2025年大學(xué)《生物統(tǒng)計(jì)學(xué)》專業(yè)題庫——生物統(tǒng)計(jì)學(xué)在植物進(jìn)化研究中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的首字母填入括號(hào)內(nèi)，每題2分，共20分）1.在構(gòu)建植物系統(tǒng)發(fā)育樹時(shí)，鄰接法（Neighbor-Joining）主要基于什么原則將物種聚在一起？（）A.系統(tǒng)發(fā)育距離最小B.共有祖先特征最多C.分化時(shí)間最短D.核苷酸替換速率最相似2.下列哪個(gè)統(tǒng)計(jì)量常用于衡量一個(gè)群體內(nèi)部的遺傳多樣性？（）A.FstB.Nei'sgeneticdiversity(H)C.GstD.Nm3.在植物群體遺傳學(xué)研究中，檢測中性進(jìn)化模型最常用的統(tǒng)計(jì)方法是？（）A.AMOVAB.FstC.Tajima'sDD.Manteltest4.如果研究者想要比較兩個(gè)不同植物物種之間的基因組多樣性，以下哪種方法可能最不適用？（）A.PrincipalComponentAnalysis(PCA)onmorphologicaldataB.UPGMAclusteringofgeneticdistancesC.Analysisofmolecularvariance(AMOVA)D.Nei'sgeneticdistancecalculation5.使用DNA序列數(shù)據(jù)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹時(shí)，如果采用最大似然法，那么它主要尋找的是？（）A.最短的樹長B.最小的Bootstrap支持值C.最可能產(chǎn)生觀測數(shù)據(jù)的樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)D.最具形態(tài)學(xué)特征的樹6.在研究植物物種形成過程中，基因流（Geneflow）通常扮演什么角色？（）A.促進(jìn)種群分化B.阻礙種群分化C.增加種群內(nèi)的遺傳相似性D.以上都是7.對(duì)于連續(xù)性狀（如植物株高）在不同進(jìn)化群體中的比較，以下哪種統(tǒng)計(jì)方法最為常用？（）A.卡方檢驗(yàn)B.系統(tǒng)發(fā)育獨(dú)立對(duì)比(DIC)C.中性模型檢驗(yàn)D.線性回歸分析8.當(dāng)使用形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)（如葉形測量值）進(jìn)行進(jìn)化關(guān)系研究時(shí)，常需要先進(jìn)行哪種處理以消除大小效應(yīng)等非進(jìn)化因素干擾？（）A.標(biāo)準(zhǔn)化B.對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換C.主成分分析(PCA)D.線性回歸9.在分析植物表觀遺傳標(biāo)記數(shù)據(jù)時(shí)，以下哪個(gè)概念對(duì)于理解表觀遺傳多樣性和進(jìn)化具有重要意義？（）A.核苷酸序列相似性B.甲基化水平變異C.系統(tǒng)發(fā)育距離D.基因表達(dá)量10.如果一個(gè)植物進(jìn)化研究項(xiàng)目需要分析大量個(gè)體的核基因組序列，以探究其群體歷史和適應(yīng)性進(jìn)化，以下哪種統(tǒng)計(jì)軟件包可能最為合適？（）A.R(withpackageslikeade4,adegenet)B.SPSSC.SASD.Minitab二、填空題（請(qǐng)將答案填入橫線上，每空2分，共20分）1.統(tǒng)計(jì)學(xué)在植物進(jìn)化研究中，不僅可以用于構(gòu)建________，還可以用于分析________、__________和________等方面。2.衡量兩個(gè)群體之間遺傳差異程度的常用指標(biāo)是________，其值范圍在0到1之間，值越大表示群體間差異越大。3.基于________數(shù)據(jù)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹時(shí)，常用的模型需要考慮________速率和________速率。4.在植物形態(tài)性狀的進(jìn)化分析中，__________分析常用于識(shí)別主要變異方向并降維。5.分子鐘假說認(rèn)為，對(duì)于________的線狀序列，其進(jìn)化速率在足夠長的時(shí)間尺度上可以視為________。6.________分析是一種常用的群體結(jié)構(gòu)探測方法，可以識(shí)別混合種群或種群內(nèi)的分層現(xiàn)象。7.比較不同植物物種或群體在多個(gè)性狀上的差異時(shí)，__________是一個(gè)常用的統(tǒng)計(jì)方法，可以檢驗(yàn)各性狀間的協(xié)變關(guān)系。8.估計(jì)一個(gè)物種最近公共祖先（MRCA）出現(xiàn)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)方法稱為________。9.在進(jìn)行植物進(jìn)化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析前，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行________和________，以確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。10.評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)發(fā)育樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可靠性常用的方法是________。三、簡答題（請(qǐng)簡潔明了地回答下列問題，每題5分，共20分）1.簡述系統(tǒng)發(fā)育距離法的原理及其在構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹時(shí)的主要步驟。2.解釋什么是遺傳多樣性？請(qǐng)列舉至少三種衡量群體遺傳多樣性的統(tǒng)計(jì)量。3.簡述分子鐘假說的基本思想及其在植物進(jìn)化研究中的應(yīng)用。4.在植物進(jìn)化研究中，為什么需要考慮數(shù)據(jù)的系統(tǒng)發(fā)育非獨(dú)立性？簡述系統(tǒng)發(fā)育獨(dú)立對(duì)比（DIC）的基本思路。四、論述題（請(qǐng)結(jié)合實(shí)例，深入闡述下列問題，每題10分，共20分）1.論述生物統(tǒng)計(jì)軟件（如MEGA,RAxML,DnaSP等）在植物進(jìn)化研究中的具體應(yīng)用，并比較它們各自的優(yōu)勢和適用場景。2.結(jié)合一個(gè)具體的植物類群（如你熟悉的或正在研究的），論述如何綜合運(yùn)用分子標(biāo)記數(shù)據(jù)和形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)來研究其進(jìn)化歷史和適應(yīng)性分化。---試卷答案一、選擇題1.A2.B3.C4.A5.C6.B7.B8.C9.B10.A二、填空題1.系統(tǒng)發(fā)育樹，群體遺傳結(jié)構(gòu)，適應(yīng)性進(jìn)化，物種形成過程2.Fst3.核苷酸，堿基4.主成分分析(PCA)5.線粒體DNA或核糖體RNA，恒定6.結(jié)構(gòu)7.系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)分析(PCA或MANOVA)8.分子時(shí)鐘校正9.清洗，過濾10.Bootstrap三、簡答題1.原理：系統(tǒng)發(fā)育距離法通過計(jì)算不同物種（或樣本）之間的差異程度（距離），將差異轉(zhuǎn)化為距離，距離越近表示親緣關(guān)系越近，距離越遠(yuǎn)表示親緣關(guān)系越遠(yuǎn)。常用的距離包括Kimura距離、Jukes-Cantor距離等，這些方法考慮了核苷酸替換的模型。構(gòu)建步驟通常包括：選擇合適的分子標(biāo)記和樣本；測序并處理數(shù)據(jù)（如校對(duì)、去除不確定位點(diǎn)）；根據(jù)核苷酸替換模型計(jì)算樣本間的距離矩陣；利用距離矩陣（如UPGMA、Neighbor-Joining算法）構(gòu)建聚類樹（系統(tǒng)發(fā)育樹）。2.定義：遺傳多樣性是指一個(gè)種群內(nèi)個(gè)體間遺傳變異的總和。它反映了種群的遺傳結(jié)構(gòu)和進(jìn)化潛力。衡量指標(biāo)：*核苷酸多樣性（π）：種群內(nèi)等位基因序列間的平均差異。*位點(diǎn)等位基因多樣性（He）：在某個(gè)基因位點(diǎn)，等位基因頻率的方差，即Nei'sdiversity。*遺傳結(jié)構(gòu)（Fst）：群體間遺傳分化程度。3.基本思想：分子鐘假說認(rèn)為，對(duì)于進(jìn)化速率相對(duì)恒定的線粒體DNA或核糖體RNA等線狀分子序列，其核苷酸或氨基酸替換速率在足夠長的時(shí)間尺度上是一個(gè)相對(duì)常數(shù)。通過比較不同物種之間這些序列的差異，并利用已知的替換速率，可以估算物種間或種內(nèi)不同群體間分化所經(jīng)歷的時(shí)間。應(yīng)用：可用于估算物種的divergencetime（分化時(shí)間）、構(gòu)建基于時(shí)間的系統(tǒng)發(fā)育樹、檢驗(yàn)不同基因或區(qū)域的進(jìn)化速率異質(zhì)性、研究生物的群體歷史和遷徙等。4.原因：由于遺傳標(biāo)記在不同進(jìn)化lineage（分支）上可能以不同的速率進(jìn)化，直接比較不同性狀或基因在不同分支上的差異可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論，因?yàn)樗鼈兛赡苁艿讲煌倪x擇壓力或遺傳漂變影響。系統(tǒng)發(fā)育非獨(dú)立性意味著性狀的進(jìn)化并非獨(dú)立于其進(jìn)化歷史。DIC思路：系統(tǒng)發(fā)育獨(dú)立對(duì)比（DivergenceIndependentContrast）等方法通過將性狀差異與系統(tǒng)發(fā)育樹上的分支分化事件進(jìn)行對(duì)齊，使得比較在系統(tǒng)發(fā)育上等價(jià)的分支（即經(jīng)歷了相同時(shí)間長度和相似進(jìn)化速率的分支）上的性狀差異，從而消除或減弱系統(tǒng)發(fā)育非獨(dú)立性的影響，更準(zhǔn)確地揭示性狀與進(jìn)化歷史之間的關(guān)系。四、論述題1.MEGA：是一款基礎(chǔ)且用戶友好的多序列比較軟件。應(yīng)用：可用于序列對(duì)齊、計(jì)算各種距離和多樣性指數(shù)、構(gòu)建基于距離或序列替換模型的系統(tǒng)發(fā)育樹（如NJ,UPGMA,ML）、進(jìn)行基本的系統(tǒng)發(fā)育分析（如ML搜索、貝葉斯樹）。優(yōu)勢：免費(fèi)、易用、功能全面。適用場景：教學(xué)入門、小規(guī)模數(shù)據(jù)集分析、基礎(chǔ)序列處理和樹構(gòu)建。RAxML：是目前功能強(qiáng)大且計(jì)算效率高的基于最大似然法的系統(tǒng)發(fā)育分析軟件。應(yīng)用：主要用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集的系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建，特別是最大似然搜索，并可進(jìn)行貝葉斯抽樣支持值（BS）和自引導(dǎo)（Bootstrap）分析以評(píng)估樹拓?fù)涞目煽啃浴?yōu)勢：針對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)優(yōu)化、算法高效、支持多種模型和并行計(jì)算。適用場景：需要高精度樹構(gòu)建和大量樣本分析的研究。DnaSP：主要用于分子進(jìn)化數(shù)據(jù)分析，特別是核苷酸數(shù)據(jù)。應(yīng)用：計(jì)算各種遺傳多樣性指數(shù)、檢測選擇信號(hào)（如正選擇、純化選擇）、進(jìn)行群體遺傳結(jié)構(gòu)分析（Admixture）、測試中性進(jìn)化模型（如Tajima'sD,Fu'sFs）、計(jì)算基因流（Nm）等。優(yōu)勢：專注于分子進(jìn)化統(tǒng)計(jì)計(jì)算、提供多種檢驗(yàn)和繪圖功能。適用場景：群體遺傳結(jié)構(gòu)分析、分子進(jìn)化速率和選擇分析、中性檢驗(yàn)。比較：MEGA適合快速、基礎(chǔ)的分析和教學(xué)；RAxML是大規(guī)模ML分析的首選，追求計(jì)算效率和精度；DnaSP專注于分子進(jìn)化統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和模型檢驗(yàn)。研究者常根據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)模、分析目的和計(jì)算資源選擇合適的軟件，有時(shí)也會(huì)結(jié)合使用。2.論述示例（以某高山植物為例）：*研究背景：假設(shè)某高山植物分布于不同海拔梯度，面臨不同的環(huán)境壓力（如溫度、光照、水分）。選擇該類群研究其進(jìn)化歷史和適應(yīng)性分化。*分子標(biāo)記數(shù)據(jù)應(yīng)用：*線粒體DNA（如COI）：用于構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，明確物種間關(guān)系和親緣譜系，揭示物種形成歷史和可能的地理分化事件。*核基因組標(biāo)記（如SSR、SNP芯片）：用于分析群體遺傳結(jié)構(gòu)（如使用STRUCTURE或ADMIXTURE），識(shí)別不同海拔群體的分化程度和基因流模式；計(jì)算群體間Fst，檢測遺傳分化；進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析（GWAS），尋找與海拔適應(yīng)相關(guān)的基因位點(diǎn)（如抗寒、耐旱基因）。*形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用：*測量性狀：選擇與環(huán)境適應(yīng)相關(guān)的形態(tài)性狀，如株高、葉片面積、葉形指數(shù)、花色（作為適應(yīng)性狀）等。*PCA分析：對(duì)所有樣本的形態(tài)性狀進(jìn)行PCA分析，識(shí)別主要的形態(tài)變異方向，并將不同海拔的樣本在PCA空間中plotting，可視化不同群體間的形態(tài)差異和聚類情況。*系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)分析（如PERMANOVA或MANOVA）：將PCA得到的形態(tài)主成分或原始性狀數(shù)據(jù)，與系統(tǒng)發(fā)育樹信息結(jié)合，檢驗(yàn)形態(tài)差異是否與系統(tǒng)發(fā)育歷史獨(dú)立（PERMANOVA），或分析形態(tài)性狀與系統(tǒng)發(fā)育分支的關(guān)系（MANOVA），以排除系統(tǒng)發(fā)育噪音。*綜合分析：*整合系統(tǒng)發(fā)育樹與遺傳多樣性：在系統(tǒng)發(fā)育樹上展示群體遺傳多樣性（如π值、He值）的分布模式，探討多樣性中心與物種起源的關(guān)系。*關(guān)聯(lián)形態(tài)與遺傳：比較不同形態(tài)聚類群（從PCA或PERMANOVA得到）內(nèi)部的遺傳相似度，或?qū)ふ铱刂脐P(guān)鍵適應(yīng)性形態(tài)性狀的遺傳標(biāo)記。*歷史與適應(yīng)：