李建峰++張建奎

摘要：對(duì)國(guó)內(nèi)新近育成的17個(gè)烤煙新品種（系）的18個(gè)農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)和化學(xué)品質(zhì)性狀進(jìn)行了調(diào)查分析，采用主成分分析方法對(duì)參試品種（系）進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。以性狀的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到86.236%為標(biāo)準(zhǔn)，確定了5個(gè)反映烤煙產(chǎn)質(zhì)量的主成分，并通過(guò)計(jì)算參試品種（系）的重要主成分值，對(duì)新引進(jìn)品種進(jìn)行比較篩選。結(jié)果表明，金80530、貴煙2號(hào)、云煙110、CF223、金80439等品種（系）分值較高，其結(jié)果與品種的實(shí)際表現(xiàn)一致，表明可以用主成分分析法對(duì)烤煙品種的性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為優(yōu)良品種篩選提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：烤煙；新品種；主成分分析

中圖分類(lèi)號(hào)：S572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）01-0091-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.01.023

Screening of New Flue-cured Tobacco Varieties Based on Principal Component Analysis

LI Jian-feng1，2，ZHANG Jian-kui2

（1.Quxian Forestry Station，Quxian 635200，Sichuan，China；

2.Tobacco Science Research Institute/Chongqing Tobacco Science Research Institute，Southwest University，Chongqing 400716，China）

Abstract： Eighteen indices related to agronomic characteristics， economic characteristics and chemical quality characteristics of seventeen new bred flue-cured tobacco varieties（lines） in recent years were measured. A comprehensive assessment was done to these 17 varieties（lines） by using principal components analysis. By comparing with the cumulative variance proportion of the traits at 86.236%， five principal components reflecting the yield and quality of the flue-cured tobacco were confirmed. The value of the major principal components of the given varieties（lines） were calculated to compare and select the good varieties. The results showed that the value of the major principal components of Jin80530， Gunyan No.2， Yunyan110， CF223， Jin80439 were higher， corresponding to their actual phenotypes. So it was suggested that the principal component analysis could be used to the comprehensive assessment of the traits of the flue-cured tobacco varieties， which would provide a basis for selecting the improved tobaccos varieties.

Key words： flue-cured tobacco； new varieties； principal components analysis

煙草品種是煙葉生產(chǎn)的重要生產(chǎn)資料，通過(guò)不斷更新品種以適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)需求是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。煙草育種以“優(yōu)質(zhì)、抗病、適產(chǎn)”為育種目標(biāo)，對(duì)農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀和品質(zhì)性狀等具有綜合要求。煙草的農(nóng)藝性狀指的是具有與生產(chǎn)有關(guān)的特征特性，如株高、莖圍、節(jié)距、葉數(shù)、腰葉長(zhǎng)等，屬于品種的重要遺傳特性。煙草的化學(xué)品質(zhì)指的是煙葉的化學(xué)成分指標(biāo)，是評(píng)價(jià)煙葉質(zhì)量的重要指標(biāo)，而化學(xué)成分的種類(lèi)及含量與煙葉品種有著密切的聯(lián)系。煙草的經(jīng)濟(jì)性狀反映了煙草種植的經(jīng)濟(jì)效益。由于煙草品種的評(píng)價(jià)指標(biāo)較多，各個(gè)指標(biāo)之間又有著較強(qiáng)的相關(guān)性，給煙草品種的綜合評(píng)估帶來(lái)一定的困難。

目前，有關(guān)煙草品種的農(nóng)藝性狀、化學(xué)成分和經(jīng)濟(jì)性狀的分析，多限于簡(jiǎn)單的方差分析，較難全面正確地對(duì)煙草品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[1，2]。主成分分析可以將多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的數(shù)量性狀綜合為少數(shù)幾個(gè)主成分，通過(guò)對(duì)變量之間的相關(guān)系數(shù)矩陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，找出數(shù)目較少且能控制所有變量的主成分。主成分分析法是由各個(gè)觀測(cè)指標(biāo)提供的信息量相對(duì)大小來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重，并將多維數(shù)據(jù)降低為低維綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)方法，目前已越來(lái)越多地應(yīng)用于農(nóng)作物數(shù)量性狀分析中[3-7]。本研究采用主成分分析方法，對(duì)國(guó)內(nèi)新近育成的17個(gè)烤煙新品種（系）的18個(gè)農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)和化學(xué)品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析，以期為烤煙品種的綜合評(píng)價(jià)和篩選提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

參試烤煙品種共17個(gè)，分別為金80439、金80418、金80430、金80530、CF223、CF224、CF26HD、CF8704、CF8701、CF2687、CF9787、CF8799、貴煙2號(hào)、2010A4、云煙110、云煙116、云煙97。

1.2 方法

1.2.1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)點(diǎn)位于重慶市奉節(jié)縣太和鄉(xiāng)，海拔1 200 m。該試驗(yàn)為小區(qū)品比試驗(yàn)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積19.8 m2，行距1.2 m，株距0.55 m，每小區(qū)30株，2行區(qū)，3次重復(fù)。田地周?chē)O(shè)兩行云煙97作保護(hù)行，重復(fù)間留過(guò)道。所有參試品種于2010年3月7日漂浮育苗，5月15日移栽。栽培技術(shù)方案按當(dāng)年、當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)實(shí)施。適時(shí)打頂、抑芽。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定及方法 按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 142-1998[8]調(diào)查農(nóng)藝性狀，測(cè)定指標(biāo)包括株高（X1）、葉片數(shù)（X2）、莖圍（X3）、節(jié)距（X4）、腰葉長(zhǎng)（X5）、腰葉寬（X6）。

參照文獻(xiàn)[9]和[10]的方法測(cè)定煙葉中化學(xué)成分指標(biāo)，測(cè)定指標(biāo)包括總氮（X7）、煙堿（X8）、鉀（X9）、還原糖（X10）、鉀氯比（X11）、氮堿比（X12）、糖堿比（X13）。

按常規(guī)方法測(cè)定經(jīng)濟(jì)性狀，測(cè)定指標(biāo)包括產(chǎn)量（X14）、產(chǎn)值（X15）、均價(jià)（X16）、上等煙率（X17）、上中等煙率（X18）。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

1）化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化處理。對(duì)煙葉化學(xué)品質(zhì)來(lái)說(shuō)，并不是各種化學(xué)成分指標(biāo)的含量越高，其品質(zhì)就越優(yōu)，而是當(dāng)其處于一定范圍內(nèi)其品質(zhì)較優(yōu)。對(duì)大部分化學(xué)成分，如總氮、煙堿、還原糖等來(lái)說(shuō)，其含量偏高、偏低都會(huì)造成煙葉品質(zhì)變差，而有一些指標(biāo)，如煙葉鉀含量，其含量越高，表明煙葉品質(zhì)越好。一般認(rèn)為，總氮、煙堿、還原糖、氮堿比、糖堿比為適中型指標(biāo)，在一定范圍內(nèi)品質(zhì)最好，偏高、偏低都會(huì)造成品質(zhì)變差，它們的最適值分別是總氮含量為1.90%～2.10%，煙堿含量為2.20%～2.80%，還原糖含量為16%～22%，氮堿比為0.8～1.0，糖堿比為6～10；鉀和鉀氯比為效益型指標(biāo)，其含量或比值越高品質(zhì)越好[9-13]。

對(duì)于適中型指標(biāo)，設(shè)該指標(biāo)含量在[a，b]內(nèi)品質(zhì)最好，超出這個(gè)范圍品質(zhì)變差，則：

x′ik=■（xikb）

式中，xik為化學(xué)指標(biāo)k的原始檢測(cè)數(shù)據(jù)，x′ik為化學(xué)指標(biāo)k經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值，下同。

對(duì)于效益型指標(biāo)，設(shè)該指標(biāo)含量越高，品質(zhì)越好， 則：x′ik=■，■為m個(gè)樣本中化學(xué)指標(biāo)k含量最大值。

2）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于上述農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)、化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)的量綱不統(tǒng)一，數(shù)量級(jí)差異也較大，因此， 為消除量綱和數(shù)量級(jí)對(duì)綜合評(píng)價(jià)帶來(lái)的不良影響， 須對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。利用公式x′ij=■進(jìn)行了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，式中j為指標(biāo)個(gè)數(shù)，i為每個(gè)指標(biāo)的觀察值，xij為原始數(shù)據(jù)（i=1，2，…，107；j=1，2，…，5），x′ij為變換后的數(shù)據(jù)，■j為第j個(gè)指標(biāo)的算術(shù)平均值，Sj為指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，變換后使得各指標(biāo)數(shù)據(jù)的平均值為0，方差為1，呈標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。

3）主成分分析方法。用 Excel 2003、SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)分析、主成分分析并對(duì)其綜合評(píng)價(jià)。主成分綜合得分為各提取主成分得分與該主成分貢獻(xiàn)率的乘積之和。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化后的烤煙相關(guān)系數(shù)矩陣

對(duì)17個(gè)烤煙品種（系）的18個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可以看出，極顯著相關(guān)的有株高與莖圍，氮堿比與上中等煙率，鉀含量與葉片數(shù)、莖圍、腰葉長(zhǎng)，還原糖含量與株高、莖圍、鉀含量，糖堿比與節(jié)距、腰葉長(zhǎng)、腰葉寬，上中等煙率與產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)，均價(jià)與產(chǎn)量、產(chǎn)值，腰葉寬與節(jié)距、腰葉長(zhǎng)、上等煙率。由于各指標(biāo)間具有相關(guān)性，所以直接利用這些指標(biāo)分布狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，將會(huì)產(chǎn)生信息的重疊，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)偏差。

2.2 主成分分析

計(jì)算18項(xiàng)指標(biāo)相關(guān)矩陣的特征根、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率表明，前5個(gè)特征根的累計(jì)貢獻(xiàn)率為86.236%，因此提取前5個(gè)主成分，其特征值和貢獻(xiàn)率見(jiàn)表2，其特征向量見(jiàn)表3。

由表2可知，第1主成分的貢獻(xiàn)率為30.151%，葉片數(shù)、產(chǎn)值、產(chǎn)量、均價(jià)、上中等煙率有較大的正系數(shù)，與腰葉長(zhǎng)、腰葉寬、鉀氯比有較大的負(fù)系數(shù)，所以第一主成分反映的是這幾個(gè)變量的綜合指標(biāo)。且第一主成分得分越高，其經(jīng)濟(jì)性狀得分越高。第2主成分的貢獻(xiàn)率為25.043%，其中株高、葉片數(shù)、莖圍、煙堿、氮、鉀有較大的正系數(shù)。第2主成分反映的是農(nóng)藝性狀株高、葉片數(shù)、莖圍與化學(xué)成分煙堿、氮、鉀的正相關(guān)關(guān)系；第3主成分的貢獻(xiàn)率為14.803%，其中還原糖和煙堿有較大的負(fù)系數(shù)，反映的是煙葉還原糖和煙堿的指標(biāo)；第4主成分的貢獻(xiàn)率為9.532%，其中糖堿比有較大負(fù)系數(shù)，反映的是烤煙化學(xué)成分糖堿比的指標(biāo)。第5主成分的貢獻(xiàn)率為6.707%，反映的是烤煙化學(xué)成分糖堿比和氮堿比共有的指標(biāo)。

2.3 優(yōu)良品種（系）篩選

主成分的生物學(xué)內(nèi)涵表明，上述5個(gè)主成分已較好地綜合了烤煙品種（系）的主要性狀特征，其代表性達(dá)到86.236%。由于主成分較多，單一主成分難以對(duì)各優(yōu)株綜合利用性狀作出客觀判斷。因此，以表3中5個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)求和，建立優(yōu)良品種烤煙性狀的綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型：

F=0.349 6×facl+0.290 4×fac2+0.171 7×fac3+0.110 5×fac4+0.077 8×fac5

式中：fac1～fac5為各優(yōu)株主成分得分值。

根據(jù)其烤煙5個(gè)主成分分值進(jìn)行綜合排序（表4），結(jié)果表明分值較高的是金80530、貴煙2號(hào)、云煙110、CF223、金80439。評(píng)價(jià)結(jié)果與這些品種（系）在區(qū)試中的實(shí)際表現(xiàn)基本吻合，客觀反映了該參試品種（系）的產(chǎn)量和品質(zhì)特征。

3 小結(jié)

主成分分析是一種旨在利用降維把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)分析方法。在多指標(biāo)的研究中，由于相關(guān)的指標(biāo)個(gè)數(shù)太多，各個(gè)指標(biāo)之間很可能存在一定的相關(guān)性。主成分分析就是通過(guò)線(xiàn)性變換，將各指標(biāo)間相互重疊的信息通過(guò)少數(shù)幾個(gè)綜合的指標(biāo)反映出來(lái)，使這些綜合的因子之間盡量相互獨(dú)立，而且能夠最真實(shí)地反映原指標(biāo)的信息，從而達(dá)到簡(jiǎn)化的目的。主成分分析目前已越來(lái)越多地應(yīng)用于農(nóng)作物產(chǎn)量相關(guān)性狀的分析中。

本研究以17個(gè)烤煙品種（系）為研究對(duì)象，在量化它們的農(nóng)藝性狀、化學(xué)成分、經(jīng)濟(jì)性狀的基礎(chǔ)上，通過(guò)主成分分析得到它們的5個(gè)主成分。這5個(gè)主成分代表了烤煙18個(gè)性狀86.236%的信息，是綜合的相互獨(dú)立的指標(biāo)，且具有科學(xué)性和準(zhǔn)確性。根據(jù)烤煙品種的18個(gè)性狀主成分分析的5個(gè)主成分分值由高到低進(jìn)行綜合排序，結(jié)果為金80530、貴煙2號(hào)、云煙110、CF223、金80439、金80418、金80430、CF224、CF8704、CF8799、云煙116、CF8701、2010A4、CF9787、CF2687、CF26HD、云煙97。區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)也表明，金80530、貴煙2號(hào)、云煙110、CF223、金80439等品系在重慶山地條件下表現(xiàn)較優(yōu)，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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