硒都黑豬屠宰和體尺性狀的主成分分析和聚類分析

李梓芃，王德才，張 宇，譚國(guó)輝，孫 華，喬 木，梅書棋，彭先文*

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，動(dòng)物胚胎工程及分子育種湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430064；2.湖北省武漢市江夏區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化服務(wù)中心，湖北武漢 430299；3.湖北省恩施州來(lái)鳳縣畜牧獸醫(yī)服務(wù)中心，湖北恩施 445099）

屠宰性狀和體尺性狀是衡量家畜產(chǎn)肉性能和生長(zhǎng)發(fā)育的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，影響屠宰性狀和體尺性狀的指標(biāo)眾多且具有較強(qiáng)的相關(guān)性，因此增加了選育工作的復(fù)雜性和難度，如何準(zhǔn)確高效利用這些錯(cuò)綜復(fù)雜的變量顯得尤為重要。主成分分析是通過(guò)對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，將數(shù)量眾多的性狀指標(biāo)簡(jiǎn)化成了少數(shù)幾個(gè)的主要成分，能夠綜合反映原來(lái)各個(gè)指標(biāo)的信息，是原來(lái)多個(gè)指標(biāo)的線性組合。R 型聚類分析是依據(jù)觀察對(duì)象各自特征加以歸類，使指標(biāo)間的復(fù)雜關(guān)系變得明朗化。前人運(yùn)用主成分分析和R 型聚類分析的方法，構(gòu)建綜合評(píng)分模型和指標(biāo)聚類圖譜，既可以加快選育進(jìn)展，又利于培育專門化品系，以便為育種工作提供更有價(jià)值的信息。當(dāng)前，這些方法在畜禽選種選育工作中得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著成效。

硒都黑豬是由湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所和湖北天之力優(yōu)質(zhì)豬育種有限公司以恩施黑豬為母本，梅山豬為中間父本，湖北白豬為終端父本，經(jīng)6 個(gè)世代持續(xù)選育而成的新品種。本次研究以硒都黑豬的屠宰性狀和體尺性狀為研究對(duì)象，探究各性狀指標(biāo)內(nèi)在聯(lián)系，將數(shù)量眾多的性狀指標(biāo)簡(jiǎn)化成了少數(shù)幾個(gè)的主要成分，并將這些指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，為以后的選種選育、遺傳改良提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 隨機(jī)選取湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所新品種選育實(shí)驗(yàn)中生長(zhǎng)發(fā)育良好、日齡一致、體重在100 kg 左右的48 頭硒都黑豬進(jìn)行體尺測(cè)量和屠宰測(cè)定。

1.2 體尺測(cè)量 參照NY/T822-2004《種豬生產(chǎn)性能測(cè)定規(guī)程》等相關(guān)方法測(cè)定體長(zhǎng)、體高、胸圍等相關(guān)體尺性狀的指標(biāo)。

1.3 屠宰測(cè)定 參照NY/T825-2004《瘦肉型豬胴體性狀的測(cè)定》等相關(guān)方法測(cè)定屠宰后屠宰率、胴體長(zhǎng)等相關(guān)屠宰性狀的指標(biāo)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016 進(jìn)行整理，運(yùn)用SPSS 20.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析和聚類分析，特征值大于1 且累計(jì)貢獻(xiàn)度達(dá)到70% 以上的主成分代表原來(lái)的數(shù)據(jù)信息。結(jié)果均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，顯著性水平為<0.05。

2 結(jié)果

2.1 硒都黑豬表型參數(shù) 由表1 可見(jiàn)，宰前活重（x）、胴體重（x）、屠宰率（x）、胴體長(zhǎng)（x）、平均背膘厚（x）、皮厚（x）、肋骨對(duì)數(shù)（x）、眼肌面積（x）、腿臀比例（x）、皮率（x）、肥肉率（x）、瘦肉率（x）、骨率（x）、體長(zhǎng)（x）、體高（x）、胸圍（x）、腹圍（x）、臀長(zhǎng)（x）、臀寬（x）、臀圍（x）的均值都接近正常范圍，其中各項(xiàng)指標(biāo)變異系數(shù)均小于15%，可進(jìn)行下一步分析。

表1 各項(xiàng)指標(biāo)表型統(tǒng)計(jì)結(jié)果（means±SD）

2.2 硒都黑豬表型參數(shù)相關(guān)性分析 由表2 可知，宰前活重（x）與胴體重（x）、體高呈顯著性正相關(guān)；胴體重（x）與屠宰率（x）、平均背膘厚（x）、眼肌面積（x）、胸圍（x）、臀長(zhǎng)（x）、臀圍（x）呈顯著性正相關(guān)，與皮率（x）、骨率（x）、體長(zhǎng)（x）呈顯著性負(fù)相關(guān)；屠宰率（x）與平均背膘厚（x）、眼肌面積（x）、瘦肉率（x）、胸圍（x）、臀長(zhǎng)（x）呈顯著性正相關(guān)，與皮率（x）、骨率（x）、體長(zhǎng)（x）呈顯著性負(fù)相關(guān)；胴體長(zhǎng)（x）與肋骨對(duì)數(shù)（x）、骨率（x）、體長(zhǎng)（x）、體高（x）呈顯著性正相關(guān)；平均背膘厚（x）與肥肉率（x）、臀長(zhǎng)（x）、臀寬（x）、臀圍（x）呈顯著性正相關(guān)，與腿臀比例（x）、皮率（x）、瘦肉率（x）、骨率（x）呈顯著性負(fù)相關(guān)；眼肌面積（x）與瘦肉率（x）、臀長(zhǎng)（x）呈顯著性正相關(guān)，與皮率（x）、骨率（x）、體長(zhǎng)（x）、體高（x）呈顯著性負(fù)相關(guān)；肥肉率（x）與瘦肉率（x）、骨率（x）呈顯著性負(fù)相關(guān)，體長(zhǎng)（x）與體高（x）呈顯著性正相關(guān)，腹圍（x）、臀長(zhǎng)（x）、臀寬（x）、臀圍（x）兩兩之間呈顯著性正相關(guān)。

表2 各項(xiàng)屠宰和體尺指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣

2.3 各主成分的特征值和貢獻(xiàn)率 根據(jù)特征值大于1 且累計(jì)貢獻(xiàn)度達(dá)到70% 以上要求，選取前7 個(gè)主成分，可以解釋80.18% 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表3），各主成分貢獻(xiàn)率越大，表明該主成分反映的綜合信息含量越大。

表3 主成分分析特征值和貢獻(xiàn)率描述

2.4 屠宰性狀和體尺性狀的因子分析 根據(jù)20 項(xiàng)指標(biāo)的主成分分析結(jié)果，分別建立7 個(gè)主成分因子得分模型，如下：

根據(jù)綜合評(píng)分方程Y 可知，相對(duì)應(yīng)的正相關(guān)特征向量系數(shù)以宰前活重（0.14）、胴體重（0.16）、平均背膘厚（0.14）、腹圍（0.14）、臀長(zhǎng)（0.13）、臀圍（0.13）為主，反映出這6 項(xiàng)指標(biāo)越高，產(chǎn)肉性能越高，相對(duì)應(yīng)的負(fù)相關(guān)特征向量系數(shù)以皮率（-0.09）、骨率（-0.07）為主，體現(xiàn)皮率和骨率越高，產(chǎn)肉性能越低。

2.5 各性狀聚類分析 由圖1 可知，20 項(xiàng)指標(biāo)聚類成樹(shù)枝狀，將其分成3 類，即I 類：平均背膘厚、肥肉率、臀圍、宰前活重、胴體重、屠宰率、臀長(zhǎng)、腹圍、臀寬，II 類：眼肌面積、瘦肉率、腿臀比例；III 類：胴體長(zhǎng)、體長(zhǎng)、體高、皮率、骨率、肋骨對(duì)數(shù)、皮厚。

圖1 屠宰和體尺性狀指標(biāo)系統(tǒng)聚類圖

3 討 論

在家畜選育中，屠宰和體尺測(cè)定指標(biāo)是衡量家畜產(chǎn)肉性能的重要表型性狀，本次研究選取了48 頭硒都黑豬為研究樣本，構(gòu)建了產(chǎn)肉性能綜合評(píng)分方程和測(cè)定指標(biāo)的聚類，為進(jìn)一步選育提供科學(xué)依據(jù)。

相關(guān)研究表明，對(duì)阿壩雞、徐海雞體尺性狀與屠宰性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)體尺性狀與屠宰性狀各指標(biāo)間存在顯著或極顯著相關(guān)，本次研究也發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)屠宰性狀指標(biāo)和體尺性狀指標(biāo)存在顯著相關(guān)性。此外，主成分分析能有效減少實(shí)際育種中的工作量，在家畜屠宰性狀、體尺性狀、肉質(zhì)及產(chǎn)蛋性能方面利用該方法進(jìn)行了大量的研究，例如袁龍飛等對(duì)金川牦?；?1 個(gè)宰前性狀主成分分析，建立了金川牦牛個(gè)體綜合評(píng)分方程，適用于金川牦牛選育；張強(qiáng)龍等對(duì)歐拉羊體重、體高、體長(zhǎng)、胸寬6 項(xiàng)體尺指標(biāo)構(gòu)建成重量因子、寬度因子和長(zhǎng)度因子這3 個(gè)主成分，為今后歐拉羊的早期選育、鑒定和評(píng)價(jià)提供方向和依據(jù)等。在楊茂成、王先明等運(yùn)用主成分分析在豬選種選配中應(yīng)用的基礎(chǔ)上，本研究通過(guò)對(duì)20 項(xiàng)體尺、屠宰相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，建立綜合得分方程，將復(fù)雜并且具有相關(guān)性指標(biāo)信息轉(zhuǎn)換成1 個(gè)綜合分值，用以評(píng)價(jià)個(gè)體的優(yōu)良程度，提高了個(gè)體評(píng)價(jià)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，將取得較好的選育效果。

在進(jìn)行多樣本對(duì)象分類時(shí)，依據(jù)單因素分類不足以全面綜合地描述其類別，往往要考慮多方面因素進(jìn)行分類，聚類分析則將相似特征的變量聚集在一起成為一類，組內(nèi)變量具有高度相似性，組間特征差異較大，在轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、物種聚類、體尺性狀以及胴體性狀分析等有著廣泛應(yīng)用，例如秦廷安等對(duì)優(yōu)質(zhì)肉雞3系體尺及屠宰性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，將26 個(gè)體尺、屠宰等指標(biāo)共聚為6 類，發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)對(duì)腿肌、脛圍和體斜長(zhǎng)等體尺性狀的選擇，將提高腿重率、胸肌率、翅膀率等屠宰性狀；劉宏娟等對(duì)雜種豬的7 個(gè)肉質(zhì)性狀進(jìn)行聚類，發(fā)現(xiàn)pH 值、肌內(nèi)脂肪含量和大理石花紋為重要的肉質(zhì)指標(biāo)，為品系選育提供了理論依據(jù)。李菊峰等通過(guò)對(duì)體尺性狀數(shù)據(jù)聚類，將體長(zhǎng)、體高、臀圍典型指標(biāo)作為種豬選留的輔助性指標(biāo)，而本文對(duì)硒都黑豬的屠宰性狀和體尺性狀進(jìn)行聚類分析，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了屠宰性狀和體尺性狀間的關(guān)系，將20 項(xiàng)指標(biāo)分為3 大類，第I 類性狀主要反映了產(chǎn)肉量的高低，第II 類性狀主要反映了瘦肉率高低，第III 類性狀主要反映了體型大小，從這3 大類性狀選取出的典型指標(biāo)分別是平均背膘厚、眼肌面積、胴體長(zhǎng)，可利用與這3 項(xiàng)典型指標(biāo)相關(guān)性較高的體尺指標(biāo)作為種豬選育輔助性指標(biāo)，間接提高屠宰性狀改良效率。

4 結(jié) 論

本次研究采用主成分分析和聚類分析對(duì)硒都黑豬體尺性狀和屠宰性狀進(jìn)行分析，構(gòu)建了綜合評(píng)分方程，將20 項(xiàng)指標(biāo)按相關(guān)性共聚成3 大類，為后續(xù)進(jìn)一步高效地選育選配提供了有效參考。