七個品種燕麥種子發(fā)芽指標的主成分分析及良種選擇

史威威

(河南省焦作市中站區(qū)畜牧中心，河南 焦作 454191)

燕麥(Acena satica L.)為禾本科燕麥屬一年生草本植物，具有單產(chǎn)大、營養(yǎng)價值高、適口性好等優(yōu)點[1]，因地域不同，干草單產(chǎn)水平在4.3-13t·hm-2，全國平均單產(chǎn)水平為8.8 t·hm-2左右[2]，燕麥干草粗蛋白能達到9.06%，而燕麥青貯粗蛋白可高達13.01%[3]。燕麥草的適口性好，且優(yōu)質(zhì)燕麥草的產(chǎn)奶凈能與優(yōu)質(zhì)苜蓿草的產(chǎn)奶凈能接近[4]，是重要的飼料作物之一。

主成分分析(principal components analysis, PCA)是一種簡化數(shù)據(jù)集的技術(shù)，在數(shù)據(jù)分析中，利用單一指標不能綜合評判數(shù)據(jù)的差異性，而多指標又不易得出簡明的規(guī)律，影響分析效果。主成分分析可以克服這些缺點，對數(shù)據(jù)進行正交變換轉(zhuǎn)化為較少個數(shù)的主成分，從而實現(xiàn)對試驗結(jié)果的綜合評價[5]。本試驗通過對燕麥種子萌發(fā)指標的主成分分析，為燕麥良種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

燕麥種子：燕王、牧王、愛沃、槍手、魅力、領(lǐng)袖和貝勒共7個品種。試驗所用燕麥種子均由北京正道生態(tài)科技有限公司提供。

1.2 試驗方法

采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法進行發(fā)芽試驗，每個品種挑選飽滿無殘缺、大小基本一致的種子50粒，均勻擺放在鋪有兩層中性濾紙的培養(yǎng)皿中，加入蒸餾水4ml，蓋上培養(yǎng)皿蓋，3次重復，放入培養(yǎng)箱。培養(yǎng)條件為20 ℃恒溫、相對濕度(70±5)%，采用自然光。每日采用稱重法添加蒸餾水，補充蒸發(fā)水分。

1.3 測定項目

試驗期間記錄發(fā)芽種子數(shù)，第4天統(tǒng)計發(fā)芽勢x2、第8天統(tǒng)計發(fā)芽率x1，試驗結(jié)束時每組隨機選取5株幼苗測量其根長。計算發(fā)芽指數(shù)x3、活力指數(shù)x4和平均發(fā)芽時間x5。

發(fā)芽率(%)=(種子總發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù))×100%。

發(fā)芽勢(%)=(規(guī)定時間內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù))×100%。

發(fā)芽指數(shù)Gi= ΣGt/Dt。Gt：時間t日的發(fā)芽數(shù)；Dt：發(fā)芽日數(shù)。

活力指數(shù)VI=GI×Sx。其中Sx為根平均長度。

發(fā)芽時間=Σ(dn)/ Σn。d:試驗天數(shù)；n:相應各日正常發(fā)芽數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SAS統(tǒng)計軟件進行方差分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 萌發(fā)指標測定結(jié)果

表1 燕麥種子的萌發(fā)指標

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)

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

各品種燕麥種子萌發(fā)指標見表1。經(jīng)萌發(fā)試驗，除貝勒發(fā)芽率低于90%以外，其余品種發(fā)芽率均大于或接近于95%，且貝勒發(fā)芽率顯著低于其他品種(p<0.05)。槍手和貝勒發(fā)芽勢低于90%，其余品種的發(fā)芽勢均大于90%，且領(lǐng)袖最高，達到99.3%。領(lǐng)袖的發(fā)芽指數(shù)最高，且顯著高于牧王、魅力、槍手和貝勒(p<0.05)。魅力的根長和活力指數(shù)最高，顯著高于其他品種(p<0.05)。槍手的平均發(fā)芽時間顯著高于其他品種(p<0.05)，達到6.3天。

2.2 主成分分析

表2 燕麥種子萌發(fā)指標主成分的方差貢獻率和累積方差貢獻率

表3 燕麥種子萌發(fā)指標相關(guān)陣的特征向量

由表2可知：前2個主成分的累積方差貢獻率為90.81%，表明前2個主成分已經(jīng)代表了燕麥種子萌發(fā)6個指標90.81%的綜合信息，后2個主成分在樣本形狀分析中所起的作用僅為9.17%。因此，選取前2個主成分為燕麥種子萌發(fā)指標的重要主成分。

根據(jù)計算樣本相關(guān)矩陣的特征向量(表3)，得出主成分的函數(shù)式為：

(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

由以上函數(shù)式可以看出：在第一主成分y1中，發(fā)芽勢x2的系數(shù)最大，發(fā)芽勢是表示種子發(fā)芽整齊度的指標，因此，第一主成分反映的是燕麥種子發(fā)芽整齊度綜合指標。在第二主成分y2中，根長x5的系數(shù)最大，根長是表示種子活力的指標，因此，第二主成分反映的是燕麥種子活力的綜合指標?？傊?，由主成分分析表明，不同品種燕麥種子發(fā)芽指標的主要差異為發(fā)芽整齊度，其次是種子活力。

2.3 應用主成分值選擇燕麥品種

對試驗結(jié)果進行轉(zhuǎn)換，計算每個品種的主成分值(表4)，根據(jù)需求選擇符合目標的優(yōu)良品種。以第一主成分值為橫坐標，第二主成分值為縱坐標作圖(見圖1)。

由圖1可知，魅力的第一和第二主成分值均較高，表明發(fā)芽整齊度和種子活力均較高，與試驗結(jié)果一致；領(lǐng)袖、愛沃和燕王的第一主成分一般，但是，第二主成分值較高，表明這3個品種燕麥種子發(fā)芽整齊度較高，而種子活力一般；槍手和牧王的第二主成分一般，但是槍手的第一主成分較高，而牧王的第一主成分較低，表明槍手的種子活力較高，而整齊度一般，牧王的種子活力較低，整齊度一般；貝勒的第一、第二主成分均較低，表明貝勒的整齊度和種子活力均較差。

表4 燕麥種子7個品種的主成分值

圖1 燕麥種子7個品種不同主成分值坐標分布圖Figure 1 Coordinate diagrams of distinct principal component values in seven oat varieties

3 結(jié)論

通過對7個品種燕麥種子的發(fā)芽試驗，測定了6個主要的種子萌發(fā)指標。對該6項主要指標運用主成分分析法分析，得出了2個重要主成分，這2個主成分代表了發(fā)芽指標90.81%的信息。這2個主成分反映的是種子發(fā)芽的整齊度和種子活力。再通過計算樣本相關(guān)矩陣的特征向量，得出主成分的函數(shù)式，將各品種燕麥種子發(fā)芽指標代入函數(shù)式，計算每個品種燕麥種子發(fā)芽的綜合評價指數(shù)。經(jīng)對第一和第二主成分值建坐標圖，可以清晰顯示各品種燕麥種子萌發(fā)的綜合性能。

經(jīng)試驗和分析，魅力種子的發(fā)芽整齊度和活力較高，是優(yōu)選品種。領(lǐng)袖、愛沃和燕王種子的整齊度較高，而活力一般。槍手種子發(fā)芽整齊度一般，而活力較高；牧王種子發(fā)芽整齊度一般，活力較差。貝勒的整齊度和活力均較差。