基于Probit回归法的生防菌毒力测定分析

陈斌 郑宇

摘 要：应用SPSS软件概率单位（Probit）回归方法，进行了生防菌玫烟色棒束孢毒力测定中致死中浓度（LC50）的计算和秩和检验。结果表明，SPSS和DPS这2个软件计算的LC50结果无统计学差异，利用SPSS计算方法可同时得出LC50的95%置信区间，而利用Probit回归法可用于生防菌半数致死量的计算，该方法具有可靠、直观、快速、方便的特点。

关键词：Probit回归法;玫烟色棒束孢;毒力测定;致死中浓度（LC50）

中图分类号 S433文献标识码 A文章编号 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）

玫烟色棒束孢（Isaria fumosorosea Wize），旧称玫烟色拟青霉（Paecilomyces fumosoroseus），属半知菌亚门、丝孢纲、丝孢目、丛梗孢科、拟青霉属，地理分布广泛，昆虫寄主多样。研究发现，玫烟色棒束孢对抗性较强、为害范围较广的半翅目昆虫——蚜虫、粉虱具有很强的致病力，在适合的环境条件下可形成流行病，是重要的昆虫病原真菌之一[1-4]。一直以来，菌株对靶标害虫的致病力（毒力）大小是筛选和评价1株优良生防菌的重要指标，其中致死中浓度（Median Lethal Concentration，LC50）是评价菌株毒力大小的重要参数和依据[5，6]。因此，LC50的可靠性就显得十分重要，其计算方法的科学性、合理性和简便性值得探讨和研究。目前，有关LC50的算法多达20余种，以往较为常用的有寇氏法、改良寇氏法、简化概率单位法、Bliss氏法及序贯法等[7]。早期菌剂毒力的测定计算，大多延用累积法和累计对数法，这2种方法的误差大，不能计算出95%置信区间。张春华等认为改良寇氏法更为准确，并推荐采用改良寇氏法计算，而Bliss法是计算LD50最科学、严谨和可靠的方法[8]，但由于其正态分布概率计算繁琐，应用极不方便。

目前，有关生防菌LC50的计算尚无统一标准，大多根据研究者自己掌握的不同方法来计算，数据分析缺乏一定的统一性和严谨性。而随着计算机技术发展，通过专业的编程，设计出适合LC50的计算软件，可以使相关技术人员可以从复杂的计算中解放出来。SPSS（Statistical Package for the Social Science）软件就是其中之一，程序使用窗口化管理，对话框指定参数，无需撰写、记忆大量的公式、命令等，只要了解一些基本的统计原理，掌握基本的操作，就可得到具有专业水平的统计分析结果[9，10]。本文通过SPSS19.0软件中的概率单位（Probit）回归计算生防菌玫烟色棒束孢致死中浓度（LC50）方法，对比文献中运用DPS数据分析系统生物测定模拟回归方程估计方法，验证SPSS計算LC50的可行性、可靠性和方便性，为生防菌剂相关致病力实验设计和菌株评价提供参考借鉴。

1 材料与方法

1.1 SPSS19.0软件计算生防菌玫烟色棒束孢LC50的步骤

1.1.1 数据来源 以文献的数据[11]（表1）为例，对SPSS计算生防菌LC50的过程进行介绍。

1.1.2 数据输入 运行SPSS选择“输入数据”进入数据集。左下角切换到“变量视图”后定义变量，在名称输入“孢子浓度”、“蚜虫数”和“蚜虫死亡数”，然后左下角切换到“数据视图”。依据表头提示输入各实验数据。

1.1.3 参数选择 选择主菜单“分析”→“回归”→“Probit”，进入“Probit”对话框。将“孢子浓度”选入“协变量（C）”，将“蚜虫死亡数”选入“响应频率（S）”，将“蚜虫数”选入“观测值汇总（T）”，“转换（N）”选择“对数底为10”，其他选择默认项，然后选择“确定”输出数据。

1.2 验证数据来源及2种方法比较 采用文献[11]中毒力实验中校正死亡率的数据，运用SPSS计算不同浓度、不同接菌时间下玫烟色拟青霉的LC50及95%CI;与文献中DPS方法计算LC50的结果做两相关样本秩和检验，检验SPSS计算LC50的可行性。

2 结果与分析

2.1 SPSS19.0计算玫烟色棒束孢LC50输出结果 输出数据包括：参数估计值表（见表2）、卡方检验表（见表3）、孢子浓度的观测值和期望值表（见表4）、不同死亡概率所对应的孢子浓度以及95%置信区间（见表5）和孢子浓度-响应散点图（见图2），概率0.50的值即为玫烟色拟青霉LC50，查询得出接菌第8d时，LC50为6.018×106个·mL-1孢子，其95%置信区间CI为（2.95×106）～（1.43×107）个·mL-1孢子。孢子浓度-响应散点图（见图2），横轴是对数剂量，纵轴是响应概率，各点存在一定的线性关系，同时也能看出剂量与响应概率的大小关系。

2.2 2种方法计算结果比较 按照上述SPSS计算玫烟色棒束孢（7～10d）LC50步骤利用文献数据计算LC50，DPS计算结果来自文献。SPSS和DPS计算LC50结果见表5。用SPSS做两独立样本秩和检验，检验类型选择“Wilcoxon”。DPS-SPSS的负秩有0个，平均秩次为0，负秩和为0;DPS-SPSS的正秩有4个，平均秩次为2.5，正秩和为10。Z值为-1.826，P=0.068，P>0.05，故不认为2种方法计算LC50差异有统计学意义。

3 结论与讨论

目前，有关LC50的计算方法很多，有的计算简便，但结果粗略;有的结果较准确，但计算复杂。国外多采用LITCHFIELD和WILCOXON的坐标纸图解法。在我国普遍采用的方法可以归纳为2类：一类是死亡率-剂量反应相关，要求为正态分布，其中概率单位图解法和改良寇氏法较为常用;另一类是不要求为正态分布，计算时只查对有关表格即可得到LC50值，如霍恩氏法等[7，8]。

在统计软件运用方面，作为优秀的国产DPS软件近年来在生物测定中应用的比较广泛[15]，并且随着版本的不断升级，计算精度也越来越高。DPS软件在其“专业统计”菜单中有专门的“生物测定”子菜单，它在时间-剂量-死亡率模型分析方面表现的非常好，但概率分析操作以及结果输出方面较之SPSS逊色。主要是不能一次同时输出0.01～0.99的死亡率的浓度（或剂量），需要在对话框中输入待求的浓度或剂量效应指标（如50 95等），也不能输出对数单位与概率单位的关系曲线。另外，谭苹、张志祥等对利用EXCEL软件进行毒力回归计算进行了很好的探索[16，17] ，但他们编制的程序都比较复杂，特别是初次操作时极为烦琐，极易出错。

在诸多涉及玫烟色棒束孢毒力测定文献中，LC50的计算方法多样，对于实验分析结果有的只给出LC50，有的只有回归方程，相关系数分析，而未对95%CI做出说明[18-20]。这些半数剂量测定法其潜在的缺陷是实验数据所提供的信息可能不足以进行统计推断，以检验其结果的可靠性，这就可能存在由于LC50可靠性问题不能及时发现实验数据失真，从而对菌株致病力进行了错误的评价。笔者运用SPSS软件中Probit回归分析计算生防菌的LC50，一步就可得到参数估计值、卡方验证、浓度观测值和期望值、回归方程、以及LC50值和95%CI。该方法具有简单、快速、直观、方便的特点，同时通过进行秩和检验，得出与DPS结果差异无显著性，验证了运用Probit回归分析计算生防菌LC50的可行性和可靠性。

参考文献

[1]梁丽，田晶，马瑞燕.玫烟色棒束孢研究进展[J].山西农业大学学报（自然科学版），2013，33（04）：362-368.

[2]王成，陈万浩，韩燕峰.重要昆虫病原真菌玫烟色棒束孢的研究进展[J].贵州农业科学，2016，44（10）：74-76.

[3]王联德，黄建.烟粉虱的为害及其生物防治策略[J].福建农业大学学报，2006（04）：365-371.

[4]王慧，孔维娜，马瑞燕.烟粉虱生物防治研究进展[J].山西农业大学学报（自然科学版），2005（04）：420-424.

[5]田晶，田浩楷，刁红亮，等.玫烟色棒束孢对烟粉虱致病的时间-剂量-死亡率模型分析[J].河南农业科学，2017，46（01）：70-75.

[6]黄振，任顺祥，黎崇军.玫烟色拟青霉对烟粉虱的致病力测定[J].华南农业大学学报，2007（01）：40-44.

[7]顾兵，张政，李玉萍，等.半数致死量及其计算方法概述[J].中国职业医学，2009，36（06）：507-508，511.

[8]熊浩明，魏柏青，魏荣杰，等.用SPSS软件计算鼠疫菌半数致死量（LD50）[J].中国人兽共患病学报，2013，29（11）：1127-1130.

[9]张力.SPSS 13.0在生物统计中的应用[M].厦门：厦门大学出版社，2006.

[10]张小康，熊秋芳，陈玉霞，等.利用SPSS 19.0计算萝卜种子辐射诱变的LD50[J].长江蔬菜，2013（22）：48-50.

[11]孙莉，张艳璇，赵玲玲，等.利用胡瓜新小绥螨携带玫烟色拟青霉菌兼防茄子蚜虫和叶螨[J].中国农学通报，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，杜泳铭.用线性回归法来计算半数致死量──兼与“计算半数致死量的新方法”一文商榷[J].中国家禽，1995（04）：21-22.

[15]唐启义，冯明光.实用统计分析及其DPS 数据处理系统[M].北京：科学出版社，2002：188-1951.

[16]刘青娥，许均焕，冯明光.不同寄主来源的根虫瘟霉菌株对小菜蛾幼虫的毒力比较[J].昆虫学报，2003，46（4）：447-453.

[17]刘银泉，冯明光.球孢白僵菌对桃蚜的毒力测定[J].植物保护学报，1999，26（4）：347-352.

[18]谭苹.应用Excel软件计算半数致死量[J].山西医科大学学报，2010，41（10）：914-916.

[19]张志祥，徐汉虹，程东美.EXCEL在毒力回归计算中的应用[J].应用昆虫学报，2002，39（1）：67-70.

[20]黄剑，吴文君.利用EXCEL快速进行毒力测定中的致死中量计算和卡方检验[J].应用昆虫学报，2004，41（6）：594-598.

（责编：张宏民）