分子生物學(xué)發(fā)展前景精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術(shù)，我們?yōu)槟鷾蕚淞瞬煌L(fēng)格的5篇分子生物學(xué)發(fā)展前景，期待它們能激發(fā)您的靈感。

篇1

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)基因重組醫(yī)學(xué)基因工程

1.引言

國內(nèi)外研究情況與歷史背景

1953年沃森和克里克關(guān)于 DNA 分子空間結(jié)構(gòu)及其作為遺傳信息載體的著作的發(fā)表標志著分子生物學(xué)的誕生。分子生物學(xué)的誕生是生物學(xué)的一個重要發(fā)展，標志著生物科學(xué)對許多重大問題已開始由現(xiàn)象描述轉(zhuǎn)入到基本規(guī)律的闡明。雖然分子生物學(xué)的興起還不到 60 年，但是在分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域內(nèi)取得的成果卻很顯著。分子生物學(xué)與醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、生物工程等的關(guān)系十分密切。分子生物學(xué)的研究成果使不同生物體之間的基因轉(zhuǎn)移成為可能，在農(nóng)業(yè)上開辟了育種的新途徑，在醫(yī)學(xué)上有可能治療某些遺傳性疾病，在工業(yè)上形成了以基因工程為基礎(chǔ)的新興工業(yè)，從而有可能生產(chǎn)許多用常規(guī)技術(shù)從天然來源無法得到或無法大量得到的生物制品。

2.分子生物學(xué)的應(yīng)用列舉

2.1分子生物學(xué)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

（一）癌癥的研究即將出現(xiàn)重大的突破

癌基因的發(fā)現(xiàn)是近年來分子生物學(xué)研究的重大成果。過去在癌病因?qū)W上眾說不一的局面正在改善。由各種內(nèi)外因素導(dǎo)致癌基因激活或異常表達很可能就是癌癥發(fā)生的根本原因。癌基因本來是正常的基因成分之一，它的生理功能是什么？它是如何被調(diào)控的？異常表達和激活的機理是什么？癌基因產(chǎn)物和生長因子的關(guān)系是怎樣的？是否存在著反癌基因和生長的負調(diào)節(jié)因子？等等。這些問題都是當(dāng)前研究的熱點，正在取得日新月異的進展，與此有關(guān)的是艾滋病（AIDS）的研究受到世界范圍的密切關(guān)注如果分子生物學(xué)研究成果和社會性的預(yù)防措施能夠很好地結(jié)合起來，這個疾病的流行將會較快得到制止。

（二）遺傳病

隨著醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)研究的日益深入，有關(guān)遺傳病的一些概念正在發(fā)生變化。首先，這類疾病不再像過去認為的那么罕見。至今發(fā)現(xiàn)按照孟德爾方式遺傳的遺傳病已達3000余種。如果估計到疾病易感性和基因變異的關(guān)系，則遺傳病范圍會更加擴大，例如易患心臟病、肺氣腫、高膽固醇血癥、糖尿病、變態(tài)反應(yīng)和胃潰瘍病等等的基因正在得到分離，甚至癌癥，有的學(xué)者認為也可歸屬于遺傳病的范疇，其根本原因在于DNA的損傷。其次，基因探針技術(shù)正在逐步擴大產(chǎn)前診斷和遺傳病診斷的范圍。在治療上，過去一切對遺傳病的療法都只能是對癥的，從理論上講，只有基因療法才是治療遺傳病的唯一根治方法。

（三)藥物和疫苗

隨著基因工程的蓬勃興起而首先受益的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域就是制藥工業(yè)。現(xiàn)在已經(jīng)有些多肽或蛋白質(zhì)藥物，如人胰島素、生長激素、干擾素等能夠通過“工程菌”大量生產(chǎn)，更多的藥物則正在開發(fā)之中。疫苗的研制正在極大地促進預(yù)防醫(yī)學(xué)的發(fā)展.例如，白細胞介素 2和β干擾素是兩種具有抗癌作用的蛋白質(zhì)，在其多肽鏈中各有三個半胱氨酸殘基，但只形成一對二硫鍵，由于分子中含有多余的一個半胱氨酸殘基，所以二個分子容易締結(jié)合成二聚體而失活，用定點突變法改變半胱氨酸的密碼子為絲氨酸密碼子，就可防止二聚體的形成，從而在不損害活性的情況下大大延長這兩個蛋白質(zhì)的半衰期，提高了療效。

2.2 分子生物學(xué)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

分子生物學(xué)用于農(nóng)業(yè)， 已經(jīng)對農(nóng)作物的品種改良起了以前不可能 想象的重要影響。農(nóng)作物以及家畜品種的改良，現(xiàn)在可以用定向引人有關(guān)基因的方法進行，這就從根本上改變了過去盲目大量誘變?nèi)缓笤?從中進行篩選的傳統(tǒng)作法。 在農(nóng)作物中，已經(jīng)成功地對馬鈴薯進行了改造，不但使其獲得了抗病毒基因，也得到了高蛋白質(zhì)含量的馬鈴薯新品種。把一個蛋白水解酶抑制劑基因引人煙草之后，使得以煙葉為食的害蟲不能消化其中的蛋白質(zhì)，因而不能繁殖。這樣，這一品種就獲得了抗蟲害的能力。 雖然植物基因工程的應(yīng)用 還不是很久，但為農(nóng)作物的大量增產(chǎn)和品種改造，例如固氮基因的轉(zhuǎn)移等，提供了無法估量的發(fā)展前景。

2.3分子生物學(xué)在工業(yè)上的應(yīng)用

如今已經(jīng)產(chǎn)生了一種新興的工業(yè)， 即以基因工程為基礎(chǔ)的生產(chǎn)生物制品的工業(yè)。 它的基礎(chǔ)是從一種生物體分離編碼某個蛋白質(zhì)的基因，即DN斷，把這個基因人工重組到可以用發(fā)酵法大量生產(chǎn)的如大腸桿菌或酵母的基因中去，使其在大腸桿菌或酵母的細胞中得到表達，并達到大量生產(chǎn)的目的[2]。 新近發(fā)展起來的蛋白工程則是分離出某個蛋白質(zhì)的基因之后,再加以改造，根據(jù)三聯(lián)密碼，把這個DNA序列中編碼某一個氨基酸的密碼子，改變成為編碼另一個氨基酸的密碼子;或者用合成 DNA 的方法 直接合成基因。 從以上兩種方法都可以得到在天然界原來并不存在的 DNA，再用和上面所說的類似的方法，引人大腸桿菌或酵母的基因中進行表達，以達到大量生產(chǎn)的目的，得到具有新的特性的蛋白質(zhì)。

篇2

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；教學(xué)；探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）10-0094-02

分子生物學(xué)創(chuàng)立于20世紀50年代，是從分子水平闡述細胞活動的規(guī)律、揭示生命本質(zhì)的一門新興學(xué)科，是生命科學(xué)深入發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，是人類了解生命活動規(guī)律的必經(jīng)階段，對生命科學(xué)領(lǐng)域的各分支學(xué)科都具有廣泛而深遠的影響[1]。隨著DNA的結(jié)構(gòu)與功能、RNA在蛋白質(zhì)合成中的作用、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能、遺傳密碼及基因調(diào)控的本質(zhì)等被相繼闡述，幾乎所有的生命現(xiàn)象都可以深入到分子水平去尋找本質(zhì)。所以分子生物學(xué)誕生后迅速與細胞學(xué)、微生物學(xué)、動物遺傳育種學(xué)、獸醫(yī)藥理學(xué)、獸醫(yī)傳染病學(xué)、獸醫(yī)免疫學(xué)、動物營養(yǎng)學(xué)、人畜共患病學(xué)等學(xué)科融合，形成了一系列的交叉學(xué)科，其研究手段和方法已成為現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)[2]。

我國作為畜牧業(yè)生產(chǎn)和消費大國，迫切需要具有專業(yè)理論知識、創(chuàng)新能力和實踐能力強的復(fù)合型人才，這就使得高等農(nóng)業(yè)院校教育的使命轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)理論和應(yīng)用并重的復(fù)合型人才上。因此，重視和加強畜牧獸醫(yī)類本科生《分子生物學(xué)》的理論及實踐教學(xué)，對培養(yǎng)在畜牧業(yè)領(lǐng)域既有理論又有實驗技能的優(yōu)質(zhì)畢業(yè)生具有重要意義。為了實現(xiàn)這一目標，《分子生物學(xué)》理論和實驗教學(xué)的改革勢在必行。下面就結(jié)合河南農(nóng)業(yè)大學(xué)牧醫(yī)工程學(xué)院《分子生物學(xué)》的教學(xué)現(xiàn)狀，對理論及實踐教學(xué)的改革問題做一些粗淺的探討。

一、理論改革

1.選擇合適教材、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。教材是學(xué)生獲取知識的最直接來源，合適課程教材的選取對于學(xué)生入門分子生物學(xué)尤為重要。我院的分子生物學(xué)課程開設(shè)于第三學(xué)年第一學(xué)期，在此之前已經(jīng)教授過動物生物化學(xué)和動物遺傳學(xué)，而這兩門課程在部分內(nèi)容上與分子生物學(xué)有交叉，學(xué)生們對于核酸、蛋白質(zhì)以及遺傳信息的傳遞等基礎(chǔ)知識已經(jīng)有一定的了解；并且，相當(dāng)一部分的大三學(xué)生已經(jīng)進入到實驗室，開始接觸到PCR、質(zhì)粒構(gòu)建、蛋白表達等基礎(chǔ)的分子實驗操作。因此，對于此門課程的學(xué)習(xí)則應(yīng)偏重于幫助學(xué)生了解分子生物學(xué)的研究方法，如：DNA、RNA、蛋白質(zhì)的操作技術(shù)和基因功能的研究技術(shù)等，真正滿足學(xué)生的現(xiàn)實需要，最大限度地避免重復(fù)學(xué)習(xí)和資源浪費。

現(xiàn)代分子生物學(xué)發(fā)展飛速，各種新知識、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，國內(nèi)外教材版本更新極快。雖然我院的分子生物學(xué)推薦教材為朱玉賢等主編的第3版《現(xiàn)代分子生物學(xué)》，但這個版本出版于1997年，不能滿足學(xué)生對于新知識的渴求。因此，通過對多種分子生物學(xué)教材的分析和比較，我們最終選擇了朱玉賢等主編的《現(xiàn)代分子生物學(xué)》第4版。該教材除了系統(tǒng)講解遺傳物質(zhì)的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯以及調(diào)控機制外，還著重介紹了分子生物學(xué)常用的研究方法，和當(dāng)前熱門的基因組測序技術(shù)，具有內(nèi)容緊湊、邏輯性強、圖文并茂等特點。在此基礎(chǔ)上，通過征詢學(xué)生意見并結(jié)合畜牧專業(yè)的特點，有針對性地調(diào)整授課內(nèi)容：對學(xué)生學(xué)過的章節(jié)進行簡單回顧；詳細介紹現(xiàn)代分子生物學(xué)的一些新內(nèi)容、新技術(shù)；重點介紹與生產(chǎn)實驗相關(guān)章節(jié)，使整個內(nèi)容不僅理論聯(lián)系實際，又緊臨當(dāng)今生物科學(xué)發(fā)展的前沿。

2.豐富教學(xué)形式、調(diào)動學(xué)生積極性。生物學(xué)的研究對象是一個豐富多彩、充滿活力的世界，但在表述內(nèi)容上卻稍顯抽象、復(fù)雜和較難理解。單純依賴書本的介紹和教師的講述難以在色彩、形象、質(zhì)感、尤其是動態(tài)上給學(xué)生一個準確的印象。現(xiàn)代化多媒體課件的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，它能夠?qū)⑽淖帧D像、聲音和動畫等信息同時輸出，形象化理論的、抽象的東西，具體化空間的、難以想象的內(nèi)容，還可以在課件中展示自然界的直觀現(xiàn)象、重現(xiàn)研究過程并模擬微觀反應(yīng)，創(chuàng)造出愉悅的教學(xué)情景，極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)習(xí)的積極性[3]。如：先向?qū)W生講述真核生物的DNA通過轉(zhuǎn)錄形成mRNA、出細胞核并在核糖體等的協(xié)助下翻譯出蛋白質(zhì)的內(nèi)容，再給學(xué)生放映國外專業(yè)網(wǎng)站下載的堪比好萊塢大片效果的此過程模擬動畫，便很容易在學(xué)生腦中留下深刻印象，有助于理解和記憶。

從知識“被動接受者”到“主動介紹者”身份的轉(zhuǎn)變，會最大限度調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，鼓勵學(xué)生動手動腦，發(fā)表不同看法，質(zhì)疑問難，有利于培養(yǎng)學(xué)生探索創(chuàng)新精神。因此，在教學(xué)中我們抽出兩次的授課時間，讓學(xué)生自主選擇分子生物學(xué)實驗技術(shù)、癌癥與腫瘤、病毒或基因與發(fā)育等不同主題制作PPT，然后每個學(xué)生花5～10分鐘介紹PPT。整個過程鍛煉了學(xué)生查找資料、獲取信息、制作多媒體課件和演講的能力，由于知識是由學(xué)生自己通過探究獲得的，所以理解記憶更加深刻，掌握起來較為容易，不易被遺忘，還鍛煉了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

二、實踐改革

分子生物學(xué)是一門實踐性極強的學(xué)科，實驗教學(xué)是分子生物學(xué)課程非常重要的組成部分，一些實用性很強的技術(shù)：核酸的提取與純化、PCR擴增、電泳分離與鑒定、限制性內(nèi)切酶切、質(zhì)粒構(gòu)建、細菌轉(zhuǎn)化、蛋白質(zhì)表達等等，這些都是畜牧獸醫(yī)專業(yè)學(xué)生在之后的學(xué)習(xí)、研究和工作中經(jīng)常用到的基礎(chǔ)專業(yè)技能。此外，在實際操作過程中同學(xué)們可以將學(xué)到的理論知識與實踐相結(jié)合，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率并促進學(xué)生分子生物學(xué)理論知識和實驗操作技能的全面發(fā)展。

1.設(shè)計針對性強的實驗課程，注重實際應(yīng)用。高等農(nóng)業(yè)院校的教育宗旨是培養(yǎng)與社會實踐接軌、具有實用技能的新型農(nóng)業(yè)人才。為使分子生物學(xué)實驗課程更有針對性、注重實際應(yīng)用，建議增加實驗課時數(shù)并分階段安排實驗課程。首先，掌握最基本的基礎(chǔ)性實驗，包括：DNA提取、RNA提取及反轉(zhuǎn)錄、PCR、酶切連接轉(zhuǎn)化、感受態(tài)制備、蛋白質(zhì)表達純化等。通過基礎(chǔ)性實驗的練習(xí)，使學(xué)生達到理論與實驗熟練于心的效果；然后，針對畜牧獸醫(yī)的專業(yè)要求及社會需要，開展具有實際應(yīng)用的實驗項目[4]。例如獸醫(yī)傳染病學(xué)，需要學(xué)生對病例的實驗室診斷具有一定的掌握。在學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)實驗技能的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計病原引物、基因擴增及測序等應(yīng)用性實驗來確診病原，這樣不僅讓學(xué)生了解分子生物學(xué)技術(shù)在本學(xué)科的應(yīng)用價值，同時提高學(xué)生動手實踐能力，將所掌握的基礎(chǔ)實驗技能應(yīng)用于實踐中[5]。

2.培養(yǎng)扎實操作技能，調(diào)動學(xué)生積極性。由于分子生物學(xué)實驗過程長、所用試劑及操作儀器較多，傳統(tǒng)實驗課模式為：教師做好準備工作、講解演示、學(xué)生實驗。這樣的授課方式存在學(xué)生的參與度不夠、基礎(chǔ)的操作技能掌握不扎實、良好的實驗習(xí)慣養(yǎng)不成等弊端。建議將實驗的整個準備工作，包括EP管、移液器槍頭和玻璃器皿的滅菌，試劑的配制以及實驗室規(guī)范使用和衛(wèi)生清理等，全部交由學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成。此過程以讓學(xué)生更好地融入實驗，發(fā)現(xiàn)問題，深入理解規(guī)范實驗的重要性。逐漸讓學(xué)生在循序漸進、潛移默化中養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣。此外，對于簡單的實驗步驟，讓學(xué)生自己設(shè)計、討論并驗證，最后對比前人做的工作，得出結(jié)論。使學(xué)生從被動的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥膶W(xué)習(xí)者，增加了學(xué)生對實驗課的參與程度，同時也可激發(fā)學(xué)生對實驗科學(xué)的探索熱情。

三、結(jié)語

作為高等農(nóng)業(yè)類院校，搞好教育工作、培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)專業(yè)人才是學(xué)校的頭等大事，而好的教育模式需要教育工作者們不斷地提高自身專業(yè)水平、改革高校教育理念、建立科學(xué)的教學(xué)實驗管理模式、不斷完善和創(chuàng)新，充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)分子生物學(xué)的興趣，為國家培育出更多、更優(yōu)秀的符合現(xiàn)代化畜牧獸醫(yī)發(fā)展需求的高質(zhì)量畢業(yè)生。

參考文獻：

[1]朱玉賢，李毅.現(xiàn)代分子生物學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]岳陽，孫靜，石達友，姚德昌.基于共詞分析的獸醫(yī)分子生物學(xué)領(lǐng)域研究熱點分析及初步展望[J].廣東畜牧獸醫(yī)科技，2015，（2）：1-4.

[3]李市場.本科分子生物學(xué)教學(xué)改革的初步探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013，（21）：161-162.

篇3

在廢水處理中,生物處理法是最為經(jīng)濟適用的廢水處理方法,而微生物在生物處理過程中又起到至關(guān)重要的作用,利用微生物治理水污染有著廣闊的發(fā)展前景。本文重點探討微生物在廢水處理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:

環(huán)保；微生物；應(yīng)用

環(huán)境保護是我國的基本國策。隨著水污染問題的日益嚴峻,水資源危機嚴重威脅人類的生存環(huán)境。在廢水處理中,生物處理法是最為經(jīng)濟適用的廢水處理方法,而微生物在生物處理過程中又起到至關(guān)重要的作用。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,構(gòu)建基因工程菌已成現(xiàn)實,所以,利用微生物治理水污染有著廣闊的發(fā)展前景。本文重點探討微生物在廢水處理中的應(yīng)用。

1廢水中常見的微生物

2微生物在廢水處理方面的應(yīng)用

微生物處理廢水的機理就是通過微生物的新陳代謝活動,把廢水中的有機物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的、無害的物質(zhì),從而達到凈化廢水的方法。根據(jù)微生物新陳代謝過程中是否有氧的參與,廢水的微生物凈化方法分為好氧凈化和厭氧凈化。

2.1好氧凈化在有氧的條件下,好氧微生物通過自身的分解、合成代謝,把廢水中的有機物礦物化的過程。在這個過程中,微生物不僅自身得到了生長、繁殖。廢水也得到凈化。廢水微生物好氧凈化法就是模擬這個原理來凈化污水的。目前常用的好氧廢水處理法有:活性污泥法、生物膜法、氧化塘法等。活性污泥法:活性污泥其實就是廢水中的好氧微生物生長、繁殖形成的一種絮狀體。其生物組成為好氧微生物、兼性厭氧微生物和專性厭氧微生物、有機和無機固體等。活性污泥具有很強的吸附、氧化分解有機物或毒物的能力。活性污泥法處理廢水就是利用活性污泥的吸附、氧化、分解、凝聚和沉淀等作用來凈化水中的有機污染物。廢水中的有機物的降解轉(zhuǎn)化過程就是活性污泥中的好氧微生物的新陳代謝活動。為保證最佳凈水效果,就要保證微生物良好的新陳代謝。氧的充足供應(yīng)是好氧微生物進行正常生命活動的首要條件。所以,首先要保證氧的供應(yīng)。此外,還要滿足微生物生命活動最適宜的溫度(15-30℃)和ph值(6.5-8.5)等。生物膜法:這種處理法的實質(zhì)是使細菌等微生物和原生動物、后生動物等附著在濾料或載體上生長繁育,并在其上形成膜狀生物污泥---生物膜。常見的生物膜法有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化、生物流化床等。氧化塘法氧化塘中,廢水中的污染物主要通過懸浮于廢水中的有機菌藻共生作用、水中微生物代謝活動進行降解,水中藻類光合作用能增高溶解氧濃度,氧化塘廢水中的細菌可將廢水有機物分解變成二氧化碳、硝酸根等無機物,沉積于污泥中的有機物則可通過厭氧菌分解成甲烷、硫化氫等被藻類利用,從而使廢水得到凈化。

2.2厭氧凈化在嚴格厭氧的條件下,微生物發(fā)酵和消化有機物產(chǎn)生水、二氧化碳、硫化氫、甲烷的過程。廢水的厭氧處理法就是根據(jù)這一原理來凈化污水的。因在處理過程中產(chǎn)生甲烷,又稱甲烷發(fā)酵。廢水中復(fù)雜有機物的厭氧降解過程分四個階段,即:水解階段、發(fā)酵階段、產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段。不同的階段有著不同的微生物優(yōu)勢種群。在水解發(fā)酵階段中,廢水中的大分子有機物,首先在細菌胞外酶的作用下,水解轉(zhuǎn)化為小分子有機物后,被梭狀芽孢桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙歧桿菌屬和假單胞菌屬等吸收、轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物分泌到胞外,主要產(chǎn)物是醇類、揮發(fā)性的脂肪酸、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨等等。在產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段中,這些產(chǎn)物繼續(xù)被互營單胞菌屬、互營桿菌屬、暗桿菌屬和梭菌屬等酸化細菌進一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸及新的細胞物質(zhì)。在產(chǎn)生甲烷階段中,前一階段的產(chǎn)物被甲烷桿菌屬、甲烷球菌屬和甲烷八疊球菌屬等甲烷菌群利用轉(zhuǎn)化為甲烷菌細胞物質(zhì),并產(chǎn)生甲烷氣體。整個廢水厭氧發(fā)酵過程涉及多種菌替作用,每種菌群都有不同的生活基質(zhì)和生活條件要求,構(gòu)成了一個極為復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。這種廢水處理方法不僅菌群獲得營養(yǎng),廢水得到凈化,還能開發(fā)新的生物能源,所以倍受人們重視。

3利用分子生物學(xué)技術(shù),人工構(gòu)建基因工程菌處理廢水

相比較于傳統(tǒng)的微生物處理廢水法,利用基因工程菌處理廢水是當(dāng)前用微生物處理廢水的重要發(fā)展方向,它具有定向性和高效性的特點。構(gòu)建的基因工程菌,不僅能在廢水處理過程中快速繁殖、絮凝,滿足數(shù)量需求,而且在高毒環(huán)境的水體中,也具有高效的分解、轉(zhuǎn)化性能,甚至可以針對特異的污染物進行分解、轉(zhuǎn)化,基因工程菌也可以廣泛的分解污染物。隨著基因工程技術(shù)和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,基因工程菌對凈化環(huán)境、保護人類健康將發(fā)揮越來越重要的作用,基因工程菌在廢水處理中的應(yīng)用也將越來越廣泛。微生物法處理廢水不僅具有效率高、成本較低的特點,而且處理后的水質(zhì)好,可以直接排放到大自然中。在自然界,廣泛的存在著大量的微生物。微生物具有易培養(yǎng)、易變異、繁殖快、適應(yīng)能力強等特征。隨著基因工程技術(shù)和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,構(gòu)建定向、高效分解污染物的微生物已成為現(xiàn)實。所以,利用微生物治理廢水是今后環(huán)保產(chǎn)業(yè)的主攻方向,合理利用微生物處理廢水具有非常廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻

[1]陳秀麗《.微生物在廢水處理中的應(yīng)用》.中國西部科技,2007.

[2]黃小蘭,陳建耀.微生物在城市廢水污泥處理中的應(yīng)用[A].2008年微生物實用技術(shù)生態(tài)環(huán)境應(yīng)用學(xué)術(shù)研討會論文集[C].2008.

篇4

關(guān)鍵詞：DNA計算；計算模型；DNA計算發(fā)展前景

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)04-0920-02

Analysis DNA Computing and its Development

XIAO Zhen-nan1, JIANG Han-yang1,2,WANG Xiang-wen1

(1.Department of Computer Science and Technology, Hunan Technological and Economic Vocational College, Hengyang 421001, China;2. Department of Computer Science, Hengyang Normal University, Hengyang 421000, China)

Abstract: In recent years, based on the biochemical reaction mechanism of DNA computing model by many different scientific disciplines within the field of scholarly concern. DNA computing has become the forefront of international scientific research within the field of a new hot spot. This paper discusses the principle of DNA computing, DNA computing summarized the characteristics, DNA computing model, and pointed out the study of DNA computing problems, and finally to the development of DNA computing prospect.

Key words: DNA computing; computing model; prospects of DNA computing

DNA計算利用DNA特殊的雙螺旋結(jié)構(gòu)和堿基互補配對的原則對問題進行編碼，把要運算的對象映射成DNA分子鏈，在生物酶的作用下，生成問題的可能解即初始數(shù)據(jù)。然后按照一定的規(guī)則將原始問題的數(shù)據(jù)運算并行地映射成DNA分子鏈的可控的生化過程。最后利用現(xiàn)代生物技術(shù)等手段獲得運算結(jié)果。

1994年,Aldeman博士介紹了用DNA來解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題想法。Aldeman是美國南加州大學(xué)的一名計算機科學(xué)家，在閱讀James Watson寫的《分子生物學(xué)的基因》得出了結(jié)論：DNA是有潛力的計算。Aldeman博士在實驗室采用現(xiàn)代分子生物技術(shù)，在試管中利用DNA分子解決了具有7個頂點的有向Hamihon回路問題(Hamilton pathproblem。HPP)，該研究開創(chuàng)了用DNA分子解決經(jīng)典困難計算問題的先河。它的新穎性不在于算法。也不在于速度，而在于采用了迄今為止還沒有作為計算機硬件的生物工業(yè)技術(shù)來實現(xiàn)，并且開發(fā)了DNA潛在的并行性。隨著傳統(tǒng)電子計算機的制造工藝瀕I臨極限，DNA計算成為了傳統(tǒng)硅介質(zhì)計算機的最有利挑戰(zhàn)者。這一研究成果引起了世界范圍內(nèi)各個科學(xué)研究領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注，繼而開辟了一個嶄新的研究領(lǐng)域--DNA計算。

目前，國內(nèi)北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)系統(tǒng)工程研究所和華中科技大學(xué)分子生物計算機研究所等高校、科研單位和計算機專家在DNA計算科學(xué)研究領(lǐng)域取得了很好的研究成果。其中上海交通大學(xué)Bio―X生命科學(xué)研究中心和中科院上海生命科學(xué)院營養(yǎng)科學(xué)研究所于試管中完成了DNA計算機的雛形研制。在實驗上把自動機與表面DNA計算結(jié)合到了一起，這在中國還是首次。

1 DNA計算原理

DNA計算的原理來自分子生物學(xué)的研究成果。DNA鏈的巨大并行性和Watson―Crick的互補結(jié)構(gòu)使這樣的計算對解決一些問題。特別是一些傳統(tǒng)電子計算機還無法解決的問題，有了良好并且廣闊的發(fā)展前景。DNA計算原理圖如圖1所示。

DNA的來源廣闊．生物乃至人的體內(nèi)就擁有大量的DNA鏈。DNA是由聚合鏈組成．通常這樣的鏈稱為DNA鏈，DNA鏈由核苷酸構(gòu)成，核苷酸由4個不同的堿基：A(腺嘌呤)、G(鳥嘌呤)、C(胞嘧啶)、T(胸腺嘧啶)。而根據(jù)Watson―Crick互補雙鏈結(jié)構(gòu)．這樣的堿基配對相互吸引：A與T連接。G與C連接。正如電子計算機由0和1的編碼來編寫和表示信息一樣，由字母表Σ={A、T、G、Cl組成的DNA單鏈可以看做是編寫和表示信息的方法．而基于DNA鏈的一些生物操作(PCR操作、親和層析、超聲波降解、磁珠分離、凝膠電泳等)可以認為對這個字母表的計算方式。這種計算，不僅是一種物理性質(zhì)的符號變換，也是一種化學(xué)性質(zhì)的變換，這種計算方式是前所未有的，是劃時代的。

2 DNA計算模型

DNA計算模型的研究已經(jīng)引起了數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。DNA計算研究的最終目的是構(gòu)造出具有巨大并行性的DNA計算機。在目前所獲得的DNA計算模型中，最能引起學(xué)者們興趣與關(guān)注的模型有如下幾種：粘貼模型、剪接系統(tǒng)模型、表面與芯片DNA計算模型、布爾電路模擬等。國內(nèi)開始DNA計算的研究始于1996年。到目前為止，我國關(guān)于DNA計算的研究已經(jīng)取得許多可喜的研究成果。如最小頂點覆蓋問題的Sticker模型，布爾電路模擬，DNA計算與遺傳算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的結(jié)合，DNA計算中的編碼等。

目前，DNA計算模型主要分為基于DNA分子結(jié)構(gòu)特征的DNA計算模型和基于生物操作與實現(xiàn)的計算模型。

2.1 基于DNA分子結(jié)構(gòu)特征的DNA計算模型

1) 基于DNA分子結(jié)構(gòu)特征

粘貼模型是由Roweis等人于1996年提出來的。它是一種基于分子操作和隨機訪問內(nèi)存的一種DNA計算模型，是一種通用計算機系統(tǒng)。粘貼模型采用單鏈和雙鏈的混合形式進行編碼，將一條長鏈劃分為若干段。其中有些是單鏈，有些是雙鏈，單雙鏈隨機分布。若用單鏈表示數(shù)據(jù)0，用雙鏈表示數(shù)據(jù)1，則一條這祥的一個長鏈可用來表示二進制數(shù)據(jù)。由于單鏈和雙鏈根據(jù)不同的生物操作可發(fā)生變化，因而DNA鏈相當(dāng)于一個隨機數(shù)據(jù)存儲器。粘貼模型的優(yōu)點是在運算過程中不需要DNA鏈的延伸，也不需要酶的作用，并且DNA鏈可重復(fù)使用。

2) 基于DNA分子結(jié)構(gòu)特征的其它計算模型

除了粘貼模型外，目前研究比較熱的還有剪切系統(tǒng)模型、插入―刪除系統(tǒng)模型、發(fā)夾DNA計算模型、質(zhì)粒DNA計算模型等。

2.2 基于生物操作與實現(xiàn)的DNA計算模型

基于生物操作與實現(xiàn)的DNA計算模型主要包括試管型、表面型兩種。

3 DNA計算的優(yōu)點

1) 運算速度快

普通的計算機的運算速度為106次/秒，目前最快的超級計算機的計算速度為1012次/秒，而對于分子計算機，如果是兩個DNA的連接視為一次操作，又假定4*1014個邊DN斷有一半發(fā)生了連接反應(yīng)，則分子計算機的運算速度為1014次/秒。

2) 低能耗

生化反應(yīng)所需要的能量消耗很小, 完成同樣的運算DNA計算所消耗的能量是大型機的十億分之一。

3) 存儲容量高

DNA存儲信息的密度是1bit/nm3，而當(dāng)前錄像帶的信息存儲密度僅為1bit/1212nm3。

4) 可以真正實現(xiàn)并行工作

傳統(tǒng)電子計算機主要是串行工作，而分子計算機可視為多CPU的并行工作，可以實現(xiàn)現(xiàn)有計算機無法真正實現(xiàn)的模糊推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運算功能。對于分子計算機，一個DNA分子相當(dāng)于一個CPU，在1molDNA溶液中就含有1023個分子，則可以實現(xiàn)1023量級的并行計算。

5) DNA計算存在的問題

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，DNA計算將會被用來解決更多的實際問題，特別對一些復(fù)雜巨系統(tǒng)中的問題。它將會給數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)和工程等學(xué)科帶來飛速的發(fā)展。但DNA計算本身也存在一些問題網(wǎng)：

1) 沒有統(tǒng)一的操作

由于其本身的生物技術(shù)的多樣性，基于DNA計算的基本操作并沒有統(tǒng)一。通常在不同的解決方案里會提出同樣的操作名稱，但其對應(yīng)的生物操作并不相同。對于研究者來講。在查閱相關(guān)資料時．不得不把更多的精力放在分子生物學(xué)操作上，這對于用DNA計算解決問題是不利的。特別是隨著問題規(guī)模的增大，所需要的DNA分子數(shù)目和各種酶的數(shù)量會呈指數(shù)增長，而生物操作錯誤和統(tǒng)計誤差的概率會被放大。

2) 自動化程度不高

在DNA計算中人的參與還是比較多的，隨著DNA計算研究的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一些半自動的DNA計算機，但還是無法離開人類的參與，從某些角度上來講，也大大制約了DNA計算的發(fā)展。

3) 缺乏良好的人機對話界面

DNA計算機要想真正地取代傳統(tǒng)電子計算機，就目前而言，在人機對話界面上還有待改進，無法便利地輸入問題和獲得解，在這些方面還是無法離開傳統(tǒng)計算機。

4 DNA計算的發(fā)展前景

目前，關(guān)于DNA計算和DNA計算機的研究發(fā)展速度十分驚人。無論在理論研究上，還是實驗方式的研究上都有很大的進展舊。基于固體表面的DNA計算可不在溶液中進行。這項成果大大降低了DNA計算的出錯率。粘貼計算模型的出現(xiàn)使得在運算過程中不需要DNA鏈的延伸，也不需要酶的作用。并且DNA鏈可重復(fù)使用，對DNA鏈的增長起到了控制作用。

DNA計算應(yīng)用廣泛。利用DNA計算可以解決某些NP完全問題；實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密、解密；進行智能控制；解決生物化學(xué)、組合化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域問題；實現(xiàn)Boolean電路和數(shù)據(jù)流邏輯運算等。

DNA計算是跨學(xué)科的研究熱點。涉及到DNA計算的學(xué)科有生物學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)等。

DNA計算研究方向廣泛，涉及到DNA計算的的主要研究方向有DNA nanotechnology、表面實驗、算法設(shè)計和計算模型等。

5 小結(jié)

綜上所述，DNA計算的發(fā)展前景是非常廣闊的，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，特別是越來越多的研究者的參與，DNA計算的研究將會出現(xiàn)一個嶄新的局面。很多制約現(xiàn)在DNA計算的問題慢慢會得到解決。雖然在很多方面，DNA計算還存在問題，但在特定的領(lǐng)域和復(fù)雜問題上，它已顯現(xiàn)出巨大的潛力。這一新領(lǐng)域的發(fā)展和研究值得關(guān)注和重視。

參考文獻：

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篇5

【關(guān)鍵詞】文蛤；養(yǎng)殖；遺傳多樣性；分子生物學(xué)

0 引言

文蛤是一種經(jīng)濟價值較高的海洋貝類，是貝類海鮮中的上品。文蛤營養(yǎng)豐富，含有碳水化合物2.5%，脂肪1.2%，蛋白質(zhì)10%，還富含各種氨基酸、維生素及鈣、鐵、鉀、鎂等多種人體必需的礦物質(zhì)。很多研究表明：文蛤有清熱利濕、化痰、散結(jié)的功效，對肝癌有明顯的抑制作用，對甲狀腺腫大、慢性氣管炎、哮喘、淋巴結(jié)核等病也有明顯的療效。

1 種類及分布

文蛤（Meretrix meretrix），英文名Hard clam，屬軟體動物門（Mollusca）、雙殼綱（Lamellibranchia）、異齒亞綱（Heterodonta）、簾蛤目（Veneroida）、簾蛤科（Veneridae）、文蛤?qū)伲∕eretrix）。地理分布較廣，在日本、朝鮮和中國沿海分布較多，我國沿海自南至北都有分布，如臺灣省西部沿海、廣西合浦沿海、江蘇省南部沿海、山東省萊州灣沿海、遼寧省遼河口沿海，是我國文蛤的主要產(chǎn)區(qū)[1]。我國沿海文蛤?qū)俜N類有文蛤（Meretrix meretrix Linnaeus）、中國文蛤（Meretrix petechialis Lamarck）、斧文蛤（Meretrix lamarckii Deshayes）、簾文蛤（Meretrix lyrats Sowerby）、麗文蛤（Meretrix lusoria Rumphius）和臺灣文蛤（Meretrix formosana Sowerby）等6種[2]。不同海區(qū)的文蛤在形態(tài)上存在變異分化，主要區(qū)別在于殼色和花紋，黃渤海區(qū)分布的文蛤花紋較多，東海和南海區(qū)分布的文蛤顏色較單一。

2 我國文蛤養(yǎng)殖現(xiàn)狀

文蛤在我國是一種天然資源豐富的灘涂貝類，是重要的海水增養(yǎng)殖品種，也是主要出口的鮮活水產(chǎn)品之一，在我國臺灣和日本市場上尤為暢銷。由于文蛤增養(yǎng)殖的投資小、見效快、效益高的優(yōu)點，近年來得到了迅速的發(fā)展。目前文蛤己成為我國灘涂養(yǎng)殖的主要經(jīng)濟貝類之一。

在苗種生產(chǎn)方面，2003年中國科學(xué)院海洋研究所和東營黃河入海口文蛤良種繁育有限公司等單位合作承擔(dān)國家“863”課題“文蛤大規(guī)模人工育苗技術(shù)”。通過努力，目前已經(jīng)建立了一套合理的文蛤苗種規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)工藝，解決了親貝升溫培育、幼蟲孵化、幼蟲培育等關(guān)鍵技術(shù)，并成功地培育出文蛤稚貝1.55億粒。

在養(yǎng)殖技術(shù)方面，隨著苗種人工培育技術(shù)不斷完善、人工育苗技術(shù)體系建立，文蛤的養(yǎng)殖方式也由過去的自然采捕和粗放式的增殖護養(yǎng)逐漸向池塘混養(yǎng)、網(wǎng)圍精養(yǎng)、蓄水暫養(yǎng)、移苗增殖等集約化模式發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國文蛤養(yǎng)殖產(chǎn)量已達8×104t，出口達3×104t。

隨著文蛤養(yǎng)殖集約化程度的提高，海洋富營養(yǎng)化程度的日趨加重，文蛤的病害也隨之發(fā)生。山東沿海灘涂是我國文蛤苗種的主要產(chǎn)區(qū)之一，近幾年該海區(qū)文蛤死亡現(xiàn)象時有發(fā)生，死亡原因主要是由于文蛤體質(zhì)虛弱、費尼斯弧菌感染以及環(huán)境條件差等因素共同作用引起的[3]。據(jù)報道，在福建、廣西、江蘇等省也發(fā)生過文蛤大批死亡，文蛤死亡率甚至高達80%。2002年，任素蓮等[4]對發(fā)生“紅肉病”的文蛤作了組織病理學(xué)研究，在組織中發(fā)現(xiàn)了病毒樣顆粒。2009年，李國[5]分離了文蛤病原菌（需鈉弧菌）并對病文蛤組織進行了電鏡觀察。這些報道分析了文蛤大量死亡的原因和流行病學(xué)規(guī)律，開展其病原的分離鑒定、致病性和致病條件、病原傳播方式和途徑及病原分子生物學(xué)研究，為有效地遏止文蛤病害的發(fā)生和蔓延提出了理論依據(jù)。

文蛤大批死亡的原因除了病原及人為的環(huán)境污染等因素以外，與其種質(zhì)質(zhì)量的下降也不無關(guān)系。由于近年來野生種群資源量逐漸枯竭，造成苗種短缺，異地文蛤苗種被大量無序的引入，育種技術(shù)的不完善和對遺傳知識的了解不夠，生產(chǎn)單位盲目的進行育苗育種，對種群的遺傳平衡造成了破壞，已經(jīng)不同程度的出現(xiàn)了遺傳雜合度降低、抗逆性差、性狀退化等問題。因此，要保護文蛤優(yōu)良種質(zhì)資源，就要借鑒陸地植物尤其是農(nóng)作物等的遺傳育種和選育經(jīng)驗，借助于生物技術(shù)手段來保護和改善文蛤的種質(zhì)質(zhì)量，推動文蛤養(yǎng)殖業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

3 文蛤的分子生物學(xué)研究

我國文蛤養(yǎng)殖初期，只是注重文蛤的增養(yǎng)殖，而關(guān)于文蛤的遺傳背景，特別是文蛤群體的分化和遺傳多樣性的研究并不多，這與該品種增養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展很不適應(yīng)。因此，開展文蛤群體遺傳學(xué)研究，以摸清我國文蛤種質(zhì)資源狀況；在此基礎(chǔ)上，加強養(yǎng)殖文蛤良種培育技術(shù)研究與應(yīng)用，對確保文蛤養(yǎng)殖業(yè)健康持續(xù)發(fā)展和文蛤種質(zhì)資源的持續(xù)利用有著重要的現(xiàn)實意義。目前，國內(nèi)對文蛤的分子生物學(xué)研究主要集中在其遺傳多樣性分析方面。

近年來，隨著文蛤養(yǎng)殖業(yè)迅速的發(fā)展，分子生物技術(shù)逐步運用到水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域當(dāng)中。其中，遺傳多樣性分析技術(shù)已在種質(zhì)鑒定、資源評估、分子標記輔助育種等方面得到廣泛應(yīng)用，如RAPD技術(shù)、ISSR-PCR技術(shù)、同工酶技術(shù)、AFLP技術(shù)以及序列分析技術(shù)等。大部分研究的結(jié)果認為，具有不同遺傳背景的文蛤群體間的基因流增加，基因資源正逐步減少。其中，陳大鵬等[6]利用RAPD技術(shù)對江蘇呂泗海區(qū)分布的文蛤、青蛤、四角蛤蜊的遺傳多樣性進行比較分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)文蛤群體內(nèi)的平均遺傳距離低于青蛤和四角蛤蜊，說明文蛤已出現(xiàn)種質(zhì)退化跡象，分析其原因可能與文蛤自然資源衰退嚴重、致使有效親本群體數(shù)量減少，而導(dǎo)致的遺傳漂變和近交，導(dǎo)致種質(zhì)資源組成趨向同質(zhì)化。

文蛤的分子生物學(xué)研究，為文蛤遺傳育種、雜交育種等種質(zhì)改良，以及種質(zhì)資源保護和合理開發(fā)利用提供了科學(xué)的依據(jù)。

【參考文獻】

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