Лабораторная работа № 1. Построение вариационного ряда и вариационной кривой

Цель: выявить статистические закономерности модификационной изменчи­вости количественных признаков.

Модификационная изменчивость – массовое явление: изменения наблюда­ются не у одного организма, а у группы. Всю группу объектов, которая подле­жит изучению, называют генеральной совокупностью. Часто бывает затрудни­тельно или вообще невозможно ее изучить. В таком случае изучают часть особей – выборочную совокупность, на основании которой дают общую харак­теристику. Выборку необходимо брать из однородного материала и без специ­ального отбора, так чтобы она отражала генеральную совокупность.

В зависимости от характера варьируемого признака модификационная из­менчивость бывает качественной и количественной. При качественной измен­чивости разница между объектами выражается качественным показателем, ко­торый у одних объектов присутствует, а у других нет. Например, пыльцевые зерна жизнеспособны (фертильны) и нежизнеспособны (стерильны), растения болеют определенной болезнью или нет, и т. д. Количество объектов с опреде­ленной качественной оценкой обычно выражается в процентах. Количествен­ная изменчивость характеризуется степенью выраженности признака. Она под­разделяется на прерывистую (дискретную) и непрерывную. В первом случае признаки выражаются в целых абстрактных числах, между которыми нет пере­ходов (количество листьев на растении, количество колосков в колосе и т. д.). Во втором случае варьируемые признаки измеряются единицами, между кото­рыми возможны переходы (масса, длина, толщина и т. д.).

Объективную характеристику количественной изменчивости можно дать лишь при использовании статистического метода исследования: составления вариа­ционного ряда и обработки его параметров.

Отдельное значение признака, который варьирует, в вариационной статис­тике принято называть варианта (ее обычно обозначают буквой х). Число, которое обозначает, сколько раз повторяется варианта, называется частотой встречаемости варианты – р. Число особей, входящих в исследуемую группу (объем совокупности), обозначают через п. Совокупность может быть представ­лена как ряд вариант: х1; х2 х3, х4. ... хn. ... где х – любая варианта; хn – последняя варианта.

Минимальная (хmin ) и максимальная (хmax) варианты совокупности служат пределами вариации.

Расположение вариант совокупности по степени возрастания или убывания признака, от хmin до хmax или наоборот, составляет вариационный ряд. Напри­мер, при изучении числа лопастей листьев дуба получены следующие первич­ные данные: 7, 8, 12, 10, 9, 13, 11, 12, 8, 10, 15 и т. д. Если определить наименьшую и наибольшую варианты и распределить все варианты в возраста­ющем порядке (от наименьшей к наибольшей), получим вариационный ряд, который будет иметь вид: 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,1 5 и т. д.

При непрерывной изменчивости вариации число вариант в совокупности может оказаться значительным. В таком случае их для удобства группируют в классы с учетом величины классового интервала , которую устанавливают по формуле:

 

= ,

где r – число классов (при объеме совокупности 25–60 вариант ее обычно делят на 5–8 классов; 60–100 – 7–10 классов).

 

Например, длина колоса пшеницы сорта «Мироновская 808» варьирует в пределах 70–112 мм. В этом случае совокупность удобно разделить на 7 классов: 112 мм – 70 мм = 42 мм; 42 мм : 7 = 6 мм ( = 6 мм).

Группировка по классам и составление вариационного ряда при непрерыв­ной изменчивости ведется так, чтобы начало каждого последующего класса отличалось от предыдущего на величину классового интервала, например: 70– 75 мм; 76–81 мм; 82–87 мм; 88–93 мм и т. д. (при = 6). Затем намечают границы классов, находят средины классов и составляют непрерывный ряд. Вариационный ряд можно изобразить графически, т. е. в виде диаграммы, или в виде кривой распределения особей в совокупности в зависимости от степени выраженности признака (вариационная кривая).

При построении диаграммы на оси абсцисс откладывают границы классов, а на оси ординат – частоту встречаемости вариант в данном классе. Например, для изменения длины колоса пшеницы диаграмма будет иметь вид:

70

 
 

 

 

 

10 20 30 40 50 60

 

 

При построении вариационной кривой на оси абсцисс откладывают средние значения классов (или варианты), а на оси ординат – частоту встречаемости вариант.

Например, если при изучении изменчивости числа лопастей листьев дуба были получены следующие значения х и р (при п = 100);

 

х
р

 

 

вариационная кривая будет иметь вид:

 

Основные показатели ряда варьируемого признака – средняя арифметичес­кая х и среднее квадратичное отклонение σ. Средняя арифметическая опреде­ляется по формуле:

 

 

Средняя арифметическая дает общее представление о группе объектов, но она не раскрывает степени варьирования изучаемого признака. Средние ариф­метические могут быть одинаковыми для двух групп объектов в том случае, когда между ними есть существенная разница. Например, среднее число зерно­вок в колосе сорта А – 33,5 и сорта Б – 33,5. Первое значение получено из данных, варьировавших в пределах от 29 до 39, а второе – из данных, кото­рые варьировали в пределах от 25 до 45. Таким образом, средней арифметичес­кой недостаточно для характеристики совокупности, поскольку ее главной осо­бенностью является разнообразие членов.

Для определения изменчивости совокупности можно использовать вариаци­онный размах, т. е. разницу между максимальной и минимальной вариантами. Но данная величина непостоянна и с увеличением объема выборки может изме­няться. Поэтому необходим показатель, с помощью которого можно было бы обобщить изменчивость всех вариант. Таким показателем является среднее квадратичное отклонение, которое вычисляется по формуле:

 

где σ – число, показывающее, на какую величину каждая варианта совокупно­сти отличается от х.

Любой признак при варьировании практически отклоняется от средней ариф­метической в основном не более чем на Зσ. Поэтому тройное значение квадра­тичного отклонения принято считать крайней ошибкой отдельного наблюде­ния. Шестикратное значение сигмы (от Зσ до –Зσ) есть амплитуда колебания признака. С помощью х и σ рассчитывают другие статистические величины – коэффициент вариации и ошибку средней арифметической.

 

Ход работы

1. Изучите предложенные объекты одного вида. Измерьте их величину или число каких–либо деталей строения, массу, длину органа и т. п. у 25 экзем­пляров предложенного объекта (один объект изучает группа студентов из 4 человек). Полученные данные занесите в таблицу:

_________________________________________________


2. Совместно с другими участниками группы, изучающей такой же признак, выявите минимальное и максимальное значение измеряемого признака, опре­делите размах его изменчивости (из максимального значения вычитают минимальное).

Размах изменчивости признака: ____________________

Разделите полученную величину на 10, чтобы получить классы величин для разноски полученных данных.

Величина классового интервала равна: ______________

Определите границы 10 классов. Составьте вариационный ряд. Данные за­пишите в таблицу.

 

Данные для вариационного ряда

 

Номера классов Границы классов   Число (сколько раз встретились варианты, попавшие в границы каждого класса)
        Данные собственных измерений Данные других участников группы Суммарные данные
1. 2.        
3.        
4.        
5.        
6.        
7.        
8.        
9.        
10.        

 

3. Изобразите полученный вариационный ряд в виде диаграммы или вариационной кривой.

 

4. Сделайте вывод о распределении особей по данному признаку в выборке (каких особей в выборке больше, а каких меньше).

 

Вывод_________________________________________________

_____________________________________________________

4. Вычислите среднюю арифметическую изучаемого признака.

 

5. Вычислите среднее квадратичное отклонение. Для облегчения вычислений используйте вспомогательную таблицу.

Варианты, х Отклонения, х – х Квадраты отклонения, (х – х)2
     
     
     

Сумма квадратов отклонения для показателей всей группы:

 

S (х – х)2 = ;

 

σ = ;

 

6. Для сравнения разнообразия признаков в различных вариационных рядах пользуются коэффициентом вариации, который вычисляется по формуле:

σ ´ 100

с= ––––––––––.

х

 

Определите коэффициент вариации для составленного вашей группой вари­ационного ряда:

 

с=––––––––––––––.

Контрольные вопросы

1. Что такое пределы модификационной изменчивости? Приведите примеры собственных наблюдений за проявлением модификационной изменчивости растений и животных.

2. Почему наиболее часто встречаются особи со средней степенью выраженности признака?

3. В каких областях человеческой деятельности важно знание нормы реакции организма? Ответ подтвердите примерами.

4. Каковы возможные причины мутаций?

5. Перечислите основные группы мутагенных факторов. Приведите примеры.

6. Что такое генные мутации? Приведите примеры.

7. Что такое геномные мутации?

8. Выпишите хромосомный набор:

а) нуллисомиков:

б) моносомиков:

в) полисомиков:

г) трисомиков:

9. Чем опасны близкородственные браки?