基于Probit回歸法的生防菌毒力測定分析

陳斌 鄭宇

摘 要：應(yīng)用SPSS軟件概率單位（Probit）回歸方法，進行了生防菌玫煙色棒束孢毒力測定中致死中濃度（LC50）的計算和秩和檢驗。結(jié)果表明，SPSS和DPS這2個軟件計算的LC50結(jié)果無統(tǒng)計學(xué)差異，利用SPSS計算方法可同時得出LC50的95%置信區(qū)間，而利用Probit回歸法可用于生防菌半數(shù)致死量的計算，該方法具有可靠、直觀、快速、方便的特點。

關(guān)鍵詞：Probit回歸法;玫煙色棒束孢;毒力測定;致死中濃度（LC50）

中圖分類號 S433文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2019）20-0078-03

Abstract：The probabilistic unit （Probit） regression method in SPSS software was used to calculate the lethal concentration （LC50） and the rank sum test in the virulence determination of the biocontrol agent Isaria fumosorosea. The results showed that there was no statistical difference between the SPSS and DPS software calculations，but the SPSS calculation method can simultaneously obtain the 95% confidence interval of LC50. The Probit regression method can be used to calculate the median lethal concentration of the biocontrol agents，which is reliable，intuitive，fast and convenient.

Key words：Isaria fumosorosea;Virulence determination;Median lethal concentration （LC50）

玫煙色棒束孢（Isaria fumosorosea Wize），舊稱玫煙色擬青霉（Paecilomyces fumosoroseus），屬半知菌亞門、絲孢綱、絲孢目、叢梗孢科、擬青霉屬，地理分布廣泛，昆蟲寄主多樣。研究發(fā)現(xiàn)，玫煙色棒束孢對抗性較強、為害范圍較廣的半翅目昆蟲——蚜蟲、粉虱具有很強的致病力，在適合的環(huán)境條件下可形成流行病，是重要的昆蟲病原真菌之一[1-4]。一直以來，菌株對靶標(biāo)害蟲的致病力（毒力）大小是篩選和評價1株優(yōu)良生防菌的重要指標(biāo)，其中致死中濃度（Median Lethal Concentration，LC50）是評價菌株毒力大小的重要參數(shù)和依據(jù)[5，6]。因此，LC50的可靠性就顯得十分重要，其計算方法的科學(xué)性、合理性和簡便性值得探討和研究。目前，有關(guān)LC50的算法多達(dá)20余種，以往較為常用的有寇氏法、改良寇氏法、簡化概率單位法、Bliss氏法及序貫法等[7]。早期菌劑毒力的測定計算，大多延用累積法和累計對數(shù)法，這2種方法的誤差大，不能計算出95%置信區(qū)間。張春華等認(rèn)為改良寇氏法更為準(zhǔn)確，并推薦采用改良寇氏法計算，而Bliss法是計算LD50最科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)和可靠的方法[8]，但由于其正態(tài)分布概率計算繁瑣，應(yīng)用極不方便。

目前，有關(guān)生防菌LC50的計算尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，大多根據(jù)研究者自己掌握的不同方法來計算，數(shù)據(jù)分析缺乏一定的統(tǒng)一性和嚴(yán)謹(jǐn)性。而隨著計算機技術(shù)發(fā)展，通過專業(yè)的編程，設(shè)計出適合LC50的計算軟件，可以使相關(guān)技術(shù)人員可以從復(fù)雜的計算中解放出來。SPSS（Statistical Package for the Social Science）軟件就是其中之一，程序使用窗口化管理，對話框指定參數(shù)，無需撰寫、記憶大量的公式、命令等，只要了解一些基本的統(tǒng)計原理，掌握基本的操作，就可得到具有專業(yè)水平的統(tǒng)計分析結(jié)果[9，10]。本文通過SPSS19.0軟件中的概率單位（Probit）回歸計算生防菌玫煙色棒束孢致死中濃度（LC50）方法，對比文獻(xiàn)中運用DPS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)生物測定模擬回歸方程估計方法，驗證SPSS計算LC50的可行性、可靠性和方便性，為生防菌劑相關(guān)致病力實驗設(shè)計和菌株評價提供參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 SPSS19.0軟件計算生防菌玫煙色棒束孢LC50的步驟

1.1.1 數(shù)據(jù)來源 以文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)[11]（表1）為例，對SPSS計算生防菌LC50的過程進行介紹。

1.1.2 數(shù)據(jù)輸入 運行SPSS選擇“輸入數(shù)據(jù)”進入數(shù)據(jù)集。左下角切換到“變量視圖”后定義變量，在名稱輸入“孢子濃度”、“蚜蟲數(shù)”和“蚜蟲死亡數(shù)”，然后左下角切換到“數(shù)據(jù)視圖”。依據(jù)表頭提示輸入各實驗數(shù)據(jù)。

1.1.3 參數(shù)選擇 選擇主菜單“分析”→“回歸”→“Probit”，進入“Probit”對話框。將“孢子濃度”選入“協(xié)變量（C）”，將“蚜蟲死亡數(shù)”選入“響應(yīng)頻率（S）”，將“蚜蟲數(shù)”選入“觀測值匯總（T）”，“轉(zhuǎn)換（N）”選擇“對數(shù)底為10”，其他選擇默認(rèn)項，然后選擇“確定”輸出數(shù)據(jù)。

1.2 驗證數(shù)據(jù)來源及2種方法比較 采用文獻(xiàn)[11]中毒力實驗中校正死亡率的數(shù)據(jù)，運用SPSS計算不同濃度、不同接菌時間下玫煙色擬青霉的LC50及95%CI;與文獻(xiàn)中DPS方法計算LC50的結(jié)果做兩相關(guān)樣本秩和檢驗，檢驗SPSS計算LC50的可行性。

2 結(jié)果與分析

2.1 SPSS19.0計算玫煙色棒束孢LC50輸出結(jié)果 輸出數(shù)據(jù)包括：參數(shù)估計值表（見表2）、卡方檢驗表（見表3）、孢子濃度的觀測值和期望值表（見表4）、不同死亡概率所對應(yīng)的孢子濃度以及95%置信區(qū)間（見表5）和孢子濃度-響應(yīng)散點圖（見圖2），概率0.50的值即為玫煙色擬青霉LC50，查詢得出接菌第8d時，LC50為6.018×106個·mL-1孢子，其95%置信區(qū)間CI為（2.95×106）～（1.43×107）個·mL-1孢子。孢子濃度-響應(yīng)散點圖（見圖2），橫軸是對數(shù)劑量，縱軸是響應(yīng)概率，各點存在一定的線性關(guān)系，同時也能看出劑量與響應(yīng)概率的大小關(guān)系。

2.2 2種方法計算結(jié)果比較 按照上述SPSS計算玫煙色棒束孢（7～10d）LC50步驟利用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)計算LC50，DPS計算結(jié)果來自文獻(xiàn)。SPSS和DPS計算LC50結(jié)果見表5。用SPSS做兩獨立樣本秩和檢驗，檢驗類型選擇“Wilcoxon”。DPS-SPSS的負(fù)秩有0個，平均秩次為0，負(fù)秩和為0;DPS-SPSS的正秩有4個，平均秩次為2.5，正秩和為10。Z值為-1.826，P=0.068，P>0.05，故不認(rèn)為2種方法計算LC50差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

3 結(jié)論與討論

目前，有關(guān)LC50的計算方法很多，有的計算簡便，但結(jié)果粗略;有的結(jié)果較準(zhǔn)確，但計算復(fù)雜。國外多采用LITCHFIELD和WILCOXON的坐標(biāo)紙圖解法。在我國普遍采用的方法可以歸納為2類：一類是死亡率-劑量反應(yīng)相關(guān)，要求為正態(tài)分布，其中概率單位圖解法和改良寇氏法較為常用;另一類是不要求為正態(tài)分布，計算時只查對有關(guān)表格即可得到LC50值，如霍恩氏法等[7，8]。

在統(tǒng)計軟件運用方面，作為優(yōu)秀的國產(chǎn)DPS軟件近年來在生物測定中應(yīng)用的比較廣泛[15]，并且隨著版本的不斷升級，計算精度也越來越高。DPS軟件在其“專業(yè)統(tǒng)計”菜單中有專門的“生物測定”子菜單，它在時間-劑量-死亡率模型分析方面表現(xiàn)的非常好，但概率分析操作以及結(jié)果輸出方面較之SPSS遜色。主要是不能一次同時輸出0.01～0.99的死亡率的濃度（或劑量），需要在對話框中輸入待求的濃度或劑量效應(yīng)指標(biāo)（如50 95等），也不能輸出對數(shù)單位與概率單位的關(guān)系曲線。另外，譚蘋、張志祥等對利用EXCEL軟件進行毒力回歸計算進行了很好的探索[16，17] ，但他們編制的程序都比較復(fù)雜，特別是初次操作時極為煩瑣，極易出錯。

在諸多涉及玫煙色棒束孢毒力測定文獻(xiàn)中，LC50的計算方法多樣，對于實驗分析結(jié)果有的只給出LC50，有的只有回歸方程，相關(guān)系數(shù)分析，而未對95%CI做出說明[18-20]。這些半數(shù)劑量測定法其潛在的缺陷是實驗數(shù)據(jù)所提供的信息可能不足以進行統(tǒng)計推斷，以檢驗其結(jié)果的可靠性，這就可能存在由于LC50可靠性問題不能及時發(fā)現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)失真，從而對菌株致病力進行了錯誤的評價。筆者運用SPSS軟件中Probit回歸分析計算生防菌的LC50，一步就可得到參數(shù)估計值、卡方驗證、濃度觀測值和期望值、回歸方程、以及LC50值和95%CI。該方法具有簡單、快速、直觀、方便的特點，同時通過進行秩和檢驗，得出與DPS結(jié)果差異無顯著性，驗證了運用Probit回歸分析計算生防菌LC50的可行性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]梁麗，田晶，馬瑞燕.玫煙色棒束孢研究進展[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，33（04）：362-368.

[2]王成，陳萬浩，韓燕峰.重要昆蟲病原真菌玫煙色棒束孢的研究進展[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（10）：74-76.

[3]王聯(lián)德，黃建.煙粉虱的為害及其生物防治策略[J].福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006（04）：365-371.

[4]王慧，孔維娜，馬瑞燕.煙粉虱生物防治研究進展[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（04）：420-424.

[5]田晶，田浩楷，刁紅亮，等.玫煙色棒束孢對煙粉虱致病的時間-劑量-死亡率模型分析[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，46（01）：70-75.

[6]黃振，任順祥，黎崇軍.玫煙色擬青霉對煙粉虱的致病力測定[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007（01）：40-44.

[7]顧兵，張政，李玉萍，等.半數(shù)致死量及其計算方法概述[J].中國職業(yè)醫(yī)學(xué)，2009，36（06）：507-508，511.

[8]熊浩明，魏柏青，魏榮杰，等.用SPSS軟件計算鼠疫菌半數(shù)致死量（LD50）[J].中國人獸共患病學(xué)報，2013，29（11）：1127-1130.

[9]張力.SPSS 13.0在生物統(tǒng)計中的應(yīng)用[M].廈門：廈門大學(xué)出版社，2006.

[10]張小康，熊秋芳，陳玉霞，等.利用SPSS 19.0計算蘿卜種子輻射誘變的LD50[J].長江蔬菜，2013（22）：48-50.

[11]孫莉，張艷璇，趙玲玲，等.利用胡瓜新小綏螨攜帶玫煙色擬青霉菌兼防茄子蚜蟲和葉螨[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2015，31（20）：91-96.

[12]ALLISON，P.D .Comparing Logit and Probit Coefficients Across Groups[J].Sociological Methods & Research，1999，28（2）：186-208.

[13]Shariff A A，Zaharim A. The versatility of logit over probit regression analyses estimating the strength of gear teeth[C]//Wseas International Conference on Applied Mathematics.World Scientific and Engineering Academy and Society （WSEAS），2008.

[14]洪淵，杜泳銘.用線性回歸法來計算半數(shù)致死量──兼與“計算半數(shù)致死量的新方法”一文商榷[J].中國家禽，1995（04）：21-22.

[15]唐啟義，馮明光.實用統(tǒng)計分析及其DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2002：188-1951.

[16]劉青娥，許均煥，馮明光.不同寄主來源的根蟲瘟霉菌株對小菜蛾幼蟲的毒力比較[J].昆蟲學(xué)報，2003，46（4）：447-453.

[17]劉銀泉，馮明光.球孢白僵菌對桃蚜的毒力測定[J].植物保護學(xué)報，1999，26（4）：347-352.

[18]譚蘋.應(yīng)用Excel軟件計算半數(shù)致死量[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2010，41（10）：914-916.

[19]張志祥，徐漢虹，程東美.EXCEL在毒力回歸計算中的應(yīng)用[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報，2002，39（1）：67-70.

[20]黃劍，吳文君.利用EXCEL快速進行毒力測定中的致死中量計算和卡方檢驗[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報，2004，41（6）：594-598.

（責(zé)編：張宏民）