2025年大學(xué)《生物統(tǒng)計學(xué)》專業(yè)題庫——統(tǒng)計學(xué)在微生物世界進化研究中的應(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.在比較兩個微生物菌株在某個性狀（如生長速率）上的差異時，若樣本量較小且數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，應(yīng)優(yōu)先考慮使用哪種統(tǒng)計檢驗方法？A.配對樣本t檢驗B.獨立樣本t檢驗C.Wilcoxon符號秩檢驗D.Mann-WhitneyU檢驗2.某研究旨在分析不同營養(yǎng)脅迫條件（對照組、氮缺乏組、磷缺乏組）對某微生物群落豐度的影響。若要檢驗三種條件下群落豐度的總體均值是否存在顯著差異，最適合使用的統(tǒng)計方法是什么？A.線性回歸分析B.相關(guān)系數(shù)分析C.單因素方差分析（ANOVA）D.Kruskal-WallisH檢驗3.在構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹時，如果使用距離法，通常需要計算物種間的距離。對于兩個DNA序列，常用的距離計算方法之一是______距離，它通過比較序列間的差異位點數(shù)量來估算遺傳距離。A.Jukes-CantorB.KimuraC.NeiD.Hamming4.已知某基因在三個不同微生物物種中的核苷酸序列，要比較它們之間序列差異的多少，常用的統(tǒng)計量是______。該值越接近1，表示序列越相似。A.核苷酸多樣性（π）B.系統(tǒng)發(fā)育距離C.相似性指數(shù)D.Fst5.在研究環(huán)境因子（如溫度）與微生物某性狀（如酶活性）的關(guān)系時，如果兩個變量之間存在線性趨勢，且希望量化這種線性關(guān)系的強度和方向，應(yīng)使用哪種統(tǒng)計方法？A.方差分析B.相關(guān)分析C.回歸分析D.主成分分析6.對于來自正態(tài)分布總體的樣本，當(dāng)樣本量較大時（n>30），其樣本均值的抽樣分布可以近似看作______分布。A.t分布B.卡方分布C.F分布D.正態(tài)分布7.在進行假設(shè)檢驗時，第一類錯誤（TypeIError）指的是______。A.接受了實際上不正確的原假設(shè)B.拒絕了實際上正確的原假設(shè)C.接受了實際上正確的備擇假設(shè)D.拒絕了實際上不正確的原假設(shè)8.若要分析多個環(huán)境變量（如pH、鹽度、光照）對微生物群落多樣性的綜合影響，可以考慮使用______方法來降維并識別主要影響因子。A.因子分析B.線性回歸C.方差分析D.聚類分析9.在比較不同進化路徑（如不同系統(tǒng)發(fā)育樹拓撲結(jié)構(gòu)）對數(shù)據(jù)擬合優(yōu)度時，______分析是一種常用的統(tǒng)計方法，它選擇能夠最大化數(shù)據(jù)似然性的樹。A.系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建B.貝葉斯推理C.最大似然D.距離矩陣10.對一組微生物樣本的基因拷貝數(shù)進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)呈明顯右偏態(tài)分布。在這種情況下，描述該組數(shù)據(jù)集中趨勢更合適的統(tǒng)計量是______。A.平均數(shù)B.中位數(shù)C.眾數(shù)D.標準差二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.統(tǒng)計推斷主要包括______和______兩大類方法。2.假設(shè)檢驗中，檢驗統(tǒng)計量的臨界值取決于所選取的______水平。3.在分析多個微生物性狀與環(huán)境因素的關(guān)系時，如果自變量是分類變量，因變量是連續(xù)變量，可以使用______模型進行分析。4.衡量一個樣本數(shù)據(jù)離散程度的統(tǒng)計量主要有______、______和______。5.當(dāng)樣本量較?。╪<30）且總體標準差未知時，通常使用______分布來構(gòu)建總體均值的置信區(qū)間或進行假設(shè)檢驗。6.在比較兩組或多組微生物樣本的多樣性指數(shù)（如Shannon指數(shù)）是否存在顯著差異時，除了參數(shù)檢驗（如ANOVA），也可以考慮使用______檢驗等非參數(shù)方法。7.系統(tǒng)發(fā)育分析中，常用的距離度量方法除了距離法，還有______和______。8.實驗設(shè)計的基本原則包括______、______和______。三、名詞解釋（每小題4分，共16分）1.顯著性水平（α）2.相關(guān)系數(shù)3.隨機抽樣4.系統(tǒng)發(fā)育樹四、簡答題（每小題5分，共10分）1.簡述參數(shù)檢驗和非參數(shù)檢驗的主要區(qū)別及其適用條件。2.在微生物進化研究中，為什么需要使用統(tǒng)計方法來分析實驗數(shù)據(jù)或觀察數(shù)據(jù)？五、計算題（每小題8分，共16分）1.某研究比較了兩種不同培養(yǎng)條件下某種酵母菌的存活時間（小時）。隨機抽取10個酵母菌在條件A下培養(yǎng)，平均存活時間為45小時，標準差為5小時。另隨機抽取10個酵母菌在條件B下培養(yǎng)，平均存活時間為50小時，標準差為6小時。請使用獨立樣本t檢驗（假設(shè)數(shù)據(jù)近似正態(tài)分布且方差相等），初步檢驗兩種培養(yǎng)條件對酵母菌存活時間是否存在顯著影響。（無需計算具體t值和P值，只需寫出檢驗步驟和公式）2.研究人員測量了5個土壤樣品中某種功能性基因（如抗生素抗性基因）的拷貝數(shù)（log10轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)）：2.1,2.5,2.3,2.4,2.6。請計算該組數(shù)據(jù)的樣本均值、樣本方差和樣本標準差。（無需寫公式，直接計算結(jié)果）六、綜合應(yīng)用題（10分）假設(shè)你正在研究溫度變化對某共生微生物群落結(jié)構(gòu)的影響。你選擇了三個溫度梯度（T1=15°C,T2=25°C,T3=35°C）的實驗組，以及一個對照組（T0=10°C）。在每個溫度條件下，你采集了土壤樣品，并使用高通量測序技術(shù)分析了樣品中16SrRNA基因的擴增子序列，以評估不同操作分類單元（OTUs）的相對豐度。請設(shè)計一個統(tǒng)計分析方案，說明你將如何使用統(tǒng)計方法來檢驗溫度梯度是否對微生物群落結(jié)構(gòu)（例如，通過計算某個多樣性指數(shù)或使用相似性指數(shù)）產(chǎn)生了顯著影響。你需要說明要使用的統(tǒng)計方法、需要計算哪些指標，并簡述結(jié)果解釋的思路。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.C5.C6.D7.A8.A9.C10.B二、填空題1.參數(shù)估計假設(shè)檢驗2.顯著性3.泛化線性模型(或廣義線性模型GLM)4.極差(或范圍)標準差變異系數(shù)5.t6.Kruskal-WallisH7.鄰接法(或Neighbor-Joining)最大似然法8.重復(fù)隨機性可控性單一性三、名詞解釋1.顯著性水平（α）：假設(shè)檢驗中，犯第一類錯誤（即拒絕真實原假設(shè)）的概率上限，通常在檢驗前設(shè)定（如0.05）。2.相關(guān)系數(shù)：衡量兩個變量之間線性相關(guān)程度的統(tǒng)計量，其值介于-1和1之間，表示相關(guān)強度和方向。常用的是皮爾遜相關(guān)系數(shù)（衡量線性相關(guān)）。3.隨機抽樣：從總體中按照機會均等的原則抽取樣本單元的過程，目的是使樣本能夠較好地代表總體，保證樣本的代表性。4.系統(tǒng)發(fā)育樹：基于進化關(guān)系構(gòu)建的樹狀圖，用以表示不同物種（或類群）從共同祖先分枝演化而來的歷史過程，是生物進化關(guān)系的一種可視化表達。四、簡答題1.參數(shù)檢驗基于樣本數(shù)據(jù)推斷總體參數(shù)，通常要求數(shù)據(jù)服從特定的分布（如正態(tài)分布），并利用樣本統(tǒng)計量推斷總體參數(shù)。非參數(shù)檢驗對數(shù)據(jù)分布沒有嚴格要求（或要求很弱），直接對數(shù)據(jù)的秩、位置或分布形態(tài)進行檢驗，推斷的是總體分布的特征或位置關(guān)系。參數(shù)檢驗通常具有更高的統(tǒng)計功效（在原假設(shè)為真時），但適用范圍較窄。2.微生物進化研究會產(chǎn)生大量實驗數(shù)據(jù)或觀察數(shù)據(jù)（如基因序列、表型性狀、群落結(jié)構(gòu)等），這些數(shù)據(jù)往往具有隨機性和復(fù)雜性。統(tǒng)計方法能夠幫助研究者：①描述數(shù)據(jù)的特征（集中趨勢、離散程度）；②檢驗不同群體或處理間是否存在顯著差異（如進化速率、多樣性差異）；③探索變量之間的關(guān)系（如環(huán)境因素與性狀的關(guān)系）；④從數(shù)據(jù)中提取有用的信息，做出科學(xué)的推斷和結(jié)論，從而更深入地理解微生物的進化規(guī)律和機制。五、計算題1.步驟：a.提出零假設(shè)H0：兩種條件下的酵母菌平均存活時間相等（μA=μB），備擇假設(shè)H1：兩種條件下的酵母菌平均存活時間不等（μA≠μB）。b.計算合并方差估計值s_p^2=[(nA-1)sA^2+(nB-1)sB^2]/(nA+nB-2)（其中nA,nB為樣本量，sA^2,sB^2為樣本方差）。c.計算檢驗統(tǒng)計量t=(ˉxA-ˉxB)/sqrt[s_p^2*(1/nA+1/nB)]（其中ˉxA,ˉxB為樣本均值）。d.查找自由度為nA+nB-2的t分布表，獲得臨界t值（根據(jù)α水平）。e.比較計算得到的t值與臨界t值的大小，或計算P值，做出統(tǒng)計推斷（拒絕或未拒絕H0）。2.樣本均值：(2.1+2.5+2.3+2.4+2.6)/5=2.4樣本方差：[(2.1-2.4)^2+(2.5-2.4)^2+(2.3-2.4)^2+(2.4-2.4)^2+(2.6-2.4)^2]/(5-1)=[(-0.3)^2+0.1^2+(-0.1)^2+0^2+0.2^2]/4=(0.09+0.01+0.01+0+0.04)/4=0.15/4=0.0375樣本標準差：sqrt(0.0375)≈0.1937六、綜合應(yīng)用題分析方案：1.數(shù)據(jù)預(yù)處理：對每個樣品的OTU相對豐度數(shù)據(jù)進行標準化處理（如使用Rarefaction曲線確保樣品間測序深度相似，或進行歸一化處理），以消除測序深度差異的影響。2.選擇多樣性指數(shù)：計算每個樣品的Alpha多樣性指數(shù)（如Shannon指數(shù)或Simpson指數(shù)），用以衡量樣品內(nèi)部的物種豐富度和均勻度。也可以計算Beta多樣性指數(shù)（如使用Bray-Curtis距離或Jaccard距離），用以衡量樣品間的群落結(jié)構(gòu)差異。3.選擇統(tǒng)計方法：*若使用Alpha多樣性指數(shù)：將三個溫度梯度組（T1,T2,T3）和一個對照組（T0）的Alpha多樣性指數(shù)值視為獨立樣本，使用單因素方差分析（ANOVA）檢驗不同溫度組間的Alpha多樣性是否存在顯著差異。如果ANOVA結(jié)果顯著，可以進行事后多重比較（如TukeyHSD檢驗）來確定哪些組之間存在顯著差異。*若使用Beta多樣性指數(shù)：可以將所有樣品的標準化OTU相對豐度數(shù)據(jù)構(gòu)成一個矩陣，計算樣品間的距離矩陣（如Bray-Curtis距離）。然后，使用非參數(shù)的多因素方差分析（PERMANOVA）檢驗溫度因素（作為分組因子）是否對樣品間的群落結(jié)構(gòu)（Beta多樣性）產(chǎn)生顯著影響。4.實施分析：使用合適的統(tǒng)計軟件（如R語言中的vegan包或PRIMER軟件