七个品种燕麦种子发芽指标的主成分分析及良种选择

史威威

(河南省焦作市中站区畜牧中心，河南 焦作 454191)

燕麦(Acena satica L.)为禾本科燕麦属一年生草本植物，具有单产大、营养价值高、适口性好等优点[1]，因地域不同，干草单产水平在4.3-13t·hm-2，全国平均单产水平为8.8 t·hm-2左右[2]，燕麦干草粗蛋白能达到9.06%，而燕麦青贮粗蛋白可高达13.01%[3]。燕麦草的适口性好，且优质燕麦草的产奶净能与优质苜蓿草的产奶净能接近[4]，是重要的饲料作物之一。

主成分分析(principal components analysis, PCA)是一种简化数据集的技术，在数据分析中，利用单一指标不能综合评判数据的差异性，而多指标又不易得出简明的规律，影响分析效果。主成分分析可以克服这些缺点，对数据进行正交变换转化为较少个数的主成分，从而实现对试验结果的综合评价[5]。本试验通过对燕麦种子萌发指标的主成分分析，为燕麦良种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

燕麦种子：燕王、牧王、爱沃、枪手、魅力、领袖和贝勒共7个品种。试验所用燕麦种子均由北京正道生态科技有限公司提供。

1.2 试验方法

采用培养皿纸上发芽法进行发芽试验，每个品种挑选饱满无残缺、大小基本一致的种子50粒，均匀摆放在铺有两层中性滤纸的培养皿中，加入蒸馏水4ml，盖上培养皿盖，3次重复，放入培养箱。培养条件为20 ℃恒温、相对湿度(70±5)%，采用自然光。每日采用称重法添加蒸馏水，补充蒸发水分。

1.3 测定项目

试验期间记录发芽种子数，第4天统计发芽势x2、第8天统计发芽率x1，试验结束时每组随机选取5株幼苗测量其根长。计算发芽指数x3、活力指数x4和平均发芽时间x5。

发芽率(%)=(种子总发芽数/供试种子数)×100%。

发芽势(%)=(规定时间内种子发芽数/供试种子数)×100%。

发芽指数Gi= ΣGt/Dt。Gt：时间t日的发芽数；Dt：发芽日数。

活力指数VI=GI×Sx。其中Sx为根平均长度。

发芽时间=Σ(dn)/ Σn。d:试验天数；n:相应各日正常发芽数。

1.4 数据处理

试验数据采用SAS统计软件进行方差分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 萌发指标测定结果

表1 燕麦种子的萌发指标

注：同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)

Note: The different small letters are significantly difference (p<0.05) in the same column.

各品种燕麦种子萌发指标见表1。经萌发试验，除贝勒发芽率低于90%以外，其余品种发芽率均大于或接近于95%，且贝勒发芽率显著低于其他品种(p<0.05)。枪手和贝勒发芽势低于90%，其余品种的发芽势均大于90%，且领袖最高，达到99.3%。领袖的发芽指数最高，且显著高于牧王、魅力、枪手和贝勒(p<0.05)。魅力的根长和活力指数最高，显著高于其他品种(p<0.05)。枪手的平均发芽时间显著高于其他品种(p<0.05)，达到6.3天。

2.2 主成分分析

表2 燕麦种子萌发指标主成分的方差贡献率和累积方差贡献率

表3 燕麦种子萌发指标相关阵的特征向量

由表2可知：前2个主成分的累积方差贡献率为90.81%，表明前2个主成分已经代表了燕麦种子萌发6个指标90.81%的综合信息，后2个主成分在样本形状分析中所起的作用仅为9.17%。因此，选取前2个主成分为燕麦种子萌发指标的重要主成分。

根据计算样本相关矩阵的特征向量(表3)，得出主成分的函数式为：

(1)y1=0.5126x1+0.5457x2+0.5323x3+0.3241x4+0.0898x5-0.2077x6

(2)y2=0.1261x1-0.1326x2-0.2039x3+0.5090x4+0.6369x5+0.5102x6

由以上函数式可以看出：在第一主成分y1中，发芽势x2的系数最大，发芽势是表示种子发芽整齐度的指标，因此，第一主成分反映的是燕麦种子发芽整齐度综合指标。在第二主成分y2中，根长x5的系数最大，根长是表示种子活力的指标，因此，第二主成分反映的是燕麦种子活力的综合指标。总之，由主成分分析表明，不同品种燕麦种子发芽指标的主要差异为发芽整齐度，其次是种子活力。

2.3 应用主成分值选择燕麦品种

对试验结果进行转换，计算每个品种的主成分值(表4)，根据需求选择符合目标的优良品种。以第一主成分值为横坐标，第二主成分值为纵坐标作图(见图1)。

由图1可知，魅力的第一和第二主成分值均较高，表明发芽整齐度和种子活力均较高，与试验结果一致；领袖、爱沃和燕王的第一主成分一般，但是，第二主成分值较高，表明这3个品种燕麦种子发芽整齐度较高，而种子活力一般；枪手和牧王的第二主成分一般，但是枪手的第一主成分较高，而牧王的第一主成分较低，表明枪手的种子活力较高，而整齐度一般，牧王的种子活力较低，整齐度一般；贝勒的第一、第二主成分均较低，表明贝勒的整齐度和种子活力均较差。

表4 燕麦种子7个品种的主成分值

图1 燕麦种子7个品种不同主成分值坐标分布图Figure 1 Coordinate diagrams of distinct principal component values in seven oat varieties

3 结论

通过对7个品种燕麦种子的发芽试验，测定了6个主要的种子萌发指标。对该6项主要指标运用主成分分析法分析，得出了2个重要主成分，这2个主成分代表了发芽指标90.81%的信息。这2个主成分反映的是种子发芽的整齐度和种子活力。再通过计算样本相关矩阵的特征向量，得出主成分的函数式，将各品种燕麦种子发芽指标代入函数式，计算每个品种燕麦种子发芽的综合评价指数。经对第一和第二主成分值建坐标图，可以清晰显示各品种燕麦种子萌发的综合性能。

经试验和分析，魅力种子的发芽整齐度和活力较高，是优选品种。领袖、爱沃和燕王种子的整齐度较高，而活力一般。枪手种子发芽整齐度一般，而活力较高；牧王种子发芽整齐度一般，活力较差。贝勒的整齐度和活力均较差。