[发明专利]一种基于Hill numbers与时间关系的幂法则模型预测微生物群落结构的方法

权利要求书

1.一种基于多样性指数和时间关系(Diversity-Time Relationship，DTR)的幂法则标度模型预测微生物群落结构变化的方法，其特征在于：该方法基于不同多样性阶数下DTR模型参数构成的评估体系，如表1所示：

表1.基于DTR模型监测或预测微生物群落结构变化的评估体系

PL：Power Law Scaling Model，即幂法则标度模型

PLEC：Power Law with Exponential Cutoff，即指数截断的幂法则标度模型

MAD：Maximal Accumulation Diversity，即“群落最大累积多样性”

w_pl：diversity scaling parameter from PL，即“幂法则标度参数”

w_plec：diversity scaling parameter from PLEC，即“指数截断幂法标度参数”

g：pair-wise diversity overlap parameter，即“多样性重叠参数”

前述评估体系，其特征在于根据如下方法计算各评估指标：

(1)数据：在一定时段内对特定区域的微生物生态群落进行监测，获得一组不同监测时间点下各物种的丰度信息数据，通过16s-rRNA标记的宏基因测序获得物种丰度信息；

(2)计算多样性指数：对物种丰度数据按照采样时间点的顺序进行累积，获得累积采样时间下群落物种累积丰度的信息数据；利用Hill numbers多样性计算公式，选取4个多样性阶数：q＝0，1，2，3，分别计算不同阶数下各累积采样时间的alpha累积物种多样性指数和beta多样性指数；

(3)模型构建：根据幂法则标度模型获取各多样性阶数下的评估指标w_pl，模型核心如公式如下所示：

^qD＝cT^w

其中，^qD代表步骤(2)中计算得到的阶数q对应的alpha或beta多样性指数，T代表累积采样时间，c为模型参数，w为评估指标w_pl；

根据如下公式计算各多样性阶数下的群落多样性重叠度g：

g＝(2D_T-D_2T)/D_T＝2-2^w

其中，w为多样性指数下的评估指标w_pl；

根据指数截断的幂法则标度模型获取各多样性指数下的评估指标w_plec，模型核心如公式如下所示：

^qD＝cT^wexp(dT)

其中，^qD代表步骤(2)中计算得到的阶数q对应的alpha或beta多样性指数，T代表累积采样时间，c和d为模型参数，w为评估指标w_plec；

将c，d和w带入如下公式计算评估指标MAD，即“群落最大累积多样性”：

其中，Max(^qD)即为评估指标MAD；

综上可得完整的DTR评估体系，即表1所示，具体包括：w_pl，即“幂法则标度参数”；g，即“多样性重叠参数”；w_plec，即“指数截断幂法则标度参数”；MAD，即“群落最大累积多样性”。

2.按照权利要求1所述的内容，其特征在于：针对监测自然界中各种微生物生态群落多样性随时间的变化规律，从而提供服务的产品。