2025年大學《生物統(tǒng)計學》專業(yè)題庫——統(tǒng)計學方法在土壤微生物生態(tài)研究中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)）1.在土壤微生物生態(tài)研究中，研究者希望比較兩種不同耕作方式下土壤細菌總豐度（以拷貝數(shù)/克干土計）的均值差異。若兩組數(shù)據(jù)均近似正態(tài)分布且方差相等，應(yīng)選擇的統(tǒng)計檢驗方法是（）。A.Wilcoxon秩和檢驗B.Mann-WhitneyU檢驗C.獨立樣本t檢驗D.Kruskal-WallisH檢驗2.某研究測量了不同土壤pH梯度（設(shè)為自變量）下，某目標功能基因（設(shè)為因變量）的拷貝數(shù)。基因拷貝數(shù)與pH值之間存在線性關(guān)系，但存在較大離散度。為了檢驗pH值變化對基因拷貝數(shù)是否存在顯著影響，并解釋其變異比例，最適合使用的統(tǒng)計方法是（）。A.方差分析（ANOVA）B.線性回歸分析C.皮爾遜相關(guān)分析D.線性回歸與方差分析結(jié)合3.對同一土壤樣品采集的三個重復單元，分別測定了土壤細菌群落豐度（Shannon指數(shù)）。這三個樣本的Shannon指數(shù)分別為3.8,3.9,3.7。計算該樣品豐度數(shù)據(jù)的變異系數(shù)（CV）最接近于（）。A.0.05B.0.10C.0.15D.0.204.在分析多個環(huán)境因子（如pH,有機質(zhì)含量,溫度）對多個土壤微生物群落特征（如不同功能基因豐度）的綜合影響時，常用的多元統(tǒng)計方法是（）。A.主成分分析（PCA）B.因子分析（FA）C.線性判別分析（LDA）D.紅外多元尺度分析（NMDS）5.為了評估不同土壤處理（如添加有機肥、化肥、不處理）對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響，研究者將處理后的土壤樣品進行高通量測序，并計算了每個樣品的香農(nóng)多樣性指數(shù)。若需直觀比較不同處理組間的群落結(jié)構(gòu)差異，常采用的方法是（）。A.獨立樣本t檢驗比較各處理組多樣性指數(shù)均值B.單因素方差分析（ANOVA）比較各處理組多樣性指數(shù)均值C.群聚類分析（HCA）構(gòu)建群落結(jié)構(gòu)樹狀圖D.多維尺度分析（NMDS）繪制樣品排序圖6.測量土壤中某微生物酶活性時，由于酶活性易受溫度影響，研究者設(shè)置了不同的溫度梯度進行實驗。為了分析溫度梯度對酶活性的影響趨勢，繪制散點圖后，最適宜進行的統(tǒng)計分析是（）。A.Kruskal-WallisH檢驗B.線性回歸分析C.Spearman秩相關(guān)分析D.廣義線性模型7.在進行土壤微生物群落多樣性分析時，常用的非參數(shù)檢驗方法，用于比較多個處理組樣品的多樣性指數(shù)（如Shannon指數(shù)）是否存在顯著差異的是（）。A.獨立樣本t檢驗B.ANOVAC.Kruskal-WallisH檢驗D.Mann-WhitneyU檢驗8.研究者采集了不同生態(tài)位（如樹皮、枯枝、凋落物）的土壤樣品，測定其中放線菌的豐度（以16SrRNA基因拷貝數(shù)計）。若要檢驗不同生態(tài)位間放線菌豐度是否存在顯著差異，且數(shù)據(jù)不滿足參數(shù)檢驗的前提，應(yīng)選擇（）。A.t檢驗B.方差分析C.Wilcoxon秩和檢驗D.線性回歸9.在土壤微生物生態(tài)研究中，研究者收集了關(guān)于土壤理化性質(zhì)（自變量）和微生物群落組成（因變量，通常表示為冗余向量）的數(shù)據(jù)，目的是分析環(huán)境因子如何解釋微生物群落的變異。此時，最適合使用的統(tǒng)計模型是（）。A.線性回歸B.多元方差分析（MANOVA）C.紅外多元尺度分析（NMDS）D.線性回歸與冗余分析（RDA）結(jié)合10.對土壤樣品進行高通量測序獲得微生物群落數(shù)據(jù)后，計算得到的Alpha多樣性指數(shù)（如Shannon指數(shù)）衡量的是（）。A.樣品間群落組成的相似性B.樣品內(nèi)物種的豐富度C.物種與環(huán)境因子的相關(guān)性D.不同樣品間的環(huán)境差異二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.統(tǒng)計學中，用于衡量樣本數(shù)據(jù)離散程度的指標除了方差（Var）和標準差（SD）外，還有______和______。2.在進行假設(shè)檢驗時，第一類錯誤（α）是指______，第二類錯誤（β）是指______。3.對于不符合正態(tài)分布或方差不齊的兩組獨立樣本比較，可以考慮使用______檢驗或______檢驗。4.主成分分析（PCA）主要用于降維和______，通過將原始變量組合成新的______來解釋數(shù)據(jù)中的主要變異。5.在土壤微生物生態(tài)研究中，常用的多樣性指數(shù)包括香農(nóng)-威納指數(shù)（______）和辛普森指數(shù)（______）。6.設(shè)想一項研究，比較四種不同土壤改良劑對某種有益菌（目標菌）豐度的影響。若研究設(shè)置了三個重復，分析時應(yīng)采用______進行統(tǒng)計檢驗。7.回歸分析中，自變量的系數(shù)表示______，即自變量每變化一個單位，因變量平均______。8.非參數(shù)檢驗方法不依賴于數(shù)據(jù)的特定分布形態(tài)，常用于______數(shù)據(jù)或______信息的分析。9.多元統(tǒng)計分析中，聚類分析（如______）主要用于將樣品或變量根據(jù)相似性進行分組。10.在進行相關(guān)性分析前，應(yīng)首先檢驗兩個變量的數(shù)據(jù)是否滿足______條件，否則結(jié)果可能不可靠。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述在土壤微生物生態(tài)研究中，選擇參數(shù)檢驗（如t檢驗、ANOVA）而非非參數(shù)檢驗的前提條件有哪些？2.簡述Shannon多樣性指數(shù)（H）的計算公式及其在衡量群落多樣性時考慮了哪些因素？3.解釋什么是實驗設(shè)計中的隨機化原則，并說明其在土壤微生物生態(tài)研究中的作用。四、計算題（每題10分，共20分）1.某研究者測定了A、B兩種土壤處理下土壤細菌數(shù)量（對數(shù)轉(zhuǎn)換后，單位：CFU/g干土）。A處理重復5次，平均細菌數(shù)量為3.2，標準差為0.4；B處理重復6次，平均細菌數(shù)量為3.8，標準差為0.5。假設(shè)兩組數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布且方差相等，請計算合并方差，并檢驗兩種處理下土壤細菌數(shù)量是否存在顯著差異（α=0.05）。2.測量了5個不同森林類型土壤樣品的土壤有機質(zhì)含量（%）和土壤細菌群落香農(nóng)多樣性指數(shù)。數(shù)據(jù)如下：|樣品編號|有機質(zhì)含量(%)|香農(nóng)多樣性指數(shù)||:-------|:-------------|:-------------||1|5.2|3.8||2|4.8|3.5||3|6.1|4.1||4|3.9|3.2||5|5.5|3.9|請計算土壤有機質(zhì)含量與香農(nóng)多樣性指數(shù)之間的簡單線性回歸方程，并解釋回歸系數(shù)的含義。五、綜合應(yīng)用題（15分）某研究旨在探究長期施用不同類型肥料（氮肥N、磷肥P、氮磷復合肥NP）對黑土中某優(yōu)勢功能基因（GeneX）豐度及群落多樣性的影響。研究者設(shè)置了三個處理組（不施肥對照CK、施氮肥N、施氮磷復合肥NP），每個處理組設(shè)置4個生物學重復。通過高通量測序技術(shù)測定了各樣品中GeneX的拷貝數(shù)（對數(shù)轉(zhuǎn)換后）和基于GeneX以及其他相關(guān)基因構(gòu)建的群落香農(nóng)多樣性指數(shù)。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明：GeneX拷貝數(shù)在N和NP處理組顯著高于CK組（ANOVA,p<0.05），但N與NP組間無顯著差異；群落香農(nóng)多樣性指數(shù)在N處理組顯著低于CK組和NP組（Kruskal-WallisH檢驗,p<0.05），而CK組與NP組間無顯著差異。請基于以上信息，解釋這些統(tǒng)計結(jié)果分別說明了什么科學問題？如果研究者還想了解土壤全氮含量與GeneX拷貝數(shù)之間是否存在線性關(guān)系，應(yīng)采用什么統(tǒng)計方法，并簡述分析步驟。試卷答案一、選擇題1.C解析：比較兩組獨立樣本均值差異，數(shù)據(jù)近似正態(tài)分布且方差相等，應(yīng)選用獨立樣本t檢驗。2.B解析：檢驗自變量（pH）對因變量（基因拷貝數(shù)）的線性影響并解釋變異比例，最適合使用線性回歸分析。3.B解析：三個數(shù)據(jù)3.8,3.9,3.7的平均值為3.8，標準差約為0.0417，CV=標準差/平均值=0.0417/3.8≈0.01097，接近0.01，對應(yīng)選項B的0.10。4.D解析：分析多個環(huán)境因子對多個微生物群落特征的綜合影響，常用NMDS（非度量多維尺度分析）。5.D解析：比較不同處理組間群落結(jié)構(gòu)差異，需考慮樣品間距離，NMDS能將樣品根據(jù)群落結(jié)構(gòu)相似性進行排序。6.B解析：分析溫度（自變量）與酶活性（因變量）之間的趨勢關(guān)系，且兩者可能呈線性關(guān)系，應(yīng)進行線性回歸分析。7.C解析：比較多個處理組多樣性指數(shù)差異，數(shù)據(jù)不滿足參數(shù)檢驗前提，應(yīng)選用非參數(shù)檢驗的Kruskal-WallisH檢驗。8.C解析：比較多個獨立樣本（不同生態(tài)位）的單一數(shù)值變量（放線菌豐度）差異，數(shù)據(jù)不滿足參數(shù)檢驗前提，應(yīng)選用Wilcoxon秩和檢驗（針對兩個樣本）或Kruskal-WallisH檢驗（針對多個樣本）。9.D解析：分析多個環(huán)境因子解釋多個群落特征變異，應(yīng)使用線性回歸與冗余分析（RDA）結(jié)合。10.B解析：Alpha多樣性指數(shù)衡量的是樣品內(nèi)部物種的豐富度和均勻度。二、填空題1.極差,標準差2.拒絕了真實的零假設(shè),接受了錯誤的零假設(shè)3.Mann-WhitneyU檢驗,Kruskal-WallisH檢驗4.降維,主成分5.Shannon-Weiner,Simpson6.單因素方差分析（ANOVA）7.自變量對因變量的影響程度,改變一個單位8.不服從正態(tài)分布,缺乏原始數(shù)據(jù)9.群聚類分析10.線性關(guān)系三、簡答題1.選擇參數(shù)檢驗的前提條件主要包括：①樣本數(shù)據(jù)服從特定的分布，最常用的是正態(tài)分布；②各組數(shù)據(jù)的方差相等（或近似相等），即滿足方差齊性。在進行檢驗前，通常需要通過統(tǒng)計方法（如Shapiro-Wilk檢驗、Levene檢驗）對數(shù)據(jù)分布和方差進行檢驗。2.Shannon多樣性指數(shù)（H）的計算公式為：H=-Σ(pi*lnpi)，其中pi表示第i個物種在樣品中的相對豐度（ni/N，N為樣品中所有物種的總個體數(shù)）。該指數(shù)同時考慮了物種的豐富度（物種總數(shù)越多，H值越大）和物種的均勻度（如果所有物種豐度相等，則H值達到最大）。3.實驗設(shè)計中的隨機化原則是指在實驗過程中，對實驗單元（如土壤樣品、處理容器等）的處理分配、順序安排等方面應(yīng)采取隨機的方式。作用在于：①消除或減少系統(tǒng)誤差，避免因人為因素或環(huán)境因素的非隨機變化對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響；②使實驗結(jié)果更具有普遍性和代表性，其結(jié)論具有更可靠的統(tǒng)計效力。四、計算題1.（1）計算合并方差：s_p^2=[(n_A-1)s_A^2+(n_B-1)s_B^2]/(n_A+n_B-2)=[(5-1)*0.4^2+(6-1)*0.5^2]/(5+6-2)=[4*0.16+5*0.25]/9=[0.64+1.25]/9=1.89/9≈0.2094（2）計算t統(tǒng)計量：t=(均值A(chǔ)-均值B)/sqrt(s_p^2*(1/n_A+1/n_B))=(3.2-3.8)/sqrt(0.2094*(1/5+1/6))=-0.6/sqrt(0.2094*(11/30))=-0.6/sqrt(0.2094*0.3667)=-0.6/sqrt(0.0768)≈-0.6/0.2771≈-2.164（3）確定自由度：df=n_A+n_B-2=5+6-2=9（4）查閱t分布表或使用計算器，α=0.05（雙尾），df=9時，臨界值t_0.025,9≈2.262。（5）比較：|t|=2.164<2.262。結(jié)論：由于計算得到的t統(tǒng)計量的絕對值小于臨界值，因此在α=0.05水平上，不能拒絕零假設(shè)，即認為兩種土壤處理下土壤細菌數(shù)量沒有顯著差異。2.（1）計算回歸系數(shù)b：n=5,Σx=5.2+4.8+6.1+3.9+5.5=25.5,Σy=3.8+3.5+4.1+3.2+3.