生豆芽实验.docx
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1、第十组 生豆芽实验生豆芽实验实验报告实验报告田燕南田燕南 (20080108682008010868)杨棋钧杨棋钧 (20080108822008010882)丁宣升丁宣升 (20080108602008010860)实验设计生豆芽实验第十组1 / 43目录目录一、实验目的.4二、实验原理.41、响应变量.42、自变量.43、实验设计原理.6三、实验过程.71、实验器材.72、实验环境.83、实验步骤.8四、实验结果及分析.81、全因子设计数据分析.91.1 豆芽长度.91.2 豆子未发芽率.141.3 豆芽霉变率.181.4 豆芽枯萎情况.212、 “田口设计”(Taguchi Design
2、)数据分析.232.1 稳健参数设计.232.2 交互作用分析.26五、实验结论与讨论.38六、参考文献.40实验设计生豆芽实验第十组2 / 43一、一、实验目的实验目的黄豆芽是一种营养丰富,味道鲜美的蔬菜,是较多的蛋白质和维生素的来源。黄豆芽 不仅可以在农场中生产,也可以在家庭中自己制备。而且自己家中制备的黄豆芽味美健康, 更加鲜美健康。探究在一般条件下适合黄豆芽的发芽条件对于指导黄豆芽的生产具有重要意义。现在 人们也已经探索出很多生黄豆芽的方法,不过我们组想要通过实验,利用“实验设计”课 程中学习的科学的实验设计方法设计实验,找出对黄豆芽生长情况的影响因素。实验得出 的结论可以对家庭制备黄
3、豆芽进行一定的指导。二、二、实验原理实验原理1、 响应变量响应变量出于从实验目的的考虑,我们确定,把特定时间长度内黄豆芽的生长长度作为响应变 量。而在豆芽生长的过程中,还会出现出芽的同时又发霉或者长得有毛根等异常现象,这 些数据也都将被记录,以进行对自变量黄豆芽生的影响效果的全面分析。2、 自变量自变量日常生活的经验告诉我们,影响黄豆芽生长的因素有豆子本身的质量、水量、环境温 度等。为了在正式实验之前做好充分的准备和预期,我们通过网络和书刊等途径对现有的 研究黄豆芽生长的因素的结论进行了总结。我们发现,在以往进行的对种子的发芽和成长影响因素的探究实验和研究中,除了对 豆子本身的素质,即是否死亡
4、、饱满、健康等自身因素进行的研究,还有众多对于其他因 素,诸如光照、水分、温度、氧气、营养素等的实验和研究。通过对相关的文献的阅读和学习,我们发现:1)水分是种子萌发的首要条件水分之成为种子萌发的第一个条件,是因为种子吸水后会使种子中的贮藏性凝胶物质 产生很大的膨胀压力,能够胀破坚硬的种皮,使原先处于封闭式种皮内的种胚能和外界的 萌发条件相接触,活跃其新陈代谢过程。水分进入种子后,能溶解一些贮藏物质,使之成 为种胚能够利用的养料。随着种子吸水量的增加,种胚的细胞开始增大,胚被活化,由此 诱导赤霉素的形成。当后者进入胚乳的糊粉层后,即诱发各种水解酶的形成和活动。此外, 细胞充分吸水后也有利于溶解
5、物质运转到分生生长的部位去。2)温度是种子萌发的基础条件适宜的温度能够促进种子的吸水速度,并使酶促过程和呼吸作用加强,使贮藏的养分实验设计生豆芽实验第十组3 / 43很快变成胚能利用的可溶性状态。黄豆属于喜温性作物,因此温度的变化对豆芽生产周期、 品质有非常明显的影晌,豆子在温度达到了 67即可发芽,但非分缓慢,且易烂籽,发 芽的适宜温度为 2025,温度在 3336时生长最快但由于呼吸作用增强,消耗贮藏的养 料多,豆芽生长细弱,须很多,纤维多,品质不良。培植豆芽的场所,要求冬暖夏凉,室 内温度保持在 2025为合适。3)氧气是种子萌发的重要条件在豆子发芽时,随着豆子吸水膨胀, 直到“露白”
6、,呼吸作用逐渐加强,需要吸收大量 的氧气,因此氧气是豆种萌发的重要条件。干燥的豆子吸氧量极少,当豆种吸足水分开始萌动后,需氧量急剧增加,在完全缺氧的条件下,豆子不能进行正常的萌发。培育豆 芽时需要比一般空气成分有较多的二氧化碳和较少的氧气,适合豆芽生长的空气成分是氧 气 10%,二氧化碳 10%,氮气为 80%。因此生产豆芽时要求空气稳定,减少流通,注意调 节温度,增加二氧化碳。4)光是种子发芽后正常生长的重要影响因素豆芽成品的子叶颜色与光有非常密切的关系。豆芽的整个萌发期最好在避光条件好下, 处于光线阴暗或黑暗的环境,从而抑制叶绿素的合成,保持子叶的原色,即黄色。在豆芽 长 1.5cm 开始
7、, 是生长的关键阶段,此时是否避光会对子叶是否变绿产生重要影响。5)生长素是发芽后生长的重要促进因素一定浓度的生长素对种子萌发和幼苗生长影响具有双重作用。适宜的低浓度的生长素 对种子萌发有促进作用,随浓度增大,这种会在某一浓度对胚根、胚轴的生长促进作用最 大,之后随浓度增大抑制作用。综合而言,影响黄豆芽生长状况的因素十分复杂,主要有:黄豆自身因素即使是黄豆,豆子品种也是决定黄豆出芽率和豆芽生长状况的关键因素。此外,对同 一品种的黄豆,豆子的饱满程度等自身因素也影响黄豆芽的生长情况。由于实验研究的主 要是环境等外部变量,故实验会将这一部分的影响尽量减小。环境因素温度、光照、泡豆子的水量都是一般生
8、豆芽的最主要因素,也具有较好的可控性。本 实验也将对这些因素中的一些进行控制和分析。其他生豆芽是人工进行的生产活动,除了以上两种因素之外,还有如添加生长素、生豆芽 容器内的豆子密度及换水的频率等人工可控因素可能带来豆芽生长状况的不同。因素分析的鱼刺图如下所示。实验设计生豆芽实验第十组4 / 43图 1 因素分析的鱼刺图经过文献的查阅,综合我们的研究目的探究在家庭中生黄豆芽适宜的条件,和我 们的实验条件,我们最终确定,将探索生豆芽时使用的水质、换水频率、相同容积器皿内水质、换水频率、相同容积器皿内 豆子密度大小豆子密度大小和是否在生豆芽之前泡种是否在生豆芽之前泡种这四大因素对黄豆芽生长情况的影响
9、。3、 实验设计原理实验设计原理实验将研究共计 4 种因子对响应变量的作用情况。虽然因子仅有 4 个,但是由于有不 同的各种排列组合,所以科学合理地设定各因子的水平数,对各类因子组合情况全面考虑, 是高效地得出实验结论的基础。考虑到具体条件所限和实验目的得出最佳种豆芽的条件,我们采用全因子设计。2这一设计能够帮助我们对因子的影响做出定量的分析和定性的结论与指导。全因子析因设计的具体方法是为每个因变量设定一高一低两个水平,利用 Minitab2的“DOE”功能得出全部因子的组合,指导我们设定不同的实验组。这种设计方法有利于 我们实验有条理地开展,及实验后将数据填入表格,直接利用全因子实验设计的功
10、能进行 实验结果的分析。按照易于区分和容易设定的原则,我们为四种因素规定了相应的水平和编码,具体如 下所示:因子是否泡种是否泡种换水频率换水频率水质水质豆子密度豆子密度水平实际值编码实际值编码实际值编码实际值编码高高是+1一天两次+1纯净水+12*15=30+1 低低否-1一天一次-1自来水-115-1利用 Minitab,我们做出了实验设计分组表格,如下所示:实验设计生豆芽实验第十组5 / 43表格 1 全因子析因实验设计表以上的实验设计表格,有利于我们合理掌控实验过程,以及对实验结果进行有条理的 统计分析。此外,我们还将利用“田口设计”的分析方法对结论中各种因素的稳健性影响做出分 析。“田
11、口设计”也是实验设计的一种,它的目的在于设计能够在各种条件下以最优状态 一致运行的产品。我们试图通过“田口设计”的过程和实验方法,将最终的实验数据进行 分析,找出能够稳健地影响响应变量的因素,也是对黄豆芽生长影响因素的一个更为深入 的探索。三、三、实验过程实验过程1、 实验器材敞口纸碗,16 个;纱布(用于做湿润保持物) ,16 块;笼屉布(用于做豆芽培养基) , 16 块;水(自来水、纯净水) ;大杯子(用于盛装自来水和纯净水,每次换水只用这个 里面盛装的水来换) ;卷尺2、 实验环境紫荆学生公寓 5 号楼 419 宿舍中厅。实验时间为 2011 年 5 月 15 日至 20 日,此段时间内
12、室内温度稳定在摄氏 25 度左右。3、 实验步骤序号序号中心点中心点区组数区组数是否泡种是否泡种换水频率换水频率水质水质豆子密度豆子密度 111-1-1-1-1 2111-1-1-1 311-11-1-1 41111-1-1 511-1-11-1 6111-11-1 711-111-1 811111-1 911-1-1-11 10111-1-11 1111-11-11 121111-11 1311-1-111 14111-111 1511-1111 1611111 1实验设计生豆芽实验第十组6 / 43根据全因子设计表格,我们进行了 16 组单区组生豆芽实验。2在正式实验之前,我们进行了选种。
13、该选种经历了两个阶段,首先是肉眼观察阶段。 挑选共 360 粒大小均匀、颗粒饱满、无虫眼的豆子作为生豆芽的豆种。然后,我们将所有豆种全部放在相应的水质条件下,观察有无漂浮状况的发生。如有, 则认定其为坏种,从可用豆种中继续挑选合适的豆子。经过选种之后,我们正式开始了实验。16 组豆子都放在底部有笼屉布基的培养器皿中, 每天早晨 7 点和傍晚 6 点换水(换两次组,换一次组的只在傍晚换水) 。换水即为给所有豆 子淋新的水,然后沥干置于已经用新水淘净的笼屉布上,并盖上用新水浸湿的洁净纱布。图 2 刚刚泡种一小时后的各组黄豆经过历时 5 天的实验,大部分黄豆都已经生长,还有部分已经开始长毛根。我们认
14、为 黄豆芽已经生长完毕。就开始了数据分析过程。实验设计生豆芽实验第十组7 / 43图 3 第二天各组生长状况实验设计生豆芽实验第十组8 / 43图 4 第三天各组生长状况图 5 第四天各组生长状况实验设计生豆芽实验第十组9 / 43图 6 第五天各组生长状况实验设计生豆芽实验第十组10 / 43图 7 最终所有实验组黄豆芽生长状况四、四、实验结果及分析实验结果及分析我们得到了 360 粒黄豆的豆芽长度、豆子状态等数据,按照 16 个分组表示,结果如下:组别组别平均长度平均长度霉变数量霉变数量生根数量生根数量破损数量破损数量枯萎数量枯萎数量未发芽数量未发芽数量 10.07300013 23.59
15、23361 33.1110311 43.2130211实验设计生豆芽实验第十组11 / 4350.5320219 62.6121620 73.2600410 84.3413412 90.10100013 103.3705650 113.1250350 123.74123190 130.10301014 142.1883460 152.5410420 162.81611620 平均平均2.423.131.193.692.633.38表格 2 所有组黄豆芽生长状况记录对原始数据的描述性统计结果如下:我们从全因子实验设计和田口设计两种思路对实验数据进行了分析,探究黄豆芽的生 长受预定的四个因子影响的
16、状况。以下是我们的分析结果。1、 全因子设计数据分析全因子设计数据分析1.1 豆芽长度豆芽长度我们的实验规定,将给定时长内豆芽的生长长度作为最主要的因变量。经过 5 天的生 长期,我们最终将所有豆子进行了长度的测量。长度测量的结果见附表“原始数据.xlsx” 。每个实验组有 15 或者 30 个数据。为了能够测定出各个因素对豆芽长度的影响,我们 取每组 5 天后组内所有豆芽的长度的均值作为将要测定的响应变量。我们将四个因子“是否泡种” 、 “换水频率” 、 “水质” 、 “豆子密度”分别编码为 A,B,C 和 D,进行了如下的主效应分析。实验设计生豆芽实验第十组12 / 432.01.51.0
17、0.50.0-0.5-1.09995908070 60 50 4030201051效效应应百百分分比比AA BB CC DD因子名称不显著 显著效应类型ABBA效效应应的的正正态态图图 (响应为 平均长度,Alpha = .05)Lenth 的 PSE = 0.32875图 8 豆芽长度的正态效应图实验设计生豆芽实验第十组13 / 43210-1-2999050101标标准准化化残残差差百百分分比比43210210-1-2拟拟合合值值标标准准化化残残差差1.51.00.50.0-0.5-1.0-1.543210标标准准化化残残差差频频率率16151413121110987654321210-1
18、-2观观测测值值顺顺序序标标准准化化残残差差正正态态概概率率图图与与拟拟合合值值直直方方图图与与顺顺序序平平均均长长度度 残残差差图图图 9 豆芽平均长度的残差图根据以上分析我们可以看出,A、B 和 A*B 是对豆芽平均长度有显著的因子。而以下的主效应图和交互作用图也都印证了 A、B 和 A*B 对豆芽平均长度的影响的显 著性。1-1 432101-143210A AB B-1 1A-1 1B平平均均长长度度 交交互互作作用用图图 数据平均值图 10 豆芽平均长度的换水频率、是否泡种的交互作用图实验设计生豆芽实验第十组14 / 431-13.53.02.52.01.5 1-11-13.53.0
19、2.52.01.5 1-1A平平均均值值BCD平平均均长长度度 主主效效应应图图 数据平均值图 11 平均长度与 4 个因子的主效应图43210210-1-2拟拟合合值值标标准准化化残残差差与与拟拟合合值值 (响应为 平均长度)图 12 豆芽平均长度与 4 个因子的拟合值图实验设计生豆芽实验第十组15 / 43图 13 豆芽平均长度拟合值的残差图由交互作用和主效应图都可以看出,A 和 B 对于豆芽的平均长度的影响是显著的。二 者的交互作用也很明显地对实验结果产生了影响。基于以上分析,我们确定,将使用 A,B,A*B 作为影响豆芽长度的三个主变量,为了 进一步得出三个因子的作用,我们将它们的值和
20、豆芽长度进行了线性拟合,由此我们可以 得到以下结果:根据上述分析结果,得到豆芽长度和是否泡种及换水频率两大因素的关系的拟合方程实验设计生豆芽实验第十组16 / 43为: = 2.4184 + 0.8151 + 0.8484 0.5549 210-1-2999050101标标准准化化残残差差百百分分比比43210210-1-2拟拟合合值值标标准准化化残残差差2.01.51.00.50.0-0.5-1.0-1.53210标标准准化化残残差差频频率率16151413121110987654321210-1-2观观测测值值顺顺序序标标准准化化残残差差正正态态概概率率图图与与拟拟合合值值直直方方图图与与
21、顺顺序序平平均均长长度度 残残差差图图图 14 豆芽平均长度的拟合残差图残差图有较好的正态性,我们可以认为,拟合的结果是合适的。结论:结论:以上分析表明,是否泡种、换水频率和二者的交互作用,是影响黄豆芽发芽长度的 最关键因素。在生豆芽之前泡种,用一天两次的换水频率,有利于黄豆芽的伸长。但是两 者的交互作用,则对豆芽的伸长起到了一些反作用,不过从拟合方程来看,其效应没有另 外两个大,即对豆芽的长度没有很大的影响。综合我们的已有知识,我们认为以上分析结果是合理的。水是生豆芽时的必要条件, 其原因我们在文献综述中也有提及。在生豆芽之前进行适当时间的泡种,是因为种子吸水 后会使种子中的贮藏性凝胶物质产
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