基于主成分分析的檳榔江牛生長規(guī)律研究

近年來，在中國發(fā)現(xiàn)的第一個本地河流系統(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?shù)鬲毺氐牡乩砦恢煤蜌夂驐l件下,經(jīng)長期風土馴化所產(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)利用價值。但由于該水牛飼養(yǎng)水平低下,未經(jīng)系統(tǒng)選育,個體間生產(chǎn)性能差異較大。目前有關(guān)其生長發(fā)育等種質(zhì)特性的資料有限,這方面的研究亟待開展。在動物科學研究及畜牧生產(chǎn)中,常需記錄多個觀測指標并考慮多個影響因素,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指標之間經(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雜。主成分分析(PrincipleComponentAnalysis,PCA)是將原來眾多的觀測指標,根據(jù)它們的相關(guān)性,找出少數(shù)幾個綜合指標以概括原始指標的信息,它主要用于簡化數(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)計分析軟件中實現(xiàn)。在牛科物種中,國內(nèi)采用主成分分析主要集中在體尺和體重數(shù)據(jù)上,前人分別對平武黃牛、雷州黃牛、秦川母牛和閩南黃牛等的體尺和(或)體重進行了主成分分析。還有人對大額牛體尺數(shù)據(jù)進行了主成分分析。上述分析對這些牛種的生長發(fā)育特征具有一定解析。目前,采用主成分分析法對水牛的體尺和體重數(shù)據(jù)進行的研究很少。本文對檳榔江水牛不同月齡階段的體尺與體重數(shù)據(jù)進行主成分分析,旨在揭示檳榔江水牛的體型外貌特征及其生長發(fā)育規(guī)律,為今后對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、體重數(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有11個,分別是體重(X1)、體高(X2)、體斜長(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(X11)。采用SPSS10.0軟件對這些數(shù)據(jù)進行處理,得到不同月齡的體尺體重間的相關(guān)矩陣、特征值和累積貢獻率及因子載荷矩陣。由于SPSS軟件并沒有單獨實現(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率≥85%的主成分進行分析。特征根大小代表主成分分析的各綜合指標方差的大小,某一主成分的貢獻率為各綜合指標(主成分)的方差在原始觀測指標全部方差中所占的比值;累計貢獻率代表相應(yīng)各主成分貢獻百分率的累計值。特征向量即為所得到的主成分,每一主成分的表達式中均列出了各原始觀測指標對該主成分貢獻的大小,其絕對值和符號分別反映了原始觀測指標對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貢獻率見表1,其不同月齡入選主成分(累積貢獻率≥85%)的特征向量見表2。公牛第1主成分的表達式為: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,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、尻長和體斜長的信息,為胸部因子;第3主成分的尻長系數(shù)最大,胸深系數(shù)較大且為負,為尻長因子;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、體斜長系數(shù)較大,為高長度因子;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)為負值,絕對值較大;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主成分的尻長系數(shù)最大,為尻長因子;腰角寬的系數(shù)較大,但為負值;第3主成分的體斜長系數(shù)最大,體高的系數(shù)次之,為體斜長因子;第4主成分腰角寬系數(shù)最大,體斜長和胸寬次之,體高的系數(shù)較大,但為負值,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,此時尻長系數(shù)最大,為尻長因子;第2主成分腹圍系數(shù)最大,胸寬、體高系數(shù)較大且為負值,為腹圍因子;第3主成分中體斜長系數(shù)最大,胸圍系數(shù)較大但為負值,為體斜長因子。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貢獻率見表3,其不同月齡入選主成分(累積貢獻率≥85%)的特征向量見表4。母牛第1主成分的表達式為: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,當該主成分較大時,個體發(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。當該主成分較大時,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,尻長次之,體高、體斜長的系數(shù)較大且為負值,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,尻長的絕對值次之,為腹圍因子;第5主成分的腰角寬系數(shù)最大,胸深次之,管圍的絕對值較大,可稱為腰角寬因子;第6主成分的胸寬系數(shù)絕對值最大但為負,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、臀端寬系數(shù)最大,為高長度因子;第3主成分的胸寬系數(shù)最大,其他指標的系數(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主成分尻長的系數(shù)最大,腰角寬的絕對值較大且為負,可稱為尻長因子;第3主成分的尻長、體斜長和腰角寬系數(shù)較大,可稱之后驅(qū)因子;第4主成分的體斜長系數(shù)最大,其次為體高,胸圍系數(shù)也較大但為負值,為體斜長因子。母牛30月齡其他主成分:第2主成分的胸寬系數(shù)最大,尻長次之,體高系數(shù)的絕對值較大但為負,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,體斜長的絕對值較大且為負,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植物生長和生長發(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,將多個具有一定相關(guān)性的觀測指標降為少數(shù)幾個相互獨立的主成分,可為進一步揭示數(shù)據(jù)特征奠定基礎(chǔ)。對家畜生長發(fā)育性狀進行研究,通常采用定期稱重和測量體尺的方法。但因觀測的指標較多,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。采用該方法對家畜體重、體尺數(shù)據(jù)進行分析,進而揭示其生長發(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。吳照民等對平武普通奶牛的體尺性狀進行了主成分分析,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。葉昌輝對雷州普通奶牛體尺性狀進行了主成分分析,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。張愛玲等對秦川母牛不同年齡階段體尺和體重進行了主成分分析,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。劉慶華等對閩南普通奶牛的體尺、體重進行了主成分分析,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。王永奇等對大額牛體尺與體重性狀進行了主成分分析,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指標的信息,當該主成分較大時,表明個體發(fā)育良好。在所分析的11個生長發(fā)育觀測指標中,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)的生長發(fā)育明顯。胸圍增大,個體的體高、腹圍則有變小的趨勢;尻長增大,個體胸深則變小。12月齡階段主要反映了原始數(shù)據(jù)中尻長、體高和體斜長、臀端寬和管圍、胸寬和胸深等方面的信息,揭示體高、體斜長和四肢骨在增長,其胸部和后驅(qū)也有生長。體高大的個體,體斜長較大,但其胸圍、腹圍、胸深和胸寬有變小的趨勢。臀端寬大的個體,管圍也較大,但腰角寬較小;胸深越大的個體,胸寬越小。18月齡時期的其他主成分揭示公牛胸部生長明顯和腰角寬度增加。此時胸深越大的個體,胸寬越小;腰角寬較大的個體,胸深、管圍有增大的趨勢。24月齡時期主要體現(xiàn)尻長、體斜長和體高、腰角寬等方面的信息,揭示這一時期體中軸和四肢均有生長。這一時期尻長增加,腰角寬有變小的趨勢;體長的個體,體高也高;但腰角寬、體斜長、胸寬較大的個體,體高則有變小的趨勢;30月齡時期主要顯示尻長、腹圍和體斜長等方面信息,此時腹圍發(fā)育良好的個體,體高、胸寬有變小的趨勢;體斜長較大的個體,胸圍則有變小的趨勢。檳榔江水牛母牛6月齡時期其他主成分結(jié)果主要反映了胸深、胸寬、臀端寬和管圍等方面的信息。胸深較大的個體,管圍有變小的趨勢;胸部發(fā)育良好的個體,臀端寬有增大的趨勢;該年齡階段的母牛體質(zhì)強健,細致勻稱,四肢相對較粗壯。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。當該主成分較大時,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,個體在體高上也有較大的增長趨勢。但腹圍較大的個體,尻長有變小的趨勢。該階段四肢相對較細,胸深較大的個體,胸寬相對較小。18月齡階段母牛的其他主成分主要反映了體高、體斜長、臀端寬和胸寬等方面的信息,揭示體軀高