基于主成分分析的槟榔江牛生长规律研究

基于主成分分析的槟榔江牛生长规律研究

近年来，在中国发现的第一个本地河流系统性牛群主要分布在云南省西部的槟榔河流域。它的中心区域是云南省腾冲县。该水牛是在当地独特的地理位置和气候条件下,经长期风土驯化所产生的类群。槟榔江水牛有较好的产奶性能,一个产奶周期平均产奶量为(2531.32±641.45)kg,最高产奶量为3615.7kg,具有很高的潜在开发利用价值。但由于该水牛饲养水平低下,未经系统选育,个体间生产性能差异较大。目前有关其生长发育等种质特性的资料有限,这方面的研究亟待开展。在动物科学研究及畜牧生产中,常需记录多个观测指标并考虑多个影响因素,这样的数据虽然可以提供丰富的信息,但由于所涉及的多个指标之间经常是相互联系和影响的,就使得数据的分析工作变得十分复杂。主成分分析(PrincipleComponentAnalysis,PCA)是将原来众多的观测指标,根据它们的相关性,找出少数几个综合指标以概括原始指标的信息,它主要用于简化数据结构、寻找综合因子、样品排序及分类等方面。主成分分析可在SPSS或SAS等统计分析软件中实现。在牛科物种中,国内采用主成分分析主要集中在体尺和体重数据上,前人分别对平武黄牛、雷州黄牛、秦川母牛和闽南黄牛等的体尺和(或)体重进行了主成分分析。还有人对大额牛体尺数据进行了主成分分析。上述分析对这些牛种的生长发育特征具有一定解析。目前,采用主成分分析法对水牛的体尺和体重数据进行的研究很少。本文对槟榔江水牛不同月龄阶段的体尺与体重数据进行主成分分析,旨在揭示槟榔江水牛的体型外貌特征及其生长发育规律,为今后对其的选育和利用提供参考依据。1材料和方法1.1体尺和体重测定主成分分析所用的46头公牛、40头母牛的6月龄、12月龄、18月龄、24月龄和30月龄的体尺、体重数据都为均衡资料,由云南腾冲县巴福乐槟榔江水牛良种繁育有限公司测定提供。1.2数据处理和分析本文用于主成分分析的体重体尺指标有11个,分别是体重(X1)、体高(X2)、体斜长(X3)、胸围(X4)、腹围(X5)、管围(X6)、腰角宽(X7)、胸宽(X8)、胸深(X9)、臀端宽(X10)、尻长(X11)。采用SPSS10.0软件对这些数据进行处理,得到不同月龄的体尺体重间的相关矩阵、特征值和累积贡献率及因子载荷矩阵。由于SPSS软件并没有单独实现得到主成分特征向量的功能板块,根据以下公式:Ui=Fiλi√Ui=Fiλi进行转换(Ui为主成分特征向量,λi为第Yi主成分的特征值,Fi为因子载荷向量)。选取特征值较大且累积贡献率≥85%的主成分进行分析。特征根大小代表主成分分析的各综合指标方差的大小,某一主成分的贡献率为各综合指标(主成分)的方差在原始观测指标全部方差中所占的比值;累计贡献率代表相应各主成分贡献百分率的累计值。特征向量即为所得到的主成分,每一主成分的表达式中均列出了各原始观测指标对该主成分贡献的大小,其绝对值和符号分别反映了原始观测指标对主成分作用的大小和性质。2结果与分析2.1主成分特征值经主成分分析,槟榔江水牛公牛不同月龄体重、体尺相关矩阵的特征值及累计贡献率见表1,其不同月龄入选主成分(累积贡献率≥85%)的特征向量见表2。公牛第1主成分的表达式为:6月龄:Y1=0.381X1+0.308X2+0.279X3+0.338X4+0.339X5+0.338X6+0.348X7+0.284X8+0.167X9+0.331X10+0.021X11;12月龄:Y1=0.404X1+0.295X2+0.353X3+0.402X4+0.384X5+0.271X6+0.318X7+0.230X8+0.253X9+0.026X10+0.155X11;18月龄:Y1=0.387X1+0.360X2+0.335X3+0.380X4+0.349X5+0.306X6+0.268X7+0.183X8+0.133X9+0.302X10+0.187X11;24月龄:Y1=0.402X1+0.237X2+0.168X3+0.330X4+0.298X5+0.385X6+0.207X7+0.326X8+0.344X9+0.365X10+0.092X11;30月龄: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月龄、12月龄、18月龄、24月龄,30月龄第1主成分的特征值分别为6.329,4.587,6.041,5.935,7.371,明显大于其余主成分的特征值,它们的贡献率分别为57.5%,41.7%,54.9%,54.0%,67.0%。公牛相应各月龄第2主成分的特征值分别为1.404,2.037,1.640,1.437,1.476,它们的贡献率分别为12.8%,18.5%,14.9%,13.0%,13.4%。在第1主成分中,6月龄、12月龄、18月龄,24月龄的体重系数最大,且在不同月龄阶段,其他指标的相应系数也较大。因此,第1主成分综合反映了公牛体型外貌整体结构的信息,特别是与体重性状密切相关,可称为体重因子;该主成分较大时,说明公牛的外貌整体结构发育良好。6月龄阶段其他主成分结果:第2主成分主要反映了来自胸深、胸宽、尻长和体斜长的信息,为胸部因子;第3主成分的尻长系数最大,胸深系数较大且为负,为尻长因子;第4主成分臀端宽的系数最大,为臀端宽因子。公牛12月龄阶段其他主成分结果:第2主成分尻长系数最大,臀端宽系数次之,然后为腰角宽和腹围,为尻长因子,揭示第2主成分为后驱因子;第3主成分体高、体斜长系数较大,为高长度因子;第4主成分臀端宽、管围的系数较大,为臀端宽因子,该主成分中腰角宽的系数为负值,绝对值较大;第5主成分胸宽、胸深的系数较大,为胸部因子;第6主成分胸深系数最大,为胸深因子。公牛18月龄的其他主成分结果:第2主成分胸宽、胸深的系数较大,为胸部因子;第3主成分胸深系数最大,为胸深因子;第4主成分为腰角宽系数最大,为腰角宽因子。公牛24月龄其他主成分结果:第2主成分的尻长系数最大,为尻长因子;腰角宽的系数较大,但为负值;第3主成分的体斜长系数最大,体高的系数次之,为体斜长因子;第4主成分腰角宽系数最大,体斜长和胸宽次之,体高的系数较大,但为负值,为腰角宽因子;30月龄主成分分析结果:第1主成分反映了公牛体型外貌整体结构信息,此时尻长系数最大,为尻长因子;第2主成分腹围系数最大,胸宽、体高系数较大且为负值,为腹围因子;第3主成分中体斜长系数最大,胸围系数较大但为负值,为体斜长因子。2.2筛选主成分槟榔江水牛母牛各月龄的体尺、体重相关矩阵的特征值及累计贡献率见表3,其不同月龄入选主成分(累积贡献率≥85%)的特征向量见表4。母牛第1主成分的表达式为:6月龄:Y1=0.347X1+0.316X2+0.327X3+0.321X4+0.288X5+0.227X6+0.321X7+0.317X8+0.202X9+0.296X10+0.323X11;12月龄:Y1=0.356X1+0.229X2+0.254X3+0.396X4+0.321X5+0.346X6+0.325X7+0.324X8+0.274X9+0.108X10+0.281X11;18月龄:Y1=0.378X1+0.222X2+0.257X3+0.359X4+0.333X5+0.325X6+0.324X7+0.179X8+0.276X9+0.286X10+0.319X11;24月龄:Y1=0.403X1+0.305X2+0.198X3+0.305X4+0.335X5+0.389X6+0.043X7+0.287X8+0.338X9+0.376X10+0.093X11;30月龄: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月龄、12月龄、18月龄、24月龄和30月龄第1主成分的特征值分别为7.111,5.313,6.056,5.842,4.150,明显大于其余主成分的特征值。各月龄第1主成分的贡献率分别为64.6%,48.3%,55.1%,53.1%,37.7%。母牛相应各月龄第2主成分的特征值分别为1.052,1.402,1.613,1.944,2.076,它们的贡献率分别为9.6%,12.7%,14.6%,17.7%,18.9%。除12月龄外,其他月龄阶段第1主成分的体重系数最大,可称为体重因子。第1主成分综合反映了母牛体型外貌整体结构的信息,当该主成分较大时,个体发育良好。母牛6月龄阶段其他主成分:第2主成分的胸深系数最大,管围系数较大且为负值,为胸深因子;第3主成分的胸宽、胸深、臀端宽的系数较大,因此可称为宽、深度因子;第4主成分的管围系数最大,胸深和体高次之,可称为匀称因子。母牛12月龄阶段主成分:第1主成分各指标系数较大且为正值,反映了槟榔江母牛的外貌整体结构信息,特别与胸围性状相关最大,可称为胸围因子。当该主成分较大时,胸围较大,其他性状发育良好。第2主成分的臀端宽系数最大,尻长次之,体高、体斜长的系数较大且为负值,为臀端宽因子;第3主成分体高系数最大,为体高因子;第4主成分的腹围系数最大,尻长的绝对值次之,为腹围因子;第5主成分的腰角宽系数最大,胸深次之,管围的绝对值较大,可称为腰角宽因子;第6主成分的胸宽系数绝对值最大但为负,胸深系数次之,故可称为胸深因子。母牛18月龄阶段其他主成分:第2主成分的体高、体斜长、臀端宽系数最大,为高长度因子;第3主成分的胸宽系数最大,其他指标的系数较小,为胸宽因子;第4主成分的体高系数最大,其次为胸深,管围系数也较大且为负值,为高深因子。母牛24月龄阶段其他主成分:第2主成分尻长的系数最大,腰角宽的绝对值较大且为负,可称为尻长因子;第3主成分的尻长、体斜长和腰角宽系数较大,可称之后驱因子;第4主成分的体斜长系数最大,其次为体高,胸围系数也较大但为负值,为体斜长因子。母牛30月龄其他主成分:第2主成分的胸宽系数最大,尻长次之,体高系数的绝对值较大但为负,为胸宽因子;第3主成分体高、胸围和臀端宽系数最大,为匀称因子;第4主成分的腰角宽系数最大,胸深次之,体斜长的绝对值较大且为负,可称为腰角宽因子;第5主成分的臀端宽系数最大,腹围次之,为臀端宽因子。3植物生长和生长发育的主成分分析主成分分析可在基本保留原始数据信息量的前提下,将多个具有一定相关性的观测指标降为少数几个相互独立的主成分,可为进一步揭示数据特征奠定基础。对家畜生长发育性状进行研究,通常采用定期称重和测量体尺的方法。但因观测的指标较多,相互之间又有一定的关联,给后续数据分析带来较大难度。主成分分析为开展这方面的数据分析提供了便利方法。采用该方法对家畜体重、体尺数据进行分析,进而揭示其生长发育规律和体型外貌特征,近年已在一些牛科物种上有所应用。吴照民等对平武普通奶牛的体尺性状进行了主成分分析,结果显示第一主成分为胸部因子,第2主成分为高度因子,第3主成分为角基距因子。叶昌辉对雷州普通奶牛体尺性状进行了主成分分析,得出的第1主成分是高度因子,第2主成分为匀称因子,第3主成分为宽度因子。张爱玲等对秦川母牛不同年龄阶段体尺和体重进行了主成分分析,研究显示不同年龄阶段的第1主成分均为体重因子,第2主成分除3周岁外,反映的都是高度因子,第3主成分为宽度因子。刘庆华等对闽南普通奶牛的体尺、体重进行了主成分分析,得到的第1主成分为体高因子,第2主成分为胸围因子,第3主成分为管围因子。王永奇等对大额牛体尺与体重性状进行了主成分分析,发现第1主成分为体重因子,第2主成分为宽度因子,第3主成分为头部因子。本研究揭示:槟榔江水牛第1主成分综合反映了全部原始观测指标的信息,当该主成分较大时,表明个体发育良好。在所分析的11个生长发育观测指标中,公牛除30月龄外,其他月龄阶段第1主成分的体重系数均最大,为体重因子;母牛除12月龄外,其他月龄阶段第1主成分也都为体重因子;这与张爱玲等和王永奇等研究的结果类似。除了第1主成分,槟榔江水牛公牛的其他主成分结果表明,6月龄阶段主要反映了原始数据中胸宽、胸深、尻长和臀端宽等方面的信息,揭示其在发育上表现为胸部和后驱的生长发育明显。胸围增大,个体的体高、腹围则有变小的趋势;尻长增大,个体胸深则变小。12月龄阶段主要反映了原始数据中尻长、体高和体斜长、臀端宽和管围、胸宽和胸深等方面的信息,揭示体高、体斜长和四肢骨在增长,其胸部和后驱也有生长。体高大的个体,体斜长较大,但其胸围、腹围、胸深和胸宽有变小的趋势。臀端宽大的个体,管围也较大,但腰角宽较小;胸深越大的个体,胸宽越小。18月龄时期的其他主成分揭示公牛胸部生长明显和腰角宽度增加。此时胸深越大的个体,胸宽越小;腰角宽较大的个体,胸深、管围有增大的趋势。24月龄时期主要体现尻长、体斜长和体高、腰角宽等方面的信息,揭示这一时期体中轴和四肢均有生长。这一时期尻长增加,腰角宽有变小的趋势;体长的个体,体高也高;但腰角宽、体斜长、胸宽较大的个体,体高则有变小的趋势;30月龄时期主要显示尻长、腹围和体斜长等方面信息,此时腹围发育良好的个体,体高、胸宽有变小的趋势;体斜长较大的个体,胸围则有变小的趋势。槟榔江水牛母牛6月龄时期其他主成分结果主要反映了胸深、胸宽、臀端宽和管围等方面的信息。胸深较大的个体,管围有变小的趋势;胸部发育良好的个体,臀端宽有增大的趋势;该年龄阶段的母牛体质强健,细致匀称,四肢相对较粗壮。而其12月龄阶段的母牛第一主成分反映了外貌整体结构信息,特别与胸围性状相关最大。当该主成分较大时,胸围较大,其他性状发育良好。该阶段其他主成分主要反映了体高、臀端宽、腹围和腰角宽方面的信息。以上揭示该阶段母牛胸部、后驱发育良好,个体在体高上也有较大的增长趋势。但腹围较大的个体,尻长有变小的趋势。该阶段四肢相对较细,胸深较大的个体,胸宽相对较小。18月龄阶段母牛的其他主成分主要反映了体高、体斜长、臀端宽和胸宽等方面的信息,揭示体躯高