基于农药毒力计算的6个统计分析软件比较

2024年2月13日发(作者：丰田卡罗拉全国最低价)

基于农药毒力计算的6个统计分析软件比较

常菊花;何月平

【摘 要】选用了能够用于农药毒力数据机率值分析的通用软件(SAS、SPSS和DPS)和专门程序(Polo、BA和EPA机率值分析程序),以二化螟对三唑磷的室内毒力数据为例,比较分析不同统计分析软件的计算结果.结果表明,当对照组死亡率为0时,6个软件程序计算得到的LD值(LD5 、LD50和LD95)、截距和斜率等基本相等,但是LD值的95％置信限有差异.当对照组死亡率不为0时,发现6个程序计算得到的毒力资料数值都有差异,其中LD(LD5 LD50和LD95)、截距和斜率的数值相差较小,但是LD值的95％置信限差异较大.

【期刊名称】《安徽农业科学》

【年(卷),期】2014(000)003

【总页数】4页(P746-748,802)

【关键词】SAS;SPSS;Polo;EPA;DPS;BA

【作 者】常菊花;何月平

【作者单位】长江大学生命科学学院,湖北荆州434025;华中农业大学植物科学技术学院,湖北武汉430070

【正文语种】中 文

【中图分类】S127

在农药生物测定中，致死中量(LD50)或有效中量(ED50)和回归线的斜率(b值)是表

示药剂对生物效力的代表性数值。为了要测定LD50或b值，通常采用的统计分析方法是机率值分析法(Probit Analysis)[1]。机率值分析法和计算致死中量的方法很多，但传统的手工计算方法十分复杂，不仅要花费大量时间，而且很容易出错。随着电子计算机技术的发展，出现了不少软件或程序应用于生物测定数据的机率值分析和致死中量的计算，在很大程度上简化了运算程序[2-6]。笔者采用机率值分析软件(Polo、BA、EPA)和生物统计软件(SPSS、SAS、DPS)计算农药毒力数据，比较分析不同程序的计算结果，拟推荐出可供广泛使用且结果精确的程序或软件用于生物测定数据的统计分析。

1.1 程序和测试数据 以室内采用毛细管点滴法测定三唑磷对水稻二化螟幼虫的室内毒力数据为例(表1)，采用SAS 8.1、SPSS 19.0、DPS 7.05版、PoloPlus

(Probit and Logit Analysis, LeOra Software)、EPA (EPA probit analysis

program used for calculation LC/EC values version 1.5)、BA(Bioassay Data

Processing and Management System)6个统计分析软件，计算毒力回归方程、LD5、LD50、LD95 及其95%置信限，以及卡平方值和相关系数等，比较分析不同程序的计算结果。

1.2 软件使用和结果输出 各软件用于机率值分析的操作步骤如下，在表2～3中列出6个软件计算所得的LD5、LD50和LD95及其95%置信限、回归方程的截距、斜率及其标准误、卡平方值或相关系数等，所有数值保留小数点后3位有效数字。

1.2.1 Polo软件(Probit and logit Analysis)。Polo软件是LeOra软件公司研发的专门用于生物测定资料的统计分析软件，其开发是基于BLISS算法，并包含parallelism和equality假设测验[6]。PoloPlus版本是与微软windows兼容的最新版Polo程序。在PoloPlus程序中打开保存的毒力数据文件，在参数选择“Choose options”窗口中，选择剂量的log转换“Convert doses to

logarithms (standard)”，在数学模型“Mathematical Model”中选择机率值

“Probit”，输入所要获得的致死浓度(如LD5、LD50、LD95)。完成数据格式检查“Check data”和计算操作后，PoloPlus会在“Display results”和“Display summary”界面中显示数据分析结果。这个程序能够计算显示出毒力回归资料的斜率和截距及其标准误、致死浓度(LD1～LD99)及其95%置信限和卡方检验结果。毒力数据在TXT或DOC文本文件中按照如下格式输入，浓度为表1中剂量(mg/ml)乘以点滴量0.04 μl/头。

=RA 测试虫源

*SZL 测试药剂

0 60 2 对照 总虫数 死亡数

0.4 60 13 浓度1 总虫数 死亡数

0.8 60 37 浓度2 总虫数 死亡数

1.6 60 45 浓度3 总虫数 死亡数

3.2 60 53 浓度4 总虫数 死亡数

6.4 60 56 浓度5 总虫数 死亡数

1.2.2 BA系统(抗药性生物测计数据处理及管理系统Bioassay Data Processing

and Management System)。BA系统由南京农业大学采用FOXPRO 2.5数据库语言编制，采用Finney(1947)所介绍的生物测定资料的完整统计分析方法，以工作机率值进行多次校正，计算毒力回归方程和致死中量等。在窗口界面中逐步输入毒力数据，输出结果以窗口形式显示。该程序能够计算显示出毒力回归资料的斜率和截距、致死浓度(LD5、LD50、LD95)及其95%置信限和相关系数值等[7]。

1.2.3 EPA机率值分析程序。这是一款美国环境保护局开发的专门用于计算LC/EC值的机率值分析程序。该程序是能在Windows系统中正常运行的DOS操作程序。根据DOS命令语句，逐步输入毒力数据，输出结果以文件形式保存，可以用记事本程序打开查看结果。该程序能够计算显示出毒力回归资料的斜率和截距

及其标准误、致死浓度(LD1、LD5、LD10、LD15、LD50、LD85、LD90、LD95、LD99)及其95%置信限和卡方检验结果。

1.2.4 DPS(Data Processing System，数据处理系统)。DPS是完全中文环境的国产生物统计分析软件。其中有专门的生物测定模块进行半致死剂量的计算。随着版本的不断升级，计算精度也越来越高。在DPS的工作表中，输入剂量、总虫数和死亡虫数，点击“专业统计—生物测定—计数型数据机值分析”，按提示完成步骤，在新的工作表中会呈现出机率值分析结果。DPS软件能够显示出毒力回归资料的斜率及其标准误和截距、致死浓度(LD1～LD95)及其95%置信限、卡方值和相关系数值等[4]。

1.2.5 SAS。SAS和SPSS软件被称为当今最权威的两大统计软件，具有功能强大、兼容性好、易用性强，统计结果在国际上被广泛认可等特点。SAS软件核心操作方式是SAS语言的程序驱动，可以采用PROC PROBIT模型进行毒力资料的机率值分析。需要注意的是，采用SAS的如下程序编码进行机率值分析之前，需要先将死亡率进行校正后再输入到软件中进行计算。该软件能计算显示出毒力回归资料的斜率和截距及其标准误、致死浓度(LD1～LD99)及其95%置信限和卡方检验结果[2]。用于机率值分析的SAS编码程序如下：

data a;

infile cards eof=eof;

input Dose N Response;

Observed= Response/N;

output;

return;

eof: do Dose=0.5 to 7.5 by 0.25;

output;

end;

datalines;

6.4 60 56

3.2 60 53

1.6 60 45

0.8 60 37

0.4 60 13

;

proc probit log10;

model Response/N=Dose / lackfit inversecl itprint;

model Response/N=Dose / d=logistic inversecl;

output out=B p=Prob std=std xbeta=xbeta;

title \'Output from Probit Procedure\';

run;

legend1 label=none frame cframe=ligr cborder=black

position=center value=(justify=center);

axis1 minor=none color=black label=(angle=90 rotate=0) ;

axis2 minor=none color=black;

proc gplot;

plot Observed*Dose Prob*Dose / overlay frame cframe=ligr

vaxis=axis1 haxis=axis2 legend=legend1;

title \" Plot of Observed and Fitted Probabilities \" ;

run;

1.2.6 SPSS。SPSS使用Windows的窗口方式管理程序，通过对话框来实现各种

参数的指定，可以通过Probit模块求出回归方程、LD50以及95%置信限等数据。SPSS软件中含有“Natural response rate”选择用于设定对照组的自然死亡率，也可以将校正死亡率输入到SPSS中计算。SPSS软件Probit模块输出的分析结果与SAS软件PROC PROBIT模型算出的结果非常相近，亦能计算显示出毒力回归资料的斜率和截距及其标准误、致死浓度(LD1～LD99)及其95%置信限和卡方检验结果[8]。

使用Polo、DPS、EPA和BA 4个程序计算时，都可以直接将对照死亡个数输入到程序中，不需要进行校正死亡率的计算，然而采用SAS程序编码进行机率值分析之前，需要先将死亡率进行校正后再输入到软件中进行计算；SPSS软件中虽含有“Natural response rate”选择用于设定对照组的自然死亡率，也可以将校正死亡率输入到SPSS中计算。笔者将表1数据分别进行取对照死亡率为0和不为0时的处理进行示例计算。

2.1 对照死亡率为0时的程序计算结果比较 当对照死亡率为0时，6个统计软件计算得到的结果见表2。①LD值(LD5、LD50和LD95)：6个程序得到的LD值几乎一样，如LD50值都为0.759。②LD50的95%置信限：POLO和SPSS结果一致，BA、DPS、EPA和SAS得到的结果相似。③斜率和截距：所有程序得到的斜率和截距基本相等。④卡平方值或相关系数：Polo、DPS、EPA、SAS和SPSS得到的卡平方值均为5.572，BA和DPS得到的相关系数分别为0.96和0.97。

综上，当对照死亡率为0，除了LD值的95%置信限有差异之外，6个程序计算得到的LD值、截距和斜率等几乎相等。

2.2 对照死亡率不为0时的程序计算结果比较 当对照死亡率不为0时，使用Polo、DPS、EPA和BA等程序时，直接将对照死亡个数输入到程序中。采用SAS程序编码进行分析之前，先将死亡率进行校正后再输入到软件中进行计算，经校正后的死亡虫数保留小数点后2位有效数值，如0.4 μg/头的剂量下的校正死亡虫数为

11.38；使用SPSS软件时，表3中的SPSS-1计算处理组是先将校正死亡虫数输入到SPSS中(校正后的死亡虫数保留小数点后2位有效数值)，再按照对照死亡率为0来进行计算分析；SPSS-2计算处理组为采用软件带有的“Natural response

rate”选择用于设定对照组的自然死亡率(如表1中的对照死亡率为0.033)。

6个统计软件计算得到的结果见表3。SPSS-1和SPSS-2两组得到的结果有差异，SPSS-1和SAS计算结果基本一致，SPSS-2和Polo计算结果基本一致。另外，①LD值(LD5、LD50和LD95)：BA、SAS和SPSS-1计算得到的LD值相等或相近，Polo、DPS、SPSS-2和EPA得到的LD值相近，如BA、SAS和SPSS-1计算得到的LD50值(0.806)要高于Polo、DPS、SPSS-2和EPA的LD50值(0.797～0.801)。②LD值的95%置信限：BA、DPS和EPA计算得到的LD值得95%置信限跨度要窄于POLO、SAS、SPSS-1和SPSS-2得到的置信限。③斜率和截距：SAS、BA和SPSS-1得到的斜率(1.939～1.940)要略高于Polo、DPS和SPSS-2得到的斜率(1.926)，EPA算得斜率为1.923。SAS和SPSS算得的截距数值加上数值5后就与其他程序得到的结果一致。④卡平方值或相关系数：EPA算得相关系数值最小(5.881)。BA和DPS得到的相关系数分别为0.959和0.968。

综上，当对照死亡率不为0，6个程序计算得到的毒力资料数值有差异，LD、截距和斜率的数值相差较小，LD值的95%置信限差异较大，特别是LD95的95%置信限。

举例介绍6个通用软件或专门程序对毒力资料进行机率值分析的步骤，并对计算结果进行了分析比较。SAS和SPSS是国际通用的统计分析软件，一般来说，在国际学术论文或学术交流中，凡是用SAS和SPSS完成的统计分析可以不必说明算法。SAS软件的核心操作方式是程序驱动，需要学习SAS语言，入门比较困难，适合专业统计人员使用。SPSS相对于SAS而言，其操作界面、数据呈现和结果导出，对于使用者更易操作。SAS和SPSS在农药毒力数据的机率值分析中表现很好，

当对照组死亡率为0时，对于熟悉操作SAS和SPSS的使用者而言，与其他专门用于机率值分析的程序一样操作方便，而且精确性也极好。但是，当对照组死亡率不为0时，笔者使用SAS进行机率值分析的示例计算时，是先将对照死亡率进行校正后编程输入，使用SPSS软件时，分别采用校正死亡虫数手工输入方式和采用“Natural response rate”选择模式进行计算，发现采用SPSS软件的“Natural

response rate”选择模式进行计算与Polo结果基本一致，因此推荐若使用SPSS软件计算对照死亡率不为0时的毒力数据时，推荐采用SPSS软件自带的“Natural response rate”选择模式进行分析。值得注意的是，若采用校正对照死亡率的手工输入方式进行计算，校正后的死亡虫数保留不同有效数值对结果影响很大。

Polo软件是LeOra软件公司研发的专门用于生物测定资料的统计分析软件。PoloPlus程序用于计算毒力回归的机率值分析，并且包括了毒力回归线的平行性和相等性假设测验。该测验适用于不同毒力数据的致死剂量比较，如不同药剂间活性或毒力比较，抗药性水平、交互抗性的数据比较。目前Polo软件在生物测定数据分析中已在国际上普遍使用和认可，是目前农药毒力数据的机率值分析的首选专门软件。不过由于软件语言为英文，在国内尚未得到广泛推广应用。

DPS软件及专门用于机率值分析的程序Polo、BA和EPA在开发时都考虑到对照死亡虫数的校正问题，因此数据输入时可以将对照死亡虫数和处理死亡虫数一起输入。DPS是国产生物统计分析软件，有专门的生物测定模块进行半致死剂量的计算，在时间-剂量-死亡率模型方面表现得很好。但是DPS早期版本用于机率值分析的精确度不好，而且国际认可度也不高，不过随着版本的不断升级，计算精度也越来越高[8]。如笔者使用DPS 7.05版计算得到的LD值和斜率值与Polo软件计算得到结果非常接近。

BA是由南京农业大学开发的专门用于农药生物测定数据分析的程序，为当时的抗

药性监测数据的标准化、规范化，各研究协作单位的数据交流以及病虫抗药性治理等作出了贡献[7]。该程序计算结果的精确性也比较好，在BA程序与SAS、SPSS和Polo等软件计算的结果相差不大。该程序的运行环境是DOS系统，虽然在Windows XP及之前的Windows系统中能够正常运行，但是随着计算机操作系统的不断升级，BA程序的兼容性问题越来越明显。

EPA机率值分析程序是美国环境保护局开发的专门用于计算LC/EC值的机率值分析程序。该程序与BA系统一样，是能在Windows系统中正常运行的DOS操作程序，因此该程序的应用推广也受到相应限制。

该研究目的是将目前用于农药毒力数据机率值分析的软件或程序进行示例计算，供科研人员或专业技术人员借鉴。笔者认为，若用于国际论文发表或学术交流时，首选Polo软件，也可根据自身使用熟练情况，选择使用SAS或者SPSS软件，但要注意对照组死亡率不为0的毒力数据分析的操作。考虑到软件兼容性、完全中文界面以及版本升级后分析结果精确性得到提高等原因，DPS软件也是国内研究者或技术人员不错的选择。

【相关文献】

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[2] 李保华,董向丽,孙显明，等.用于计算半数致死量(LD50) 的SAS程序[J].莱阳农学院学报，2004,21( 4) :269-274.

[3] 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].昆虫知识,2004,41( 6 ):594- 598.

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[7] 沈晋良，吴益东.棉铃虫抗药性及其治理[M].北京：中国农业出版社,1995.

[8] 贾春生.利用SPSS软件计算杀虫剂的LC50[J].昆虫知识,2006,43(3):414-417.