EXCEL和SPSS软件在遗传学教学中的应用.doc

EXCEL和SPSS软件在遗传学教学中的应用罗茂春* 收稿日期：资助项目：龙岩学院遗传学省级精品课程建设项目作者简介：罗茂春（1961-），福建龙岩人，男，副教授，主要从事遗传学方面的教学和科研，E-mail：。 许卫华 黄素华（龙岩学院 生命科学学院 364000）摘要 结合遗传学多媒体教学过程，以举例的形式探讨了EXCEL中相关函数和SPSS统计软件在遗传学教学中关于遗传组合概率运算、概率分布、遗传规律适用以及数量性状变异特征的数据分析处理等方面的渗透应用，以冀丰富遗传教学的教学内容和教学手段，适应现代遗传学教学信息化发展的要求。关键词 遗传学 教学 EXCEL SPSS 统计软件遗传学是大学生命科学类专业中最为重要的一门专业基础课，也是高中生物学教学极为重要的内容。遗传学因为其内容抽象难懂，发展迅速，学科（如数学、计算机及生物信息学）交叉性强等原因，使得其教学和学习变得越来越困难。本课程组在大学遗传学教学过程中，结合多媒体技术，将EXCEL电子表格和SPSS统计软件融合到某些教学过程中，一方面，使多媒体内容和形式更加图文并茂，同时也使繁琐的原始数据整合处理以及深奥、抽象的数学过程变得可视化，受到了学生的欢迎，现举例如下。1 EXCEL在概率运算中的应用1 1 用EXCEL中的BINOMDIST函数计算遗传事件组合概率及分布遗传事件组合，指的是某两个已知基因型亲本杂交后代在时间和空间上的组合，如多后裔或多产（植物如豌豆和玉米）或多胎（猪）生物物种中后代各种基因型和表现型的分布和组合以及单后裔或单胎生物（如人类遗传）物种连续若干后代基因型和表现型的分布和组合。BINOMDIST 函数是用于处理固定次数的试验或实验问题，返回结果为一元二项式分布的概率，在遗传学教学过程中，该函数可用来计算某一特定遗传事件（如杂交后代中特定基因型合子出现的概率）发生概率和各种遗传事件组合概率，并绘制出概率分布图。BINOMDIST计算遗传概率的方法和步骤：（1）测出双亲某性状或多性状的基因型；（2）后代可能出现的两种基因型或表现型（独立，非此即彼）及各自的概率（p和q，且pq1）；（3）用EXCEL中得BINOMDIST函数计算概率。具体方法如下，打开电子表格，在一个单元格（cell）中输入“BINOMDIST(M，N，P，TRUE/FALSE)”。其中，M表示试验成功次数，N表示独立试验次数，P表示单次试验成功的概率，TRUE/FALSE为逻辑值（选TRUE返回累积分布函数，即至多M次成功的概率，选 FALSE，返回概率密度函数，即M次成功的概率），决定函数输出形式。如某一性状由一对显性完全的A/a基因控制。两纯合亲本杂交，得到F1代，基因型为Aa；F2代有20个后裔，问这20个后裔表型为aa的分布概率？EXCEL解决这个问题的方法如下：（1）在EXCEL A1单元格中输入“0”，选中A1单元格，鼠标移到单元格右下角至光标变为黑色“”字型的填充柄，右键同行拖移20个单元格以上，放开填充柄，弹出一个菜单，选择序列，“终止值”选项卡上填上20，其它选项卡为默认值，单击确定完成填充；（2）选中A2单元格，输入“=BINOMIDIST(A1,20,0.25,FALSE)”，回车即可，然后用鼠标左键同行方向托移填充柄至U2单元格，计算机自动计算出21种组合概率，为 “0.003171212 0.021141413 0.066947808 0.1338956150.189685455 0.202331152 0.1686092930.1124061950.0608866890.0270607510.009922275 0.00300675 0.0007516880.0001541922.56987E-053.4265E-06 3.56927E-072.79942E-08 1.55524E-095.45697E-119.09495E-13”；（3）选中B2到U2的区域，用工具栏的“图表向导”中折线图完成图形输出，见图1。图1 F2中20个表型为aa后裔的概论分布图12 用EXCEL中的CHIDIST函数进行卡方检验（Chi-Square Test，2）2检验作为一种非参数检验的方法在遗传学中起到了非常重要的作用。检验性状分离比符合孟德尔遗传与否，判断两基因连锁与否，都需要进行卡方检验。在EXCEL中进行卡方检验的步骤如下：（1）输入原始数据计算卡方值，见表1（A1:F6区域）；（2）在一空单元格中输入“CHIDIST(32.4，3)”，回车后得到概率值（P值）为4.30997E-07，远远小于0.01，从而认为实得数不符合预期数，基因自由组合的假设大可怀疑。 表1 两对基因杂种子二代资料的2检验（A1:F6区域）1紫长紫圆红长红圆合计实得数（O）22695971419预期数（E）235.6978.5678.5626.194192 （O-E）2/E0.403.444.3324.2332.40P=CHIDIST(32.40,3)2 SPSS统计软件在分析数量性状遗传数据中的应用SPSS软件是国内非常优秀的专业统计软件，在遗传教学中，可利用其强大的数据分析和图形输出功能，让课堂变得丰富多彩。下面是本人在数量性状遗传教学过程中的一些运用举例。21 利用SPSS12.0过程分析群体数量性状的分布特征某禽育种专家从200只肉鸡中随机抽检了40头鸡的腹脂率（见表2），问，（a）该样本基本的统计量为多少；（b）该样本分布是正态分布吗，抽样随机性如何？表2 肉鸡腹脂率随机抽检结果编号12345678910腹脂率（%）2.122.811.852.312.5022.402.77编号11121314151617181920腹脂率（%）1.821.942.111.661.972.082.404编号21222324252627282930腹脂率（%）2.041.852.532.282.401.592.562.561.882.11编号31323334353637383940腹脂率（%）1.842.042.101.872.711.562.102.062.422.00下面用SPSS12.0软件来分析这个样本：（1）首先在EXCEL中（也可直接在SPSS data editor中录入）原始数据，SPSS可以直接从EXCEL中录入数据，第一行定义为变量（FUZHILV）；（2）用“AnalyzeDescriptive statisticsDescriptive”过程对样本进行描述性分析，分析结果见表3；（3）用“AnalyzeNonparametric Tests1-sample K-S”过程检测样本是否为正态分布；（4） 用“GraphsBarSimple”过程输出条形分布图，用“GraphsHistogram”过程输出条形分布图（见图2）。表3 描述性统计（Descriptive Statistics）样本量N最小值Minimum最大值Maximum平均值Mean标准差Std. Deviation偏度Skewness峰度KurtosisFUZHILV401.563.422.2323.4190.903.757表4 正态分布检验输出结果（One-Sample Kolmogorov-Smirnov Test）FUZHILVN40Normal ParametersMean2.2322Std. Deviation0.4190Most Extreme DifferencesAbsolute0.171Positive0.171Negative-0.088Kolmogorov-Smirnov Z1.084Asymp. Sig. (2-tailed)0.191aa: Test distribution is Normal.图2 样本各观察值的条形图（Bar）和直方图（Histogram）从表3可以得到样本统计量的一些信息，如平均值、标准差、两个最值、峰度值及偏度值；从表4可以得到正态分布的检验的双尾概率（Sig. (2-tailed)）为0.191，可判定该样本为正态分布，抽样是随机的；从图2可以直观地看出样本中各观察值的变异程度和分布图。22 利用SPSS过程分析各数量性状之间的定性和定量关系在数量遗传中，有些性状是很难度量或很不经济，如瘦肉率的测定；在运用数量遗传指导育种过程中，也经常会发现性状之间存在明显的相互促进或相互抵消的关系，如猪的生长速度和抗病力两性状就是相互抵消的关系。如何科学地判断各性状之间的关系，如何得出各性状之间的统计水平的数量关系，都需要结合统计的方法来解决这些问题。例如，要分析虎螈的体长和头宽之间的关系，在SPSS中是这样分析的：（1）测定12只虎螈的体长和头宽（见表5）；（2）在SPSS data editor中定义体长和头宽的两个变量（x和y），并输入观察值；（3）用“AnalyzeRegressionCurve Estimation”过程分析体长和头宽之间的相关关系及可能的数学关系，输出结果见图3和图4；（4）用F值检验回归关系显著性，用决定系数R Square检验拟合曲线的估计值与对应的实际数据之间的拟合程度，也即拟合曲线的可靠性；（5） 建立统计水平的数学关系，也即拟合回归方程。表5 12只虎螈体长和头宽的测量值2编号123456789101112X(mm)7262867664827196871038674Y(mm)171420141520152119231817Dependent variable. Y Method. LINEARMultiple R .90975R Square .82764Adjusted R Square .81040Standard Error 1.27457 Analysis of Variance: DF Sum of Squares Mean SquareRegression 1 78.004779 78.004779Residuals 10 16.245221 1.624522F = 48.01706 Signif F = .0000- Variables in the Equation -Variable B SE B Beta T Sig TX .215037 .031032 .909746 6.929 .0000(Constant) .564936 2.507155 .225 .8263图3 虎螈头宽（y）对体长（x）的回归分析结果图4 虎螈头宽（y）对体长（x）的线性拟合从图3可以得出， （1）检验值F48.01706， Signif F，也即显著性检验的概率值（P） = .0000 0.01，表明拟合回归方程具有极显著的统计学意义；（2）决定系数R Square=0.82764，表明头宽（y）的82.8%的变异可以用体长（x）来解释，模型具有较高的可靠性；（3）同时根据“Variables in the Equation”输出结果中的X值和常量值（constant）也可以确立两数量性状之间的统计水平的数学关系，也即拟合回归方程为：0.215037X +0.564936；（4）从图5也可以更直观地看出两数量性状之间的变异相关关系，尤其是当体长大于90mm时模型几乎能100%解释两变量之间的变化关系。3.小结高等院校遗传学教师大多都从事科学研究，也有部分教师在教学、科研的同时被企业聘为技术顾问，高校教师能够从科研和生产中得到很多与学科有关的科研数据和生产资料，如果教师能够将这些数据与课堂教学结合起来，一方面能使一些抽象、深奥的理论变得更加容易理解，同时，也能让学生确实感受到他们学习的理论对实践的指导作用。本文抛砖引玉，就几个常见的EXCEL函数及SPSS统计模块在经典遗传概率统计及数量性状统计分析中的应用进行了举例，但遗传学科发展迅速、学科交叉性强，笔者建议大学遗传学教师应该丰富自己的知识，多学习一些信息技术和课程相关软件，在教学手段上充分运用现代多媒体技术和信息技术，提高教学效果。参考文献1 刘祖洞.遗传学（上册）M高等教育出版社,1990:41-41.2 徐晋麟,徐沁,陈淳.现代遗传学原理M科学出版社,2001:105-105.Application of EXCEL and SPSS Software in Genetics TeachingLUO Mao-chun XU Wei-hua HUANG Su-hua(College of Life Sciences of Longyan University, 364000)Abstract: Application situation of EXCEL statistics function and SPSS software in Multi-media genetics teaching was presented in teaching examples which included probability of specific g