生物学における実習技能 II

WBI16 はあなたが受験する最後の生物学テストであり、他とは全く異なる：ある問題は半完成の統計表を手渡すかもしれず、別の問題はあなたが選ばない仮説から調査全体を設計することを求める。すべてはUnit 4 と 5 の実習ワーク— レスピロメーター、スパイロメーター、クワドラット、希釈プレート — から来るが、今回はIA2 の深さで計画し、測定し、提示し、検証し、結論を出す必要がある。

WBI16/01 Practical Skills in Biology II は1時間20分、50点、すべて必須である。評価基準のリストはUnit 3 に一致しているが、強調点に1つの違いがある：調査全体を計画し、データを分析し、結果と手法を評価する — これが16点の計画問題としてテストの最後に置かれ、統計も含まれる：標準偏差、帰無仮説、そして有意値を持つ相関係数。

最終設問(2025: フィットネスプログラムと回復時間)は指定されたブロック形式で答える必要があります。同じ順序で回答してください。倫理: 参加者の知情同意; 誰にも強制は行いません。安全: 感染防止のため学生間でマウスピースを滅菌または交換し、参加者が運動に適した健康状態であることを確認します。方法（9点満点）: 2つのグループ（フィットネスプログラムあり・なし）; 依存変数は「呼吸頻度および潮気量が安静時値に戻るまでの時間」と明記; 器具の詳細説明 — カンナー内のソーダ石灰、鼻栓、まず練習呼吸を行う; まず安静時値を特定; 全員に同一の標準化された運動を実施; 2つの統制変数およびその統制方法の1つ; 反復測定による平均値と標準偏差。記録と解析: 見出しと単位付きの生データ時間を記録し、そこから平均値を計算; 2つのグループごとの平均回復時間の棒グラフ（t-test tで検定）または複数のフィットネスレベルの折れ線/散布図（相関検定）; 限界: 実験外の参加者の生活環境を完全に統制することはできません; 装置の問題（漏れ、ソーダ石灰の枯渇、マウスピースでの異常な呼吸）。

無作為サンプリングには明確な手順があります: 対象区域にグリッドを置き、無作為な座標ペア（無作為数値、または袋から引いた数値）を生成してから、その地点に四角枠を持っていきます。「無作為にサンプリングする」とだけ述べても得点は入りません。重要な非生物変数（土壌pH、湿り気、ミネラル、光強度、季節）を記録し、対応する地点を選択することで统制します。写真の倍率は「画像 ÷ 実物」です。写真で5.0 cm、実物で13.5 cmである earthworm は ×0.37 の倍率となります — 写真は実物より小さいこともあります。

土壌懸濁液の一滴には数えきれないほどの細菌が含まれるため、希釈平板法は各工程の正当性を示します: 生サンプルは数えすぎているため、 culture を1 部 + 9 部の水で希釈を繰り返します (なぜなら); 適切な希釈度の既知の容量をプレートに塗布し、個別のコロニーが数えられるようにします (だから); コロニーが可視化されるよう固定時間と温度で培養します (だから); 無菌操作を行い、汚染や誤 counting を避けます (ために)。数え可能なプレートと、この方法で認められた计数範囲を使用します。コロニー数 × 希釈倍率 プレート容積 = 単位体積あたりのコロニー形成単位数の推定値; 1つのコロニーは1つの細胞または塊から生成されることがあります。承認された教育用菌株と監督下の学校手順を使用します。

数式は提示されています；必要なのは表を埋めるスキルです。質量が18.1, 19.7, 16.2, 13.8, 17.1 g（平均16.98 ≈ 17.0）の5か所について、各偏差$(X - \bar{X})$を二乗する——1.21, 7.29, 0.64, 10.24, 0.01——総和$\sum(X-\bar{X})^2 = 19.39$を$n - 1 = 4$で割る：

2つのグループを比較するには、平均値 ± SD（標準偏差）（誤差棒）をプロットする。棒が重ならない場合、その差は有意である可能性が高いが、正確にはt検定で判定する。

** worked example（例題：原文）。標準的な運動後の回復時間：トレーニング済みグループの平均 94 s（$s = 11$, $n = 8$）、非トレーニング 126 s（$s = 14$, $n = 8$）。t検定により、$n_1 + n_2 - 2 = 14$ 自由度において$t = 32 \div \sqrt{11^2/8 + 14^2/8} = 5.08$となる。$p = 0.05$における臨界値**は2.145である。計算値が臨界値を超えるため、帰無仮説を棄却する：プログラムは回復時間を有意に短縮した。Spearmanの例と同じ3文（比較、棄却、結論）を記述し、採点者が確認する自由度を引用せよ。

帰無仮説：「残存油分率と保管時間の間に相関はない」。両変数を順位付け（最大 = 1）、各差分 $d$ を求め、二乗します。そして、

残存油と時間の間に有意な負の相関がある。大きさを比較し（0.857、符号は比較时无視）、$n = 7$（0.786）における$p = 0.05$での臨界値と比較する。計算値が臨界値を超えるため、帰無仮説を棄却する。3文すべてを記述せよ（比較、棄却、結論）。

検定の選択：2つのグループの平均値の差 → t検定（棒グラフ）；2つの測定変数の関連性 → 相関分析（散布図または折れ線グラフ）。相関の問題にt検定を用いてはいけません。

油減少グラフは折れ線グラフであり、時間は連続的である。軸と単位（日数；残存油の平均％）がラベル付けされ、線形スケールで正確にプロットされた点が描かれ、単一の最適近似直線が引かれている。0.65日の読み取り値（90 %）はすべての隣接値より上にあるため、外れ値である。最適近似では除外されるが、そのサンプリングを繰り返して検証し、黙って削除してはならない。

Unit 3 と同様に、完璧な書面計画だけでは、無菌技術の実際、スピロメータトレースのリアルタイム読取、あるいは室内での生物の取り扱いに関する倫理的配慮が証明されるわけではありません。これらの能力は、Unit 4 と 5 を学習する中で授業内で養われます。この試験紙は、それら围绕する思考力を問うものです。

1. CP15 で利用可能な人工水素キャリア2つを挙げ、酵母が呼吸する際にそれらの色がどう変化するか述べよ。
2. 「土壌中の細菌数は原油が分解されるにつれて増加する」という命題に対する帰無仮説を記せ。
3. Masses 21.4, 19.8, 18.6, 22.1, 20.6 g. Compute the sum of squared deviations and the standard deviation.
4. 順位は $\sum d^2 = 104$ を与え、$n = 7$ に依存する。$r_s$ を計算し、0.05 有意水準における临界値 0.786 と比較して結論を示せ。
5. 油の減少表において、どの数値が異常値か、およびその異常値に対して行う2つの処置を述べよ。
6. earthworm（ミミズ）の研究に影響を与える非生物的要因（温度を除く）2つと、それらの統制方法1つを述べよ。
7. 2群の回復時間を比較する計画である。どのグラフとどの検定を用いるべきか。また、フィットネスレベルが5段階の場合も考えよ。
8. スピロメータの実験プランには、実務作業开始前に必ず含めるべき倫理・安全上のポイント2つを挙げよ。
9. 希釈プレート法において、「培養液を順次希釈する」ことと「アガー平板に広げてローンを形成する」ことの妥当性を説明せよ。
10. An earthworm is 13.5 cm long and appears 5.4 cm in a photograph. Calculate the magnification.

答え：1 TTC、メチレンブルー、またはDCPIPのいずれか2つ。呼吸から水素を受け取るため、メチレンブルーとDCPIPは青色を失い、TTCは無色から赤色に変化する。2 細菌数と分解された油量の間には相関なし（相関係数はゼロ）。3 平均20.5。偏差の二乗和は7.48。$s = \sqrt{7.48/4} = 1.4$ g。4 $r_s = 1 - 624/336 = -0.857$。0.857 > 0.786 であり、帰無仮説を棄却する：有意な負の相関がある。5 90日の値（0.65 %）：最適近似では無視し、そのサンプリングを繰り返して検証せよ。6 土壌pH、湿度、鉱物、光、季節のいずれか2つ。対照として、例えば matched soil-moisture sites のみ比較する。7 平均値の棒グラフとt検定。5段階：散布/折れ線グラフと相関検定。8 知情同意（強制なし）。感染を防ぐため、マウスピースを滅菌または交換する。9 希釈により数を計数可能なレベルまで下げる。芝生は個体を分離し、それぞれが計数可能なコロニーを形成させる。10 $5.4/13.5 = 0.40$（×0.4）。