现代生命科学技术的论文基因芯片——“生物信息精灵”——浅谈数学、计算机在现代生命科学研究中的作用二十世纪是物理科学的世纪,而二十一世纪则是生命科学的世纪。生命科学,尤其是生物技术的迅猛发展,不仅与人类健康,农业发展以及生存环境密切相关,而且还将对其它学科的发展起到促进作用,所谓"今天的科学,明天的技术,后天的生产"。而生命科学的基础性研究是现代生物技术的源泉、科学和技术创新的关键。现代生物技术,是一门领导尖端科技的学科,正因如此,我很想知道它与数学——我得专业课,计算机等理论或技术是怎样有机的联系在一起的。基于此,我利用课余时间查阅了许多网站、书籍,并有了小小的收获。现就“基因芯片”技术,浅谈如下。一、基因芯片简介基因芯片,也叫DNA芯片,是在90年代中期发展出来的高科技产物。基因芯片大小如指甲盖一般,其基质一般是经过处理后的玻璃片。每个芯片的基面上都可划分出数万至数百万个小区。在指定的小区内,可固定大量具有特定功能、长约20个碱基序列的核酸分子(也叫分子探针)。 由于被固定的分子探针在基质上形成不同的探针阵列,利用分子杂交及平行处理原理,基因芯片可对遗传物质进行分子检测,因此可用于进行基因研究、法医鉴定、疾病检测和药物筛选等。基因芯片技术具有无可比拟的高效、快速和多参量特点,是在传统的生物技术如检测、杂交、分型和DNA测序技术等方面的一次重大创新和飞跃。二、基因芯片技术 生物芯片技术是于90年代初期随着人类基因组计划的顺利进行而诞生,它是通过像集成电路制作过程中半导体光刻加工那样的微缩技术,将现在生命科学研究中许多不连续的、离散的分析过程,如样品制备、化学反应和定性、定量检测等手段集成于指甲盖大小的硅芯片或玻璃芯片上,使这些分析过程连续化和微型化。也就是说将现在需要几间实验室、检验室完成的技术,制作成具有不同用途的便携式生化分析仪,使生物学分析过程全自动化,分析速度成千上万倍地提高,所需样品及化学试剂成千上万倍地减少。可以预见,在不远的将来,用它制作的微缩分析仪将广泛地应用于分子生物学、医学基础研究、临床诊断治疗、新药开发、司法鉴定、食品卫生监督、生物武器战争等领域。 生物芯片技术是目前应用前景最好的DNA分析技术之一,分析对象可以是核酸、蛋白质、细胞、组织等。目前全世界用生物芯片进行疾病诊断还处于研究阶段,国外已将其用于观察癌基因及肌萎缩等一些遗传病基因的表达和突变情况。 生物芯片技术还可以用于治疗,例如已开发出在4平方毫米的芯片上布满400根有药物的针,定时定量为病人进行药物注射。另外,科学家还在考虑制作定时释放胰岛素治疗糖尿病的生物芯片微泵及可以置入心脏的芯片起搏器等。生物芯片技术与组合化学相结合将开辟另一个极有价值的应用方向,即为新药研制提供超高通量筛选平台技术,这必将使新药研究开发和传统中药的成分评估获得重大突破。三、基因芯片的应用技术举例1、基因破译 目前,由多国科学家参与的“人类基因组计划”,正力图在21世纪初绘制出完整的人类染色体排列图。众所周知,染色体是DNA的载体,基因是DNA上有遗传效应的片段,构成DNA的基本单位是四种碱基。由于每个人拥有30亿对碱基,破译所有DNA的碱基排列顺序无疑是一项巨型工程。与传统基因序列测定技术相比,基因芯片破译人类基因组和检测基因突变的速度要快数千倍。 基因芯片的检测速度之所以这么快,主要是因为基因芯片上有成千上万个微凝胶,可进行并行检测;同时,由于微凝胶是三维立体的,它相当于提供了一个三维检测平台,能固定住蛋白质和DNA并进行分析。 美国正在对基因芯片进行研究,已开发出能快速解读基因密码的“基因芯片”,使解读人类基因的速度比目前高1000倍。图1所示为一种内嵌基因芯片的基因检测装置。2、基因诊断 通过使用基因芯片分析人类基因组,可找出致病的遗传基因。癌症、糖尿病等,都是遗传基因缺陷引起的疾病。医学和生物学研究人员将能在数秒钟内鉴定出最终会导致癌症等的突变基因。借助一小滴测试液,医生们能预测药物对病人的功效,可诊断出药物在治疗过程中的不良反应,还能当场鉴别出病人受到了何种细菌、病毒或其他微生物的感染。利用基因芯片分析遗传基因,将使10年后对糖尿病的确诊率达到50%以上。 未来人们在体检时,由搭载基因芯片的诊断机器人对受检者取血,转瞬间体检结果便可以显示在计算机屏幕上。利用基因诊断,医疗将从千篇一律的“大众医疗”的时代,进步到依据个人遗传基因而异的“定制医疗”的时代。3、基因环保 基因芯片在环保方面也大有可为。基因芯片可高效地探测到由微生物或有机物引起的污染,还能帮助研究人员找到并合成具有解毒和消化污染物功能的天然酶基因。这种对环境友好的基因一旦被发现,研究人员将把它们转入普通的细菌中,然后用这种转基因细菌清理被污染的河流或土壤。4、基因计算 DNA分子类似“计算机磁盘”,拥有信息的保存、复制、改写等功能。将螺旋状的DNA的分子拉直,其长度将超过人的身高,但若把它折叠起来,又可以缩小为直径只有几微米的小球。因此,DNA分子被视为超高密度、大容量的分子存储器。 基因芯片经过改进,利用不同生物状态表达不同的数字后还可用于制造生物计算机。基于基因芯片和基因算法,未来的生物信息学领域,将有望出现能与当今的计算机业硬件巨头――英特尔公司、软件巨头――微软公司相匹敌的生物信息企业。四、基因芯片的实际应用 基因芯片在生命科学、医药研究、环境保护和农业等领域有极其重要的应用价值。在基因芯片的驱动下,人类正进入一个崭新的生物信息时代。1、在美国科学家第一次将一个他们称之为生物芯片的计算机芯片植入人体的细胞上,从而使人体细胞与计算机连接。这是美国科学家波利斯·鲁宾斯基(Boris Lubinsky)和他的同事黄永(译音)在3月份的美国《生物医学微设备》杂志中著文披露的。 2、人体细胞外面包有一个细胞膜,该细胞膜具有使特定物质单向通过的功能。多年来,科学家们一直寻求找到用电冲击的方法,使所希望的物质进入细胞膜,但直 到目前为止,所用的方法有时成功,有时失败。而使用鲁宾斯基和黄永研究出来的 新方法,细胞膜由计算机得到一个信号,让某些物质进入到细胞中。随具体场合的 不同,这些物质可以是例如用来改变基因的遗传物质,也可以是药物或蛋白质。这样,就可以更好地使这些物质发生效力。 鲁宾斯基等科学家打算研制出能对例如神经细胞和肌肉等人体组织发出指令的生物芯片,这样至少会使人所服用的药物发挥更大的效力。俄亥俄州立大学生物医学工程中心主任莫里罗·弗拉里称鲁宾斯基的这项发明是处在发展阶段早期的具有潜在作用的实验室工具。美国科学家们称,他们已经找到了一种能使人体细胞和电路进行交配的生物工程芯片,它能在医学和基因工程学方面发挥关键的作用。 这种比头发还小还细的微型装置使健康人体细胞和电子芯片结合,通过电脑对芯片进行控制,科学家认为他们能够控制细胞的活动。 电脑向细胞芯片发送电脉冲,激发细胞膜孔张开,并激活细胞。科学家希望能够大批量地生产这种细胞芯片,并能够把它们植入人体,取代或修正病变组织。 领导这项研究的加州大学机械工程学教授鲍里斯·鲁宾斯基说:“细胞芯片还使科学家在复杂的基因治疗过程中更准确地进行控制,因为他们能够更准确地开启细胞孔。” 鲁宾斯基还说:“我们在生物学领域里引入了工程学的精髓,我们完全可以在不影响周围其它细胞的情况下输入DNA、提取蛋白质以及注射药物。” 该细胞芯片的出现与长期存在的一种理论有关,即一定量的电压能够穿透细胞膜。 多年来,科学家一直在进行用电力轰击细胞试验的遗传研究,希望藉此引入新的疗法和基因物质。研究人员希望能最终制造出与激活不同的身体组织(从肌肉到骨骼到大脑)所需的准确的电压量相调合的细胞芯片。那样的话,将会有数以千计的细胞芯片用来治疗各种类型的疾病。3、用独创技术自行研制的中国第一片应用型基因芯片于近日在第一军医大学正式诞生。 据第一军医大学有关负责人透露,该军医大研制成功的基因芯片,是中国首次应用一种创新的基因片扩增技术,率先攻克了内地同行在基因芯片研究中首先面临的快速经济地搜集数以万数基因探针难题,并巧妙运用新技术手段明显地降低成本。 目前,该芯片已完成实验室工作,即将进入临床验证阶段,如果顺利,用於临床诊断的基因芯片可望不久投入批量生产。但到目前为止,全世界还没有实际用於临床应用诊断的基因芯片生产。 在实验室里,将这几片比大拇指盖稍大的基因芯片,放在检测器上,与之相连的电脑屏幕上立刻出现了纵横交错的红红绿绿荧光点,出现的每个荧光点就是一个基因片断的点阵。只要取病人一滴血放在芯片检测卡上,经过分子杂交后,连上电脑就可以立刻显示出基因变化情况,并通过电脑把基因语言翻译成医生能读得懂的信息,从而对疾病做出准确的诊断。 这种芯片的成功诞生,标志着疾病的诊断由细胞和组织水平推进到基因水平。它们的开发应用将在环境污染控制、动植物检疫、器官移植、产前诊断、药物筛选、药物开发等方面展示出广阔的前景。五、生命科学渐成IT公司关注焦点 人类基因组工作草图绘毕的消息像打开了阿里巴巴宝藏的大门,以基因技术为核心的生命科学市场正吸引着越来越多的淘金者。近来,为这些淘金者生产“铁锨”的资讯科技(IT)公司的积极行动颇为引人注目。1、揭开基因之迷须破译大量数据 人类基因组草图仅仅是读出了“生命之书”,而要真正读懂它,揭示所有基因编码所代表的信息,还必须破译浩如烟海的数据。 在著名的英国桑格中心里,有关人类基因组的数据已经达到22万亿字节,是世界上首屈一指的美国国会图书馆藏书内容的两倍多。据这家中心估计,在未来两至三年内,与人类基因组有关的数据量还将上升到50万亿至100万亿字节。2、生命科学公司10%投资用于开发资讯科技 为了解决处理数据所需的庞大计算能力的问题,世界上最大的12家生命科学公司目前把近10%的科研预算用于资讯科技投资,而且这个比例可能还将增长。 据美国国际商业机器公司(IBM)估计,与生命科学有关的资讯科技市场将在今年达到35亿美元,到2003年达到90亿美元。3、市场潜力巨大 一些著名的IT企业,已将眼光瞄准了这一潜力巨大的市场。例如,IBM已经决定投资1亿美元,用五年时间研制一种名为“蓝基因”的超级电脑。 “蓝基因”的运算能力将是美国现有40台最快的超级电脑运算能力总和的40倍,它主要用于模拟人类蛋白折叠成特殊形状的过程。世界最大的个人电脑制造商美国康柏公司,也垂涎这块“肥肉”。4、康柏趁早下手培养未来客户基础 已经成为生命科学领域电脑服务器主要供应商的康柏公司最近宣布,它将继续投资1亿美元,支持新兴生物技术公司,以培养未来的客户基础。 其实,IT公司还远不止盯着这些近期利益。以基因研究为基础的生物经济可能在新世纪里成为新经济的重要组成部分,对此人们已经达成共识。5、行业标准制定者能享有巨大经济利益 根据以往的经验,率先进入市场的公司大多能够成为行业标准的制定者,这些行业标准往往意味着巨大的经济利益。 今年8月,德国狮生命科学公司的股票上市。由于投资者看中这家公司的基因次序检索系统(SRS)可能成为行业新标准,其股票价格在短短时间里迅速上涨了50%。6、政府支持基因研究 IT公司进军生命科学领域,与各国政府对基因研究的支持密不可分。为了在基因组研究的下一个阶段——分析蛋白质结构的国际竞争中领先,不少国家积极采取措施,促进信息业与生物产业的结合。 例如,日本不久前就组织了“官产学”大联合的“生物产业信息化研究共同体”,参加这个共同体除了制药、食品、生物、化学等与基因科学相关的企业外,还有不少电脑公司。 小结:科学界公认,生物芯片技术将给下个世纪生命科学和医学研究带来一场革命。目前我国科学家正在加速研制这种可能快捷便利提取DNA,查找遗传基因特性的新技术。相信,这一现代生物与高科技联姻的成果将为二十一世纪的发展作出巨大的贡献!
生物学是一门能打通很多跨界知识的学科。相比物理学等自然科学,生物学更深刻地揭示了世界的底层规律,其思想放之四海而皆准。下面我给大家带来生物类专业的论文题目及选题方向,希望能帮助到大家!
生物技术 毕业 论文选题
[1]生物技术本科拔尖创新型人才培养模式的探索与实践
[2]禽源HSP70、HSP40和RPL4基因的克隆和表达
[3]中间锦鸡儿CiNAC038启动子的克隆及对激素响应分析
[4]H9和H10亚型禽流感病毒二重RT-PCR检测 方法 的建立
[5]单细胞测序相关技术及其在生物医学研究中的应用
[6]动物细胞工程在动物生物技术中的应用
[7]现代生物化工中酶工程技术研究与应用
[8]GIS在生物技术方面的应用概述
[9]现代生物技术中酶工程技术的研究与应用
[10]两种非洲猪瘟病毒检测试剂盒获批
[11]基因工程技术在生物燃料领域的应用进展
[12]基于CRISPR的生物分析化学技术
[13]生物信息技术在微生物研究中的应用
[14]高等工科院校创新型生物科技人才培养的探索与实践
[15]生物技术与信息技术的融合发展
[16]生物技术启发下的信息技术革新
[17]日本生物技术研究开发推进管理
[18]中国基因技术领域战略规划框架与研发现状分析及建议
[19]鸡细小病毒与H_9亚型禽流感病毒三重PCR检测方法的建立
[20]基于化学衍生-质谱技术的生物与临床样本中核酸修饰分析
[21]合成生物/技术的复杂性与相关伦理 政策法规 研究的科学性探析
[22]合成生物学技术发展带来的机遇与挑战
[23]应用型本科高校生物技术专业课程设置改革的思考
[24]知识可以改变对转基因食品的态度吗?——探究科技争议下的极化态度
[25]基因工程在石油微生物学中的研究进展
[26]干细胞技术或能延缓人类衰老速度
[27]生物技术复合应用型人才培养模式的探索与实践
[28]动物转基因高效表达策略研究进展
[29]合成生物学与专利微生物菌种保藏
[30]加强我国战略生物资源有效保护与可持续利用
[31]微生物与细胞资源的保存与发掘利用
[32]颠覆性农业生物技术的负责任创新
[33]生物技术推进蓝色经济——NOAA组学战略介绍
[34]人工智能与生物工程的应用及展望
[35]中国合成生物学发展回顾与展望
[36]桓聪聪.浅谈各学科领域中生物化学的发展与应用
[37]转基因成分功能核酸生物传感检测技术
[38]现代化技术在农业 种植 中的应用研究
[39]生物技术综合实验及其考核方式的改革
[40]生物技术处理船舶舱底含油污水
[41]校企合作以产学研为平台分析生物技术类人才培养
[42]生物技术专业“三位一体”深化创新创业 教育 改革
[43]基于环介导等温扩增技术的生物传感器研究进展
[44]分子生物学技术在环境工程中的应用
[45]生物有机化学课程的优化与改革
[46]地方农业高校生物技术专业“生物信息学”课程的教学模式探索
[47]不同育种技术在乙醇及丁醇高产菌株选育中的应用
[48]探秘生命的第三种形式——我国古菌研究之回顾与展望
[49]适应地方经济发展的生物技术专业应用型人才培养模式探索
[50]我国科研人员实现超高密度微藻异养培养
生物教学论文题目
1、本地珍稀濒危植物生存现状及保护对策
2、中学生物实验的教学策略
3、如何上好一节生物课
4、中学生生物实验能力的培养
5、激活生物课堂的教学策略
6、中学生物课堂教学中存在的问题及对策
7、中学生物教学中的创新教育
8、本地生物入侵的现状及其防控对策
9、论生物多样性与生态系统稳定性的关系
10、室内环境对人体健康的影响
11、糖尿病研究进展研究及策略
12、心血管病研究进展研究及策略
13、 儿童 糖尿病的现状调查研究
14、结合当地遗传病例调查谈谈对遗传病的认识及如何优生
15、“3+X”理科综合高考试题分析
16、中学生物教学中的差生转化教育
17、中学生物学实验教学与学生创新能力的培养
18、在当前中学学科分配体制下谈谈如何转变学生学习生物学的观念
19、中学生物教学中学生科学素养的提高
20、直观教学在中学生物学教学中的应用
21、中学生物学实验教学的准备策略
22、编制中学生物测验试题的原则与方法
23、浅析生态意识的产生及其培养途径
24、生物入侵的危害及防治对策
25、城镇化建设对生态环境的影响
26、生态旅游的可持续发展-以当地旅游区为例
27、城市的生态环境问题与可持续发展
28、农村的生态环境问题及其保护对策-以当地农村为例
29、全球气候变化与低碳生活
30、大学与高中生物学教育的内容与方法衔接的初步研究
31、国内、国外高中生物教材的比较研究
32、中学生物实验教学模式探索
33、河北版初中生物实验教材动态分析研究 “
34、幼师生物学教材改进思路与建议
35、中学生物学探究性学习的课堂评价体系研究及实践
36、中学生物双语教材设计编写原则探索与研究
37、信息技术应用于初中生物课研究性学习的教学模式构想
38、生物学课堂教学中学生创新能力培养的研究与实践
39、中学生物学教学中的课程创生研究初探
40、信息技术与中学生物学教学的整合
41、中学生物学情境教学研究
42、游戏活动在高中生物学教学中的实践与思考
43、合作学习在高中生物教学中的实践性研究
44、尝试教学法在高中生物教学中的应用与研究
45、生物科学探究模式的研究与实践
46、生物课堂教学引导学生探究性学习的实践与探索
47、白城市中学生物师资队伍结构现状的调查及优化对策
48、结合高中生物教学开展环境教育的研究
49、让人文回归初中生物教育
50、课程结构的变革与高中生物新课程结构的研究
51、在中学生物教学中,如何培养学生的创新能力
52、在中学生物教学中如何激发学生的学习兴趣
53、实验在中学生物教学中的重要性探讨
54、中学生物教学现状研究
55、中学生物课堂教学艺术探讨
56、“生态系统”一节的 教学方法 探讨
57、中学生物教学中的学生科学素质培养
58、初中生物教学中观察能力的培养
59、浅谈生物教学中的科学素质教育
60、中学生物探究性教学的实践与思考
生物技术本科毕业论文题目
1、生物反馈技术在运动性疲劳监控中的应用研究
2、微流控生物催化技术酶促合成天然产物的增效机理研究
3、海洋生物污损过程的分子标记技术研究
4、浮游生物多样性高效检测技术的建立及其在渤海褐潮研究中的应用
5、基于QCM生物传感器技术的组氨酸标签蛋白芯片和悬浮细胞芯片的研制及其应用
6、蛋白核小球藻油脂检测技术评价及光生物反应器培养的研究
7、基因工程制备微藻生物柴油中两项关键技术的研究
8、农业水污染治理环节中的生物技术应用问题研究
9、人工构建耐热大肠杆菌的分子设计与应用
10、我国合成生物技术产业发展战略及政策分析
11、基于原子力显微镜的细胞生物特征识别技术研究
12、利用菊粉和木薯淀粉生产高浓度山梨醇和葡萄糖酸的生物技术
13、转基因生物安全评价中的非科学因素探究
14、面向分子生物系统的计算技术应用研究
15、大规模生物数据中的生物信息挖掘技术研究
16、电化学生物传感技术用于重金属和蛋白质的检测
17、电化学生物传感技术用于单碱基突变与蛋白质的检测
18、基于功能核酸的生物传感技术的研究
19、论我国生物技术专利保护
20、纳米生物相关技术专利分析系统设计与开发
21、生物技术发展困境及其人文 反思
22、基因发明专利制度相关问题分析
23、转基因动物专利研究
24、GAPDH作为原核及真核生物通用型内标蛋白的研究及相关生物技术研发
25、基于生物信息与影像技术识别材料缺陷的研究
26、基于金属纳米材料的光学生物传感技术用于酶活性的检测
27、DNA assembler技术在顺
28、晋西黄土高原生物农业发展初探
29、睡眠剥夺差异表达基因的筛选及生物信息学分析
30、太赫兹时域光谱技术对生物组织的初步研究
31、我国农业转基因生物技术安全管理研究
32、人类基因专利战略布局
33、Web Services和XML技术在生物信息数据发布及整合中的应用
34、面向快速成型技术高分子生物医学材料的研究
35、化学修饰电极与液相色谱-电化学检测技术联用在生物分析中的应用
36、小型底栖生物样品自动分离技术研究
37、激光诱导荧光技术及其在生物仪器中的应用
38、强电场常压离子注入方法研究
39、生物信息学中的模式发现算法研究
40、聚类和分类技术在生物信息学中的应用
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生物学专业硕士毕业论文
生物科学是对生命活动规律和生命本质进行研究的一门学科,是认识自然的有利工具。那么关于生物学专业硕士毕业论文要求怎么写的呢?我们不妨来参考下范文吧!以下是我为您搜集整理提供到的生物学专业硕士毕业论文内容,希望对您有所帮助!欢迎阅读参考学习!
摘要:随着我国对科学技术的探究和发展,生物科学与技术研究成为21世纪以来人类关注的重点话题,其发展与人们的生活息息相关,改变着人们的生产活动和生活面貌。随着生物科学技术的不断成熟,生物科学逐渐运用于现代医疗领域、农学领域和工业领域,它对基因遗传和生物化学的研究也具有重大意义。因此,重视生物科学的发展与应用,是关乎生活的重要话题。本文从生物科学的应用、研究成果进展和生物科学技术对社会的影响三方面对生物科学的发展与应用进行阐述。
关键词:生物科学;科学技术;发展;应用;研究进展
生物科学是对生命活动规律和生命本质进行研究的一门学科,是认识自然的有利工具。20世纪50年代以来, DNA双螺旋结构的构建和基因重组等技术的重大突破发展,使得现代的生物技术逐渐趋于成熟。生物科学的发展对医学领域和农业领域的发展有重大的推动作用。重视生物科学的发展对人类的生产生活带来了巨大的影响。
一、生物科学的研究成果及发展
(一) 基因组计划的实施
破译基因的遗传码,解开生命的奥秘是基因破译的主要目的。目前,科学研究人员对遗传图、物理图和转录图的制作工作已由相关的制作单位完成,这在理论上具有重大的进步意义的同时也具有重要的实践意义和很高的商业价值。2013年的1月中国科学家成功破译了小菜蛾基因组,历时三年的研究,终于得出了小菜蛾的基因组图谱,科学家指出,将进一步与国内外人员合作交流,在小菜蛾基因组的研发完成后,将继续开展研究与抗药性和食性生长发育密切相关的功能基因组学和遗传学,为小菜蛾的有效防御、持续控制提供科学依据。
(二)细胞全能技术的实施与应用
随着人类基因组图谱的进一步发展,更多的生物模式经重要的动植物基因组将不断被揭露。细胞全能技术是一项快速纯合创造新品种的先进技术。21世纪后,生物的起源、原始细胞的产生和新生物的形式与改造等重大理论问题在我国已经得到重大的发展。人类对生物生命本质的认识将会进一步的提高,这对生物细胞全能技术的理论性和实践性的发展都将会产生重大的'影响,对新品种作物的选育具有指导性因素。
(三)生物识别技术
生物识别技术是指依据人类自身所固有的生理或行为特征而进行识别的一种技术。目前,应用最为广泛的包括有:指纹识别、手掌几何学识别、声音识别、面部识别等。生物识别具有不易遗忘、防伪性能高、不易被盗、便于携带等特点,容易和电脑配套使用,从而增强在使用过程中的自动化管理,已广泛用于胜负、军队、银行等地。但生物识别技术中由于其中一部分技术含量较高,现在还处于试验阶段。
二、生物科学的应用
(一) 农业领域的生物科学技术
20世纪以来,在生物科学领域,分子生物学的诞生及现代生物技术的兴起已然成为人类社会进步最伟大的事件之一。20世纪末21世纪初,对基因组学的突破性研究推动了生物技术进入迅猛发展的阶段。动植物和微生物技术在农业领域的发展已对农业起到了极大的推动作用。不仅如此,转基因技术的推广应用使得农业得到了相应的发展。同时,抗病虫、除草剂的使用推进了转基因棉花、玉米、花生、大豆等的商业化发展。现代分子生物学与传统的动植物育种学催生了新型的分子育种学。
(二) 生物科学在医学上的应用
药品领域的开发对生物科学的运用已达到相对成熟的阶段。改革开放后,生物技术制药受到了相对高度的重视,为生物高新技术的发展投入了大量的人力财力,因此,我国生物技术制药得到了快速的发展,已达到国际水平。2013年7月,深圳华大基因研究院亚洲癌症研究组织合作完成干细胞癌基因研究项目,这是继乙肝病毒整合机制研究之后的又一项重要生物科学研究成果。通过对88例癌患者进行全基因组测序,发现了一些列与肝细胞癌发生发展相关的基因突变,找到了肝细胞癌发生的两条关键性途径,从而为日后肝细胞癌治疗法的药物开发奠定了基础。
三、生物科学对社会带来的影响
20世纪70年代以来,随着生物科学的发展,生物科学基础的研究取得了不断突破。我国的生物科学技术成果在世界范围内得到了公众认可。在工业化和商业化飞速发展的今天,生物技术具有了良好的发展环境。通过对社会各个领域的发展经验总结得出,生物科学技术的发展仍然面临着众多挑战。我国的科研管理部门应对高校或科研组的科研项目加大人力财力的扶持,鼓励更多的青年科学家、技术专家投身于生物科学的研究中,并为他们提供多学科的培训,使得多学科科学的发展能具有高度的综合性,从而推进多领域的融合,促进现代社会生物科学技术的革新与健康发展。
四、结束语
生物科学技术的研究是科学应用研究的源泉,随着科学技术的进步和多种学科的融合发展,生物科学逐渐从单一化发展为多层次、多方面的科学技术,由宏观逐步发展到微观的可操作性。生物科学的发展对人们的生产生活产生了重要影响,赢得了人们越来越多的关注。我国的生物技术在发展中不断突破,研究成果已遍布全世界,相信如此下去,将会赢得生物科学的巨大成果。加大生物科学技术的研究进程,促进现代生物科学技术的良性有利发展,以实现我国科学技术又快又好的发展。
参考文献:
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[3] 赵格日乐图,苏亚拉图,哈斯巴根等.生物科学专业野外综合实习教学改革与实践――以内蒙古师范大学生物科学专业为例[J].内蒙古师范大学学报(教育科学版),2011,24(5):148-151..
[4] 李朝晖,周峰,华春等.高校生物科学专业人才培养方案的改革与实践――以南京晓庄学院生物科学专业为例[J].南京晓庄学院学报,2013,25(5):66-68..
[5] 叶辉,丁斐,王兆慧等.特色专业与重点学科一体化建设实践与探索――以南通大学生物科学特色专业与生物学重点学科建设为例[J].安徽农业科学,2012,40(23):11885-11887
一、生物技术给农业带来的益处广义上讲,生物技术是利用有机体、死细胞、活细胞以及细胞内含物,采用特殊的过程生产出特殊的产品应作到农业、医药以及环境修复治理中,尤其是70年代基因工程的出现,它能改变、取代物种的基因。生物技术在农作物中已有广泛的应用。最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是:玉米、大豆和棉花。它们经转基因后具有抗除草剂和棉铃虫的能力。这种玉米、大豆和棉花从Bt细菌获得基因,经遗传改良后具有防虫害的能力。利用Bt细菌获得经遗传改良的作物的潜力是相当大的。例如:美国有200万hm2的Bt棉花,澳大利亚有40万hm2,两者各相当于2.5亿美元价值。如果将Bt玉米引种在美国1000万hm2的土地上,只要增产5%,就意味着能增加3.5亿美元收入。这项技术进一步促进了Bt制剂控制虫害在商业上的应用。除此之外,还有许多经转入特定基因的玉米品种,这些品种能同时抗除草剂和一些虫害。生物技术在畜牧业上应用所获得的益处与在农作物上相似。一方面,生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者。促进畜禽生长的物质有生长激素以及促进其生长的调节剂,这些物质可由基因工程而获得。如利用鼠类基因(该基因能促进角蛋白的形成)能获得了经遗传改良的绵羊,这种绵羊比普通棉羊产毛量能提高6%左右。另一方面,生物技术在提高农作物产量、质量的同时,有助于提高畜牧业的生产力发展水平。例如,通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力;利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量,减少饲料作物中难消化的木质素含量等。达比等人已生产出一种转基因三叶草,可应用于澳大利亚绵羊牧场。该基因来自向日葵,经转基因的三叶草能制造富含氨基酸的蛋白质,该蛋白质经食物链进入绵羊体内,进而能提高产毛量。生物技术给人类带来的益处也包括在生态和环境两个方面。利用生物技术提高现有农业生态系统的生产力可以减低农业向原始的、自然、半自然生态系统扩张的要求,因此,它有助于有人类保存、保护地球上仅有的自然生态系统及其资源,有助于人们未来再利用其中的基因资源开发新的产品。生物技术已用于生产抗虫害、抗除草剂作物。正如前面所述,一些转基因棉花、玉米、大豆等具有抗虫害、抗除草剂的能力。1995年人们可以在市场上购买到转基因马铃薯,这种马铃薯能产生水晶蛋白,而水晶蛋白对科伦那多马铃薯甲虫有毒害作用。这些转基因作物能减少杀虫剂的用量,降低杀虫剂及其残留物对食物链、水体造成污染,从而有利于保护生态环境。在许多农业生产区,土壤氮素可利用量是制约农业生产力提高的一个重要因子。而一高科技农业生产区使用人造氮肥是以牺牲生态环境为代价的。制造氮肥要利用大量能源,据统计,英联邦农场平均投入的能源大约有50%来自肥料。由施用肥料而产生的温度气体(二氧气化碳、氮氧化合物等)不可避免地促进地球气候变暖。除此之外,农业土壤的氮素流失是水体富营养化的主要原因。生物技术的利用能为这些问题的解决提供潜在的、真正有价值的帮助。同样,人们可以利用真菌来提高土壤养分的有效性。温莱指出:特定的真菌类能促进土壤养分的释放,从而促进作物生长;真菌也能通过分解有机物质(例如纤维素等)释放出糖类,促进固氮菌的生长。进一步提高土壤养分有效性的可能,包括获得转基因细菌和真菌,以进一步增强它们制造养分和释放土壤养分的能力。转基因作物的最终目标是使作物本身能够自行固氮,避免、减少使用人造肥料,从而减少对生态环境的破坏。这在目前尚不可能,但在将来却有望实现这个目标。二、生物技术带来的不利你看看这篇怎么样,如果不可以的话,还有很多你可以自己看看
人类经过漫长的奋斗历程,在改造自然和发展经济方面建树了辉煌的业绩;与此同时,由于工业化过程中的处置失当,不合理地开发利用自然资源,以致造成了全球化的环境污染和生态破坏,对人类的生存和发展构成了严重的威胁。目前,世界范围内的环境压力有增无减,环境危机日益严重。初中生正处在掌握环境知识、养成良好环境习惯的重要时期,他们环保素质的高低对今后的生态环境有直接影响,因此在初中生物教学中加强环境教育十分重要。笔者结合自己的教学实际,就生物教学中如何加强环境教育谈点粗浅的体会。 立足课本以“纲”为纲,以“本”为本,是义务教育的基本要求和中心目标,也是对学生进行环境教育的前提和基础。在生物教学中,应对散见于各章节中的生态环境知识及“生物与环境”一章给予充分的重视,从内涵和外延两个方面分析基本概念,点拨指导训练学生说概念、比较概念、识记概念和运用概念;运用示意图和典型实例引导学生认识生物形态结构与功能之间、生活习性与环境之间以及生物与生物之间的关系,使学生逐步树立起生物与环境相适应的科学观点;通过识记、理解、综合应用及实际操作,培养学生对环境问题的兴趣,并训练其观察能力、记忆能力和想像思维能力,培养学生客观求实、崇高理性、崇尚实验的科学精神,最终达到“课本奠基”的目标。略加延伸生物教材内容十分丰富,但受学时及篇幅限制,有关生态环境方面的内容叙述往往十分简约,教学中如果“照本宣科”就难以达到预期目的;相反若在教学中对有关叙述略加延伸,会取得较好效果。 如在讲授“光合作用的意义”时,可对光合作用吸收二氧化碳放出氧气作如下延伸:通常1公顷的阔叶林,在生长季节,每天可吸收1000kg二氧化碳,释放750kg氧气,如果以成人每天呼吸需要消耗0 75kg氧气,排出0 9kg二氧化碳计算,城市居民每人平均有10m2的林木面积,就能得到充足的氧气供应,并足以消除二氧化碳的危害。 又如对“青蛙捕食”可作如下延伸:据测定,1只泽蛙1天可食虫266只,如按每天平均吃虫量50只统计,每亩稻田有1000只泽蛙,每天可消灭二化螟、三化螟等害虫达5万多只。延伸是对教材叙述的“展开”或“例说”,恰当运用可使生态环境知识进一步具体化、直观化,生动有趣味,学生喜闻乐见,但在运用中不可“画蛇添足”或“本末倒置”。适当引入教学中,一些抽象或复杂的环境问题初中生不易接受,成为教学的难点,还有一些比较重要的环境知识点比较隐蔽,容易被忽视,成为教学的“盲点”。将课外一些环境知识适当引入,可帮助学生理解难点,重视“盲点”,并能激发学生的学习兴趣,开扩视野,丰富知识。如在讲授“合理灌溉”时,为教育学生节约用水,可引入:农业灌溉用水量很大,据在华北地区调查,种1亩蔬菜大约需水2.5×104kg~3.5×104kg,每亩小麦需水4×104kg~5×104kg,1亩棉花需水3.5×104kg~5×104kg。灌溉应采取“滴灌”或“喷灌”,不应采取“大水漫灌”,以免造成浪费。 又如讲授“呼吸卫生”时可引入:一个成人每天通过鼻子呼吸新鲜空气大约2万多次,吸入空气量达15m3~20m3,约为每天所需食物和饮水重量的10倍,如果吸入的空气不清洁或含有有毒成分,对人体健康危害极大。在讲述人口问题时,可引入:地球上的食物充其量只能养活80亿人。我国科学家根据对国土资源、人口增长、生活资料增长和就业等问题的分析,认为我国适度人口总数为6 5亿~7亿,按照这个目标,我国现有人口已超出5亿,因此必须严格控制人口的自然增长,实行计划生育。 适当引入是对教材环境知识的丰富和补充,应防止牵强附会或引入过多,加重学生的学习负担。专题讲座教材具有一定的稳定性和滞后性,而环境问题却每日每时地在世界范围内发生着,为了引起学生对环境热点问题的关注,可以适时对学生进行专题讲座。如结合环境纪念日进行专题讲座。在植树节(3月12日)、水日(3月22日)、地球日(4月22日)、环境日(6月5日)、人口日(6月11日)、荒漠化日(6月17日)、土地日(6月25日)、清洁地球日(9月第三个周末)、世界粮食日(11月16日)举行相应的专题讲座;也可结合教材内容进行讲座,如在讲过“探索生物的奥秘”后可以“当今世界面临的四大问题”为专题进行讲座;在讲过“预防食物中毒”后可以“食物污染”为专题进行讲座;也可结合突发的重大生态事件进行专题讲座,如1998年七八月份我国发生了百年不遇的特大洪水,可及时向学生作“生态平衡不容破坏”的专题讲座。 积极实践根据教学内容,组织学生调查城镇或居民点的环境状况,观察小型冶炼厂、葡萄酒厂等企业污水的排放量及注入河流后引起河段的变化,观察生活垃圾随处堆放对水质、周围空气的污染及蚊蝇的可怕孳生等,组织学生清理“白色污染”、调查化肥农药农膜的使用情况等,指导学生课外阅读《寂静的春天》《环境保护》等科普读物,学用结合,提高实践的科学性和预见性。实践活动锻炼了学生的观察能力和动脑动手能力,使学生进一步明确环境污染的普遍性和严重性,从而激发他们的责任感和使命感,并为良好环境素质的养成打下坚实的基础。
生物科学论文格式范文
无论是身处学校还是步入社会,大家都尝试过写论文吧,论文是对某些学术问题进行研究的手段。那么,怎么去写论文呢?以下是我为大家整理的生物科学论文格式范文,供大家参考借鉴,希望可以帮助到有需要的朋友。
摘要:
随着我国对科学技术的探究和发展,生物科学与技术研究成为21世纪以来人类关注的重点话题,其发展与人们的生活息息相关,改变着人们的生产活动和生活面貌。随着生物科学技术的不断成熟,生物科学逐渐运用于现代医疗领域、农学领域和工业领域,它对基因遗传和生物化学的研究也具有重大意义。因此,重视生物科学的发展与应用,是关乎生活的重要话题。本文从生物科学的应用、研究成果进展和生物科学技术对社会的影响三方面对生物科学的发展与应用进行阐述。
关键词:
生物科学;科学技术;发展;应用;研究进展
生物科学是对生命活动规律和生命本质进行研究的一门学科,是认识自然的有利工具。20世纪50年代以来,DNA双螺旋结构的构建和基因重组等技术的重大突破发展,使得现代的生物技术逐渐趋于成熟。生物科学的发展对医学领域和农业领域的发展有重大的推动作用。重视生物科学的发展对人类的生产生活带来了巨大的影响。
一、生物科学的研究成果及发展
(一)基因组计划的实施
破译基因的遗传码,解开生命的奥秘是基因破译的主要目的。目前,科学研究人员对遗传图、物理图和转录图的制作工作已由相关的制作单位完成,这在理论上具有重大的进步意义的同时也具有重要的实践意义和很高的商业价值。2013年的1月中国科学家成功破译了小菜蛾基因组,历时三年的研究,终于得出了小菜蛾的基因组图谱,科学家指出,将进一步与国内外人员合作交流,在小菜蛾基因组的研发完成后,将继续开展研究与抗药性和食性生长发育密切相关的功能基因组学和遗传学,为小菜蛾的有效防御、持续控制提供科学依据。
(二)细胞全能技术的实施与应用
随着人类基因组图谱的进一步发展,更多的生物模式经重要的动植物基因组将不断被揭露。细胞全能技术是一项快速纯合创造新品种的先进技术。21世纪后,生物的起源、原始细胞的产生和新生物的形式与改造等重大理论问题在我国已经得到重大的发展。人类对生物生命本质的'认识将会进一步的提高,这对生物细胞全能技术的理论性和实践性的发展都将会产生重大的影响,对新品种作物的选育具有指导性因素。
(三)生物识别技术
生物识别技术是指依据人类自身所固有的生理或行为特征而进行识别的一种技术。目前,应用最为广泛的包括有:指纹识别、手掌几何学识别、声音识别、面部识别等。生物识别具有不易遗忘、防伪性能高、不易被盗、便于携带等特点,容易和电脑配套使用,从而增强在使用过程中的自动化管理,已广泛用于胜负、军队、银行等地。但生物识别技术中由于其中一部分技术含量较高,现在还处于试验阶段。
二、生物科学的应用
(一)农业领域的生物科学技术
20世纪以来,在生物科学领域,分子生物学的诞生及现代生物技术的兴起已然成为人类社会进步最伟大的事件之一。20世纪末21世纪初,对基因组学的突破性研究推动了生物技术进入迅猛发展的阶段。动植物和微生物技术在农业领域的发展已对农业起到了极大的推动作用。不仅如此,转基因技术的推广应用使得农业得到了相应的发展。同时,抗病虫、除草剂的使用推进了转基因棉花、玉米、花生、大豆等的商业化发展。现代分子生物学与传统的动植物育种学催生了新型的分子育种学。
(二)生物科学在医学上的应用
药品领域的开发对生物科学的运用已达到相对成熟的阶段。改革开放后,生物技术制药受到了相对高度的重视,为生物高新技术的发展投入了大量的人力财力,因此,我国生物技术制药得到了快速的发展,已达到国际水平。2013年7月,深圳华大基因研究院亚洲癌症研究组织合作完成干细胞癌基因研究项目,这是继乙肝病毒整合机制研究之后的又一项重要生物科学研究成果。通过对88例癌患者进行全基因组测序,发现了一些列与肝细胞癌发生发展相关的基因突变,找到了肝细胞癌发生的两条关键性途径,从而为日后肝细胞癌治疗法的药物开发奠定了基础。
三、生物科学对社会带来的影响
20世纪70年代以来,随着生物科学的发展,生物科学基础的研究取得了不断突破。我国的生物科学技术成果在世界范围内得到了公众认可。在工业化和商业化飞速发展的今天,生物技术具有了良好的发展环境。通过对社会各个领域的发展经验总结得出,生物科学技术的发展仍然面临着众多挑战。我国的科研管理部门应对高校或科研组的科研项目加大人力财力的扶持,鼓励更多的青年科学家、技术专家投身于生物科学的研究中,并为他们提供多学科的培训,使得多学科科学的发展能具有高度的综合性,从而推进多领域的融合,促进现代社会生物科学技术的革新与健康发展。
四、结束语
生物科学技术的研究是科学应用研究的源泉,随着科学技术的进步和多种学科的融合发展,生物科学逐渐从单一化发展为多层次、多方面的科学技术,由宏观逐步发展到微观的可操作性。生物科学的发展对人们的生产生活产生了重要影响,赢得了人们越来越多的关注。我国的生物技术在发展中不断突破,研究成果已遍布全世界,相信如此下去,将会赢得生物科学的巨大成果。加大生物科学技术的研究进程,促进现代生物科学技术的良性有利发展,以实现我国科学技术又快又好的发展。
参考文献:
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[4]李朝晖,周峰,华春等.高校生物科学专业人才培养方案的改革与实践――以南京晓庄学院生物科学专业为例[J].南京晓庄学院学报,2013,25(5):66-68.
[5]叶辉,丁斐,王兆慧等.特色专业与重点学科一体化建设实践与探索――以南通大学生物科学特色专业与生物学重点学科建设为例[J].安徽农业科学,2012,40(23):11885-11887.
格式
(一)题目
科学论文都有题目,不能“无题”。论文题目一般20字左右。题目大小应与内容符合,尽量不设副题,不用第1报、第2报之类。论文题目都用直叙口气,不用惊叹号或问号,也不能将科学论文题目写成广告语或新闻报道用语。
(二)署名
科学论文应该署真名和真实的工作单位。主要体现责任、成果归属并便于后人追踪研究。严格意义上的论文作者是指对选题、论证、查阅文献、方案设计、建立方法、实验操作、整理资料、归纳总结、撰写成文等全过程负责的人,应该是能解答论文的有关问题者。现在往往把参加工作的人全部列上,那就应该以贡献大小依次排列。论文署名应征得本人同意。学术指导人根据实际情况既可以列为论文作者,也可以一般致谢。行政领导人一般不署名。
(三)引言
是论文引人入胜之言,很重要,要写好。一段好的论文引言常能使读者明白你这份工作的发展历程和在这一研究方向中的位置。要写出论文立题依据、基础、背景、研究目的。要复习必要的文献、写明问题的发展。文字要简练。
(四)材料和方法
按规定如实写出实验对象、器材、动物和试剂及其规格,写出实验方法、指标、判断标准等,写出实验设计、分组、统计方法等。这些按杂志对论文投稿规定办即可。
(五)实验结果
应高度归纳,精心分析,合乎逻辑地铺述。应该去粗取精,去伪存真,但不能因不符合自己的意图而主观取舍,更不能弄虚作假。只有在技术不熟练或仪器不稳定时期所得的数据、在技术故障或操作错误时所得的数据和不符合实验条件时所得的数据才能废弃不用。而且必须在发现问题当时就在原始记录上注明原因,不能在总结处理时因不合常态而任意剔除。废弃这类数据时应将在同样条件下、同一时期的实验数据一并废弃,不能只废弃不合己意者。实验结果的整理应紧扣主题,删繁就简,有些数据不一定适合于这一篇论文,可留作它用,不要硬行拼凑到一篇论文中。论文行文应尽量采用专业术语。能用表的不要用图,可以不用图表的最好不要用图表,以免多占篇幅,增加排版困难。文、表、图互不重复。实验中的偶然现象和意外变故等特殊情况应作必要的交代,不要随意丢弃。
(六)讨论
是论文中比较重要,也是比较难写的一部分。应统观全局,抓住主要的有争议问题,从感性认识提高到理性认识进行论说。要对实验结果作出分析、推理,而不要重复叙述实验结果。应着重对国内外相关文献中的结果与观点作出讨论,表明自己的观点,尤其不应回避相对立的观点。论文的讨论中可以提出假设,提出本题的发展设想,但分寸应该恰当,不能写成“科幻”或“畅想”。
(七)结语或结论
论文的结语应写出明确可靠的结果,写出确凿的结论。论文的文字应简洁,可逐条写出。不要用“小结”之类含糊其辞的词。
(八)参考义献
这是论文中很重要、也是存在问题较多的一部分。列出论文参考文献的目的是让读者了解论文研究命题的来龙去脉,便于查找,同时也是尊重前人劳动,对自己的工作有准确的定位。因此这里既有技术问题,也有科学道德问题。一篇论文中几乎自始至终都有需要引用参考文献之处。如论文引言中应引上对本题最重要、最直接有关的文献;在方法中应引上所采用或借鉴的方法;在结果中有时要引上与文献对比的资料;在讨论中更应引上与论文有关的各种支持的或有矛盾的结果或观点等。一切粗心大意,不查文献;故意不引,自鸣创新;贬低别人,抬高自己;避重就轻,故作姿态的做法都是错误的。而这种现象现在在很多论文中还是时有所见的,这应该看成是利研工作者的大忌。其中,不查文献、漏掉重要文献、故意不引别人文献或有意贬损别人工作等错误是比较明显、容易发现的。有些做法则比较隐蔽,如将该引在引言中的,把它引到讨论中。这就将原本是你论文的基础或先导,放到和你论文平起平坐的位置。又如科研工作总是逐渐深人发展的,你的工作总是在前人工作基石出上发展起来做成的。正确的写法应是,某年某人对本题做出了什么结果,某年某人在这基础上又做出了什么结果,现在我在他们基础上完成了这一研究。这是实事求是的态度,这样表述丝毫无损于你的贡献。有些论文作者却不这样表述,而是说,某年某人做过本题没有做成,某年某人又做过本题仍没有做成,现在我做成了。这就不是实事求是的态度。这样有时可以糊弄一些不明真相的外行人,但只需内行人一戳,纸老虎就破,结果弄巧成拙,丧失信誉。这种现象在现实生活中还是不少见的。
(九)致谢
论文的指导者、技术协助者、提供特殊试剂或器材者、经费资助者和提出过重要建议者都属于致谢对象。论文致谢应该是真诚的、实在的,不要庸俗化。不要泛泛地致谢、不要只谢教授不谢旁人。写论文致谢前应征得被致谢者的同意,不能拉大旗作虎皮。
(十)摘要或提要
以200字左右简要地概括论文全文。常放篇首。论文摘要需精心撰写,有吸引力。要让读者看了论文摘要就像看到了论文的缩影,或者看了论文摘要就想继续看论文的有关部分。此外,还应给出几个关键词,关键词应写出真正关键的学术词汇,不要硬凑一般性用词。
***苹果产业生产现状与发展对策***位于甘肃东部,子午岭西麓。东接陕西黄陵,南临彬县、旬邑,西连长武,北壤本省宁县。全县共辖10乡镇、111个行政村、695个村民小组,5.19万户,23.37万人,总面积197.9万亩,耕地43万亩。全县平均海拔1460米,平均气温8.3℃,年均降雨量630毫米,无霜期180天左右。昼夜温差大,自然条件优越,是一个具有明显地域特色的旱塬农业县,是苹果栽植的最佳适宜区域,苹果栽培历史悠久。一、苹果生产现状近年来,***立足县情,因地制宜,紧紧围绕“兴果、富民、强县”的总体目标,充分利用资源优势,狠抓栽植上规模,强化管理增效益,使苹果生产成为本县新的经济增长点。全县果园面积达到15万亩,其中苹果11.8万亩,占总面积的78.6%。由于管理水平和苹果质量的逐年提高,果品优质率和户销率也大大提高,分别达到了60%和75%。所产红富士苹果1996、1997连续两年在全省林果产品交易会上荣获金奖,秦冠苹果1998年又获得全国苹果鉴评“葫芦岛杯”金奖,长富2号2000年又在国家优质产品博览会上获得第一名。以“陇蜜”牌商标命名的正宁苹果,在全省乃止全国已有了一定的知名度。2005年全县苹果产量达到2400万公斤,产值21万元,果品总产值占全县农业总产值的18%。全县已建成集体、个体私营加工企业15家,年加工各类果品150吨,加工增值250万元,实现利税75万元,建成50吨以上果库20座,30吨果库30座,10吨果库86座,小果窖1460孔,年贮藏能力达到400万公斤,增值70多万元。组建果行21个,果品运销队39个,年运销果品600万公斤,创税210多万元。二、苹果生产中存在的问题1、管理水平相对较低。正宁经济落后,农民生活水平较低,部分果农收入有限,对果园投入明显不足,经营管理不到位,大部分果园果树生长缓慢,结果少或不结果,商品果数量较少,直接影响了果园效益。如经过调查,部分未结果果园粗放的果园户,至今温饱问题还未解决,更谈不上对果园的投入和管理了。永和镇果农李岁虎,1999年建园6亩,至今未见1分钱的收入,生活十分困难。2、高新技术推广滞后。由于资金技术等因素的影响,致使一些名优新品种及高新技术不能及时引进,科研项目的试验、示范、推广工作受到限制,严重制约了正宁苹果生产向高层次、高水平迈进。如果实套瓶、生物防虫等高新技术,仍未全面推广到所有果园中去。3、产业化步伐亟待加快。正宁苹果内在品质在国内属上乘水平,与国际市场差距也不大,但外观、包装质量与山东、辽宁主产区及国外相比仍有较大的差距,优质商品率偏低,不到国外的三分之一,尤其是产后处理和加工贮藏环节薄弱,果品产后消毒、清洁、分级、打蜡、包装、冷藏到销售等一系列产后处理技术还处于空白,严重影响着果品的贮藏寿命、货架期和增值效率。如***至今还未建成一家大型现代化的果品加工厂和果品保鲜贮藏库,果品产后处理尚处于起步阶段。4、品种结构有待进一步优化。正宁以晚熟红富士为主要品种,其它早、中熟品种较少,鲜果和加工品种比例失调,不适应市场四季需要和多品种发展的要求,更新换代品种少,优良品种覆盖率低。如经过调查,全县70%的果园品种以长富2、秋富1为主,秦冠、新红星也占有一定比例。早熟品种皇家嘎拉,加工品种澳洲青苹占的比例很少,不足5%。5、***财力较弱,资金到位困难。对苹果产业的投入严重不足,特别是科研经费缺乏,物资投入不足,影响和制约全县果业的快速发展。经调查,县乡财政对苹果产业的投入很少,每年不足10万元,基本发挥不了作用。三、 发展苹果生产的主要对策和措施(一)发展思路以市场为导向,以效益为中心,突出黄土高原苹果种植区域优势,坚持走可持续发展道路,依靠科技,调整布局,优化结构,突出特色,培育品牌,主抓果园科学管理,推行无公害和绿色果品生产技术标准,大力推广新技术、新品种,运用多种经营模式,建立基地,培育龙头企业,扶持加工、贮藏、运销大户,加快苹果生产的产业化进程,最终实现“种苗无毒化,品种优良化,布局合理化,技术标准化,果品安全化,经营一体化,服务便利化”。(二)发展目标全县苹果在现有10万亩的基础上,从2006年开始,每年新发展2万亩,力争5年内苹果面积再新增10万亩,累计全县苹果面积达到20万亩,总产量达到9000万公斤,总产值达到1.5亿元。(三)发展措施***苹果生产要按照产业化发展新要求,抓住西部大开发的历史机遇,根据市场需求和资源条件,及时调整布局,加快发展速度,致力于提高商品市场占有率和经济增长率,努力建成以市场为龙头,龙头带基地,基地连农户,产、加、供、销一条龙的苹果产业建设新格局。为此,我们认为应抓好以下几点:1、强化组织领导,形成建设合力。各级政府都要加强对苹果产业化的领导,苹果作为***的主要支柱产业,从栽、管、销、加各个环节,必须加强领导力量,由政府牵头,加强苹果产业的战略研究,在发展上要长远规划,加快产业化进程。要广开渠道、多设窗口,开拓市场,加大宣传力度,提高知名度改坐等客为招商引客,互惠互利,讲求信誉,全县上下同唱兴果、富民、强县“一台戏”的建设新格局。2、合理产业布局,调整品种结构。要根据正宁自然条件,选择适宜品种,继续按照“三带一片一区”的发展格局,北塬以重点村、规模片建设为重点,南塬果带要不断扩大规模,力争在“十五”期末迅速建成具有区域规模优势的10万亩优质苹果基地。与此同时,要瞄准市场搞调整,要稳定现有红富士面积,发展其它名优特新品种基地。品种的适宜与否,对苹果以后的产量、质量、效益都起着长远的、决定性的作用。从目前和今后市场行情分析,早、中、晚熟品种以1:5:14为理想的搭配比例。这个比例有利于苹果授粉完全,能保证优质苹果的多样性,又可延长上市时间,充分保证市场需求。对缺乏竞争力、病虫害严重、经济效益差的老品种苹果园,下大决心改劣换优,首选品种应为皇家嘎拉、烟富1、烟富2、新世界等。其特点是树势强健、易成花、早结果、座果率高、丰产、稳产、果实色泽鲜艳,味香、成熟期正是瓜果淡季,且售价高于红富士,在市场上有较强的竞争力。***要以市场为导向,千方百计引进推广优质苹果新品种,在时间上要争取主动,在品种上要领先,在意识上要超前,坚持引、选、育并重的方针,不断增加新品种资源,做到生产一代,贮备一代,选育一代,更新一代,确保所产苹果能以优取胜,以优扩大销路,以优占领市场,提高产品知名度。3、积极推广实用技术,实施优果战略。我县是旱作农业区,干旱是制约果品产量和质量的主要因素,因此,要通过抗旱耕作措施,调节并满足苹果树对水分的需求。一般可采取三种措施:(1)园土保墒。通过初春耙磨、夏季中耕、秋末冬初深翻等措施保住土壤墒情。也可采取覆盖地膜、杂草、秸杆、绿草等方式保墒。(2)通过合理施肥、调整树体结构、调整果树负载量等途径提高树体自身吸水力和抗旱性。(3)针对果树不同生长季节对水分需求量的大小及自然降水量的多少,进行合理灌溉,满足果树生长对水分的需求。实施优果战略,必须采取五方面措施:(1)合理负载。根据果树树龄、生长势、品种特性等相关因素,合理调整结果量,以达到稳产、丰产、优质的目的。(2)疏花疏果。按照“人工先疏蕾、后疏花、再定果”的原则落实疏花疏果措施,经克服“大小年”,提高座果率和果实品质。(3)摘叶转果。在9月上旬,通过适度摘除果实周围遮光叶片,转动果实方向来促进果实全面着色,增进果实品质,提高商品价值。(4)果实套袋。在疏花疏果工作结束之后,及时实施果实套袋,可预防病虫、鸟害,减少农药残留,促进果实着色,增加含糖量,提高商品价值。(5)喷施微量元素。通过叶面喷布钙、铁、硼、锌、铜等微量元素,促进果树正常生长发育,全面提高果实品质。4、加强队伍建设,完善服务体系。要加大科技推广力度。尽快健全县、乡、村三级服务网络,要优化提高县一级,重点健全乡一级,普及村一级,兴办各种形式的果农协会,构建一个上下联动和左右贯通的服务体系。同时,要加强各级技术队伍的培训工作,特别是要狠抓农民技术培训工作,全面推广专业化、程序化、标准化的果园管理制度,落实配方施肥,节水灌溉,果园生草、疏花疏果,单果管理、限产增质,摘叶转果,分期采收,化学调节,生物防虫等先进技术。5、培育龙头企业,加快形成产业链。构造龙型经济是产业化的关键,但龙型经济必须通过龙头企业来牵引。为此,要着眼于市场,把培育龙头企业作为产业化建设的突破口来抓,形成由龙头企业带动果品产业化经济链。一是建立以果品销售为龙头的流通企业。组建***苹果开发集团公司,做到上联市场,下联农户,以公司+基地+农户的形式,与果农签订产销合同,及时将果农生产的果品打入市场,适时组织供给果农急需的生产资料,使企业与果农组成“风险共担,利益共享”的紧密联合体,彻底解决果品销售问题。二是建立以果品贮藏加工为龙头的开发企业。要着力建立以千吨气调库为主体,简易窖、小土窖为补充的果品贮藏体系,贮果能力达到1500万公斤,实现旺季贮存,淡季销售,调剂余缺,保鲜增值。同时,要考察论证果品清洗、分级、上蜡生产线和果汁、果酒、果茶、果脯等加工生产线,做到多条腿走路,缓解市场供需矛盾,全方位增收创收。6、培育市场体系,促进果品流通。构造龙型经济必须把产品带入市场经济的大循环,逐步建立和完善市场体系。一是开辟有形市场。要随着果品产业的大开发,在***永和乡、湫头乡、周家乡等主要果品生产区,建立一批批发销售市场,为外地客商提供交易场所,扩大产品销路;二是开拓无形市场。主要是要求企业或联合体努力提供优质服务,强化产品质量监督管理,讲求信誉,以产品和服务质量占领市场。三是扩大经营网络。在充分发挥业务部门经营主渠道的同进,正确引导果农进入流通领域,兴办各种购销组织,发动有能力、有特长的社会各界群众组成购销联合体,千军万马搞运销,推动果业商品经济的发展。7、借鉴先进经验,制定激励政策。一要用足用活用好关于西部大开发、老区建设、扶贫开发等优惠政策,特别是今年中央1号文件关于鼓励农民增收的有关政策,切实制定***果业开发的优惠政策,为苹果产业的开发提供政策保障。二是要充分抓住国家关于取消农林特产税的有利时机,加大对果农的扶持力度,千方百计增加果园的经济效益,调动农民栽果的积极性。三要解决果树科研经费短缺问题,县财政每年要拿出一定数量的专项资金,用于引种、育苗、试验、推广、培育、奖励等,以促进苹果产业的持续健康发展。
《农业生物技术学报》(Journal of Agricultural Biotechnology)由中华人民共和国教育部主管,中国农业大学、中国农业生物技术学会
考研吗?如果考研的话,都是基础知识,初试阶段跟导师没什么关系,也不用找他们的论文;复试阶段也是考察基础知识,而且录取后选导师是双向选择,复试时,面试你的老师不一定是谁,所以个人认为,不要把精力放到这里,重在基本、基础知识、基本实验技能。
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一、植物的遗传转化 20世纪70年代末80年代初,人们用野生型Ri和Ti质粒转化烟草和马铃薯细胞获得再生植株后,以Ti质粒为载体的植物遗传转化技术随之被建立。近年来植物的遗传转化技术得到了迅速发展,建立了多种转化系统。按照基因引入受体植物细胞的方法,植物遗传转化技术大体可分为两类:以载体为媒介的基因转移和基因或DNA的直接转移。所谓以载体为媒介的基因转移就是将目的基因连于某一载体DNA上,然后通过寄主感染受体植物等途径将外源基因转入植物细胞的技术。DNA的直接转移是指利用植物细胞生物学特性,通过物理、化学和生物学方法将外源基因转入植物细胞的技术。 (一)载体法转化 农杆菌介导的转化是最主要的一种载体转化方法。利用经过改造的农杆菌Ti质粒为载体可以高效地转移外源基因。所获得的转化植物有两种基本方法:一种是1979年Marton等以植物原生质为受体的共培养法(ocultivation);一种是1985年Horsch等人建立的叶盘法(leaf disc cocultivation)。 共培养法是把农杆菌与植物原生质体共同培养以实现转化的方法。其程序包括农杆菌对初生细胞壁的原生质体的转化、转化细胞的筛选和诱导转化细胞分化并再生植株。 叶盘法实际上是对共培养法加以改进后而创立的一种转化方法。用农杆菌感染叶片外植体并短期共培养。在培养过程中,农杆菌的vir基因被诱导,它的活化可以启动T-DNA向植物细胞的转移。共培养后,也要进行转化的外植体的筛选、愈伤组织的培养、诱导分化等步骤,以得到再生植株。叶盘法由于不需进行原生质体操作等,方法简单,获得转化植株也更快,是用植物外植体为材料进行转基因的一个良好途径。 农杆菌介导的遗传转化是大多数双子叶植物转化中常采用的方法,但由于农杆菌具有宿主局限性,极少能感染单子叶植物,特别是一些重要的农作物如水稻、小麦、玉米等对农杆菌不敏感,难于应用此法进行遗传转化。 除上述以Ti质粒为载体的基因转化外,还可以用脂质体(liposome)为载体进行遗传转化。脂质体是由磷脂组成的膜状结构,因此可将DNA分子包装在脂质体内以避免受体细胞DNase的降解,把DNA分子导入到植物的原生质体中去。 (二)基因直接转移的方法 这是指既不依赖于农杆菌,也不依赖其他载体或媒介的一些基因转移方法。 1.电激和电注射法 电脉冲能改变细胞膜的透性。通过高压电脉冲的电激穿孔作用把外源DNA引入植物原生质体的方法就称为电激法(electroporation)。这种方法现已较广泛地应用于单子叶和双子叶植物以及动物的基因转移,如20世纪80年代末用此法将新霉素磷酸转移酶(NPT Ⅱ)基因转入玉米自交系的原生质体,已再生成植株。 通过电激技术把基因直接引入完整的植物细胞或组织的方法,称作电注射(electroinjection)。这种方法可避免原生质体培养和再生成植株的繁杂操作与困难,因而具有巨大的应用潜力。 2.基因枪法 基因枪法又称粒子轰击技术(particle bombardment)。这一方法是用粒子枪把表面吸附有外源DNA的金属微粒高速地射进植物细胞或组织。由于此法快速简便,不受宿主范围限制,而受体植物细胞不需去除细胞壁,转化率又高,被转化的细胞或组织容易再生成植株,因而颇受关注。 3.微注射法 微注射法(microinjection)是利用显微注射仪等,通过机械的方法将外源基因或DNA直接注入细胞核或细胞质。与其他方法相比,这个方法对外源遗传物质的导入更为直接和有效。 微注射法除用于植物细胞外,近些年还发展到用于直接注射植物子房,这样更有利于外源遗传物质对幼胚的转化。这方面的工作我国于20世纪70年代即已进行了理论与实践的探索,并已获得抗枯萎病的棉花转化植株抗虫棉等。 二、转基因动物技术及其应用 (一)转基因动物的概念 借助基因工程技术把外源目的基因导入生殖细胞、胚胎干细胞和早期胚胎,并在受体染色体上稳定整合,使之经过各种发育途径得到能把外源目的基因传给子代的个体,即转基因动物(transgenic animal)。转入的目的基因称为转基因(transgene),这种转移目的基因的过程称为转基因作用(transgenesis)。关于“转基因”的概念,通常只限于动、植物中经基因工程技术进行的基因转移,因此品种间不论有性或无性杂交获得新基因的途径都不属此范畴。 (二)转基因动物技术 转基因动物技术是20世纪80年代初发展起来的一项生物技术,它克服了物种之间的生殖隔离,实现了动物物种之间遗传物质的交换和重组。根据外源基因导入的方法和对象的不同,至今主要有3种途径可以产生转基因动物,即显微注射法、反转录病毒法和胚胎干细胞法。反转录病毒转移基因的基本方法在前面已有简介,这里只介绍显微注射法和胚胎干细胞法两种。 1.受精卵原核显微注射法 显微注射技术是从动物胚胎学研究移核实验的基础上发展而来。20世纪80年代初期人们利用这一方法向动物生殖细胞转移外源基因,成功地建立了转基因小鼠。1985年转基因绵羊和转基因猪问世,以后转基因大鼠、兔、鸡、牛、鱼等都已陆续取得成功,可见显微注射法是迄今应用得较为普遍而又最有成效的一种获得转基因动物的技术。 本方法是在显微镜下,用直径约为1μm的玻璃管直接插入受精卵的雄原核内,将毛细管内所带有的外源基因的DNA注入原核,然后将其移植到假孕母体输卵管或子宫内并发育成子代个体。为了解转基因的整合情况,可酌情应用斑点杂交、多聚酶链式反应或Southern印迹杂交等方法对子代个体DNA进行检测。 显微注射法的优点是导入的外源基因片段可长达50 kb,且无需载体,外源基因在宿主染色体上的整合率相对较高。其不足之处是外源基因的整合是随机的,因而难以控制其整合率;再者,对外源基因能否稳定整合于受体基因组的检测,必须等到子一代个体出生后经过选择才能确定,不利于在生育期长、产仔少的大家畜中应用。 2.胚胎干细胞介导法 胚胎干细胞(embryonic stem cell,ES)是指从哺乳动物胚胎囊胚期内的细胞团中分离出来的尚未分化的胚胎细胞,这种细胞具有发育的多能性,能够分化出各种组织。20世纪80年代中期人们开始研究利用ES细胞获得转基因动物的方法。这个途径是将外源基因直接导入ES细胞,经体外培养筛选后再注入到受体囊胚腔中,与其中的囊胚细胞聚集在一起,成为受体胚胎的一部分,参与其分化。由这种胚胎发育而成嵌合体的转基因动物,即其中有一部分组织来源于整合有外源基因的供体ES细胞。在嵌合过程中,被转化的ES细胞分化而成的生殖细胞可通过杂交将引入的外源基因传递下去。 在以胚胎干细胞为媒介获得转基因动物的技术中,既可以用多种方法将外源基因导入ES细胞,且细胞的鉴定、筛选比较方便,又可预先在细胞水平上测定外源基因的拷贝数、定位和表达的水平以及插入的稳定性等,而且将ES细胞注入囊胚的操作较易进行,整合率相对较高。只是建立ES细胞系本身就是一项难度极高的工作,目前小鼠ES细胞系虽已建立,但在猪、羊中还未能得到真正稳定的ES细胞株。 (三)转基因动物的应用 转基因动物的研究内容非常广泛,20世纪80~90年代以来从基础理论到应用技术在深度和广度上都有了很大发展,并已日渐由实验室走向生产实践。 1.在基因表达调控研究方面的应用 利用转基因动物可作为在体内研究外源基因表达调控的“反应器”,下面仅就DNA顺式调控元件和基因在发育中的时空调节为例予以介绍。 (1)顺式调控元件的研究 异常的脂蛋白水平与动脉粥样硬化等疾病有关。人类有5种脂蛋白,各自含有不同的载脂蛋白。现已发现约有17种载脂蛋白,它们的编码基因已测序,是用于研究心血管疾病的候选基因。把载脂蛋白基因转入小鼠,可用来研究人脂蛋白代谢、调控以及动脉粥样硬化。在研究载脂蛋白基因组织特异性表达的顺式调控元件时,发现有两簇载脂蛋白基因凋节的组织特异性表达(图19-15)。一簇包括A-Ⅰ、C-Ⅲ和 A-Ⅳ基因,定位于人11号染色体长臂2区3带(11q23),是按A-Ⅰ、C-Ⅲ、A-Ⅳ的顺序组成。C-Ⅲ的转录方向与其他两个基因相反。 A-Ⅰ和C-Ⅲ主要在肝和小肠中表达,A-Ⅳ主要在小肠表达。在 C-Ⅲ基因的-0.2~-1.4bp之间是调节 A-Ⅰ基因在小肠中表达的区域。这个区域也是 C-Ⅲ和A-Ⅳ基因在小肠表达的凋控元件,表明这一元件可以调节整个载脂蛋白基因簇在小肠的表达。另一基因簇定位于19号染色体长臂1区3带(19q13),包含有E、C-Ⅰ和C-Ⅱ基因,它们按E、C-Ⅰ、C-Ⅱ顺序排列。E基因主要在肝脏和大部分身体组织中表达,但表达水平低。以后发现在C-Ⅰ基因和C-Ⅱ基因之间有一调控区可使E基因在肝脏内高水平表达,该区长约154 bp。此外,还证实这个调控区也调节该座位其他两个载脂蛋白基因 C-Ⅰ和 C-Ⅱ在肝脏的表达。的表达。 (2)与发育相关基因的表达与调控 用转基因动物可研究基因在发育中的时空调控。珠蛋白基因是研究发育调控的最好例子。人类珠蛋白基因分为α、β两簇,分别定位于16号和11号染色体,各长30kb和60kb。据1993年的报道,为分析完整的β-珠蛋白基因中人的珠蛋白基因的开关调控,Peterson等把一个含有248 kb长的人β-珠蛋白基因簇的酵母人工染色体(YAC)转入小鼠。对转基因小鼠中此基因簇的表达分析表明,在成年的转基因动物中只有人β-珠蛋白表达;在子一代和子二代动物中证实YAC β座位有β样珠蛋白基因的发育开关调控,即在卵黄囊中有ε-和γ-珠蛋白基因表达,在14天的肝脏中有少量γ和大量β表达,而在成年动物中则仅有β珠蛋白基因的mRNA表达。采用先在酵母细胞内通过同源重组的方式使YAC发生突变,然后把这种突变的YAC导入小鼠,就可以详细研究整个座位上基因的调控机制,如珠蛋白基因在发育与分化中的基因表达、定点诱变的β基因对发育凋节的影响等等。 除前述有关基因表达凋控的研究外,把转基因动物用于遗传病动物模型的研制近年来发展也很快,如把pro-αⅠ胶原突变基因导入小鼠基因组,可产生类似人的骨发育不全症的转基因小鼠,这对了解人类遗传病的发病机理意义重大。 2.用于基因产品的制备 在转基因动物中,导入的目的基因表达,人们就可以从该动物的乳汁和血液里获得目的基因产物,因此,可把转基因动物看作是一种个体表达系统(whole animal expression system),以制备某种基因产物。这样的转基因动物常被称作动物生物反应器(animal bioreactor)。 1982年Palmiter把大鼠生长激素基因转入小鼠,成功地获得高效表达生长激素的小鼠,其体积明显增加,证实了用转基因动物生产外源基因产品的可行性。近年来的报道已证实在转基因家畜(如猪)的乳腺中可高效合成自身不含有的异源蛋白,如乳清蛋白等。目前,英国正在研究通过羊β-乳球蛋白启动子和乳清蛋白启动子的控制,在转基因羊体内表达人α1抗胰蛋白酶和凝血因子Ⅸ;在美国已有在转基因小鼠、乳羊和乳牛乳汁中分别表达产生tPA和促性腺素的研究报道。我国利用转基因动物为反应器生产基因制品的工作也在展开,最近有关单位已从转基因羊乳汁中获得促红细胞生成素。 3.动物品种的培育与改良 把具有优良性状的基因或抗病基因导入畜禽以培育新的品种,这是转基因动物研究中的一个极重要的方面。如已培育出抗鸡白细胞组织增生病毒的转基因鸡新品种。为增强鱼类的抗冻性,已有抗冻蛋白基因在转基因鲑鱼中表达的报道。1985年我国学者朱作岩在国际上首次将小鼠MT/hGH融合基因注入金鱼受精卵中,获得转基因金鱼,其F1比转基因鱼的同代大两倍。以后该类实验中还陆续获得其他鲫、鲤等几种转入生长激素基因的鱼。 三、转基因技术研究进展 (一)基因分离技术的发展 真核生物基因组非常大,巨遗传背景常不清楚,要从这样庞大的DNA中分离目的基因实非易事。但是由于生物化学、酶学、分子生物学等学科的迅速发展,为基因的分离提供了有效手段,如今已发展了一些新的分离目的基因的技术,如PCR、转座子标签法与基因组消减技术等。 1.转座子标签技术 基因发生转座最重要的遗传效应是引起插入突变,也就是使插入位置的基因失活并诱导产生突变型,或在插入位置上出现新基因。因此,可用转座子作探针克隆出该突变基因,再用突变基因作探针,从野生型个体中分离并克隆出野生型基因。这种用转座子来分离基因的技术称为转座子标签技术(transposon tagging)(图19-16)。这种技术的一个显著特点是可以用来分离预先不清楚表达产物的基因。目前已可利用在分子水平上研究得较为清楚的转座子系统如玉米的Ac/Ds、金鱼草的Tam3等来分离异源植物的基因。 利用转座子分离植物基因时,首先要构建含转座子与质粒载体,因为已分离得到的转座子与选择标记需整合到适当的质粒基因组中才能用于目标植物的遗传转化。当前用于构建转座子载体的质粒主要是根癌农杆菌的Ti质粒和pBR322等。其次是目标植物的遗传转化,现常用带有载体系统的根癌农杆菌进行转化。第三是转座及拷贝数的检测。最后是转座子插入突变的检测及分离。而对分离得到的突变体,还要证明其突变确系转座子的插入所引起的。 近几年,一些用传统生化方法难以分离的基因已用转座子标签法分离出来,如金鱼草中控制花瓣及雄蕊发育的基因,与花的发生、发育有关的基因,亚麻的抗锈基因等。美国、荷兰等国也分别利用转座子分离拟南芥菜种子中脂肪酸合成的基因和研究植物病原体的抗性。 2.基因组消减技术 基因组消减(genomic subtraction)技术是最近几年在PCR基础上发展起来的根据表型变异进行目的基因分离和鉴定的又一种方法,已被应用于动、植物中分离遗传背景不十分清楚的基因,如在医学研究中已将该技术用于分离和鉴定肿瘤缺失和重排基因、制备多态位点探针、分离遗传性疾病基因和基因治疗等领域。 运用消减杂交技术分离缺失序列的概念最早是由Buatz提出的,他利用T4噬菌体缺失突变株的DNA来分离相应缺失区域的mRNA并获得成功。以后被许多实验室引用并加以改进。1989年D.Stuars和L.Wieland分别将PCR技术引入消减杂交方法中,使基因组消减杂交技术得以推广应用。这一技术的基本原理是先用γ射线等引起机体大片段DNA的缺失突变,然后用此突变体DNA与野生型DNA杂交,用以去除野生型中突变体的DNA。如此反复几次,在反应体系中突变体DNA所缺失的那段亲本DNA序列便被保留下来。采用生物素-亲和素-磁珠系统或HAT结合生物素-亲和素层析系统富集缺失这种序列并用PCR技术扩增。扩增的序列再用来与野生型基因文库杂交,从而克隆到对应缺失性状的基因(图19-17)。 用基因组消减杂交技术目前已从拟南芥中成功地克隆到包含赤霉素GA1位点的基因。在医学研究中也有通过基因组消减杂交技术克隆人染色体特异的基因探针的报道,如杜兴式肌营养不良(duchenne muscular dystrophy,DMD)和脉络膜缺损(choroideremia)座位的探针。 (二)基因剔除技术 基因剔除(gene knock-out)技术又称基因打靶技术(gene trageting),是20世纪80年代末发展起来的。这是利用同源重组的方法以建立基因定点灭活细胞系或获得基因定点灭活动物。这一技术近年来应用于生物学的诸多研究领域,已获得数百种基因定位缺陷小鼠。 基因剔除技术的原理首先是用基因重组方法在目的基因片段中插入一外源基因作为筛选标记基因并使目的基因失活(定点突变),再将此(灭活)基因转入胚胎多能干细胞(ES细胞)中,通过细胞内的基因同源重组使灭活基因取代染色体上原有的目的基因。经筛选和基因型鉴定后,把定点突变后的ES细胞注入宿主囊胚腔内,然后将胚胎植入假孕母体子宫,使其发育成目的基因缺陷(突变)的嵌合体,经子代自交后筛选出目的基因缺陷的纯合子即基因剔除动物。 基因剔除的具体实验步骤是:首先要进行同源重组载体的设计与构建,即选择具有一定长度(5~7kb以上)与目的基因功能区域同源的序列,并插入选择性标记基因(如新霉素抗性基因neo等),以便于筛选。在此同源序列的一端或两端还可以连接上负筛选标志基因(如单纯疱疹病毒胸苷激酶基因等)。用电转染等方法将此同源重组载体转染靶细胞。通过药物抗性来筛选重组细胞克隆,并用PCR和Southern杂交等方法对重组细胞进行基因型鉴定,这时得到的就是单个等位基因被剔除的杂合子细胞。为建立等位基因双剔除的细胞系,则还要将单个等位基因剔除的细胞大量传代培养,然后在更高浓度的选择性培养基中多次重复筛选,并对最终得到的阳性克隆进行基因型鉴定。 在应用上,通过探讨目的基因突变在基因剔除动物个体发育中的时空效应以及分析体内单基因缺陷所产生的表型异常,可以研究基因功能和调控,建立疾病的动物模型和基因治疗等。因此,在细胞水平进行基因剔除研究有非常重要的意义。如近几年国外已报道建立了用于研究心血管疾病的载脂蛋白E(apoE)、低密度脂蛋白受体的基因剔除动物。 基因剔除细胞系的建立有可能直接发现特定基因剔除后的影响,阐明基因功能,制备基因缺失的细胞模型,用于发病机理或基因治疗的研究。体细胞与ES细胞同源重组有所不同,后者一般只需将同源染色体等位基因之一灭活,就能在嵌合体后代中最终获得纯合的基因剔除动物。而在体细胞水平灭活特定基因就必须把一对等位基因都灭活,否则无法研究其功能。目前采用两种方法都可成功地达到这一目的:一是用两种带有不同标记基因的同源重组载体分别对靶细胞进行两次同源重组;另一是把单个等位基因灭活的细胞系传代培养,提高标记基因产物抗药物的浓度,利用标记基因表达的累加效应,筛选出细胞系中自然发生的双等位基因被剔除的细胞克隆。