主成分分析法对甜仁用杏品种 “龙王帽”种子苗优良类型的筛选

罗新凯,罗振兴,王 利,王志远,田振铎,杨淑梅,冷志巍,冯淑华

(1.白城市林业科学研究院,吉林 白城 137000;2.通榆县林业局,吉林 通榆 137200;3.白城市种子管理站,吉林 白城 137000)

甜仁用杏是我国的特有树种，甜杏仁不仅口感香甜，而且营养价值极高，据冯小雨研究杏仁中粗脂肪含量50.33%，总糖21.24%，蛋白质19.25%，还含有K、Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Mn和Cu等8种矿质元素[1]。目前甜仁用杏主栽品种为“龙王帽”、“一窝蜂”和“优一”等，抗寒性好，耐旱能力极强，年降雨量达到300 mm即可满足其生长结实的需要[2]，因此适合在我国北方干旱地区栽培。但目前我国甜仁用杏栽培面积极小，年产量仅1 100 t(2008年统计)，人均占有量仅0.55 g[3]，每年还需对台湾和香港大量出口，因此扩大甜仁用杏的生产面积对提高人民生活水平，发展中国特色农业经济意义重大。

吉林省白城市位于科尔沁草原东部，具有大面积的风沙地和半山区丘陵，气候干旱少雨，非常适合甜仁用杏的栽培，当地现有“龙王帽”等品种生产园70 hm2，即使靠自然降雨，每年也能有较高的产量，因此当地可大面积发展甜仁用杏栽培。

目前甜仁用杏育种主要通过对生产园等资源调查来发现一些变异，如1998年辽宁省果树研究所选育出“超仁”、“国仁”、“油仁”和“丰仁”[4]，2007年河北省围场选育出“围选1号”[5]等，通过杂交育种进行新品种选育工作做得极少，白城市林业科学研究院通过播种龙王帽种子2016年从中选育出2个优良无性系[6]。

主成分分析法可对多个变量进行综合分析，赵晓梅采用主成分分析法对杏品种进行了经济性状分析并进行了优良品种选择[7]，郭爱华对杏各品种抗寒性进行主成分分析[8]，在育种方面国内对甜玉米育种和蟹爪兰资源采用了主成分分析[9,10]，此次我们将对龙王帽种子苗通过主成分分析进行优良品系筛选。

1 材料和方法

2008年播种龙王帽种子，获得60株实生苗，2013年开始结果，其中苦仁类型52株，甜仁类型8株。试验地在白城市林业科学研究院甜仁用杏杂种圃内，土壤为黑钙土，pH值8.06，含盐量0.66%，土壤有机质2.81%；试验树木为龙王帽种子苗实生苗甜仁类型，株距2 m，行距1 m，试验时间为2016年，对甜仁类型调查果实产量、核重、仁重、树高和地径，使用spss软件对试验结果进行主成分分析，确定优良品系。

2 结果与分析

2.1 各品系主要形状调查结果

各品系主要性状调查结果表1。

将原始数据进行标准化处理得到表2。

2.2 相关系数分析

对各性状两两之间进行相关性分析，分析结果见表3。

相关系数绝对值0～0.09为没有相关性， 0.1～0.3为弱相关，0.3～0.5为中等相关，0.5～1.0为强相关。

通过性关系数分析看出，地径与树高之间为强相关性，与单仁重、单核重和果实产量为弱的负相关性；树高与单核重和单仁重为弱相关，与果实产量为负的中等相关，即树体越高的品系产量越低；果实产量与单核重为中等相关，与单仁重为强相关；单核重与单仁重之间为强相关。

表3 各指标相关系数

2.3 主成分分析

首先进行KMO检验，5个性状指标KMO值为0.386，KMO值小于0.5时不适合做主成分分析，通过上面相关系数分析我们知道地径只与树高呈强相关，与各经济指标为弱的负相关，因此去掉该项指标对其余4个性状指标重新做KMO检验，结果KMO值=0.541，可以进行主成分分析。

通过各指标相关矩阵可求出4个主成分，并得出各主成分的方差贡献率，各主成分初始特征值及对应的方差贡献率见表4。根据表4，第一和第二主成分值大于1，其方差贡献率累计达到93.117%，保存了各指标的绝大多数信息，因此提出这2个主成分，记作Y1和Y2。

表4 各主成分方差贡献率

求出各性状指标的成分系数得分矩阵，见表5。

表5 各指标的成分系数得分矩阵

通过表5，得出2个主成分由各性状变量的线性组合公式为：

(代数式1)

可以看出第一主成分Y1主要受单仁重和单核重影响，果实产量影响也较大，第二主成分Y2主要受树高的影响和果实产量的负影响，单仁重和单核重得分系数小，对Y2影响不大。

将表2的数据代入代数式1中，得出各品系第1和第2主成分得分，用 FAC1和FAC2表示，结果见表6。

表6 各品系主成分得分

第一主成分“23号”得分最高，其次是“24号”和“5号”，这三个品系仁重、核重等经济指标高于其他品系。

将表6中各品系2个主成分得分作出散点图，见图1，可更直观表示各品系的性状。

图1 各品系主成分得分散点图

“2号”、“5号”和“23号”处于第一象限，FAC1>0，因此经济性状好，但“2号”FAC1值太小，与“5号”相差太大，经济性状不够理想；FAC2>0，因此“5号”和“23号”树体具有高度优势，其生长势略强。“24号”位于第四象限，FAC1>0并且超过“5号”，因此经济性状非常好，FAC2<0，说明其不具备高度优势，生长势弱。

其余品系处于第二、第三象限和纵坐标轴上，FAC1<=0，经济性状都很差。

通过上述分析，可筛选出“5号”、“23号”和“24号”3个经济性状优良的品系。

3 结论

(1)杂种后代的筛选需要考虑包括经济性状在内的多个性状，在初选阶段如果对各个性状逐个比较分析往往顾此失彼，既抓不住重点，又会遗漏一些问题，因此采用主成分分析法降维，可将所有的性状指标转化成几个综合指标，在损失较少信息的前提下分析问题既全面又简化[11]；笔者试验第一和第二主成分方差累计贡献率达到93.117%，可以表达全部性状信息。

(2)第一主成分在单仁重方面的得分系数最大，单核重略次之，在果实产量方面得分系数也较大，因此第一主成分代表经济性状，得分高的品系即为优良品系，得分最高的前3个品系“23号”、“24号”和“5号”可确定为优良品系；第二主成分主要代表树高这一生长势性状，“23号”和“5号”第二主成分得分>0，因此具有一定的生长优势。

(3)笔者试验在进行主成分分析前进行了KMO测度，KNO测度是判断变量(指标)是否适合做因子分析的统计检验方法之一，只有KMO值大于0.5时，才可进行因子分析，在样品数量较少情况下，变量过多也很难满足KMO值>0.5。笔者试验在开始KMO值过低的情况下删除了地径这一相关性不强的变量，使KMO值符合了因子分析的要求，从而保证分析过程正当合理，结果正确可信。