彩色棉产量及品质构成因素的主成分分析

李　玮　曲延英　潘存胜

摘要应用主成分分析法，由样本相关矩阵出发，对10个陆地棉品种的9个产量及品质构成因素(衣分、单株铃数、单铃重、籽指、纤维长度、马克隆值、比强度、伸长率、整齐度)进行分析，以性状的累积方差贡献率达到85.0％，确定3个反映彩色棉产量及品质性状的主成分及其函数式，并通过计算品种(系)的重要主成分值。对供试品种(系)比较，进而选择综合经济性状优良的品种(系)，其结果与品种(系)实际表现型相近似。表明可以用主成分分析法对彩色棉主要经济性状综合评选，以期为彩色棉选种提供理论依据。

关键词彩色棉；产量；品质；构成因素；主成分分析

中图分类号S562文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)01-0168-02

棉花的主要经济性状是指与产量和纤维品质有密切关系、对产量的高低和纤维优劣起决定作用的性状。主成分分析是将多个性状指标经正交变换转化为较少个数的综合指标，而这些综合指标彼此既互不相关，又能综合反映原来多个性状指标的主要信息，即主成分，并通过主成分体现原来变量绝大部分的变异，主成分分析在主要彩色棉产量性状及纤维品质性状的研究报道较少[1，2]，通过对彩色棉花主要产量性状及纤维品质性状的主成分分析，为棉花育种提供理论依据[3，4]。

1材料与方法

1.1供试材料

彩色棉品种(系)由中国彩棉公司和石河子棉花研究所提供，共10个品种，其中棕色棉品种6个，绿色棉品种4个(见表1)。

1.2试验方法

试验于2005年、2006年、2007年分别在南疆的阿瓦提丰收三场、农一师三团、库尔勒彩棉试验基地和北疆的玛纳斯县、石河子133团5个试验点进行。田间试验设计为随机区组种植，每小区面积为21m²，每小区种植42株，设3次重复，田间管理同一般彩色棉大田管理。通过田间调查、室内考种及品质测定考察产量及品质性状。

1.3考察性状

1.3.1产量性状。衣分(X1)、单株铃数(X2)、单铃重(X3)、籽指(X4)。

1.3.2品质性状。纤维长度(X5)、马克隆值(X6)、比强度(X7)、伸长率(X8)、整齐度(X9)。

1.4统计方法

主成分分析：彩色棉品种的产量、品质性状的主成分分析应用DPSv3.01数据处理软件中的主成分分析程序，由样本相关矩阵出发，对原始数据经标准化处理后，计算性状相关矩阵R特征根和特征向量，并根据性状特征根和原变量个数，计算每个主成分的贡献率和方差贡献率，以累积方差贡献率达到85.0％以上确定主成分个数和建立主成分方程，由此确定彩色棉选种的重要性状指标，以选择综合性状优良的品种(系)。

2结果与分析

2.1彩色棉产量及品质构成因素的主成分分析

在主成分分析中，方差代表了在主成分方向上的分散程度。方差越大，主成分在样本数据分析中所起的作用越大。应用主成分分析法，由样本相关矩阵出发，对10个彩色棉品种(系)主要的产量性状及品质性状进行分析，以性状的累积方差贡献率达到85.0％，确定反映棉花纤维性状的主成分。由表2可知，前3个主成分的累积方差贡献率87.778 47％，表明前3个主成分已经代表了全部性状87.778 47％的综合信息。其余6个主成分在样本性状分析中所起的作用仅为12.221 53％。因此，选取前3个主成分为彩色棉产量及品质性状的重要主成分。

主成分与原性状呈线性关系，根据计算样本相关矩阵的特征向量(见表3)可给出主成分的函数式为：

Y1=0.361 19 X1+0.092 88 X2+0.390 81 X3+0.225 21 X4+0.346 58 X5+0.407 11 X6+0.383 32 X7-0.144 82 X8+0.451 34 X9

Y2=-0.340 13 X1+0.572 85 X2-0.162 23 X3+0.320 55 X4+0.129 75 X5-0.070 97 X6+0.299 75 X7+0.561 03 X8+0.024 66 X9

Y3=-0.258 06 X1-0.207 16 X2+0.480 59 X3+0.717 09 X4-0.222 29 X5-0.023 44 X6-0.108 24 X7-0.097 43 X8-0.272 29 X9

由函数式看出，在第1主成分Y1中，整齐度X9的系数最大，其次是马克隆值X6、单铃重X3和比强度X7，伸长率X8有较大的负系数，表明第1主成分主要反映的是彩色棉纤维的整齐度、马克隆值和强力及单铃重的综合指标。第2主成分Y2中，单株铃数X2的系数最大，其次是伸长率X8、籽指X4，衣分X1和单铃重X3有较大的负系数，表明第2主成分主要反映的是彩色棉单株结铃性、籽指及棉纤维的拉伸能力的综合指标。第3主成分Y3中，籽指X4的系数最大，其次是单铃重X3，表明第3主成分主要反映的是彩色棉棉铃重量和籽指的综合指标。总之，由主成分的方差贡献率和主成分(Y1~3)与原性状(X1~9)的相关矩阵的特征向量进一步表明彩色棉产量及品质性状间的主要差异为棉纤维成熟度、细度和强力，其次是单株铃数、籽指及棉纤维的拉伸能力。

2.2利用主成分值选择优良品种

彩色棉产量的高低及品质的好坏取决于衣分、单株铃数、单铃重、籽指、纤维长度、马克隆值、比强度、伸长率、整齐度9个产量和品质指标。前3个主成分可以反映彩色棉主要产量指标和纤维指标。因此，可用主成分值作为优种选择的依据，进而可选择符合育种目标的优良品种。

供试的10个彩色棉品种(系)可根据表4中的第1、第2主成分分值划分为4个组(见表5)。

3结论与讨论

试验对彩色棉品种(系)4个主要产量性状和5个主要品质性状进行研究，提出了彩色棉产量性状和品质性状的重要主成分，确定了Y1、Y2和Y3 3个主成分，这3个主成分代表了供试性状87.778 47％的综合信息。用主成分作为彩色棉优种选择标准，较用单一性状加权打分选择更为简便，同时避免了性状间的相关性对选择效果的影响，较人为加权打分选种更具准确性和科学性。

应用主成分值对10个彩色棉供试品种主要产量性状进行分析，其结果与相关优系的实际表现型近似，表明主成分值选种在彩色棉优种选择和发展生产中有一定的应用价值，在实际应用中，可根据选种目标，综合评判品种的生产性能。现代彩色棉花选育时间短，基础差，尤其在彩色棉育种过程中，彩色棉产量及品质性状的相互关系及遗传规律，仍然是一个尚未深入研究的空白点。只有了解了产量及品质性状的构成因素，才有可能选育出产量高、品质好的品种，为开展彩色棉育种奠定理论基础。

4参考文献

[1] 任剑波.主成分分析在产品质量检测中的应用[J].技术经济与管理研究，2005(1)：88-89.

[2] 陈伟.主成分分析法用于评价需注意的问题[J].人类工效学，2002(1)：30-33.

[3] 徐崇志，李青.陆地棉纤维品质性状的主成分分析[J].新疆农业科学，2006，43(2)：121-124.

[4] 汤庆峰.棉花纤维品质的形成机理及影响因子研究进展[J].新疆农业科学，2003，40(4)：206-210.