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生物信息學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)范文第1篇

關(guān)鍵詞： 生物信息學(xué) 農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域 應(yīng)用

“生物信息學(xué)”是英文單詞“Bioinformatics”的中文譯名，其概念是1956年在美國(guó)田納西州Gatlinburg召開的“生物學(xué)中的信息理論”討論會(huì)上首次被提出的［1］，由美國(guó)學(xué)者Lim在1991年發(fā)表的文章中首次使用。生物信息學(xué)自產(chǎn)生以來，大致經(jīng)歷了前基因組時(shí)代、基因組時(shí)代和后基因組時(shí)代三個(gè)發(fā)展階段［2］。2003年4月14日，美國(guó)人類基因組研究項(xiàng)目首席科學(xué)家Collins F博士在華盛頓隆重宣布人類基因組計(jì)劃（Human Genome Project，HGP）的所有目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)［3］。這標(biāo)志著后基因組時(shí)代（Post Genome Era，PGE）的來臨，是生命科學(xué)史中又一個(gè)里程碑。生物信息學(xué)作為21世紀(jì)生物技術(shù)的核心，已經(jīng)成為現(xiàn)代生命科學(xué)研究中重要的組成部分。研究基因、蛋白質(zhì)和生命，其研究成果必將深刻地影響農(nóng)業(yè)。本文重點(diǎn)闡述生物信息學(xué)在農(nóng)業(yè)模式植物、種質(zhì)資源優(yōu)化、農(nóng)藥的設(shè)計(jì)開發(fā)、作物遺傳育種、生態(tài)環(huán)境改善等方面的最新研究進(jìn)展。

1.生物信息學(xué)在農(nóng)業(yè)模式植物研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

1997年5月美國(guó)啟動(dòng)國(guó)家植物基因組計(jì)劃（NPGI），旨在繪出包括玉米、大豆、小麥、大麥、高粱、水稻、棉花、西紅柿和松樹等十多種具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的關(guān)鍵植物的基因圖譜。國(guó)家植物基因組計(jì)劃是與人類基因組工程（HGP）并行的龐大工程［4］。近年來，通過各國(guó)科學(xué)家的通力合作，植物基因組研究取得了重大進(jìn)展，擬南芥、水稻等模式植物已完成了全基因組測(cè)序。人們可以使用生物信息學(xué)的方法系統(tǒng)地研究這些重要農(nóng)作物的基因表達(dá)、蛋白質(zhì)互作、蛋白質(zhì)和核酸的定位、代謝物及其調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)等，從而從分子水平上了解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能［5］。目前已經(jīng)建立的農(nóng)作物生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫研究平臺(tái)有植物轉(zhuǎn)錄本（TA）集合數(shù)據(jù)庫TIGR、植物核酸序列數(shù)據(jù)庫PlantGDB、研究玉米遺傳學(xué)和基因組學(xué)的MazeGDB數(shù)據(jù)庫、研究草類和水稻的Gramene數(shù)據(jù)庫、研究馬鈴薯的PoMaMo數(shù)據(jù)庫，等等。

2.生物信息學(xué)在種質(zhì)資源保存研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

種質(zhì)資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，它包括許多農(nóng)藝性狀（如抗病、產(chǎn)量、品質(zhì)、環(huán)境適應(yīng)性基因等）的等位基因。植物種質(zhì)資源庫是指以植物種質(zhì)資源為保護(hù)對(duì)象的保存設(shè)施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物種質(zhì)資源庫，在我國(guó)也已建成30多座作物種質(zhì)資源庫。種質(zhì)入庫保存類型也從單一的種子形式，發(fā)展到營(yíng)養(yǎng)器官、細(xì)胞和組織，甚至DN段等多種形式。保護(hù)的物種也從有性繁殖植物擴(kuò)展到無性繁殖植物及頑拗型種子植物等［6］。近年來，人們?cè)絹碓蕉嗟貞?yīng)用各種分子標(biāo)記來鑒定種質(zhì)資源。例如微衛(wèi)星、AFLP、SSAP、RBIP和SNP等。由于對(duì)種質(zhì)資源進(jìn)行分子標(biāo)記產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，因此需要建立生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫和采用分析工具來實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)分析等［7］。

3.生物信息學(xué)在農(nóng)藥設(shè)計(jì)開發(fā)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的藥物研制主要是從大量的天然產(chǎn)物、合成化合物，以及礦物中進(jìn)行篩選，得到一個(gè)可供臨床使用的藥物要耗費(fèi)大量的時(shí)間與金錢。生物信息學(xué)在藥物研發(fā)中的意義在于找到病理過程中關(guān)鍵性的分子靶標(biāo)、闡明其結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)能激活或阻斷生物大分子發(fā)揮其生物功能的治療性藥物，使藥物研發(fā)之路從過去的偶然和盲目中找到正確的研發(fā)方向。生物信息學(xué)為藥物研發(fā)提供了新的手段［8，9］，導(dǎo)致了藥物研發(fā)模式的改變［10］。目前，生物信息學(xué)促進(jìn)農(nóng)藥研制已有許多成功的例子。Itzstein等設(shè)計(jì)出兩種具有與唾液酸酶結(jié)合化合物：4-氨基-Neu5Ac2en和4-胍基-Neu5Ac2en。其中，后者是前者與唾液酸酶的結(jié)合活性的250倍［11］。目前，這兩種新藥已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。TANG SY等學(xué)者研制出新一代抗AIDS藥物saquinavir［12］。Pungpo等已經(jīng)設(shè)計(jì)出幾種新型高效的抗HIV-1型藥物［13］。楊華錚等人設(shè)計(jì)合成了十多類數(shù)百個(gè)除草化合物，經(jīng)生物活性測(cè)定，部分化合物的活性已超過商品化光合作用抑制劑的水平［14］。

現(xiàn)代農(nóng)藥的研發(fā)已離不開生物信息技術(shù)的參與，隨著生物信息學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展，將會(huì)大大降低藥物研發(fā)的成本，提高研發(fā)的質(zhì)量和效率。

4.生物學(xué)信息學(xué)在作物遺傳育種研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著主要農(nóng)作物遺傳圖譜精確度的提高，以及特定性狀相關(guān)分子基礎(chǔ)的進(jìn)一步闡明，人們可以利用生物信息學(xué)的方法，先從模式生物中尋找可能的相關(guān)基因，然后在作物中找到相應(yīng)的基因及其位點(diǎn)。農(nóng)作物的遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的研究積累了大量的基因序列、分子標(biāo)記、圖譜和功能方面的數(shù)據(jù)，可通過建立生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫來整合這些數(shù)據(jù)，從而比較和分析來自不同基因組的基因序列、功能和遺傳圖譜位置［15］。在此基礎(chǔ)上，育種學(xué)家就可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)模型來提出預(yù)測(cè)假設(shè)，從多種復(fù)雜的等位基因組合中建立自己所需要的表型，然后從大量遺傳標(biāo)記中篩選到理想的組合，從而培育出新的優(yōu)良農(nóng)作物品種。

5.生物信息學(xué)在生態(tài)環(huán)境平衡研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

在生態(tài)系統(tǒng)中，基因流從根本上影響能量流和物質(zhì)流的循環(huán)和運(yùn)轉(zhuǎn)，是生態(tài)平衡穩(wěn)定的根本因素。生物信息學(xué)在環(huán)境領(lǐng)域主要應(yīng)用在控制環(huán)境污染方面，主要通過數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)的運(yùn)用構(gòu)建遺傳工程特效菌株，以降解目標(biāo)基因及其目標(biāo)污染物為切入點(diǎn)，通過降解污染物的分子遺傳物質(zhì)核酸 DNA，以及生物大分子蛋白質(zhì)酶，達(dá)到催化目標(biāo)污染物的降解，從而維護(hù)空氣［16］、水源、土地等生態(tài)環(huán)境的安全。

美國(guó)農(nóng)業(yè)研究中心（ARS） 的農(nóng)藥特性信息數(shù)據(jù)庫（PPD） 提供 334 種正在廣泛使用的殺蟲劑信息，涉及它們?cè)诃h(huán)境中轉(zhuǎn)運(yùn)和降解途徑的16種最重要的物化特性。日本豐橋技術(shù)大學(xué)（Toyohashi University of Technology） 多環(huán)芳烴危險(xiǎn)性有機(jī)污染物的物化特性、色譜、紫外光譜的譜線圖。美國(guó)環(huán)保局綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（IRIS） 涉及 600種化學(xué)污染物，列出了污染物的毒性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)參數(shù)，以及分子遺傳毒性參數(shù)［17］。除此之外，生物信息學(xué)在生物防治［18］中也起到了重要的作用。網(wǎng)絡(luò)的普及，情報(bào)、信息等學(xué)科的資源共享，勢(shì)必會(huì)創(chuàng)造出一個(gè)環(huán)境微生物技術(shù)信息的高速發(fā)展趨勢(shì)。

6.生物信息學(xué)在食品安全研究領(lǐng)域中的應(yīng)用

食品在加工制作和存儲(chǔ)過程中各種細(xì)菌數(shù)量發(fā)生變化，傳統(tǒng)檢測(cè)方法是進(jìn)行生化鑒定，但所需時(shí)間較長(zhǎng)，不能滿足檢驗(yàn)檢疫部門的要求，運(yùn)用生物信息學(xué)方法獲得各種致病菌的核酸序列，并對(duì)這些序列進(jìn)行比對(duì)，篩選出用于檢測(cè)的引物和探針，進(jìn)而運(yùn)用PCR法［19］、RT-PCR法、熒光RT-PCR法、多重PCR［20］和多重?zé)晒舛縋CR等技術(shù)，可快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出細(xì)菌及病毒。此外，對(duì)電阻抗、放射測(cè)量、ELISA法、生物傳感器、基因芯片等［21-25］技術(shù)也是未來食品病毒檢測(cè)的發(fā)展方向。

轉(zhuǎn)基因食品檢測(cè)是通過設(shè)計(jì)特異性的引物對(duì)食品樣品的DNA提取物進(jìn)行擴(kuò)增，從而判斷樣品中是否含有外源性基因片段［26］。通過對(duì)轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫信息的及時(shí)更新，可準(zhǔn)確了解各國(guó)新出現(xiàn)和新批準(zhǔn)的轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及時(shí)對(duì)檢驗(yàn)方法進(jìn)行修改。目前由于某些通過食品傳播的病毒具有變異特性，以及檢測(cè)方法的不完善等因素影響，生物信息學(xué)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用還比較有限，但隨著食品安全檢測(cè)數(shù)據(jù)庫的不斷完善，相信相關(guān)的生物信息學(xué)技術(shù)將在食品領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

生物信息學(xué)廣泛用于農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，但是僅有信息資源是不夠的，選出符合自己需求的生物信息就需要情報(bào)部門，以及信息中介服務(wù)機(jī)構(gòu)提供相關(guān)服務(wù)，通過出版物、信息共享平臺(tái)、數(shù)字圖書館、電子論壇等信息媒介的幫助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我國(guó)生物信息學(xué)發(fā)展還很不均衡，與國(guó)際前沿有一定差距，這需要從事信息和科研的工作者們不斷交流，使得生物信息學(xué)能夠更好地為我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展發(fā)揮作用。

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生物信息學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)范文第2篇

1BMEs/EMBS’99國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)年會(huì)

BMES是美國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)(BiomediealEngineeringSoeiety)的簡(jiǎn)稱.EMBS是美國(guó)電氣電子工程師學(xué)會(huì)(TheInstituteofEleetriealandEleetroniesEngineers)的生物醫(yī)學(xué)工程分會(huì)(EngineeringinMedieineandBiologySoeiety)的簡(jiǎn)稱。這兩個(gè)學(xué)會(huì)每年都舉行生物醫(yī)學(xué)工程的國(guó)際會(huì)議。1999年，這兩個(gè)學(xué)會(huì)首次聯(lián)合舉辦學(xué)術(shù)年會(huì)(ThefirstJointMeet-ingofBMES&EMBS)。會(huì)議錄用的論文近1400篇，注冊(cè)人數(shù)接近2000人，堪稱生物醫(yī)學(xué)工程界的盛會(huì)。我們醫(yī)學(xué)信息工程科研組共有8篇文章在會(huì)上發(fā)表。其中，由楊福生教授指導(dǎo)的博士生詹望的論文“Anewhigh一resolutionEEGteehniquebasedonfiniteresistaneenetworkmo己el”榮獲BMES1999年研究生研究獎(jiǎng)。這是唯一的來自美國(guó)本土之外的學(xué)生獲獎(jiǎng)，在會(huì)上反響很好。與以往的做法類似，會(huì)議的學(xué)術(shù)交流仍采用主題(Theme)一主軌(Track)一分組會(huì)(Session)的方式。本次會(huì)議有16個(gè)Theme，86個(gè)Traek，211個(gè)Session，共收錄論文1347篇。各個(gè)主月的情況見表1.與以往的年會(huì)相比，這次年會(huì)有更多的結(jié)合生物學(xué)羞礎(chǔ)的研究報(bào)道(如“分子、細(xì)胞與組織工程”、“生物信息學(xué)、計(jì)算生物學(xué)”等)，反映了近年來一些發(fā)達(dá)國(guó)家生物醫(yī)學(xué)工程研究的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，傳統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)工程中的信號(hào)與圖像處理，以及醫(yī)學(xué)儀器仍然占有相當(dāng)?shù)谋壤?/p>

2美國(guó)離校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)點(diǎn)滴

會(huì)后，我順訪了幾所大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程系或研究所:①TheGeorgeWashingtonUni-versity，②JohnsHopkinsUniversity，③Universityofpittsburgh，④UniversityofMiehi-gan，重點(diǎn)了解了以下3個(gè)板城的研究情況。(1)臉與神經(jīng)科學(xué)。腦功能的研究是21世紀(jì)生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)，各個(gè)學(xué)校與醫(yī)療單位的科研機(jī)構(gòu)都十分重視。研究?jī)?nèi)容包括驀破生理實(shí)臉、信號(hào)處理方法、臨床應(yīng)用以及一些有商業(yè)前景的開發(fā)項(xiàng)目。(2)醫(yī)學(xué)超聲工程。超聲成像由于對(duì)人體無創(chuàng)、無扭而受到重視。超聲成像包括反映解剖結(jié)構(gòu)的B型成像，還包括血流側(cè)t。近年來在結(jié)構(gòu)成像方面普遨受到t視的是三維成像，這也是我們課翅組目前在醫(yī)學(xué)超聲方面研究的!點(diǎn)。同時(shí)，將解例結(jié)構(gòu)與組織定征結(jié)合起來也是近年來研究的發(fā)展趨勢(shì)，例如，組織彈性成像就是一個(gè)例子。(3)醫(yī)學(xué)信息學(xué)。隨粉計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)信息學(xué)在近年中有了較明顯的發(fā)展，如醫(yī)院信息管理系統(tǒng)、以病人為中心的醫(yī)療信息管理及電子病案、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。

發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面同樣也走在前面。在美國(guó)，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)已成了各行各業(yè)乃至每個(gè)家庭與個(gè)人都離不開的基本工具與環(huán)境。醫(yī)學(xué)信息學(xué)的發(fā)展對(duì)提離全民醫(yī)療保健的水平起到了不可低枯的作用。在訪期間，有機(jī)會(huì)與這些學(xué)校的故授進(jìn)行廣泛的學(xué)術(shù)交流，并探討雙方合作的項(xiàng)目與方式。例如，U垃ver溢tyofPittsburgh醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科研究所在腦電信號(hào)的采集與處理方面有很深人的研究，而我們科研組在這方面也承擔(dān)粉國(guó)家墓金項(xiàng)目，雙方都有興趣在腦電信號(hào)的處理方面開展合作。從該研究所我們得到了大t珍貴的臨床數(shù)據(jù)，對(duì)這些致?lián)M(jìn)行研究后，我們將撅博士生或教師去UniversityofPittsburgh開展合作研究。通過這次訪問，看到了發(fā)達(dá)國(guó)家在生物醫(yī)學(xué)工程方面很多有深度的基礎(chǔ)研究。從設(shè)備條件與經(jīng)費(fèi)投人方面著，發(fā)達(dá)國(guó)家的優(yōu)勢(shì)非常明顯，但我們也不是因此就無所作為。我們?cè)谏镝t(yī)學(xué)信號(hào)處理的理論與實(shí)踐方面經(jīng)過多年努力已經(jīng)接近并在某些方面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。如果注意發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，特別是有意識(shí)地提出創(chuàng)新性的想法，我們一定也能取得國(guó)際上承認(rèn)的研究成果.另外，在今后的研究中注意更廣泛地開展國(guó)際合作，爭(zhēng)取利用國(guó)外先進(jìn)的設(shè)備與實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)推動(dòng)我們的研究工作也是十分必要的.

生物信息學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)范文第3篇

21世紀(jì)是信息爆炸的世紀(jì),特別是生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)發(fā)展非常迅猛,許多最新的科研成果都是最先發(fā)表在互聯(lián)網(wǎng)上。在這樣的一個(gè)背景下,如何更好地提高醫(yī)學(xué)生實(shí)習(xí)帶教的質(zhì)量是每個(gè)醫(yī)學(xué)教學(xué)工作者都要面臨的問題。隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,傳統(tǒng)的教學(xué)模式面臨巨大的挑戰(zhàn)。將生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)貫穿于眼科實(shí)習(xí)帶教整個(gè)過程,將大大提高教學(xué)質(zhì)量。

1傳統(tǒng)、單一教學(xué)模式的局限性

在我國(guó),傳統(tǒng)的教學(xué)模式是老師講、學(xué)生聽,老師教、學(xué)生學(xué)。兩者之間是主動(dòng)與被動(dòng)的關(guān)系,教師是傳道、授業(yè)、解惑的始動(dòng)者,而學(xué)生則始終處于被動(dòng)者的地位[1]。而老師為了盡量“少犯錯(cuò)誤”,總是只講述教科書上的東西。不論是小學(xué)、中學(xué)還是大學(xué),莫不如此。這樣很可能導(dǎo)致這樣的一個(gè)局面:培養(yǎng)出來的學(xué)生存在高分低能的現(xiàn)象,即考卷題目答得不錯(cuò),現(xiàn)實(shí)生活中卻不能應(yīng)用自己的知識(shí)技能。特別是在醫(yī)學(xué)生的教育問題上,許多傳統(tǒng)教育模式培養(yǎng)出來的學(xué)生進(jìn)入臨床實(shí)習(xí)階段后暴露出以下問題:理論知識(shí)無法聯(lián)系實(shí)際,缺乏臨床思維能力,缺乏信息拓展能力。而醫(yī)學(xué)是一門充滿探索性和變化性的科學(xué),今天為大家普遍接受的觀點(diǎn)可能明天就會(huì)被發(fā)現(xiàn)是錯(cuò)誤的。具體到人,同樣的病在不同的患者身上表現(xiàn)不同,同一個(gè)患者在疾病的不同階段會(huì)有不同的表現(xiàn)。怎樣在實(shí)踐中認(rèn)識(shí)疾病和治療疾病是一個(gè)很大的難題。如何讓目前的醫(yī)學(xué)生以后成為名副其實(shí)的白衣天使,就需要改變以往的教學(xué)方法,大力利用生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)來提高教學(xué)質(zhì)量。

2生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)在醫(yī)學(xué)生實(shí)習(xí)帶教中的應(yīng)用

生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)是研究生物醫(yī)學(xué)信息、數(shù)據(jù)和知識(shí)存儲(chǔ)、檢索并有效利用,以便在衛(wèi)生管理、臨床控制和知識(shí)分析過程中做出決策和解決問題的科學(xué)。以往,生物信息學(xué)和醫(yī)學(xué)信息學(xué)一直是兩個(gè)不同的學(xué)科,應(yīng)用于各自不同的領(lǐng)域,隨著人類基因組計(jì)劃的實(shí)施,醫(yī)學(xué)研究不可避免的向生物領(lǐng)域靠攏,這時(shí)就出現(xiàn)了整合的生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)。作為一門廣泛的交叉學(xué)科,生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)提供新的生物醫(yī)學(xué)知識(shí)的開發(fā)和共享框架[2]。生物醫(yī)學(xué)信息的來源眾多,科學(xué)文獻(xiàn)、學(xué)術(shù)會(huì)議、個(gè)人交流和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等等。其中科學(xué)文獻(xiàn)包含了圖書、期刊、檢索工具、專利文獻(xiàn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)位論文和技術(shù)檔案[3]。21世紀(jì)的生物醫(yī)學(xué)信息已不單單局限于書本,在強(qiáng)大信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的背景下孕育而生的各類功能齊全的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)交互已成為目前獲取生物醫(yī)學(xué)信息的主流方式。傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)側(cè)重于文獻(xiàn)信息管理、分析研究。而現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)更強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)技術(shù)與IT應(yīng)用到醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域。在具備一定知識(shí)背景的前提下,如果醫(yī)學(xué)生所在實(shí)習(xí)的場(chǎng)所有個(gè)人計(jì)算機(jī),并且可以互聯(lián)網(wǎng)搜索的話,那么數(shù)字化信息會(huì)是最容易獲得和最方便使用的信息來源。目前國(guó)內(nèi)信息的來源以國(guó)際互聯(lián)網(wǎng),電子書籍和電子音像資料最多。生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用很廣,在醫(yī)學(xué)帶教中更是起到重要的作用。

就師方而言,傳統(tǒng)的教學(xué)以書寫板書為主,這樣既耗時(shí)又呆板,信息的傳遞受到限制,而目前在帶教中則更多使用的是多媒體教學(xué)和各種影音工具,這種模式不僅在較短的時(shí)間內(nèi)傳遞更多的信息,而且方式生動(dòng)易懂,能夠最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,使學(xué)生更好地獲取知識(shí)。就學(xué)方而言,傳統(tǒng)的國(guó)內(nèi)教學(xué)更注重的是知識(shí)的單向傳授,學(xué)生的被動(dòng)接受,這樣教學(xué)的結(jié)果往往是理論知識(shí)瑯瑯上口,實(shí)踐能力慘不忍睹。而今隨著信息學(xué)的推廣和普及,學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng),互聯(lián)網(wǎng)浩瀚的知識(shí)吸引著學(xué)生不斷探索,而知識(shí)的不斷更新使臨床帶教過程更為活躍,無論對(duì)教師還是學(xué)生,書本將不再是獲得信息的唯一手段。現(xiàn)今在臨床帶教過程中時(shí)常出現(xiàn)的學(xué)生通過最新的知識(shí)進(jìn)展將老師問倒的情況,這種現(xiàn)象是令人喜悅的,而這種良性循環(huán)將更有利于醫(yī)學(xué)帶教的進(jìn)步。筆者通過多年親身帶教經(jīng)歷,并做了問卷調(diào)查,反饋比較了傳統(tǒng)板書帶教和滲透醫(yī)學(xué)信息學(xué)帶教,初步統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示醫(yī)學(xué)信息學(xué)帶教學(xué)生給出好評(píng)的頻數(shù)更高,可見醫(yī)學(xué)信息學(xué)帶教方式更受學(xué)生歡迎;同時(shí)通過最后實(shí)際病例分析考核學(xué)生,結(jié)果同樣顯示醫(yī)學(xué)信息學(xué)帶教方式的學(xué)生給出答案更齊全,思維更開闊。目前國(guó)外常用的醫(yī)學(xué)專業(yè)搜索引擎包括:HealthGate、MedicalWorldSearch等,常用的醫(yī)學(xué)專業(yè)數(shù)據(jù)庫包括MEDLINE、SIENCEDIRECT等。而國(guó)內(nèi)相關(guān)的信息來源也開始健全和發(fā)展。醫(yī)學(xué)生既可以直接進(jìn)入以上數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)址查詢,也可以選定主題后通過Google、Achoo、搜狐、雅虎等搜索引擎進(jìn)行搜索。網(wǎng)上的資源十分豐富,既有經(jīng)典的理論,又有最新的研究發(fā)現(xiàn)。而且,學(xué)生還可以將自己的問題通過電子郵件或者BBS發(fā)送給全世界的學(xué)者求助。

3教師指導(dǎo)醫(yī)學(xué)生進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)學(xué)習(xí)和應(yīng)用

生物信息學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)范文第4篇

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；生物學(xué)教學(xué)；課程資源

中圖分類號(hào)：G427 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2016）21-0044-04

一、翻轉(zhuǎn)課堂的理論發(fā)展

翻轉(zhuǎn)課堂（flipped classroom）起源于2007年，美國(guó)科羅拉多州（Colorado）的林地公園高中（Woodland Park High School）[1]的兩位化學(xué)老師，喬納森?伯爾曼（Jonathan Bergmann）和亞綸?薩姆斯（Aaron Sams），將自己的授課PPT和實(shí)時(shí)音頻錄制下來放到網(wǎng)上供學(xué)生課前觀看學(xué)習(xí)，課堂上對(duì)學(xué)習(xí)中遇到的問題進(jìn)行討論、解決。由此，兩位老師開始實(shí)踐一種新的教學(xué)模式， 即翻轉(zhuǎn)課堂：學(xué)生課前完成對(duì)教學(xué)視頻等學(xué)習(xí)資源的觀看和學(xué)習(xí)，師生在課堂上互動(dòng)交流，協(xié)作探究，解決問題。

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，翻轉(zhuǎn)課堂迅速發(fā)展。2011年，美國(guó)富蘭克林學(xué)院（Franklin College）的羅伯特?泰爾波特（Robert Talbert），總結(jié)出的翻轉(zhuǎn)課堂理論模型[2]，包括課前的學(xué)生觀看教學(xué)視頻，進(jìn)行導(dǎo)向性作業(yè)練習(xí)；課中的學(xué)生完成少量的測(cè)驗(yàn)，通過解決問題來完成知識(shí)的內(nèi)化，最后進(jìn)行總結(jié)反饋[3]。教學(xué)形式由傳統(tǒng)課堂講解變?yōu)檎n前學(xué)習(xí)加課堂探究，學(xué)生通過解決問題來內(nèi)化知識(shí)，提高知識(shí)應(yīng)用能力。2012年，喬納森?伯格曼（Jonathan Bergmann）和亞倫?薩姆斯（Aaron Sams），創(chuàng)立了翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)FLN（Flipped Learning Network），提出翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)的四個(gè)關(guān)鍵支柱：靈活的學(xué)習(xí)環(huán)境―教師靈活安排教學(xué)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)文化的變革―教師中心轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生中心；定制內(nèi)容―教師明確講授的內(nèi)容和學(xué)生自習(xí)內(nèi)容；專業(yè)的教師―翻轉(zhuǎn)課堂中需專業(yè)教師掌控課堂。2013年，美國(guó)猶他州州立大學(xué)的雅各布?畢曉普（Jacob Bishop），總結(jié)分析諸多觀點(diǎn)后認(rèn)為，翻轉(zhuǎn)課堂是以學(xué)生為中心的課堂學(xué)習(xí)和以教師為中心的課外基于計(jì)算機(jī)進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)的總和[4]。

在國(guó)內(nèi)，2011年，重慶市聚奎中學(xué)結(jié)合校園云技術(shù)開始翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，總結(jié)出“課前四步，課中五環(huán)”的翻轉(zhuǎn)模式[5]。“課前四步”包括設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)案、錄制視頻教學(xué)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)、制定個(gè)別輔導(dǎo)計(jì)劃；“課中五環(huán)”包括合作探究、釋疑拓展、練習(xí)鞏固、自主糾錯(cuò)、反思總結(jié)。通過這個(gè)模式，聚奎中學(xué)完成了教師灌輸―學(xué)生接受到學(xué)生自主學(xué)習(xí)―發(fā)現(xiàn)問題―教師引導(dǎo)解決問題的轉(zhuǎn)變。2012年，南京大學(xué)張金磊[6]，根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，在羅伯特?泰爾波特（Robert Talbert）的翻轉(zhuǎn)課堂理論模型基礎(chǔ)上構(gòu)建了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型（圖1），其中，信息技術(shù)和活動(dòng)學(xué)習(xí)是兩個(gè)有力支撐。信息技術(shù)支持和活動(dòng)學(xué)習(xí)的開展保證了個(gè)性化、協(xié)作式學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建與生成。此理論在國(guó)內(nèi)被廣泛接受，成為國(guó)內(nèi)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐的主要理論基礎(chǔ)。2013年，山東省昌樂一中開始翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐，并逐步形成了“二段四步十環(huán)節(jié)”翻轉(zhuǎn)模式?！岸问h(huán)節(jié)”是指，自學(xué)質(zhì)疑階段的目標(biāo)導(dǎo)學(xué)、教材自學(xué)、微課助學(xué)、合作互學(xué)、在線測(cè)學(xué)，訓(xùn)練展示階段的疑難突破、訓(xùn)練展示、合作提升、評(píng)價(jià)點(diǎn)撥、總結(jié)反思；“四步”是指教師課前要進(jìn)行課時(shí)規(guī)劃、微課設(shè)計(jì)、兩案編制、微課錄制[7]。 這種翻轉(zhuǎn)模式提高了教師對(duì)課堂的掌控能力和學(xué)生的參與度，學(xué)生知識(shí)內(nèi)化的過程更符合青少年認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律。

二、翻轉(zhuǎn)課堂的生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用

翻轉(zhuǎn)課堂作為一種基于信息技術(shù)的新型教學(xué)模式，最終要運(yùn)用到學(xué)科教學(xué)當(dāng)中。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)校在生物學(xué)科領(lǐng)域開展了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐（表1）。下面我們就其中的兩個(gè)案例進(jìn)行簡(jiǎn)要評(píng)述。

1.分子細(xì)胞生物學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂

在2007年到2013年期間，耶魯大學(xué)（Yale university）和麻省大學(xué)（University of Massachusetts），用超過5年的時(shí)間，在分子細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)方面展開翻轉(zhuǎn)教學(xué)實(shí)踐，其中前三年進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)，后兩年運(yùn)用羅伯特?泰爾波特（Robert Talbert）翻轉(zhuǎn)課堂模型的理論模型進(jìn)行翻轉(zhuǎn)教學(xué)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)課堂相比，學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確，自主學(xué)習(xí)能力和展示自我能力提高，并且學(xué)生更喜歡翻轉(zhuǎn)課堂中多樣化的學(xué)習(xí)資料，班級(jí)平均分與女生的成績(jī)有明顯提高。但在實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂后的幾次考試中，最后一次的成績(jī)略有下降， 同時(shí)發(fā)現(xiàn)，男女生成績(jī)存在差異。分析認(rèn)為，一段時(shí)間后成績(jī)下降是由于翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)刺激逐漸消退，學(xué)生自我內(nèi)驅(qū)力降低，例如：課前不預(yù)習(xí)、課上不參與等，造成考試成績(jī)下降，男女生成績(jī)存在差異是因?yàn)槟信恼J(rèn)知水平和思維方式存在性別差異。

2.生物信息學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂

2014年，肇慶學(xué)院生命科學(xué)院，在生物信息學(xué)課程中展開翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐。該教學(xué)實(shí)踐借鑒了張金磊提出的翻轉(zhuǎn)教學(xué)理論模型。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，通過學(xué)習(xí)優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，學(xué)生在探究能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及學(xué)術(shù)視野等方面均有提高，學(xué)生綜合能力得到發(fā)展；教師角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，由學(xué)習(xí)主導(dǎo)者變?yōu)橹笇?dǎo)者，專業(yè)素質(zhì)和掌控課堂能力也得到提高。同時(shí)，翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施推動(dòng)了校園多媒體的建設(shè)。在實(shí)施翻轉(zhuǎn)教學(xué)時(shí)，實(shí)踐者發(fā)現(xiàn)，教師的教學(xué)和科研能力，網(wǎng)絡(luò)資源、圖書資料等硬件設(shè)施和相關(guān)教學(xué)軟環(huán)境成為高質(zhì)量翻轉(zhuǎn)教學(xué)的限制因素。

上述實(shí)踐表明，翻轉(zhuǎn)課堂在學(xué)科教學(xué)中有諸多益處，但仍存在一定問題和限制因素。首先，實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂時(shí)，學(xué)生有“接受”的心理過程，此過程受到教育環(huán)境、教育者及教學(xué)觀念的制約[13]。其次，新課堂模式不能對(duì)學(xué)生形成持續(xù)性的學(xué)習(xí)刺激。因此，設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂時(shí)要考慮四個(gè)方面問題[14]：①尊重學(xué)生的心理與認(rèn)知發(fā)展規(guī)律；②在課堂內(nèi)外建立有效的聯(lián)系；③教師指導(dǎo)學(xué)生時(shí)定義和結(jié)構(gòu)要清晰；④制定合理有效的評(píng)價(jià)機(jī)制。

三、翻轉(zhuǎn)課堂的課程資源

隨著翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展，微課和慕課等課程資源地位越來越高。微課是以闡釋某一知識(shí)點(diǎn)為目標(biāo)，以短小精悍的視頻為表現(xiàn)形式，整合了教學(xué)素材、在線測(cè)驗(yàn)、教學(xué)反饋、以及交流互動(dòng)等多種要素的教學(xué)手段[15]。近年來，美國(guó)薩爾曼?可汗（Salman Khan）創(chuàng)辦的可汗學(xué)院（Khan Academy）以及TED（Technology Entertainment Design）設(shè)立的在線課程（http：///）廣受關(guān)注和歡迎。國(guó)內(nèi)的國(guó)家教育部教育管理信息中心創(chuàng)辦的“中國(guó)微課網(wǎng)”資源平臺(tái)， 全國(guó)高校微課教學(xué)比賽網(wǎng)[16]，以及微課網(wǎng)，為我國(guó)大中學(xué)校的生物學(xué)課程提供了大量的“微課”資源（表2）。

幕課全稱“大規(guī)模開放在線課程”（Massive Open Online Course），是基于資源、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)并且將學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)與更多網(wǎng)絡(luò)資源綜合起來的新課程模式。這種課程模式通過在授課視頻中加入提問、在線測(cè)驗(yàn)和專題討論的方式加強(qiáng)互動(dòng)，并鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者利用個(gè)性化學(xué)習(xí)工具如QQ、微信等進(jìn)行學(xué)習(xí)[17]。目前世界上廣泛使用的的慕課平臺(tái)有Coursera、Udacity、edX三大平臺(tái)。Coursera是由斯坦福大學(xué)教授吳恩達(dá)（Andrew Ng）和達(dá)芙妮?科勒（Daphne Koller）創(chuàng)建的免費(fèi)在線課程網(wǎng)站，目前提供涵蓋人文、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、社會(huì)科學(xué)、數(shù)學(xué)、商業(yè)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等24個(gè)學(xué)科329門免費(fèi)課程。Udacity是一個(gè)斯坦福大學(xué)教授創(chuàng)辦的商業(yè)化課程網(wǎng)站，該網(wǎng)站主要提供計(jì)算機(jī)類課程，但是若想獲得課程證書學(xué)習(xí)者必須參加考試中心組織的期末考試并支付費(fèi)用。edX是一個(gè)由美國(guó)麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)合作的非營(yíng)利性項(xiàng)目，支持哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的教授向全球共享其教學(xué)資源，在線內(nèi)容同時(shí)也被用于豐富校內(nèi)課程[18]。2013年，北京大學(xué)和清華大學(xué)宣布加入edX[19]，隨后，復(fù)旦大學(xué)和上海交通大學(xué)宣布加盟Coursera[20]。在國(guó)內(nèi)，“MOOC中國(guó)”是常用的慕課平臺(tái)。這幾大平臺(tái)中已經(jīng)開設(shè)了大量生物學(xué)科慕課（表3），為生物學(xué)科翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐提供了有力支撐。

四、面臨的問題和發(fā)展趨勢(shì)

1.面臨的問題

翻轉(zhuǎn)課堂具有提高教學(xué)效率、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作交流能力等優(yōu)點(diǎn)，但在具體的實(shí)施過程中也面臨諸多問題。第一，教師如何加強(qiáng)自身信息技術(shù)素養(yǎng)。翻轉(zhuǎn)課堂的第一步就是要求教師制作優(yōu)質(zhì)的教學(xué)視頻，這對(duì)教師的多媒體制作技術(shù)要求較高，并且會(huì)耗費(fèi)教師大量的時(shí)間[21]。第二，教師角色如何轉(zhuǎn)變。相較于傳統(tǒng)教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)活動(dòng)展開要結(jié)合教師啟發(fā)、引導(dǎo)、監(jiān)控與學(xué)生主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性兩方面內(nèi)容[22]，這對(duì)教師綜合素質(zhì)有了更高的要求。第三，國(guó)內(nèi)學(xué)生由于傳統(tǒng)課堂的制約導(dǎo)致不善于提問和主動(dòng)性不強(qiáng)，這會(huì)使得翻轉(zhuǎn)課堂效果降低。第四，實(shí)施生物學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂時(shí)，是否能充分利用各種教育資源，如科技館、植物園、動(dòng)物園以及企業(yè)等[23]。第五，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)可以滿足各種多媒體教學(xué)手段，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較差地區(qū)或山區(qū)的學(xué)校，既沒有多媒體也沒有網(wǎng)絡(luò)。在這種背景下，如何有效的整合教育資源，促進(jìn)教育公平[24]，是一個(gè)亟待解決的重大問題。

2.發(fā)展趨勢(shì)

翻轉(zhuǎn)課堂改變了傳統(tǒng)的課堂結(jié)構(gòu)中“以知識(shí)為中心”或“以教師為中心”的現(xiàn)狀，以學(xué)生為中心展開教學(xué)活動(dòng)。不斷完善的計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施提供了技術(shù)支撐，但翻轉(zhuǎn)課堂并不能完全替代傳統(tǒng)課堂，而是與其他課堂形式結(jié)合，為學(xué)生提供更多元化、更適合學(xué)生的學(xué)習(xí)模式。小班制班級(jí)更適合翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施，更有利于實(shí)施個(gè)性化教學(xué)。對(duì)于生物學(xué)科而言，可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及越來越發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)終端制作專題APP或?qū)ｎ}網(wǎng)頁來進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，例如，生物數(shù)據(jù)分析科教網(wǎng)（http：///）。翻轉(zhuǎn)課堂模式在我國(guó)實(shí)施的時(shí)間較短，但從中國(guó)知網(wǎng) （CNKI） 收錄的有關(guān)翻轉(zhuǎn)課堂期刊文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)顯示，2013年，與翻轉(zhuǎn)課堂為主題的期刊文獻(xiàn)只有122篇，但到2016年3月，相關(guān)期刊文獻(xiàn)總計(jì)達(dá)到3358篇，說明翻轉(zhuǎn)課堂模式在我國(guó)的關(guān)注度越來越高。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，加之各學(xué)校的深入實(shí)踐，相信一定能探索出適合中國(guó)教育背景的翻轉(zhuǎn)課堂模式，為中國(guó)的教育改革提供借鑒。

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生物信息學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)范文第5篇

生物化學(xué)工程（又叫生化工程或生物化工）是化學(xué)工程與生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。生物化工是生物技術(shù)的重要分支。與傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)相比，生物化工有某些突出特點(diǎn)：①主要以可再生資源作原料；②反應(yīng)條件溫和，多為常溫、常壓、能耗低、選擇性好、效率高的生產(chǎn)過程；③環(huán)境污染較少；④投資較小；⑤能生產(chǎn)目前不能生產(chǎn)的或用化學(xué)法生產(chǎn)較困難的性能優(yōu)異的產(chǎn)品。由于這些特點(diǎn)，生物化工已成為化工領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展的行業(yè)。

1.世界生物化工行業(yè)的現(xiàn)狀

生物化工發(fā)展至今已經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)，最早主要是生產(chǎn)抗生素；隨后，是為氨基酸發(fā)酵、舀體激素的生物轉(zhuǎn)化、維生素的生物法生產(chǎn)、單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)及淀粉糖生產(chǎn)等工業(yè)化服務(wù)。自20世紀(jì)80年代起，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的興起，生物化工又利用重組微生物、動(dòng)植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)等手段生產(chǎn)藥用多肽、蛋白、疫苗、干擾素等。而且，生物化工的應(yīng)用已涉及到人民生活的方方面面，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化輕原料生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品、環(huán)境保護(hù)、資源和能源的開發(fā)等各領(lǐng)域。隨著生物化工上游技術(shù)——生物工程技術(shù)的進(jìn)步以及化學(xué)工程、信息技術(shù)（IT）和生物信息學(xué)（bioinformatics）等學(xué)科技術(shù)的發(fā)展，生物化工將迎來又一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期。

生物化工行業(yè)經(jīng)過50多年的發(fā)展，已形成了一個(gè)完整的工業(yè)體系，整個(gè)行業(yè)也出現(xiàn)了一些新的發(fā)展態(tài)勢(shì)。下面簡(jiǎn)要描述生物化工行業(yè)的現(xiàn)狀。

1．1工業(yè)結(jié)構(gòu)

由于生物化工涉及面廣，涉及的行業(yè)多，所以從事生物化工的企業(yè)較多。據(jù)報(bào)道，90年代中期，美國(guó)生物化工企業(yè)有：000多家，西歐有580多家，日本有300多家。近年來，雖然由于行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，生物化工企業(yè)有較大幅度減少，但與生命科學(xué)（主要指醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)生化技術(shù)）諸侯割據(jù)的局面相比，生物化工行業(yè)依然是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴。既有象諾華、捷利康等從事生命科學(xué)的世界性大公司，也有象DSM、諾和諾德等大型的精細(xì)化工公司，當(dāng)然也有在某一方面有專長(zhǎng)的小公司如Altus等。而且，由于世界大公司正把注意力向生命科學(xué)部分轉(zhuǎn)移，生物化工行業(yè)百花齊放的局面在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)有什么改變。

1．2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的生物化工行業(yè)主要是指抗生素（如青霉素等）、食品（如酒精、味精等）等行業(yè)，而在目前，它已幾乎滲透到人民生活的各方面如醫(yī)藥、保健、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源、材料等。同時(shí)，生物化工產(chǎn)品也得到了極大的拓展：醫(yī)藥方面有各種新型抗生素、干擾素、胰島素、生長(zhǎng)激素、各種生長(zhǎng)因子、疫苗等；氨基酸和多肽方面有賴氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、脯氨酸等以及各種多肽；酶制劑有160多種，主要有糖化酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、青霉素酶、過氧化氫酶等；生物農(nóng)藥有Bt、春日霉素、多氧霉素、井崗霉素等；有機(jī)酸有檸檬酸、乳酸、蘋果酸、衣康酸、延胡索酸、已二酸、脂肪酸、卜酮戊二酸、l亞麻酸、透明質(zhì)酸等。還有微生物法1，3．丙二醇、丙烯酞胺等。

目前，全球生物化工年銷售額在400億美元左右，每年約以7％～8％的速率增長(zhǎng)。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，生物化工領(lǐng)域生產(chǎn)規(guī)模范圍極廣，市場(chǎng)年需求量?jī)H為千克級(jí)的干擾素、促紅細(xì)胞生長(zhǎng)素等昂貴產(chǎn)品（價(jià)格可達(dá)數(shù)萬美元／g）與年需求量逾萬噸的抗生素、酶、食品與飼料添加劑、日用與農(nóng)業(yè)生化制品等低價(jià)位產(chǎn)品（部分價(jià)格不到：美元／g）幾乎平分秋色。高價(jià)位的產(chǎn)品市場(chǎng)份額在50％～60％，低價(jià)位的產(chǎn)品市場(chǎng)份額在40％～50％。而且，根據(jù)近年來生物化工的發(fā)展趨勢(shì)及人們對(duì)醫(yī)藥衛(wèi)生的重視來看，高價(jià)位產(chǎn)品的發(fā)展速率高于低價(jià)位產(chǎn)品。

1．3技術(shù)水平

生物化工經(jīng)過80年代以后的蓬勃發(fā)展，不僅整個(gè)行業(yè)技術(shù)水平有大幅度提高，而且許多新技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。

1．3．1發(fā)酵工程技術(shù)已見成效

據(jù)估計(jì)，全球發(fā)酵產(chǎn)品的市場(chǎng)有120～130億美元，其中抗生素占46％，氨基酸占16.3％，有機(jī)酸占13．2％，酶占10％，其它占14．5％。發(fā)酵產(chǎn)品市場(chǎng)的增大與發(fā)酵技術(shù)的進(jìn)步分不開。現(xiàn)代生物技術(shù)的進(jìn)展推動(dòng)了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，發(fā)酵工業(yè)的收率和純度都比過去有了極大的提高。目前世界最大的串聯(lián)發(fā)酵裝置已達(dá)75m＼許多公司對(duì)發(fā)酵工藝進(jìn)行了調(diào)整，從而降低了生產(chǎn)成本。如ADM（ArcherDanie1sMid1and）和Cargill公司在20世紀(jì)90年代初對(duì)其發(fā)酵裝置進(jìn)行改造，將以碳水化合物為原料的生產(chǎn)工藝改為以玉米粉為原料，從而降低了生產(chǎn)成本，ADM公司生產(chǎn)的賴氨酸成本比原先降低了一半。

1．3．2酶工程技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步

酶工程技術(shù)包括酶源開發(fā)、酶制劑生產(chǎn)、酶分離提純和固定化技術(shù)、酶反應(yīng)器與酶的應(yīng)用。目前世界酶制劑從酶源開發(fā)到酶的應(yīng)用都已進(jìn)入了良性發(fā)展階段，各階段生產(chǎn)企業(yè)和用戶關(guān)系密切，合作廣泛。據(jù)報(bào)道，1998年全球工業(yè)酶制劑的銷售額為13億美元，預(yù)計(jì)到2010年將增長(zhǎng)到30億美元，每年以6．5％的速率增長(zhǎng)。其中食用酶占40％，洗滌用酶占33％，其它（主要是紡織、造紙和飼料等用酶）占27％。

1．3．3分離與純化技術(shù)也有很大進(jìn)步

影響生化產(chǎn)品價(jià)格的因素，首當(dāng)其沖的是分離與純化過程，其費(fèi)用通常占生產(chǎn)成本的50％～70％，有的甚至高達(dá)90％。分離步驟多、耗時(shí)長(zhǎng)，往往成為制約生產(chǎn)的“瓶頸”。尋求經(jīng)濟(jì)適用的分離純化技術(shù)，已成為生物化工領(lǐng)域的熱點(diǎn)。已大規(guī)模應(yīng)用的分離純化技術(shù)有：雙水相革取、新型電泳分離、大規(guī)模制備色譜、膜分離等。

1．3．4上游技術(shù)廣泛應(yīng)用于下游生產(chǎn)

利用基因工程技術(shù)，不但成倍地提高了酶的活力，而且還可以將生物酶基因克隆到微生物中，構(gòu)建基因菌產(chǎn)生酶。利用基因工程，使多種淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、氨基酸合成途徑的關(guān)鍵酶得到改造、克隆，使酶的催化活性、穩(wěn)定性得到提高，氨基酸合成的代謝流得以拓寬，產(chǎn)量提高。隨著基因重組技術(shù)的發(fā)展，被稱為第二代基因工程的蛋白質(zhì)工程發(fā)展迅速，顯示出巨大潛力和光輝前景。利用蛋白質(zhì)工程，將可以生產(chǎn)具有特定氨基酸順序、高級(jí)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和生理功能的新型蛋白質(zhì)，可以定向改造酶的性能，從而生產(chǎn)出新型生化產(chǎn)品。

1．3．5新技術(shù)在生物化工中也得到了極大的應(yīng)用

比如，在超臨界液體狀態(tài)下進(jìn)行酶反應(yīng)，從而大大降低酶反應(yīng)過程的傳質(zhì)阻力，提高酶反應(yīng)速率。超臨界C02無毒、不可燃、化學(xué)情性、易與反應(yīng)底物分離。利用超臨界CO2取代有機(jī)溶劑進(jìn)行酶反應(yīng)，具有極大的發(fā)展?jié)摿?。又比如，微膠羹技術(shù)已被廣泛用于動(dòng)物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)、細(xì)胞和酶的固定化以及蛋白質(zhì)等物質(zhì)的分離方面。

2．世界生物化工行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

2．1工業(yè)結(jié)構(gòu)

行業(yè)與行業(yè)間的劃分將日趨模糊，企業(yè)間的合作將加大。目前，許多從事醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源等方面生產(chǎn)的企業(yè)，正在從事生物化工生產(chǎn)。特別是某些從事傳統(tǒng)化工行業(yè)的生產(chǎn)廠家，也紛紛涉足生物化工領(lǐng)域。如杜邦公司，長(zhǎng)期以來主要從事有機(jī)化工和聚合材料的生產(chǎn)，現(xiàn)在正加大生物化工的開發(fā)力度，已開發(fā)成功了生物法生產(chǎn)1,3-丙二醇工藝，并正在開發(fā)用改性大腸桿菌生產(chǎn)己二酸工藝。DSM公司以前主要從事抗菌素方面的生產(chǎn)，現(xiàn)也加大了生物化工的投資力度。

由于生物化工涉及面廣，許多生化公司都有自己的專長(zhǎng)，它們之間為了商業(yè)利益的合作也非?；钴S。此外，隨著從事傳統(tǒng)行業(yè)的生產(chǎn)廠家的加入，由于技術(shù)與生產(chǎn)方面的原因，它們與從事生物化工開發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)合作也很頻繁。所有這一切，都使生物化工行業(yè)的合作越來越廣泛。如杜邦公司與杰寧科樂公司合作開發(fā)用生物法生產(chǎn)1，）丙二醇，進(jìn)一步生產(chǎn)PTT樹脂。荷蘭的Purac公司與美國(guó)Cagill公司合資建設(shè)年產(chǎn)3．4萬tL。乳酸裝置，并計(jì)劃進(jìn)一步發(fā)展到6．8萬V入DSM公司與美國(guó)Maxygen公司簽定了三年的研究合同，以利用Maxygen的

DNA重排和分子培養(yǎng)技術(shù)，開發(fā)在7一ADCA和其它青霉素生產(chǎn)中使用的酶和菌種。

2．2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

生物化工產(chǎn)品正向?qū)I(yè)化、高科技含量、高附加值方向發(fā)展。傳統(tǒng)的低價(jià)位產(chǎn)品受到冷落，而高價(jià)位產(chǎn)品如生化藥物、保健品、生化催化劑等則備受青睞。許多公司為了追求較高利潤(rùn)，都將低附加值的產(chǎn)品剝離。如日本武田藥品工業(yè)公司不再生產(chǎn)味精，轉(zhuǎn)而生產(chǎn)其它高附加值的調(diào)味品如肌甘酸二鈉（IMP）和鳥甘酸二鈉（GwtP）。另外，生物化工將涉足它以前很少涉足的領(lǐng)域如高分子材料和表面活性劑等。

生化藥物由于附加值高而成為今后生物化工領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。1997年生化藥物市場(chǎng)銷售額達(dá)130億美元，其中細(xì)胞分裂素80億美元，激素30億美元，其它20億美元；就具體藥物而論，促紅細(xì)胞生長(zhǎng)素35億美元，人胰島素18億美元，粒性白細(xì)胞克隆刺激因子16億美元，人生長(zhǎng)激素15億美元，小干擾素11億美元。預(yù)計(jì)今后其市場(chǎng)銷售額還將以8％的速率增長(zhǎng)。

在氨基酸方面，雖然用于藥物合成氨基酸的量相對(duì)較小，但其發(fā)展?jié)摿艽蟆?jù)報(bào)道，500種主要藥物中，有18％含有氨基酸或其衍生物的合成。在藥物合成中，使用最廣泛的是L。脯氨酸、r苯甘氨酸和r對(duì)羥基苯甘氨酸。L。脯氨酸用于血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）的合成，匹苯甘氨酸和r對(duì)羥基苯甘氨酸用于抗生素的合成。另外，多肽也是今后的發(fā)展重點(diǎn)之一。多肽是指有2以上氨基酸用肽鍵組成的化合物，在臨床上使用非常廣泛，主要用于治療癌癥、HIV病毒和兔疫系統(tǒng)功能減退、對(duì)傳統(tǒng)抗生素產(chǎn)生抗體的感染以及疫苗等。全球合成多肽原藥的產(chǎn)量在100kg左右，但銷售額達(dá)2．5億～3億美元，而做成制劑的銷售額則達(dá)25億～30億美元。多肽原藥需求量的年增長(zhǎng)率在10％以上。

碳水化合物方面，用于臨床的碳水化合物受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。但是，用于臨床的碳水化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如一對(duì)單糖，其不同的化學(xué)鍵就多達(dá)22種。因此，用化學(xué)法合成復(fù)雜的碳水化合物比較困難，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，而用酶法合成則是一條切實(shí)可行的途徑。

作為生化催化劑的酶，也將是今后發(fā)展的重點(diǎn)。1997年，生化用催化劑銷售額約1．3億美元，在過去的3～5年間，每年增長(zhǎng)速率在8％～9％，預(yù)計(jì)在未來的3～5年間，將以同樣速度增長(zhǎng)。生化催化劑主要用于手性藥物的合成。當(dāng)前，手性藥物已成為國(guó)際新藥研究與開發(fā)的新方向之一。

1997年手性藥物制劑世界市場(chǎng)的銷售額為879億美元，占藥品市場(chǎng)的28．3％，到2000年將達(dá)到900億美元。在未來的25年內(nèi)，約有一半的手性藥物要通過生化催化合成，因此，生化催化劑無論從需求量和需求種類來看，都具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

生化表面活性劑由于具有無毒、生物降解性好等優(yōu)點(diǎn)，今后可能成為表面活性劑的升級(jí)換代產(chǎn)品，但目前還處于探索階段。

生物化工在高分子材料、特殊化學(xué)品、生物晶片、環(huán)保等方面也將有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2．3技術(shù)水平

不斷提高菌株活力、發(fā)酵水平、生化反應(yīng)過程、分離純化水平，依然是生物化工面臨的課題。

在菌種開發(fā)方面，由于從20世紀(jì)70年代以來從自然界中篩選菌種以獲得新的代謝產(chǎn)物的機(jī)會(huì)明顯減少，人們便考慮利用已知菌種經(jīng)適當(dāng)改變其代謝特性后生產(chǎn)新的產(chǎn)品。如日本協(xié)和發(fā)酵公司已成功地把生產(chǎn)谷氨酸的菌種改為生產(chǎn)色氨酸。

在生化反應(yīng)器方面，反應(yīng)器放大一直是一個(gè)老大難的問題。因此，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)整個(gè)生化反應(yīng)過程進(jìn)行數(shù)字化處理，從而優(yōu)化反應(yīng)過程，是今后的發(fā)展方向之一。

在分離純化方面，親和層析受到廣泛重視，并有人研制了一種綜合專家系統(tǒng)軟件包，可在幾分鐘內(nèi)告知對(duì)方被分離物系的分離方法和順序，以便根據(jù)產(chǎn)品所需進(jìn)行取舍。

另外，在生化過程的在線檢測(cè)和控制方面，利用生物傳感器和計(jì)算機(jī)監(jiān)控，依然是今后的發(fā)展方向。

在酶催化反應(yīng)中將發(fā)展有機(jī)溶劑中的催化反應(yīng)。

生物上游技術(shù)的發(fā)展，將對(duì)生物化工產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。人們對(duì)從病毒、細(xì)菌、植物、動(dòng)物到人類基因組順序測(cè)定工作十分重視，并在此基礎(chǔ)上形成了基因許多產(chǎn)品一哄而上，盲目上馬，遍地開花，最終形成惡性競(jìng)爭(zhēng)，許多企業(yè)破產(chǎn)倒閉。在競(jìng)爭(zhēng)中生存下來的企業(yè)，也是元?dú)獯髠?，難以進(jìn)一步組織技術(shù)改造。如僅江蘇省停產(chǎn)的發(fā)酵生產(chǎn)線就多達(dá)上百條。另外，行業(yè)內(nèi)企業(yè)間的生產(chǎn)水平相差懸殊，企業(yè)技術(shù)裝備水平達(dá)到20世紀(jì)80年代以后國(guó)際先進(jìn)水平的僅占20％～30％，多數(shù)處于20世紀(jì)60～70年代水平。

二是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，品種單一，低檔次產(chǎn)品重復(fù)生產(chǎn)，不能適應(yīng)需求。在我國(guó)高檔的醫(yī)藥生化產(chǎn)品如激素、生長(zhǎng)因子、干擾素、藥用多肽等，有的產(chǎn)量很小，有的沒有生產(chǎn)，因此每年都需進(jìn)口。

三是在生產(chǎn)技術(shù)上，工藝、設(shè)備不配套，上下游技術(shù)不配套，產(chǎn)物的收得率低。我國(guó)雖然某些產(chǎn)品如檸檬酸、乳酸等發(fā)酵水平較高，但大多數(shù)產(chǎn)品的收率都低于國(guó)外，酶制劑的活力也明顯低于國(guó)外，生化反應(yīng)器和分離純化技術(shù)更是落后國(guó)外15～20年。每年都要花費(fèi)大量資金從國(guó)外進(jìn)口生物反應(yīng)器、細(xì)胞破碎機(jī)、分離純化設(shè)備及分離介質(zhì)、生物傳感器和計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備。

四是有些產(chǎn)品投入產(chǎn)出比達(dá)15／＝以上，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

五是基礎(chǔ)研究薄弱，技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)，企業(yè)的技術(shù)開發(fā)、技術(shù)吸收能力差，生產(chǎn)發(fā)展多數(shù)依靠傳統(tǒng)的夕蜒型、粗放型擴(kuò)大投資的增長(zhǎng)模式，效益低、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力低。

3．2建議針對(duì)我國(guó)生物化工行業(yè)存在的問題，筆者有以下建議：

3．2．1擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)規(guī)模，提高競(jìng)爭(zhēng)力要鼓勵(lì)建設(shè)大型的生物化工企業(yè)集團(tuán)公司，使之集科研、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售干一體。尤其要培育一批科技創(chuàng)新型企業(yè)。同時(shí)，也要鼓勵(lì)在某些方面有一定特色的小型技術(shù)創(chuàng)新型生化公司的發(fā)展，并淘汰一批生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)技術(shù)落后、沒有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)，從整體上優(yōu)化我國(guó)生物化工的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

3．2．2調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要發(fā)展高檔產(chǎn)品，如高檔醫(yī)藥生化產(chǎn)品、功能性食品及添加劑（主要有低熱值、低膽固醇、低脂肪、提高免疫功能、抗炎、抗癌等產(chǎn)品）、生化催化劑等。另外，也應(yīng)發(fā)展眾多精細(xì)化工產(chǎn)品及用化學(xué)法無法生產(chǎn)或很難生產(chǎn)的產(chǎn)品，如微生物多糖、生物色素、工業(yè)酶制劑、甜味劑、表面活性劑、高分子材料等。

3．2．3節(jié)約有限資源，強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)在生化生產(chǎn)組學(xué)（genomics）。近年來又在信息學(xué)（informatics）的基礎(chǔ)上建立了生物信息學(xué)（bioinformatics）。信息學(xué)的內(nèi)容包括信息科學(xué)十生物技術(shù)十生物工程十生物動(dòng)力學(xué)等的綜合信息系統(tǒng)?？梢灶A(yù)見，基因組學(xué)和生物信息學(xué)在生物化工中應(yīng)用的商業(yè)前景極為可觀。

另外，其它行業(yè)的新技術(shù)如分子蒸餾技術(shù)、組合化學(xué)（combinatoricalchemistry）等，也將在生物化工中得到應(yīng)用。

3.我國(guó)生物化工的發(fā)層現(xiàn)狀及建議

3．1發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)生物化工行業(yè)經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展，已有一定基礎(chǔ)。特別是改革開放以后，生物化工的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。目前生物化工產(chǎn)品也涉及醫(yī)藥、保健、農(nóng)藥、食品與飼料、有機(jī)酸等各個(gè)方面。

在醫(yī)藥方面，抗生素得到迅猛發(fā)展61998年我國(guó)抗生素的產(chǎn)量達(dá)到33486h青霉素的產(chǎn)量居世界首位。其它生化藥物中，初步形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的有干擾素、白細(xì)胞介素。2、乙型肝炎工程疫苗。

在農(nóng)藥方面，生物農(nóng)藥品種達(dá)12種，主要有蘇云金桿菌、井崗霉素、赤霉素等。其中，井崗霉素的產(chǎn)量居世界第一位。

在食品與飼料方面，作為三大發(fā)酵制品的味精、檸檬酸、酶制劑的產(chǎn)量也有很大的增加／1998年味精產(chǎn)量從1990年的22．3萬、增加到56．4萬一檸檬酸產(chǎn)量從1990年的6．13萬、增加到56．4萬一酶制劑從1990年的8．5萬t增加到24萬t。酵母及淀粉糖的產(chǎn)量也有明顯增加。我國(guó)的味精生產(chǎn)和消費(fèi)居世界第一，檸檬酸的生產(chǎn)和出口也居世界第一。另外，1998年乳酸的產(chǎn)量在1．5萬t左右，賴氨酸的產(chǎn)量在2萬t左右，卜蘋果酸的產(chǎn)量在6000t。

在有機(jī)酸方面，衣康酸的產(chǎn)量達(dá)5000乙我國(guó)開發(fā)的生物法長(zhǎng)鏈二元酸工藝居世界領(lǐng)先地位，目前生產(chǎn)能力達(dá)500Va以上，并有數(shù)家企業(yè)有建設(shè)長(zhǎng)鏈二元酸生產(chǎn)裝置的意向。

在保健品方面，我國(guó)已能用生物法生產(chǎn)多種氨基酸、維生素和核酸等。另外，我國(guó)生物法丙烯酞胺的生產(chǎn)能力達(dá)到2萬V山與日本同處于世界領(lǐng)先地位。

但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)生物化工行業(yè)存在著許多問題：

一是我國(guó)的生物化工產(chǎn)業(yè)主要以醫(yī)藥、輕工、食品業(yè)為主。部分企業(yè)對(duì)生物化工產(chǎn)品大都是精細(xì)化工產(chǎn)品這一點(diǎn)了解不夠，加之行業(yè)規(guī)范也不夠，導(dǎo)致過程中，應(yīng)選擇合適的原料，以降低成本與消耗，并加強(qiáng)廢物處理，減少環(huán)境污染。

3．2．4提高生產(chǎn)技術(shù)水平，特別是下游技術(shù)水平因?yàn)槲覈?guó)生物技術(shù)上游技術(shù)水平與國(guó)外相差僅3～5年，而下游技術(shù)水平則比國(guó)外相差15年以上，改造傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，不斷提高發(fā)酵法產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)水平，開發(fā)生物反應(yīng)器，提高我國(guó)生物化工產(chǎn)品分離和提純技術(shù)，大規(guī)模開發(fā)生物化工裝備等應(yīng)首先提上議事日程。另外，還應(yīng)積極采用微生物法代替化學(xué)法，開發(fā)基礎(chǔ)化工新產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)。

3．2．5加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，注重上下游結(jié)合國(guó)內(nèi)生物化工技術(shù)力量分散，為了做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。另外在生物化工生產(chǎn)過程中遇到的很多問題，都是由于上、下游結(jié)合不夠緊密而影響技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。因此，在人力和財(cái)力的投入上，應(yīng)考慮上下游結(jié)合，以加快生物化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。