Excel在微生物实验结果分析中的应用

摘 要：目的：运用Excel软件对微生物实验结果进行方差分析和多重比较。方法：实验比较法。结果：应用Excel软件对红芝碳源筛选实验结果进行方差分析和多重比较，其F值和多重比较结果与传统计算无误。结论：Excel软件运用于微生物实验结果分析，快速，简便，可靠，可在教学和科学实验中推广应用。

关键词：Excel； 方差分析； 多重比较； 微生物实验

中图分类号：R446.5 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2014）11-159-002

在微生物实验中，通常会获取大量的数据，这些数据虽然凌乱且复杂，但其中蕴含的信息量往往较大，只有通过正确的处理和统计分析，才能发现其中的内部规律。方差分析是统计分析中常用的分析方法。方差分析是对两个或多个样本平均数差异显著性检验的一种统计分析方法，其目的是通过数据分析找出对该事物有显著影响的因素，各因素之间的交互作用，以及显著影响因素的最佳水平等，为实验结果提供科学依据和理论支持，因而方差分析是微生物实验结果重要而常用的分析手段。在科研、教学中，除运用传统的人工计算方法外，还常应用专门的数理统计软件进行方差分析，如统计学软件包SPSS、SAS、Minitab、Stat、S-PLUS等。传统的计算过程较复杂，运用专业统计分析软件，这些软件虽然功能强大，但使用较为复杂，需要长时间的学习才能掌握其使用方法[1]，不易普及。而MicrosoftExcel（以下简称Excel）作为计算机办公系统软件，应用普及、操作简便，具有数据统计和方差分析工具，可进行单因素方差分析、二因素无重复方差分析和二因素有重复方差分析。因而，应用Excel软件对微生物实验结果进行统计分析，对促进教学和科学实验有积极作用。本文以单因素方差分析为例，介绍利用Excel分析工具库进行方差分析，利用IF函数和TEXT函数等进行多重比较的方法。

1.工具库加载

Excel是功能强大使用方便的电子表格式数据综合管理与分析系统，提供了丰富的函数、分析工具库。在使用分析工具库之前，先查看菜单栏的“工具”项下是否有“数据分析”选项。若有，已经安装了“数据分析”工具，如无，则需加载“数据分析”工具。按如下步骤安装加载“数据分析”工具：文件→选项→加载项→“管理”下拉菜单Excel 加载项→转到→分析工具库→确定。

2.单因素方差分析

2.1单因素方差分析的统计学意义

单因素试验是指在试验中影响的因素只有一个，目的在于判断该试验因数。单因素方差分析假定方差分析总体均值服从正态分布，且方差相等[2]。目的在于正确判断该试验因数各水平的相对效果，区分变异来源是由处理引起的，还是由误差引起的[3]。

2.2单因素方差分析实例及分析

本实例是探讨不同碳源对红芝液体发酵影响，碳源作为试验因数，一共有8种碳源和一个对照，分别为①2%葡萄糖，②2%麦芽糖，③2%蔗糖，④2%乳糖，⑤2%甘露醇，⑥2%山梨醇，⑦2%可溶性淀粉，⑧2%玉米粉，⑨无碳营养共9个处理，每处理重复3次。用250mL三角瓶作发酵容器，每瓶装相应碳源制成的培养基100mL，常规灭菌后，无菌条件下接入5mL红芝液体种子，置于恒温振荡培养器25℃温度，150r/min条件发酵7天后，测定菌丝干重（将发酵7天后的各处理发酵液分别用滤纸过滤，得到菌丝体，将其放入60℃烘箱中烘干至恒重，用电子天平称重即为菌丝干重）。实验结果建立Exce1数据，填入Exce1表中（如表1）。

图1不同碳源的红芝菌丝体干重（g/L）

2.3单因素方差Excel分析过程

打开“数据”→打开“数据分析”→选择“方差分析：单因素方差分析”→单击“确定”。在“输入区域”中选择数据所在的单元格，本例选择“$A$4：$D$12”。“分组方式”是数据以行分组还是以列分组，本例以行分组，所以选择行。“α：0.05”为显著水平。在“输出区域”中选择需要输出的单元格。方差分析结果见表2。

表2不同碳源的红芝菌丝体干重的方差分析结果

其中，SS、df、MS分别代表的是组间和组内平方和、自由度、均方。分析结果表明，F>Fcrit，可得出各处理间有显著差异。因此，应进一步对各碳源培养基处理平均数间进行多重比较。

3.多重比较

3.1方法简介

多重比较有许多种方法，本例简介LSD法。LSD法由统计学家R.A.Fisher提出，是最早用于检验所有总体平均数两两间相假设的方法[4]。在F检验显著的前提下，首先计算出显著水平为α的最小显著差数LSDα，然后用两个处理平均数的差值与LSDα比较，若差值大于LSDα，即为在给定的α水平上差异显著，反之，差异不显著。

LSDα=tα·SQRT（2·MSe/n） （1）

式中，MSe为方差分析表中的“组内”项均方，n为组内重复数，tα为“组内”的自由度α水平上的双尾t值。

3.2相关函数简介

T.INV.2T （probability，deg_freedom），返回学生t分布的双尾区间点。Probability为双尾学生t分布相关的概率值。Deg_freedom为代表分布的自由度数值。

IF （logical_test，value_if_true，value_if_false），判断是否满足某个条件，如果满足返回一个值，不满足返回另一个值，可以使用IF对数值和公式执行条件检验。logical_test表示计算结果TRUE 或为FALSE，返回不同的任意值或表达式。

TEXT （value，format_test），根据指定的数值格式将数字转化成文本。value 为数值、能够返回数值的公式，或者对单元格的引用。format_test为文字格式的数字格式，文字形式来自于“单元格式”对话框“数字”选项卡的分类框。

3.3多重比较计算过程

首先计算最小显著差数LSD0.05和LSD0.01的值，单元格B25和D25分别为LSD0.05和LSD0.01，B25的计算公式为“=T.INV.2T（0.05，I21）*SQRT（2*J21/3）”，其中I20为组内自由度所在的单元格，J20为组内均方所在的单元格，3为重复数，SQRT为计算算数平方根函数。计算结果如图1所示。

图1LSD0.05和LSD0.01的计算方法及结果

将方差分析得到的各处理平均值按降序排列，然后复制这一部分数据，按升序排列，复制按升序排列的这一部分数据，再按降序排列的数据部分紧邻一列的上一行单元格处，单击鼠标右键，选择“选择性粘贴”→“转置”，即得到各处理及平均数按行降序排列，行列交叉处为各处理间平均数差数，C30的计算公式为“=IF（$B30-C$29>0，$B28-C$27，""），将其公式复制到C30：K38区域，即可得到碳源之间的平均数差数，如表3所示。

表3不同碳源的红芝菌丝体干重处理间平均差数

根据LSD0.05和LSD0.01的值判断处理间差异显著性，即差数大于0.74为差异显著，大于1.02为差异极显著。差异显著加上“*”表示，差异极显著加上“**”表示。在C42单元格输入“=（IF（C30>$D$25，TEXT（C30，"0.00"）&"**"，IF（C30>$B$25，TEXT（C30，"0.00"）&"*"，TEXT（C30，"0.00"）&""）））。该公式为IF判断函数的嵌套使用，先判断C30单元格的值是否大于LSD0.01，若大LSD0.01于则将C30单元格的值转化为文本格式与“**”连接后输入到C42单元格，若小于LSD0.01，则进入另一个IF判断函数，此时，判断C30单元格的值是否大于LSD0.05，如大于LSD0.05，则将C30单元格的值转化为文本格式与“*”连后输入到C42单元格，若小于LSD0.05则将C30单元格的值转化为文本格式后输入到C42单元格。将公式复制到其他单元格，即可得到LSD法多重比较的结果，如表4所示。

表4不同碳源的红芝菌丝体干重LSD多重比较结果

4.小结与讨论

上面的例子可以看出，利用Excel对微生物实验结果进行方差分析，方法简单易行，且省时、结果准确，可靠。当然，Excel软件中的“分析工具”对微生物实验统计也存在一定的局限性，如方差分析的程序中没有包含多重比较，需要分步计算，但只要对微生物统计有较深了解，运用Excel的一些基本函数及排序等方法，轻松解决微生物中常见的统计问题非常方便。

基金项目贵州省高校专业综合改革试点项目：黔教高发[2012]426号；黔南民族师范学院微生物学重点学科建设项目：院政发[2011]04号；黔南民族师范学院优秀教学团队建设项目，院教发{2011}5号。

参考文献：

[1]武兆平.应用Excel进行方差分析和多重比较[J]安徽农业科学，2014，42（14）：4172-4174

[2]曾爱平，徐小薇等.农业统计中利用Excel进行方差分析[J]农业网络信息，2006（12）：118-119

[3]张黛静，姜丽娜.应用Microsoft Excel进行方差分析的方法[J]生物教学，2013（7）：25-26

[4]李春喜，姜丽娜等.生物统计学（第五版）[M]北京：科学出版社，2013