Typy i układy doświadczeń.

Metody statystyczne w naukach biologicznych
2006-03-16
Wykład: Typy i układy doświadczeń
Typy doświadczeń:
1.
Doświadczenia laboratoryjne. Przeprowadzane są w warunkach środowiskowych różnych
od naturalnych, w których bytują zwierzęta. Z tego też względu nie mogą być wdrażane
bezpośrednio do praktyki produkcyjnej, muszą przejść etap badań produkcyjnych.
Doświadczenia tego typu są wykonywane często na zwierzętach laboratoryjnych, zaś wyniki
są poprzez analogię przenoszone na zwierzęta gospodarskie. Laboratoryjne warunki,
w jakich prowadzone są eksperymenty stwarzają warunki, aby były to czułe i ścisłe
doświadczenia. Bardzo często wykorzystywane są w badaniach ogólnobiologicznych,
podstawowych, takich jak fizjologia, psychologia, rozród, ogólne zagadnienia żywieniowe.
Doświadczenia naukowo-gospodarcze. Wykonywane są na zwierzętach gospodarskich
w warunkach zbliżonych do tych, w których są normalnie utrzymywane. Różnicę stanowi
to, że działające na zwierzęta czynniki są ustalone i ujednolicone przez cały okres trwania
doświadczenia. Z kolei czynniki doświadczalne jedynie różnicująco oddziałują na
poszczególne grupy. Tego typu eksperymenty wykonywane są w zootechnicznych
zakładach doświadczalnych, a ich przedmiotem są badania zarówno hodowlane, jak
i żywieniowe. Doświadczenia naukowo-gospodarcze mają tę przewagę nad laboratoryjnymi,
iż mogą być bezpośrednio i z powodzeniem przeniesione do produkcji. Są to doświadczenia
bardzo popularne i stanowiące pomost łączący praktykę z nauką. Odgrywają dużą rolę w
wyjaśnieniu zagadnień interesujących praktykę, w mniejszym stopniu pogłębiają zaś
problemy naukowe. Nie powinny być jedynym źródłem wiedzy zootechnicznej. Mogą np.
służyć do wstępnego przetestowania nowego zagadnienia, po to aby uzasadnić, bądź
zanegować prowadzenie dalszych, szczegółowych badań, np. laboratoryjnych. Mogą
ewentualnie stanowić fazę końcową jakiegoś zagadnienia. Doświadczenia naukowogospodarcze prowadzone są w warunkach, w których trudne jest ujednolicenie materiału,
stąd też konieczne jest wykorzystywanie dużej liczby zwierząt, jak również celowe staje się
stosowanie statystyki matematycznej – aby potwierdzić wiarygodność badań. Należy unikać
jednostronnego stosowania tych badań, ponieważ zgłębiają one zagadnienie w sposób
praktyczno-rolniczy. Teoretycznie winny być zatem poszerzone na drodze laboratoryjnej,
zaś w celu ich praktycznego zastosowania poprzez doświadczenia produkcyjne.
3. Doświadczenia produkcyjne. Są całkowicie przeprowadzane w warunkach gospodarskich,
gdzie zwierzęta znajdują się w normalnym cyklu produkcyjnym Pozwalają one na
sprawdzenie praktycznego znaczenia zabiegu. Doświadczenia produkcyjne rozwiązują
przede wszystkim problemy organizacyjne i ekonomiczne. Przeprowadzane są z tego
względu, iż nie możliwe jest ocena problemu w innych badaniach.
4. Doświadczenia wdrożeniowe. Nie mają znaczenia poznawczego. Sprawdzają jedynie
wyniki uzyskane w badaniach innego typu, np. laboratoryjnych czy też naukowogospodarczych. Powinny być wykonywane na możliwie licznym materiale i dla pełniejszej
informacji w kilku ośrodkach. Wykonywane są w warunkach produkcyjnych,
2.
Autor: Dariusz Piwczyński
1
Metody statystyczne w naukach biologicznych
2006-03-16
Typy doświadczeń w warunkach „polowych”:
Laboratoryjne. Prowadzone w warunkach sztucznych, odmiennych do naturalnych,
w których uprawiane są rośliny: klimatyzowane komory, termostaty, chłodnie. Są to
warunki, w których możliwe jest regulowanie natężenia światła, wilgotności. Mają
zastosowanie ogólnobiologiczne.
2. Wazonowe. Rośliny uprawiane są w specjalnych pojemnikach, wazonach. Są one
traktowane w takim ujęciu, jako jednostki doświadczalne. Wazony umieszczane są w halach
wegetacyjnych, czasami na otwartej przestrzeni. W wazonach ograniczone są możliwości
rozrastania się korzeni, warunki glebowe są sztuczne, wodne, inny mikroklimat. Wobec
powyższych, uzyskiwane wyniki mają charakter często orientacyjny. Zastosowaniem tego
typu doświadczeń są badania ogólnobiologiczne czy też agrotechniczne.
3. Lizymetryczne. Lizymetry, to pojemniki o znacznej wielkości, 1-2 m2, w dnach posiadają
otwory do zbierania wody. Ich wielkość pozwala odwzorować profil glebowy, miąższość
gleby nawet do 2 m, ale warunki ekologiczne i agrotechniczne nadal są sztuczne.
Zastosowanie, to chemia rolna, gleboznawstwo, fizjologia roślin.
4. Polowe. Prowadzone w warunkach polowych, a zatem w zbliżonych do takich, jakie panują
na polach produkcyjnych.
1.
Układy doświadczeń
Układ doświadczenia jest to sposób podziału jednostek doświadczalnych (zwierząt, roślin)
zwierząt na grupy doświadczalne, ich liczebność oraz wzajemne proporcje. Układ
doświadczenia należy uznać za model doświadczenia.
Układ ortogonalny, nieortogonalny
Na kształt układu doświadczenia mają wpływ następujące czynniki:
gatunek zwierząt - decyduję o wielkości jednolitych grup zwierząt,
sposób traktowania zwierząt – indywidualne lub gromadne,
warunki techniczne panujące w miejscu realizacji eksperymentu - wielkość i wyposażenie
techniczne pomieszczeń,
 kadry wykonującej doświadczenie, wykształcenie i umiejętności kadry decydują
o złożoności realizowanych układów,
 metod statystycznych – doświadczenie winno być tak zaprojektowane, aby możliwa była
jego późniejsza, statystyczna obróbka.



Układy doświadczeń:
1.
Układ jednoczynnikowy (prosty). W doświadczeniu tym rozpatruje się wpływ jednego
czynnika na oceniane cechy.
a) Ciągłe. Podział na grupy, jaki został ustalony na początku doświadczenia, utrzymuje się
przez cały okres eksperymentu. Doświadczenie rozpoczyna się jednocześnie na
wszystkich osobnikach. Czasami czas trwania doświadczenia dzielony jest na okresy,
np. przejściowy oraz właściwy w przypadku doświadczeń żywieniowych na bydle
mlecznym. Przejściowy, bo efekt działania paszy ujawnia się dopiero po określonym
czasie. Wyniki uzyskane w trakcie okresu przejściowego nie są uwzględniane
porównania metod żywienia, ale mogą posłużyć do obliczenia kowariancji.
b) Przemienne. Jednostka doświadczalna w trakcie doświadczenia poddawana jest
działaniu różnych zabiegów (w ramach jednego czynnika doświadczalnego)
• kwadrat łaciński (przykład układu rotacyjnego). W układzie tym żaden zabieg
nie jest dwukrotnie wykonywany na tej samej jednostce doświadczalnej, ani w tym
samym okresie. Kwadrat łaciński charakteryzuje się jednakową liczbą jednostek
Autor: Dariusz Piwczyński
2
Metody statystyczne w naukach biologicznych
2006-03-16
Okresy
doświadczalnych, zabiegów oraz okresów. Zwykle stosowane są kwadraty
o wymiarach 3x3 lub 5x5. Kwadrat łaciński należy do doświadczeń czułych, ok.
20% bardziej czułych aniżeli zwykłych doświadczeń grupowych prowadzonych na
gromadzie osobników.
A, B, C, D, E – zabiegi, tj. poziomy czynnika,
I, II, III, IV, V – okresy
1, 2, 3, 4, 5 – numery osobników
•
5
E
A
B
C
D
powrotne. Działanie czynników na zwierzęta zmienia się wg określonej sekwencji,
każdy okres dzielony jest na okres przejściowy i porównawczy. Porównujemy
ostatecznie, z jednej strony, okres 1 i 3 z 2. Tego typu układ pozwala wyrównać
następstwo okresów.
Numer
osobnika
1 okres
2 okres
3 okres
2.
I
II
III
IV
V
Zwierzęta
2
3
4
B
C
D
C
D
E
D
E
A
E
A
B
A
B
C
1
A
B
C
D
E
1
2
3
.......
N
A
B
A
B
A
B
A
B
A
.......
.......
.......
B
A
B
Układ wieloczynnikowy (złożony).W układzie tym badamy wpływ jednocześnie wielu
czynników, dwu, trzech…. Ponadto uwzględnienie wpływu wielu czynników pozwala
uchwycić tzw. współdziałanie czynników ze sobą, tj. tzw. interakcję.
Rasa
Płeć
Merynos polski
Samce
Typ
urodzenia
Pojedynczy
Bliźniaczy
Samice
Pojedynczy
Bliźniaczy
Suffolk
Samce
Pojedynczy
Bliźniaczy
Samice
Pojedynczy
Bliźniaczy
Numer
1001
1002
1003
1004
1005
1006
1007
1008
1009
1010
1011
1012
1013
1014
1015
1016
3. Układ obserwacji połączonych. Doświadczenie w układzie par zależnych, wiązanych.
Zwierzęta do tego typu doświadczenia dobiera się parami. Pary zwierząt w obrębie pary winny
być do siebie maksymalnie podobne, a podobieństwo to może być wiekowe, zbliżone masy
ciała, siostry. Obliczenia wykonywane są nie na wynikach obydwu grup, lecz na różnicy
wyników w poszczególnych parach.
Autor: Dariusz Piwczyński
3
Metody statystyczne w naukach biologicznych
2006-03-16
Minimalna wielkość próby
Jest ona uzależniona od wielu elementów, m.in. od układu doświadczenia, pożądanej czułości,
liczby rozwiązywanych problemów, ale również od możliwości finansowych i technicznych. Za
swego rodzaju wskaźnik czułości doświadczenia uznaje się wskaźnik zmienności, który winien
wahać się między 8 a 10%. Jednak za bardzo dobre uznaje się takie rezultaty przy Vx wynoszącym
3-4%. Zbyt mała liczebność populacji, a w dodatku znaczna zmienność w porównywanych
populacjach, to znikoma szansa na wykazanie istotności różnic. Uznaje się, iż przy doświadczeniu
jednoczynnikowym minimalna liczebność winna wynieść 10-12 osobników. Z kolei przy
wieloczynnikowym może być ograniczona do 2-4 osobników.
Autor: Dariusz Piwczyński
4