李建峰++張建奎

摘要：對國內新近育成的17個烤煙新品種（系）的18個農藝、經濟和化學品質性狀進行了調查分析，采用主成分分析方法對參試品種（系）進行綜合評價。以性狀的累積方差貢獻率達到86.236%為標準，確定了5個反映烤煙產質量的主成分，并通過計算參試品種（系）的重要主成分值，對新引進品種進行比較篩選。結果表明，金80530、貴煙2號、云煙110、CF223、金80439等品種（系）分值較高，其結果與品種的實際表現(xiàn)一致，表明可以用主成分分析法對烤煙品種的性狀進行綜合評價，為優(yōu)良品種篩選提供依據(jù)。

關鍵詞：烤煙；新品種；主成分分析

中圖分類號：S572 文獻標識碼：A 文章編號：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的重要生產資料，通過不斷更新品種以適應不斷變化的生產需求是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。煙草育種以“優(yōu)質、抗病、適產”為育種目標，對農藝性狀、經濟性狀和品質性狀等具有綜合要求。煙草的農藝性狀指的是具有與生產有關的特征特性，如株高、莖圍、節(jié)距、葉數(shù)、腰葉長等，屬于品種的重要遺傳特性。煙草的化學品質指的是煙葉的化學成分指標，是評價煙葉質量的重要指標，而化學成分的種類及含量與煙葉品種有著密切的聯(lián)系。煙草的經濟性狀反映了煙草種植的經濟效益。由于煙草品種的評價指標較多，各個指標之間又有著較強的相關性，給煙草品種的綜合評估帶來一定的困難。

目前，有關煙草品種的農藝性狀、化學成分和經濟性狀的分析，多限于簡單的方差分析，較難全面正確地對煙草品種進行綜合評價[1，2]。主成分分析可以將多個相互關聯(lián)的數(shù)量性狀綜合為少數(shù)幾個主成分，通過對變量之間的相關系數(shù)矩陣內部結構的研究，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觀測指標提供的信息量相對大小來確定指標權重，并將多維數(shù)據(jù)降低為低維綜合指標的多元統(tǒng)計方法，目前已越來越多地應用于農作物數(shù)量性狀分析中[3-7]。本研究采用主成分分析方法，對國內新近育成的17個烤煙新品種（系）的18個農藝、經濟和化學品質性狀進行主成分分析，以期為烤煙品種的綜合評價和篩選提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

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

1.2 方法

1.2.1 田間試驗設計 試驗點位于重慶市奉節(jié)縣太和鄉(xiāng)，海拔1 200 m。該試驗為小區(qū)品比試驗，采用隨機區(qū)組設計，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。田地周圍設兩行云煙97作保護行，重復間留過道。所有參試品種于2010年3月7日漂浮育苗，5月15日移栽。栽培技術方案按當年、當?shù)爻Ｒ?guī)實施。適時打頂、抑芽。

1.2.2 指標測定及方法 按照行業(yè)標準YC/T 142-1998[8]調查農藝性狀，測定指標包括株高（X1）、葉片數(shù)（X2）、莖圍（X3）、節(jié)距（X4）、腰葉長（X5）、腰葉寬（X6）。

參照文獻[9]和[10]的方法測定煙葉中化學成分指標，測定指標包括總氮（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)方法測定經濟性狀，測定指標包括產量（X14）、產值（X15）、均價（X16）、上等煙率（X17）、上中等煙率（X18）。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

1）化學品質指標原始數(shù)據(jù)的轉化處理。對煙葉化學品質來說，并不是各種化學成分指標的含量越高，其品質就越優(yōu)，而是當其處于一定范圍內其品質較優(yōu)。對大部分化學成分，如總氮、煙堿、還原糖等來說，其含量偏高、偏低都會造成煙葉品質變差，而有一些指標，如煙葉鉀含量，其含量越高，表明煙葉品質越好。一般認為，總氮、煙堿、還原糖、氮堿比、糖堿比為適中型指標，在一定范圍內品質最好，偏高、偏低都會造成品質變差，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，其含量或比值越高品質越好[9-13]。

對于適中型指標，設該指標含量在[a，b]內品質最好，超出這個范圍品質變差，則：

x′ik=■（xikb）

式中，xik為化學指標k的原始檢測數(shù)據(jù)，x′ik為化學指標k經標準化處理后的值，下同。

對于效益型指標，設該指標含量越高，品質越好， 則：x′ik=■，■為m個樣本中化學指標k含量最大值。

2）數(shù)據(jù)標準化處理。由于上述農藝、經濟、化學品質指標的量綱不統(tǒng)一，數(shù)量級差異也較大，因此， 為消除量綱和數(shù)量級對綜合評價帶來的不良影響， 須對各指標進行標準化處理。利用公式x′ij=■進行了數(shù)據(jù)轉換，式中j為指標個數(shù)，i為每個指標的觀察值，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個指標的算術平均值，Sj為指標的標準差，變換后使得各指標數(shù)據(jù)的平均值為0，方差為1，呈標準正態(tài)分布。

3）主成分分析方法。用 Excel 2003、SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行相關分析、主成分分析并對其綜合評價。主成分綜合得分為各提取主成分得分與該主成分貢獻率的乘積之和。

2 結果與分析

2.1 標準化后的烤煙相關系數(shù)矩陣

對17個烤煙品種（系）的18個指標進行相關分析，結果見表1。從表1可以看出，極顯著相關的有株高與莖圍，氮堿比與上中等煙率，鉀含量與葉片數(shù)、莖圍、腰葉長，還原糖含量與株高、莖圍、鉀含量，糖堿比與節(jié)距、腰葉長、腰葉寬，上中等煙率與產量、產值、均價，均價與產量、產值，腰葉寬與節(jié)距、腰葉長、上等煙率。由于各指標間具有相關性，所以直接利用這些指標分布狀況進行綜合評價，將會產生信息的重疊，導致評價結果出現(xiàn)偏差。

2.2 主成分分析

計算18項指標相關矩陣的特征根、貢獻率及累計貢獻率表明，前5個特征根的累計貢獻率為86.236%，因此提取前5個主成分，其特征值和貢獻率見表2，其特征向量見表3。

由表2可知，第1主成分的貢獻率為30.151%，葉片數(shù)、產值、產量、均價、上中等煙率有較大的正系數(shù)，與腰葉長、腰葉寬、鉀氯比有較大的負系數(shù)，所以第一主成分反映的是這幾個變量的綜合指標。且第一主成分得分越高，其經濟性狀得分越高。第2主成分的貢獻率為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主成分反映的是農藝性狀株高、葉片數(shù)、莖圍與化學成分煙堿、氮、鉀的正相關關系；第3主成分的貢獻率為14.803%，其中還原糖和煙堿有較大的負系數(shù)，反映的是煙葉還原糖和煙堿的指標；第4主成分的貢獻率為9.532%，其中糖堿比有較大負系數(shù)，反映的是烤煙化學成分糖堿比的指標。第5主成分的貢獻率為6.707%，反映的是烤煙化學成分糖堿比和氮堿比共有的指標。

2.3 優(yōu)良品種（系）篩選

主成分的生物學內涵表明，上述5個主成分已較好地綜合了烤煙品種（系）的主要性狀特征，其代表性達到86.236%。由于主成分較多，單一主成分難以對各優(yōu)株綜合利用性狀作出客觀判斷。因此，以表3中5個主成分的方差貢獻率作為權重進行加權求和，建立優(yōu)良品種烤煙性狀的綜合評價數(shù)學模型：

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個主成分分值進行綜合排序（表4），結果表明分值較高的是金80530、貴煙2號、云煙110、CF223、金80439。評價結果與這些品種（系）在區(qū)試中的實際表現(xiàn)基本吻合，客觀反映了該參試品種（系）的產量和品質特征。

3 小結

主成分分析是一種旨在利用降維把多個指標轉化為少數(shù)幾個綜合指標的多元統(tǒng)計分析方法。在多指標的研究中，由于相關的指標個數(shù)太多，各個指標之間很可能存在一定的相關性。主成分分析就是通過線性變換，將各指標間相互重疊的信息通過少數(shù)幾個綜合的指標反映出來，使這些綜合的因子之間盡量相互獨立，而且能夠最真實地反映原指標的信息，從而達到簡化的目的。主成分分析目前已越來越多地應用于農作物產量相關性狀的分析中。

本研究以17個烤煙品種（系）為研究對象，在量化它們的農藝性狀、化學成分、經濟性狀的基礎上，通過主成分分析得到它們的5個主成分。這5個主成分代表了烤煙18個性狀86.236%的信息，是綜合的相互獨立的指標，且具有科學性和準確性。根據(jù)烤煙品種的18個性狀主成分分析的5個主成分分值由高到低進行綜合排序，結果為金80530、貴煙2號、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)域試驗和生產試驗也表明，金80530、貴煙2號、云煙110、CF223、金80439等品系在重慶山地條件下表現(xiàn)較優(yōu)，有一定的應用價值。

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