标准化生产牦牛屠宰性状的主成分分析

吴锦波，何世明，李 铸，王 泰，蹇尚林，塔 英，谭本旭

（1.阿坝藏族羌族自治州畜牧科学技术研究所，四川 红原 624402；2.阿坝藏族羌族自治州畜牧工作站，四川 马尔康 624099；3.阿坝藏族羌族自治州动物疫病预防控制中心，四川 马尔康 624099）

中国是世界上拥有牦牛数量最多的国家，牦牛总数超过1 400 万头，占世界总牦牛数的95%以上。四川省现有牦牛400 多万头，约占全世界的28%［1］。阿坝藏族羌族自治州位于四川省西北部，地处青藏高原东南缘，是全国五大牧区之一川西北牧区重要组成部分，截至2018 年阿坝州牦牛存栏量为199 万头。牦牛是青藏高原的标志性畜种，是珍贵的高原动物资源，也是全州农牧民赖以生存和发展的生产与生活资料。牦牛产业是高寒生态条件下的特定生态畜牧产业，也是高原藏区的支柱产业，也是四川省草食畜牧业的重要组成部分，但牦牛产业仍是低投入、低产出的产业。

近年来，阿坝州在总结多年牦牛研究成果的基础上，首次研究制定出了牦牛标准化生产技术体系，该体系包括25 个技术规范和1 个管理规范，涵盖了牦牛标准化生产所需的场址布局、栏舍建设、生产设施配置、饲草料生产加工、繁育培育、日粮配饲、疫病防控、粪污资源化利用、屠宰加工等技术规范化和产品安全监管规范化等多个研究领域。目的是为突破传统牦牛饲养模式经济效益低下，长期过度放牧导致草地大面积退化、生态环境恶化等问题制约，为阿坝州乃至整个川西北高原牦牛养殖产业发展探索新的发展道路，对发展牦牛养殖产业具有重要意义。

主成分分析（Principal component analysis，PCA）是考察多个变量间相关性的一种多元统计方法，其主要目的是用较少的变量去解释原始数据中的大部分变异。主成分分析是利用降维思想，将多个互相关联的数值变量转化成少数几个互不相关的综合指标的统计方法［2］。主成分分析的重要指标主要包括特征根、累计贡献率和特征向量。其中特征根和累计贡献率在生物学中有很大的意义，它们分别代表了各复合性状遗传方差的大小和复合性状对遗传方差贡献的百分率［3］。特征向量表示复合性状中各性状对复合性状贡献的大小，其绝对值和符号分别反映了各性状对该主成分作用的大小和性质［4］。主成分分析是科学研究中较常用的统计方法，已有学者将该方法应用于牦牛研究，有学者对采用主成分分析法对金川牦牛的41 个屠宰性状进行了研究［5］，此外还有学者对牦牛体内矿物元素［6］进行了主成分分析。本研究运用主成分分析法，对标准化生产饲养的30 头牦牛的屠宰性状进行了分析，以期为牦牛标准化饲养研究提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验随机抽平均年龄为4岁（范围为3.5~4.5岁），平均体重为200 kg（范围为200~220 kg）活泼健康、体型标准的麦洼牦牛和金川牦牛公牛各15 头，于阿坝州小金县鑫宇农牧业发展有限公司饲养场育肥100 d。30 头牦牛均采用《牦牛标准化生产技术规范》中舍饲育肥方法［7］饲喂。

1.2 测定指标

饲养期结束后禁食24 h，屠宰前禁水8 h。屠宰全过程共测定了11 个屠宰性状指标，分别为活重（X1），胴体重（X2）、心重（X3）、肝重（X4）、脾重（X5）、肺重（X6）、肾重（X7）、胃重（X8）、头重（X9）、蹄重（X10）、骨重（X11）。宰前活重于电晕放血前用电子地磅称重，其余指标于屠宰过程中称重测定。

1.3 数据统计方法

原始数据利用Excel 工具生成数据集并进行基础处理，计算各指标平均值、标准差和变异系数。运用SPSS 21.0 软件输出各性状数据的相关系数矩阵，并按照累计贡献率达到70%以上和特征根值≥1 的要求从各性状指标中筛选主成分，并对入选主成分的特征根、贡献率、累计贡献率等进行分析。

2 结果与分析

2.1 标准化生产牦牛屠宰性状对比分析

通过屠宰获得了饲养100 d后麦洼牦牛和金川牦牛宰前活重、胴体重、心重、肝重、脾重、肺重、肾重、胃重、头重、蹄重、骨重等11个屠宰性状指标的数据，统计结果见表1。由表1可知，麦洼牦牛脾重为0.75 kg，略高于金川牦牛的0.57 kg，且显著性检验差异极显著（P＜0.01）。其余各个指标无显著差异（P＞0.05）。

表1 标准化生产牦牛屠宰性状方差分析

由表1 中各指标变异系数计算结果可知，两种牦牛各个指标变异系数均小于15%，说明试验取得的数据均正常，可用于后续分析。具体而言，麦洼牦牛胴体重变异系数为10.78%，肝重变异系数为11.28%，肾重变异系数为14.81%，蹄重变异系数为10.00%，其余指标变异系数均较小；而金川牦牛各屠宰性状指标中，心重变异系数为11.03%，肝重变异系数为12.39%，肺重变异系数为14.98%，肾重变异系数为11.76%，变异幅度较大，而其余指标变异系数均较小，变异幅度小。

2.2 标准化生产牦牛屠宰性状相关分析

将麦洼牦牛和金川牦牛屠宰性状性能数据合并成一个数据集，对11 个屠宰指标进行了相关性分析，统计结果见表2。由表2 可知，部分屠宰指标之间存在显著或极显著相关关系。具体而言，标准化生产出栏牦牛宰前活重与胴体重呈正相关关系，相关系数最大，经显著性检验后达到极显著水平（r=0.918，P＜0.01）；宰前活重与肝重、肺重、胃重、头重、蹄重、骨重均呈极显著正相关（P＜0.01）；胴体重与胃重、头重、骨重均呈极显著正相关（P＜0.01），与蹄重呈显著正相关（P＜0.05）；心重和蹄重呈显著正相关，但相关系数较小（r=0.361，P＜0.05）；肺重与蹄重呈极显著正相关（r=0.602，P＜0.01）；头重与骨重之间呈极显著正相关（P＜0.01）；特别的，脾重与蹄重呈负相关，经显著性检验后达到显著水平（P＜0.05）。

2.3 标准化生产体系下牦牛屠宰性状主成分分析

对30 头试验牦牛屠宰性能数据的宰前活重（X1）、胴体重（X2）、心重（X3）、肝重（X4）、脾重（X5）、肺重（X6）、肾重（X7）、胃重（X8）、头重（X9）、蹄重（X10）、骨重（X11）等11 个指标进行主成分分析。主成分的统计结果见表3，按照特征根值≥1 的要求，选取了前3 个主成分。第一主成分的特征根为4.407，解释了总变异的40.064%；第二主成分的特征根为2.023，解释了总变异的18.394%；第三主成分的特征根为1.362，解释了总变异的12.386%。前3 个主成分方差贡献率达到了70.844%，基本代表上述11 个指标所包含的信息。

由表3 结果确定主成分的个数为3，经SPSS 软件重新抽提因子数量，得到因子负荷矩阵，再以统计学知识计算各因子的特征向量值，进而分析得到因子的得分系数矩阵。入选的主成分Ⅰ~Ⅲ的特征根、贡献率、累积贡献率及特征向量见表4，再由各指标的特征向量值，得到入选3 个主成分的表达式。主成分Ⅰ的表达式写为Y1=0.456X1+0.423X2+0.191X3+0.281X4-0.077X5+0.246X6-0.029X7+0.308X8+0.365X9+0.299X10 +0.335X11；主成分Ⅱ的表达式写为Y2=0.030X1-0.009X2+0.002X3+0.416X4+0.572 X5-0.314 X6+0.396X7+0.278X8+0.148X9-0.376X10-0.063X11；主成分Ⅲ的表达式写为Y3=0.048X1-0.011X2+0.357X3-0.258X4-0.072X5+0.123X6+0.588X7+0.355X8-0.347X9+0.305X10-0.315X11。

主成分Ⅰ中，除脾重、肾重两个指标的特征向量系数为负值外，其余指标均为正值，而宰前活重（X1）和胴体重（X2）的特征向量系数比其余指标大，分别为0.456、0.423，再次是头重、骨重、蹄重、肝重等指标，可将该主成分命名为牦牛的体重因子，该主成分较大时，说明屠宰牦牛宰前活重和宰后胴体重较大。主成分Ⅱ中，脾重（X5）和肝重（X4）两个指标特征向量值较大，分别为0.572 和0.416，可命名为“脾重-肝重”因子，可综合反映屠宰牦牛内脏中脾脏和肝脏的重量情况。主成分Ⅲ中，仅肾重（X7）的特征向量系数较大，为0.588，也可视为牦牛的肾重因子，该主成分较大时，表示屠宰脏器中肾脏重量较大。

表2 标准化生产牦牛屠宰性能的相关分析

表3 标准化养殖牦牛屠宰性状主成分分析

表4 标准化养殖牦牛主成分统计结果

3 小结与讨论

对标准化生产出栏的牦牛屠宰性能指标进行了对比分析和主成分分析。结果表明，相同饲养条件下，标准化生产饲养100 d 后出栏的牦牛增重达到预期效果，屠宰性能较为一致。牦牛屠宰性状中肝脏重和肾脏重变异系数均较大，暗示这两个指标还有一定的选育潜力。本研究明确了标准化生产体系下牦牛屠宰性状之间的差异性和相关关系，为牦牛标准化生产体系的推广和更深一步对牦牛屠宰性能研究提供了科学依据。

根据袁龙飞等［5］对牦牛屠宰性状的检测数据，未经标准化饲养金川牦牛胴体重为180.93 kg，心重为 1.60 kg，肝重为 4.06 kg，脾重为 0.65 kg，肺重为3.35 kg，肾重为 0.61 kg，头重为 17.63 kg，蹄重为5.83 kg，骨重为34.16 kg。对比本研究测定结果，除蹄重略低于本研究测得金川牦牛的5.97 kg 外，其余指标均高于本研究测定结果。本研究中饲养金川牦牛平均年龄为4 岁，而该学者研究中实验对象年龄范围为4.5~6.5 岁，因此出现差异的主要原因来自于实验牛的年龄差异。此种推测可以由另一项研究结果加以佐证，根据赵晓东等［8］对舍饲麦洼牦牛屠宰性能的测定结果，2.5 岁麦洼牦牛冷季舍饲120 天后，活重、胴体重、心重、肝重、脾重、肺重、肾重等重量指标均远低于本研究测定结果。说明无论是放牧牦牛或舍饲牦牛，年龄均是影响屠宰性能的重要因素之一。

根据“2.1”中测定结果，标准化饲养出栏的麦洼牦牛和金川牦牛脾重差异极显著（P＜0.01）。根据徐英等［9］的研究，饲料中的蛋白质水平对肉牛脾重无规律性影响，故几乎可排除本研究中饲料对两种牦牛脾脏重量的影响，因此可以推测本研究中两种牦牛脾重差异显著可能由品种差异造成。除脾重外，其余各指标之间均差异不显著（P＞0.05）。以宰前活重为例，饲养100 d 后麦洼牦牛和金川牦牛宰前活重分别为278.27 kg 和278.40 kg，经标准化饲养后增重近80 kg，增重较为一致。以上结果说明相同饲养条件下两种牦牛的屠宰性能无显著差异，这与李强等［10］对金川多肋牦牛的研究结果一致。

本研究还对各指标的变异系数进行了计算。变异系数是原始数据标准差与原始数据平均数的比，可以在消除测量尺度和量纲的影响的同时比较两组数据离散程度大小［11］。根据统计结果，所有指标的变异系数值均小于15%，说明研究取得的数据值较为正常，可以用于后续的统计分析。特别的，标准化饲养100 d 后麦洼牦牛和金川牦牛肝重变异系数分别为11.28%、12.39%，肾重变异系数分别为14.81%、11.76%，变异幅度均较大，说明这两个指标还具有一定的选育潜力。

产肉性能是肉牛饲养最重要的指标，而肉牛产肉性能测定则包含测定宰前活重、胴体重、净肉重、骨重等指标，以及计算屠宰率等指标。胴体重是指牛在屠宰后去头、皮、尾、内脏（不包括肾和肾周脂肪）、蹄、生殖器官后的重量，是育肥肉牛重要的生产性能之一。屠宰率也是肉牛生产的重要指标，其值越高说明牛的生产性能更好［12］。屠宰率是肉牛胴体重和宰前活重的比例，一般屠宰率越高，生产性能越好。根据本研究测得胴体重和宰前活重数据，可计算标准化饲养后麦洼牦牛和金川牦牛屠宰率分别为52.01%和51.10%，低于谢荣清等［13］测定的4.5 岁牦牛的屠宰率54.13%，其主要原因是谢等的实验牛均为阉割牛。相关分析结果显示，宰前活重、胴体重、头重、蹄重、骨重等屠宰指标之间存在显著或极显著正相关关系，暗示生产中可根据牦牛的屠宰性状来初步估计其生产性能。此外，脾重与蹄重呈负相关，且检验后达到显著水平（P＜0.05），其原因值得进一步探讨。

目前，主成分分析在牦牛研究方面运用较少，早前的研究多针对黄牛［14］和皖东牛［15］等牛种。已有学者对麦洼牦牛体尺和乳房性状选育进行了主成分分析，最终筛选出了选育高产奶量麦洼牦牛应重点关注的指标［16］。此外，有研究者对麦洼牦牛9 个选育性状进行了主成分分析，研究找出了麦洼牦牛选育的两类重点性状［17］。而对于标准化生产牦牛生产性能的主成分研究还未见于报道，本研究通过对30 头牦牛的体尺和屠宰性状的主成分分析，最终确定了3 个主成分，主成分Ⅰ~Ⅲ的贡献率分别为40.064%、18.394%和12.386%，累积贡献率达到了70.844%，反映了大部分信息量。