新疆农业大学学报2012,35(4):270~277 Journal of Xinjiang Agricultural University 文章编号:1007—8614(2012)04—0270—08 中国美利奴羊(新疆型)主要性状的 主成分分析和聚类分析 努尔比亚・吾布力 ,田可川 ,黄锡霞 ,付雪峰。 徐新明。,张亚军。,马学海。,田月珍 ,热比。 (1_新疆农业大学动物科学学院,乌鲁木齐疆巩乃斯种羊场,巩乃斯835808) 830052;2.新疆维吾尔自治区畜牧科学院,乌鲁木齐830000}3.新 摘要: 收集了新疆巩乃斯种羊场1999—2008年的中国美利奴羊(新疆型)母羊鉴定记录,采用多元分析方法, 对一个品种5个品系(中美体格大品系、中国美利奴羊品系、肉用型多赛特品系、多胎品系、毛密品系)的14个主要 性状(头毛评分、毛长度、毛细度评分、毛弯曲评分、毛密度评分、毛油汗评分、毛匀度评分、毛光泽评分、体型外貌评 分、鉴定时体重、剪毛后体重、剪毛量)进行主成分析和聚类分析。结果表明,14个主要性状按不同品系可简化为7 ~10个主成分因子,所提供信息量占14个主要性状信息量的85 。在主成分的基础上把14个性状划分为2个大 类群。 关键词: 中国美利奴羊(新疆型);主成分分析;聚类分析 中图分类号:¥826.86 文献标识码:A The Principal Component Analysis And Cluster Analysis of Main Traits in Chinese Merino Sheep(Xinj iang Type) Nuerbiva Wubu1P,TIAN Ke~chuan。,HUANG Xi—xia ,FU Xue—feng , XU Xin—ming。.ZHANG Ya—jun。,MA Xue—hai。,TIAN Yue—zhen ,Rebi。 (1.College of Animal Science,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China;2.Xin— jiang Academy of Animal Science,Urumqi 830000,China;3.Xinjiang Gongnaisi Tupping Ram Farm,Gongnaisi 830052,China) Abstract: The study was used to collect the detected data of Chinese Merino Sheep(Xinjiang type)in Xinj iang Gongnasi TupFIing Ram Farm in 1 9 9 9—2008 in order tO reveal the main traits of Chinese Merino Sheep(Xinjiang type)and to provide the basic materials for selection and breeding of Chinese Merino SheeD,the principa1 component analysis and cluster analysis were carried out on five strains including 1 4 main straints.The results showed that 14 main straits can be s.imlSiified into 7一l0 main component factors according to different straits,the information capacity provided was 85 of 14 main characteristic informa— tion capacity.Based on principal component,1 4 straits were divided into two big groups. Key words: Chinese Merino Sheep(Xinjiang type);principal components analysis;clustering 中国美利奴羊是我国在引入澳美羊的基础上, 于1985年培育成的第一个毛用细毛羊品种。按育 种场所在地区,分为新疆型、军垦型、科尔沁型和吉 收稿日期:2012—04—20 林型4类。该品种的遗传性较稳定,是我国目前最 为优良的细毛羊品种 。 主成分分析是将多个变量通过线性变换以选出 基金项目:现代农业产业技术体系建设专项资金资助(CARS一40);国家“十一五”科技支撑项目(2008BADB2B05) 通讯作者:田可川,E mail:tiankechuan@163.corn;黄锡霞,E—mail:au—huangxixia@163.corn 第4期 努尔比亚.吾布力,等:中国美利奴羊(新疆型)主要性状的主成分分析和聚类分析 271 较少个数重要变量的一种多元统计分析方法,聚类 分析是应用多元统计分析原理研究分类问题的一种 数学方法 。 好)、毛长度(cm)、密度评分(1~5,中等水平最好)、 细度评分(支)、毛油汗评分(3~5,中等水平最好)、 毛匀度评分(1~4,中等水平最好)、毛弯曲评分(1 表示小弯、2表示中弯、3表示大弯)、毛光泽评分(3 ~本研究应用主成分分析和聚类分析对中国美利 奴羊(新疆型)5个品系的14个主要性状进行遗传 差异的定量分析,找出结构简单、相互独立的少数几 个综合指标来解释指标间复杂的关系以及原指标所 反映的研究对象的特征。同时再对因变量和主成分 间作主成分回归分析。旨在揭示各性状间的内在联 系,为生产实际和选育工作提供参考。 5,中等水平最好)、体格大小评分(2.0~5.2,中等 水平最好)、剪毛量(kg)、剪毛后体重(kg)、体型外 貌评分(2.O~10.5,越大越好)、羊品种等级评分(1 表示特级、2表示一级、3表示二级、4表示三级、5表 示四级)、鉴定时体重(kg)等总共14个鉴定时 性状。 1材料和方法 1.1 材料 1.3母羊鉴定记录概括 该羊场母羊鉴定工作每年在4月底到五月中旬 对均为14月龄的母羊进行。鉴定人员是本羊场的 巩乃斯种羊场气候属寒温带半干旱大陆性气 候,羊群夏季(6月至9月)在高山夏牧场上放牧,冬 春季(10月至翌年4月)以舍饲为主,适度放牧运 技术人员。 1.4统计方法 将所得数据整理后,运用SAS(8.1)系统的 PRINCOMP方法和样品(Q)型聚类分析方法进行 统计分析,计算14个主要性状指标的相关系数矩 阵、相关系数矩阵的特征值、贡献率、累计贡献率和 动。舍饲日粮主要由禾本科干草、苜蓿、青黄贮和混 合精料等组成。取自新疆巩乃斯种羊场1999— 2008年的中国美利奴羊(新疆型)母羊鉴定记录,数 据用Excel软件处理。 1.2 性状 特征向量,选出中国美利奴羊(新疆型)不同品系中 累计贡献率>85 的7~1O个主成分 “ 引。 母羊鉴定记录包括头毛评分(1~5,中等水平最 表1 影响各性状的非遗传因素的水平数和样本大小 Table 1 Level number and sample size of non-genetic factors influencing each characteristics 272 新疆农业大学学报 2结果与分析 2.1主成分分析 2.1.1 各性状间的相关系数矩阵 (一0.O0l8)。 2.1.2 各性状相关系数矩阵的特征值、贡献率、累 计贡献率 从表3可以看出,毛密品系前7个主成分的累 由表2可知,在正相关性状中,以毛油汗评分与 毛光泽评分之间相关系数最大(,一一0.8169),而毛 计贡献率为85.2 ;肉用型多赛特品系前8个主成 分的累计贡献率为85.2 ;中美体格大品系、中国 美利奴品系和多胎品系前1O个主成分的累计贡献 率分别为86.0 ,87.2 ,87.0 。可见中国美利 奴羊(新疆型)5个品系7~10个主成分就能包括原 匀度评分与剪毛后体重之间相关系数最小(r一 0.0181);在负相关性状中,以体型外貌评分与品种 等级评分之间相关程度最高(r一一0.7810),而以 体格大小评分与毛弯曲评分间的相关程度最低 来的14个指标85.0 以上的信息量。 表2各性状间的相关系数矩阵 Table 2 Correlation coefficient matrix of different characters 品系 主成分1 主成分2 主成分3 主成分4 主成分5 主成分6 主成分7 主成分8 主成分9主成分1o 第4期 努尔比亚.吾布力,等:中国美利奴羊(新疆型)主要性状的主成分分析和聚类分析 273 2.1.3 中国美利奴羊(新疆型)主成分相应的特征 向量 因此,第2主成分称为毛油光因子;第3主成分中毛 长度系数最大,可称为长度因子;第4主成分剪毛后 体重系数最大,其次毛匀度评分值,称为体重因子; 第5主成分毛油汗评分系数最大,其次毛光泽因子, 由表4知,对于中美体格大品系,在第1主成分 中体型外貌评分系数最大,其次体格大小评分,而品 种等级评分系数为负值,且绝对值较大。第1主成 分值较大时,则关于体型的值较大,即:体格大小评 与第二个因子一样,称为毛油光因子;第6主成分头 毛评分值最大,其次毛匀度因子,反映了毛均匀度, 分、鉴定时体重较好。因此,第1主成分可称为体格 因子;第2主成分中毛细度评分、毛油汗评分、毛光 则称为匀度因子;第7个主成分反映的因子与第二 个、第五个因子相同;第8主成分反映的因子与第4 泽评分的系数较大,其中毛油汗评分系数最大,而毛 个主成分相同;第9主成分反映了毛密度水平,可称 弯曲评分的系数为负值,且绝对值较大。该第2主 为密度因子;第10个主成分反映了头部被毛状况, 成分的值较大时,毛油汗、毛细度、毛光泽都将较好, 与剪毛量正相关,称为毛量因子。 表4 中美体格大品系主成分的特征向量 Table 4 Feature vector of principal component of different strains of Chinese Merino Sheep 表5 中国美利奴羊品系主成分的特征根和特征向量 Table 5 Featrue root and feature vector of principal component of different strains of Chinese Merino Sheep ■A 新疆农业大学学报 2012年 根据计算所得特征向量,第1主成分关系式可 表示为: Y】一0.1029X】+0.2112X2+0.0930X。+ 0.1996Xd+0.0790X +0.0580X6+0.4300X + 0.1050X8—0.0475X9+0.4450X】0+0.3830X11+ 0.2263X12+0.26l6X1 3—0.4510X14 中头毛评分值最大,其次毛密度评分值,可称为密度 因子;第6主成分中剪毛量系数最大,其次剪毛后体 重,是剪毛量有关的因子,可称为剪毛因子;第7主 成分中毛匀度系数最大,其次毛弯曲值,反映了羊毛 平面弯曲度,可称为匀度因子;第8主成分中毛弯曲 评分系数最大,反映了羊毛弯曲度,因此成为弯曲因 子;第9主成分值毛弯曲系数最大,其次毛细度因 子,可称为弯曲因子;第1O个主成分毛长度、头毛评 其他主成分表达式依次类推。 对于中国美利奴羊品系,由表5可知,第1主成 分除毛弯曲评分、品种等级评分外,其他主成分值为 正数,其中体型外貌评分系数最大,其次为体格大小 评分,毛匀度评分最低。该结果表明,第1主成分值 较大时,则关于体型的值较大,即:体格大小评分、鉴 定时体重较好。因此,第1主成分可称为体格因子; 分、毛细度评分系数较大,反映了羊毛长度水平,可 称为长度因子。 根据计算所得的特征向量,第1主成分关系 式为: Y1—0.1970X1+0.1560X2+0.0088X3+ 0.1260X4+0.2850X5+0.0070X6+0.3930X7+ 0.3018X8—0.0416X。+0.4560X1o+0.3288X11+ 0.2402Xl2+0.1262Xl3—0.4403X14 第2主成分剪毛后体重系数最大,其次体格大小评 分,反映了该品种体质,因此第2主成分可称为体质 因子;第3主成分中毛细度评分系数越大,毛油汗评 分值、毛光泽评分值越大,可称为毛细度因子;第4 主成分反映了毛油光程度,即油光因子;第5主成分 其他主成分表达式依次类推。 表6 肉用型多赛特品系主成分的特征根和特征向量 Table 6 Feature root and feature vector of princioal comoonent of meat tyoe Duceter strain 主成分l 头毛评分 一主成分2 0.1746 主成分3 O.O656 主成分4 O.O956 主成分5 O.2804 O.1120 O.O541 O.1416 0.0504 0.2806 一主成分6 O.O223 0.4123 O.2955 主成分7 O.OO91 主成分8 0.2448 O.2938 O.1 633 0.0497 毛长度评分 毛细度评分 O.O244 O.3704 0.2487 0.4670 O.5282 0.0468 O.O2O9 O.15O2 O.1380 0.0791 0.4079 O.O974 O.162O O.1645 O.O764 O.155O O.4118 O.2O45 O.3012 O.2833 0.0134 O.3O78 O.1288 O.O758 0.2469 O.O596 0.5533 一一O.O571 O.1987 毛密度评分 毛油汗评分 毛匀度评分 O.3346 O.3719 O.O645 O.1911 0.0029 0.OO72 O.1078 O.457O O.O787 O.15O9 O.2294 体格大小评分 毛光泽评分 O.2469 O.35O2 O.3144 0.0254 O.1669 O.O399 O.1196 O.O992 O.5133 O.O38O 0.3189 O.Ol12 O.2381 0.0062 0.0954 0.2599 O.1772 0.0206 O.4835 毛弯曲评分 体型外貌评分 鉴定时体重 剪毛量 O.O262 O.4100 一O.O1O7 0.0416 O.O655 O.O872 O.149O 0.1569 O.3968 O.1O9O O.O852 —O.34O8 0.0158 0.1159 0.1941 O.2l21 0.3904 O.5351 O.1O39 O.3295 O.5O65 O.369O 0.0980 O.2523 0.0475 O.1044 0.0657 O.2675 O.2O59 O.5983 O.4896 O.1347 剪毛后体重 品种等级评分 O.1246 0.0080 O.224l 0.4473 对于肉用型多赛特品系,由表6知,第1个主成 分除了毛弯曲评分、品种等级评分、头毛评分、毛密 分则称为匀度因子;第3主成分中毛细度评分系数 最大,其次毛弯曲系数,反映了毛细度水平,可称为 度评分以外,其他主成分系数均为正数,其中体型外 貌评分系数最大,其次毛油汗评分,毛细度评分最 细度因子;第4主成分中剪毛后体重、剪毛量值较 大,因此称为剪毛因子;第5主成分与第4主成分相 同;第6主成分中毛长度、毛细度系数较大,反映了 低。该结果表明,第1主成分值较大时,则关于毛油 汗的值较大,即:毛光泽评分、毛油汗评分较好。因 此,第l主成分称为毛光泽因子。第2主成分中毛 匀度评分系数最大,其次品种等级评分绝对值、鉴定 时体重,表示羊毛匀度越大,羊体重越大,第2主成 羊毛又长又细的因子,可称为长细比因子;第7主成 分中剪毛量、剪毛后体重绝对系数较大,与第4主成 分、第5主成分相同;第8主成分中毛长度系数最 大,其次毛弯曲评分系数,反映了长度并弯曲水平, 第4期 努尔比亚.吾布力,等:中国美利奴羊(新疆型)主要性状的主成分分析和聚类分析 275 可称为长度因子。 根据计算所得特征向量,第1主成分关系式为: Y 一一0.2937X1+0.163OX2-t-0.0496X3~ 0.3346X +0.3719X5+0.0645X6+0.2469X7+ 0.3501X8—0.O262X9+0.41OOX1。+0.0871X1】+ 0.1489X12+0.1568X13~0.2241Xl4 其他主成分表达式依次类推。 表7 多胎品系主成分的特征根和特征向量 Table 7 Feature root and feature vector of principal component of prolification strains 对于多胎品系,由表7知,第l主成分除了毛弯 0.0734Xl2+0.073O 13—0.4315X1 4 曲评分、品种等级评以外,其他特征向量均为正数, 剪毛量系数最大,其次毛匀度评分,毛密度评分最 其他主成分表达式依次类推。 对于毛密品系,由表8知,第1主成分除了毛弯 曲评分、品种等级评分、鉴定时体重、剪毛量、剪毛后 体重以外,其他特征向量均为正数,其体型外貌系数 最大,其次毛光泽评分,毛长度评分最低。第1主成 低。第1主成分值较大时,关于毛匀度的值较大, 即:毛匀度评分、毛油汗评分、毛细度评分较好。因 此,第1主成分称为羊剪毛因子;第2主成分体格大 小评分系数最大,可称为羊体质因子;第3主成分中 头毛评分系数最大,其次毛长度系数,反映了毛特 征,则称为毛长度因子;第4主成分中鉴定时体重系 分值较大时,则关于毛光泽的系数较大,即:体型外 貌评分、毛光泽评分、毛油汗评分、毛细度评分较好。 因此,第1主成分称为羊体质因子。第2主成分中 鉴定时体重系数最大,可称为体重因子;第3主成分 数最大,其次剪毛后体重,称为体重因子;第5主成 分关于羊毛油汗、光泽的因子最大,称为油光因子; 第6主成分中羊毛密度评分系数最大,其次毛长度 中毛匀度系数最大,称为匀度因子;第4主成分中毛 光泽系数最大,称为光泽因子;第5主成分中毛密度 因子,称为毛密度因子;第7主成分中头毛评分系数 最大,其次毛细度评分系数,反映了羊毛头部被毛状 况,称为头毛因子;第8主成分中毛长度评分系数最 评分系数最大,反映了羊毛密度,称为毛密度因子; 第6主成分中剪毛后体重绝对值最大,其次鉴定时 体重系数较大,可称为体重因子;第7主成分中头毛 评分值最大,可称为头毛因子。 大,可称为长度因子;第9主成分中剪毛后体重系数 最大,可称为体重因子;第10主成分中头毛评分系 根据计算所得特征向量,第1主成分关系式为: Y1—0.2100Xl 4-0.0822X2+0.3187X3+ 数最大,其次鉴定时体重、羊毛光泽评分,反映羊综 合状况,称为综合因子。 根据计算所得特征向量,第l主成分关系式为: Yl一0.0660Xl+0.0852X2+0.2828X3+ 0.0330X -t-0.2990X 5-t-0.2695X6 4-0.2123X7— 0.2l46X4+0.3380Xj+0.1500X6+0.2830X7+ 0.34l2X8—0.2330X +0.356OX1。一0.0540X11~ 0.061OX12—0.0340Xl 3—0.0340X1 4 其他主成分表达式依次类推。 0.0076X +0.0670X +0.2386X -t-0.3783X] + 276 新疆农业大学学报 2012年 2.2 聚类分析 状即可反映经济价值。中国美利奴羊(新疆型)品种 将5个品系14个性状进行Q型聚类分析(图 具有体型好、适应放牧饲养、净毛率高、羊毛品质优 1)。可将14个性状划分为各具特点的3大类群。 良等特性。毛性状是细毛羊的主要性状,受遗传因 第一类群包括毛密度评分、剪毛时体重等2个性状。 素与环境互作影响,毛性状是毛质量的量化指标。 第二个类群包括毛长度评分、剪毛量、鉴定时体重、 主成分分析结果与单因素和多因素分析相一 体格大小评分、体型外貌评分、品种等级等6个性 致,并从回归统计显著性水平上观察到单因素分析 状。第三个类群包括头毛评分、毛匀度评分、毛细度 的原始数据。主成分分析是研究如何将多指标转化 评分、毛弯曲评分、毛油汗评分、毛光泽评分等6个 为新的综合指标,这些综合指标彼此互不相关,但具 性状。 有很强的信息凝聚效能,综合后的新指标称为原来 光泽评分 指标的主成分。利用主成分分析对中国美利奴羊 油汗评分 (新疆型)的14个性状进行研究,有利于明确中国美 弯曲评分 利奴羊(新疆型)的各性状特征,为中国美利奴羊(新 油度评分 疆型)今后选育、鉴定、评价工作确定应关注的主要 匀度评分 性状提供了参考依据。 毛评分 本研究基于中国美利奴羊(新疆型)14个主要 长度评分 性状进行聚类分析,结果将其划分为3大类群,第一 毛量 定时体重 类表现毛密度因子高;第二类表现体质因子高;第三 积大小评分 类表现毛质量因子高,在3个类群的综合性状指标 型外貌评分 最佳,可作为鉴定的首选。同时本研究聚类分析结 种等级评分 果与主成分结果一致。 毛后体重评分 密度评分 本研究应用主成分分析方法和聚类方法得到的 图l各性状聚类分析结果 头毛评分、毛长度、毛密度评分、毛弯曲评分、毛匀度 Fig.1 The results of dif ̄rent trait cluster analysis 评分、毛光泽评分、毛细度评分、毛油汗评分、体格大 小评分、体型外貌评分、鉴定时体重、剪毛后体重、剪 3 小结 毛量、品种等级评分等因子既能反映中国美利奴羊 (新疆型)经济性状特点,对确定合理的饲养管理、生 作为一个完整的有机体,中国美利奴羊(新疆 产工艺以及不同生长阶段的配套设备具有很好的参 型)的毛性状与其内部机能有密切的关系,往往毛性 考价值。 第4期 努尔比亚・吾布力,等:中国美利奴羊(新疆型)主要性状的主成分分析和聚类分析 277 参考文献: [1] 曾献存.新疆绵羊遗传多样性及主要经济性状候选基 因研究ED].石河子:石河子大学,2010. E2]刘守仁,邵长发,张风林,等.中国美利奴羊(新疆军垦 型)多胎品系的选育研究[J].畜牧与兽医,1995,27 (6):246—248. 1-31 程郁昕.荷斯坦牛乳房线性性状对305d产奶量的主成 分分析[J].中国奶牛,2009(10):27—28. [4]侯建君,施正香.不同生长阶段长白猪体型特征的主成 分分析[J].中国农业大学学报,2006,11(3):56—6O. [5]王永奇,苟潇.大额牛体尺性状指标与体重的主成分分 析[J].江西农业大学学报,2009,3l(4):589—593. [6]吴照民,苟兴能.平武黄牛体尺性状的主成分分析l-j]. 四川畜牧兽医,2000,27(8):21-22. -t71张力,肖天放.莆田黑鸭体型性状的主成分分析EJ].云 南农业大学学报,2009,24(4):562—565. [81 程郁昕,江汪洋.荷斯坦牛体型线性性状对泌乳量的主 成分分析I-J].黄牛杂志,2003,29(4):5-7. [93周利兵,陈伟,刘先国,等.青海高原牦牛角中微量元素 的主成分分析和聚类分析[J].中国兽医杂志,2011,47 (3):17-18. Elo]蔺宏凯,张杨,周振勇,等.新疆褐牛体尺性状指标与 体重的主成分分析1-J].中国畜牧兽医,2010,37(8): 130—133. [11]周利兵,姜紫勤,吴启勋,等.青海地区白刺叶中微量 元素的主成分分析与聚类分析1-J].安徽农业科学, 201o,38(13):6649—6650. [12]周利兵,刘先国.青海高原牦牛角中微量元素的主成 分分析[j].畜牧与饲料科学,2010,1(5):7-8. '113]夏定国,赵巧玲.中细纤度家蚕品种主要性状主成分 分析l-J].蚕业科学,2007(4):642—645.