rate of correlation coefficient matrix

由表2可知，努比亞山羊各指標之間均具有顯著相關性，其中僅最大額寬和胸深顯著性相關（P＜0.05），其余各指標之間均極顯著相關（P＜0.01），表明各指標間關聯性很強，可利用顯著性較強的指標進行努比亞山羊的選育。

由表3可知，選取前3個主成分，使累計貢獻率大于85%（達到87.798%），損失信息僅有12.202%，相對較小。其中第1主成分貢獻率為71.091%，反映的綜合信息量最大；第2、第3主成分貢獻率分別為10.501%、6.206%。

2.2.2 主成分的特征根和貢獻率（見表4）

表4 主成分的特征根和貢獻率Tab.4 Characteristic roots and contribution rates of principal components

由表4可知，貢獻率較大的3個主成分代表分別為Y1、Y2、Y3。根據各主成分的特征向量，列出各主成分的關系表達式如下：

第1主成分（Y1）特征根為5.687，貢獻率為71.091%，其中體重系數（X1）最大，其次是體高（X2）、體斜長（X3）、胸圍（X4），可將其命名為體重因子，反映體重和體型外貌特征，主要決定努比亞山羊體形的長短高矮。第2主成分（Y2）特征根為0.840，貢獻率為10.501%，其中胸寬（X5）、胸深（X6）、管圍（X7）系數較大，可將其命名為軀體因子，反映軀體寬度特征，主要決定努比亞山羊的寬度大小。第3主成分（Y3）特征根為0.496，貢獻率為6.206%，最大額寬（X8）系數最大，其余較小，可將其命名為額寬因子，反映努比亞山羊的額寬特征。

2.2.3 努比亞山羊8個性狀的碎石圖（見圖1）

圖1 努比亞山羊8個性狀的碎石圖Fig.1 Gravage map of eight traits of Nubian goat

由圖1可知，努比亞山羊的8個性狀中，因子1、2、3之間的連線最為陡峭，表明這3個因子均為主要因子，占累計貢獻率約90%。較陡的直線斷點也表明，相應因子之間具有較大的特征值差異，進一步證實了所選取的3個主成分的準確性。

2.3 努比亞山羊8個性狀的聚類分析（見圖2）

圖2 努比亞山羊8個性狀的聚類分析Fig.2 Cluster analysis of eight traits of Nubian goat

由圖2可知，相似程度較高的指標聚為一類，隨著相似程度降低，聚類的類數呈增加趨勢。類間距為15時，8個性狀指標聚類為2個亞類：第1類包括體重（X1）、胸深（X6）、胸寬（X5）、管圍（X7）和最大額寬（X8），第2類包括體高（X2）、體斜長（X3）和胸圍（X4）。

3 討論

體重和體尺指標是家畜選育中重要的經濟性狀，亦是遺傳效應與環境效應共同作用的結果。本試驗對努比亞山羊的體重和體尺指標進行研究，結果顯示，各指標之間呈顯著或極顯著相關。這與努爾比亞·吾布力等[14]對中國美利奴羊以及侯洪梅[15]對加什科羊的主要性狀的研究結果一致。楊存明等[16]通過對和田公羊進行相關性分析揭示了影響其體重的主要體尺指標是胸圍、體高、胸深，與本研究結果一致。譚曉山等[17]對貴州黑山羊的體尺指標和體重進行了相關性研究，發現體長、胸圍、腰角寬可作為選育的重要參考指標。本研究結果表明，努比亞山羊的體重、體尺指標間具有顯著相關性，可作為重要選育指標。

主成分分析是一種統計方法，可用于描述家畜形態結構并說明表型性狀對整體形態結構的影響[18]。主成分分析能夠從原始數據中提取出最具代表性的信息，并將其表示為一組相互獨立的主成分。這些主成分能夠綜合反映原始數據中的多個指標，并使用較少的變量解釋數據的變異情況[19]。本研究主成分分析將8個指標區分為3個獨立的主成分，其中第1主成分（Y1）反映體重和體型外貌特征，第2主成分（Y2）反映軀體特征，第3主成分（Y3）反映額寬特征。這與葉昌輝等[20]將雷州山羊的8個性狀指標區分為相對獨立的3個主成分研究和徐曉莉等[21]對綿羊體尺等指標的分析研究結果相似。有研究對不同雜交組合羔羊6月齡的體重和體尺指標進行聚類分析，將體尺性狀分為2類，體高、體長、胸圍為一類，管圍為一類[22]。本試驗也是將8個性狀指標聚類為2個亞類，且聚類的體尺指標也非常一致。李明明等[23]對藏羊羔羊的研究結果也與本試驗結果相似，進一步說明本研究的結果在不同品種山羊之間具有一定的適用性。目前針對牛體尺指標已有大量研究分析[24-26]，但針對羊體尺指標的研究較少，因此本研究可為養殖場日后羊的選育規劃提供參考。

4 結論

本文對努比亞山羊的體重、體高、體斜長、胸圍、胸寬、胸深、管圍、最大額寬等8個性狀指標進行分析，根據貢獻率選取了3個獨立的主成分，其中第1主成分貢獻率為71.091%，是努比亞山羊體尺等指標變異的主要來源，主要反映體重和體型外貌特征；第2主成分貢獻率為10.501%，主要反映軀體特征；第3主成分貢獻率為6.206%，主要反映額寬特征。聚類分析將8個指標聚類為2個亞類，第1類包括體重、胸深、胸寬、管圍和最大額寬，第2類包括體高、體斜長和胸圍。本試驗結果可為今后對努比亞山羊選育和生產提供一定的參考。