攀枝花9個核桃優(yōu)良單株主要經(jīng)濟性狀的主成分分析及良種篩選

李 恒，唐 平，刀麗平，張春花，沈 杰

(攀枝花市農(nóng)林科學研究院，四川攀枝花 617000)

核桃是一種綜合開發(fā)利用價值很高的木本油料類經(jīng)濟林樹種，自2007年開始，核桃產(chǎn)業(yè)在攀枝花市得到了迅速的發(fā)展。目前，全市已發(fā)展核桃基地面積超過2.4萬hm2。為了更好地解決制約我市核桃發(fā)展的“瓶頸”問題——“良種”，項目組成員針對我市現(xiàn)有的核桃品種展開了廣泛深入地調(diào)查，依據(jù)國家標準(GB7907-87)習學良等［1］采用的人為加權(quán)打分的方法進行品種性狀指標的比較等方法，通過初選、復選和決選，決選出9個優(yōu)良單株。目前，由于主成分分析法在動、植物種質(zhì)資源多態(tài)性分析和育種的性狀選擇方面的廣泛運用，在核桃選育方面，肖良?。?］等應用主成分分析法，對滇東北的核桃優(yōu)良單株主要經(jīng)濟進行主成分分析，得出3徑平均值、堅果重和單位面積(m2)樹冠投影產(chǎn)仁3個主成分，代表了核桃經(jīng)濟性狀92.617%的信息，且是綜合的獨立的指標。利用主成分分析法對我市決選出的9個優(yōu)良單株堅果品質(zhì)的8個主要經(jīng)濟指標進行主成分分析，依據(jù)多個主成分組成的綜合指數(shù)以及堅果主要經(jīng)濟性狀評分表來評價核桃優(yōu)株，以期為核桃良種選擇利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)基本情況

攀枝花市位于四川西南邊陲，境內(nèi)最高點為西北部鹽邊縣境內(nèi)的百靈山穿洞子，海拔4 195.5 m;最低點是東南部仁和區(qū)平地鎮(zhèn)的師莊，海拔937 m。攀枝花市氣候獨特，，具有夏季長、溫度日變化大，四季不分明，降雨少而集中，日照多，太陽輻射強，氣候垂直差異顯著等特征。海拔1 600 m～2 300 m范圍區(qū)域，核桃種植面積大。該區(qū)域年氣溫晝夜變化大而年變化小，年平均氣溫16.6℃，1月平均氣溫12.8℃，7月平均氣溫 26.1℃。年均日照時數(shù)2 748.9 h，無霜期約300 d，年均降雨量890 mm。土壤類型主要為山地紅壤。

1.2 供試材料來源

2008年以來，攀枝花市農(nóng)林科學研究院依據(jù)國家標準(GB7907-87)和習學良等［2］采用的人為加權(quán)打分的方法進行品種性狀指標的比較等方法，通過初選、復選和決選，決選出9個優(yōu)良單株，基本情況見表1。

表1 攀枝花市決選出的9個優(yōu)良單株的基本情況

1.3 測定方法

每個單株隨機取10個鮮果，自然風干后，測量以下各項指標:(1)3徑平均(X1):用游標卡尺分別測出10個堅果的橫、縱、棱徑，將3徑值進行算術(shù)平均，得出3徑平均值;(2)堅果重(X2):用精度為0.01g的電子天平稱量風干后的堅果重量，計算平均值;(3)殼厚(X3):用游標卡尺測量堅果中部的果殼厚度，計算平均值;(4)種仁重(X4)、出仁率(X5):將堅果取仁后，用電子天平稱量種仁重量，種仁重與堅果重之比，為出仁率，計算平均值;(5)粗脂肪(X6)、蛋白質(zhì)(X7):隨機取30個～40個自然風干后的干果，送至四川省林業(yè)科學研究院林產(chǎn)品加工利用研究設計所進行分析檢測，分析方法按國家標準GB/T14488.1-93進行;(6)核桃樹冠單位投影面積產(chǎn)仁量(X8):用連續(xù)3 a的核桃產(chǎn)仁量與單位樹冠投影面積(m2)之比求出樹冠單位投影面積產(chǎn)仁量。

1.4 數(shù)據(jù)計算與分析

應用SPSS軟件中的主成分分析程序［3］。由樣本相關矩陣出發(fā)，對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，計算性狀相關矩陣的特征根和特征向量，并根據(jù)性狀特征根和原變量數(shù)，計算各個主成分的貢獻率和方差貢獻率，以累積方差貢獻率確定主成分個數(shù)和建立主成分方程［4］。由此確定我市核桃選種的重要性狀指標，計算各樣本的重要主成分值，進而對供試樣本進行比較，最終選擇出綜合性狀優(yōu)良的單株。

2 結(jié)果與分析

2.1 函數(shù)的建立與分析

9個核桃優(yōu)株的主要經(jīng)濟性狀見表2。在主成分分析中，方差代表了性狀在主成分向上的分散程度。方差越大，主成分在樣本數(shù)據(jù)分析中所起的作用越大。樣本相關矩陣的特征根計算的性狀方差貢獻北和累計方差貢獻率見表3。由表3可知，前兩個主成的累積方差貢獻率為82.751%，表明前兩個主成分已經(jīng)代表了全部性狀的82.751%的綜合信息，因此，選出前兩個主成分為我市核桃優(yōu)良單株綜合性狀的重要主成分。

表2 攀枝花市幾個核桃優(yōu)株的主要經(jīng)濟性狀

表3 攀枝花市幾個主要核桃品系的經(jīng)濟性狀主成分的方差貢獻率和累積方差貢獻率

因為主成分是原性狀的線性組合函數(shù)，根據(jù)計算樣本相關矩陣的特征向量，從表3可以得出主成分的函數(shù)式為:

由表4可以看出，在第一主成分Y1中，堅果重X2的系數(shù)最大，為0.916，其次為3徑平均X1，這兩個因子與核桃果實大小密切相關，表明第一主成分主要反映的是堅果核桃果實大小的綜合指標;第二主成分Y2中，單位投影面積出仁量的系數(shù)最大，為0.916，其次為出仁率X5，表明第二主成分主要說明的是單位面積出仁量大小的綜合指標。由此可見，由主成分的方差貢獻率和主成分(Y1-Y2)與原性狀(X1-X8)的相關矩陣的特征向量進一步表明，我市核桃主要品系經(jīng)濟性狀間的主要差異為堅果重，其次為單位投影面積出仁量。堅果重和3徑大小代表果實大小，單位面積樹冠產(chǎn)仁量和出仁率代表產(chǎn)量。

表4 幾個主要核桃品系經(jīng)濟性狀相關陣的特征向量

2.2 優(yōu)良單株排序

主成分的生物學內(nèi)涵表明，上述兩個主成分已較好地綜合了核桃優(yōu)株的主要性狀特征，其代表性達到了82.751%。由于主成分較多，單一主成分難以對各優(yōu)株綜合利用性狀作出客觀判斷。因此，對表4中兩個主成分的方差貢獻率作為權(quán)重進行加權(quán)求和，建立優(yōu)株堅果性狀的綜合評價數(shù)學模型:F=0.6347×fac1+0.3653×fac2;其中，fac1、fac2為各優(yōu)株主成分得分值。

從表5可以看出，根據(jù)對9個單株的兩個主成分分值進行綜合排序，依次排序結(jié)果為:啊喇6號、啊喇3號、攀核1號、啊喇2號、啊喇5號、南廠1號、柳溪1號、啊喇7號、啊喇1號。

表5 各優(yōu)良單株主成分分值及排序表

2.3 優(yōu)良單株堅果品質(zhì)分析

為了對核桃堅果的營養(yǎng)品質(zhì)進行綜合評價，對單果仁重、殼厚度、出仁率等數(shù)量的測定結(jié)果進行分級量化處理，形成了堅果品質(zhì)評分表(表6)，使選擇對象的堅果品質(zhì)用累計積分方式進行表達。檢驗時，將核桃果樣鋪放在潔凈的平面上，目測法觀察果殼的色澤和潔凈度。砸開取仁，內(nèi)褶壁不發(fā)達，能取整仁或半仁的為取仁容易;內(nèi)褶壁較發(fā)達，能取1/4仁的為較難;根據(jù)內(nèi)種皮顏色深淺，確定仁色;種仁肥厚，溝洼淺的為飽滿，種仁充實，但不肥厚，溝洼較深的為較飽滿。品嘗種仁，鑒別香味和澀味，澀味感覺明顯但程度較輕的為稍澀。

根據(jù)表6的劃分標準，對主分成分析中得分前三的候選優(yōu)樹各指標進行對應評分，將各項得分累加得出不同優(yōu)樹的堅果品質(zhì)評分。結(jié)果見表7所示。

從表7可以看出，通過對復選優(yōu)樹各指標逐一分析評價，攀核1號的各項指標得分84分，高于主成分分析中排列1、2的啊喇6號(67分)和啊喇3號(64分)，因此，將攀核1號作為此次評選的最佳核桃品種進行良種申報。

表6 核桃堅果品質(zhì)的評分標準

表7 核桃優(yōu)樹堅果品質(zhì)綜合評價結(jié)果

3 結(jié)論與討論

以在攀枝花市范圍內(nèi)決選的9株優(yōu)良單株核桃的8個主要經(jīng)濟性狀為試材，通過主成分分析得到它們的兩個重要主成分即為堅果重和單位投影面積產(chǎn)仁量。這兩個主成分代表了核桃經(jīng)濟性狀的82.751%信息，是綜合的相互獨立的指標。主成分分析未考慮核桃的質(zhì)量性狀(口感、仁色、取仁難易等)和單株的適應性與抗逆性等特殊性狀，但對核桃經(jīng)濟性狀的選擇比權(quán)重打分更為方便，具有一定科學性和準確性。

應用主成分值，對9個供試樣本的綜合性狀進行排序分析，其結(jié)果與供試樣本在實際生產(chǎn)中的表現(xiàn)相符，表明用主成分值選種在攀枝花市核桃良種選育和發(fā)展生產(chǎn)中有一定的應用價值。在應用中，對調(diào)查指標經(jīng)標準化處理后，計算品種的重要主成分值，即可根據(jù)選種目標，綜合評判品種的生產(chǎn)性能。

在北方核桃品種選育過程中，往往追求堅果個大、出仁率高、單位面積產(chǎn)仁量高，但在南方核桃主栽區(qū)，存在著單果重較低，但具備其它特殊性狀如產(chǎn)量高、抗逆性強、耐貯運或具有特殊香味等的單株，如簡單通過主成分分析，則不能入選優(yōu)良單株，但在生產(chǎn)中應對這部分加以關注，充分利用其特殊性狀，為核桃種質(zhì)資源的保存和發(fā)展提供新的渠道。

［1］習學良，范志遠，鄒偉烈，等.10個美國山核桃品種的引種研究初報［J］.浙江林學院學報，2006，23(4):382～387.

［2］肖良俊，寧德魯，等.滇東北核桃優(yōu)良單株主要經(jīng)濟性狀的主成分分析［J］.西北林學院學報2013，28(2):79～82.

［3］郝黎仁，樊元，等.SPSS實用統(tǒng)計分析［M］.北京:中國水利水電出版社，2002:14～121.

［4］裴鑫德.多元統(tǒng)計分析及其應用［M］.北京:北京農(nóng)業(yè)大學出版社，1991:196～247.