生物信息学作用范文

导语：如何才能写好一篇生物信息学作用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

1.1创设情境，激发学习兴趣

生物的世界丰富多彩，生活中更是无时不存在生物现象。然而传统的教学使得学生只重视结果忽略了过程，对知识的掌握留在表面。主要是由学生的认知与教师教学脱节，师生思维没有产生共鸣所引起，导致知识链无法延伸。为了解决此问题，教师需要在设计教学内容时，充分联系生活实际，并且利用信息技术设立教学情境，充分激发学生对生物的学习兴趣。

1.2有效提高学生学习效率

信息技术，能够通过多种方式以及渠道，刺激到学生多种感官，使得学生利用多种感官进行分析学习，从而提高学生学习效率。例如用悦耳，适当的声音信号吸引学生的听觉，利用生动形象的图像信号吸引学生的视觉。同时，信息技术能够突破传统空间与时间的知识交流局限，使学生能够对微观世界，宏观世界，过去的事物以及远方的事物等直观的了解，使得学生的信息渠道得到极大的扩展延伸，有效的加大加深了信息容量。

1.3体现出学生的主体性与教学的互动性

传统教学中，学生极少能够主动参与到教学中来。而利用信息技术以及网络资源进行学习，能够改变传统教学方法，实现师生，生生之间的互动。当今时代，学生经常拥有较充裕的时间接触计算机，因此可以带着自己发现的问题，到互联网站，网络图书馆等查找有关的资料，同时在网络上互相交流，探讨，解决问题，然后回到课堂中将其结论进行展示，充分落实学生在教学过程中的主体地位。这样的教学模式与新课程标准要求一致，并且能够使得学生养成以探究为目的，个性化且多样化的学习意识与行为。

2信息技术在中学生物教学中的应用策略

2.1寻找到有利的知识切入点

在中学生物教学过程中，信息技术具有较多知识切入点，教师需要对这些知识点进行充分利用，运用信息技术对课程进行整合。例如中学生物教学重点难点之一的细胞分裂一课，若是没有学好，将直接影响日后生物遗传，变异以及遗传规律的学习。因此，教师可以采取多媒体动画教学，让学生对减数分裂，有丝分裂中染色体的变化进行直接观察，从而更好的理解其中的知识。

2.2调动学生的情感，思维以及感官参与学习

在中学生物教学过程中，通过多媒体课件，在调动学生感官，情感以及思维的同时，还能够营造出良好的学习气愤。使得学生在实践与思考中掌握原理，感知事物，领悟概念，由被动学习变成主动学习，有效的提高其记忆力，注意力以及观察力等。例如在学习环境污染的危害一课时，教师可以通过图片，视频等资料展示，使得学生更加形象全面的对环境污染的危害进行了解，提高学生忧患意识与责任感。

2.3情景演示

教学是否成功的关键所在就是学生的兴趣。通过信息技术的应用，教师能够向学生演示各种生命现象，过程以及规律，使得学生对生物产生浓烈兴趣，教师在借此机会提出问题，调动学生学习热情，有利于学生在掌握知识的同时提高创新能力。

2.4利用信息技术提供实践环境，提高学生感知能力

生物学科中经常有一些实践，由于过于危险或是时间等限制，使得传统教学中学生无法亲身经历。通过信息技术，能够呈现给学生较为真实的实践环境，让其在模拟环境中积极主动的对所学知识进行建构，更好的对知识进行理解与掌握。

2.5培养学生探究能力

生物教学中不仅强调自主学习，而且需要将合作学习与自主学习相结合，才能够最大限度的提高学习效率。在教学过程中，通过合作、探讨，学生不仅能对所学内容较好的掌握，更提高了其合作、表达、自主学习以及探究的能力。例如在学习细胞分化一课时，教师可以要求学生根据目前所学的知识，利用网络资源，写出一份关于癌症的研究报告，并且通过小组探讨，比较各自的优缺点。这样一来，在提高学生通过网络获取信息能力的同时，更培养了其自主分析问题，解决问题的能力。

3结束语

篇2

笔者根据合作学习的一般教学流程：异构分组――内容设计――小组讨论――组际交流――分析评价，并结合中学生物教学实例来具体探讨如何创造性地将白板运用到合作学习的教学实践中，以推动合作学习合理有效的开展。

一、异构分组：利用白板的分组工具，建立新型的教学人际关系

由于合作学习以小组活动为基本教学形式，师生在进行小组合作学习之前，应首先建立课堂学习小组。教师可以通过白板提供的分组工具对学生进行分组，第一，保证全员参与的前提下将每组人数控制在3～4人，人数太多，不利于统一思想；人数太少，不利于思维碰撞。第二，由于白板中存储了每个学生的个人资料，这样就避免了小组成员之间的重复，节省分组时间。第三，利用白板可实现组间同质、组内异质结构分组，组间同质使各组之间的认知水平保持动态平衡，形成竞争；而组内成员根据性别、学业成就、个性差异来实现优势互补，精诚合作，有效促进小组学生的知识、能力、情感态度与价值观的全面提升。白板的分组工具着眼于群体主体性的发展，打破原有的教学人际关系，推进合作学习的社会性和发展性进程。

二、内容设计：利用白板丰富的资源库，激发学生的学习热情

精心设计学习内容是保证小组合作学习成功的前提。白板软件系统的重要组成部分是其含有多种类型的丰富资源库，教师不仅可以利用白板的内置资源库提取教学内容，还可以自主构建“我的资源库”，根据生物教学目标与教学内容将资源进行整理分类，灵活的对合作学习的内容进行编辑、添加或删除。例如，根据高中生物必修模块的主要内容建立宏观库和微观库，两个库下面又可以分为多个子库。宏观库包括植物学、动物学、生态学等；微观库包括分子生物学、细胞生物学、遗传学、微生物学等。

教师可以根据白板这一重要的库功能，大量储存并灵活调用中学生物合作学习案例，选择具有启发性、开放性、难度适中的学习内容，这不仅有利于学生将学习内容巧妙地转变为问题情境，还能保证大多数学生在课堂上处于思维活跃状态，激发学生的学习热情，图1为教师使用电子白板授课。

三、小组讨论：利用白板的教学辅助功能，高效推进小组的讨论进程

合作学习的主题通常包含一个矛盾的、复杂的问题情境，教师需组织学生开展讨论、辩论或其他小组活动形式，以考察学生的逻辑思维能力以及统筹规划的能力。小组讨论依据选题的差异大体上分为两种：一是诊断性小组讨论，即有标准答案的讨论，例如，在学习“隔离在物种形成中的作用”这一节时，教师利用交互式电子白板的形、声、色、光，将加拉帕戈斯群岛的环境与各种地雀的图片形象生动地呈现给学生，并在组织学生讨论问题时插入简短的视音频，创设情境，以启发学生讨论地雀形成的过程以及隔离对种群基因频率改变的影响；二是辩论式小组讨论，即讨论的内容没有标准答案也无须有标准答案，在这种形式的讨论中，由于学生的知识背景和经验有限，很有可能出现伪合作学习的现象，即讨论过程中出现瓶颈，小组活动流于形式，而缺乏对实质内容的探索。例如，在辩论“转基因生物和转基因食品是否安全”这一话题时，由于转基因技术是科学发展的前沿问题之一，学生在开展头脑风暴的过程中难免会遇到困惑，此时，教师可利用白板的实时生成、页面快照等功能来对学生的论辩过程提出适时又中肯的建议，密切关注每个小组的学习进程，努力营造一个丰富多彩、张弛有度的辩论氛围，使课堂成为一个思想火花碰撞与积聚的磁力场。

四、组际交流：利用白板强大的交互特性，创设平等互动的交流环境

组际交流是合作学习不可缺少的重要环节，学生讨论水平的高低也需要通过小组之间的交流沟通来进行检验。没有组际交流的合作学习是闭塞的、单向的，为了将他人的观点和智慧内化为自身的思想观念，可利用白板强大的交互特性，构建一个多维互动的教与学的关系。首先，白板可以直接用电子笔来代替电脑上的所有操作，使人机脱离，更加人性化，增强了师生与白板资源的交互性，师生不仅可以搜索白板上的内置资源，也可以访问互联网。其次，白板有利于教师组织形式多样化的交流活动，为师生、生生的多向互动提供了现实可能性。例如在交流“转基因生物和转基因食品的安全性”问题时，学生代表可在白板上呈现各组的观点，用电子笔对需要说明的信息进行标注、拖动，并对重要信息进行放大，在师生、生生之间的反问、设问中进行深入的探讨、交流，进一步拓宽学生的思维空间。

五、分析评价：利用白板的诊断评价功能，最大限度挖掘学生的潜力

教学评价对生物合作学习中师生的行为起着重要的导向作用，基于白板的教学评价应立足于学生的全面发展，顺应新课程的发展趋势，促进学生学习方式的根本性转变。一方面，白板的诊断评价软件可将各个小组的讨论结果以柱状图或饼状图的形式呈现在白板上，师生能够一目了然地看到各小组的讨论进程，教师可以对学生的知识掌握情况及综合能力进行及时评价。例如在“转基因生物和转基因食品的安全性”这一合作学习活动中有两种截然对立的观点，一种是转基因生物和转基因食品不安全，要严格控制；另一种是转基因生物和转基因食品是安全的，应该大范围推广。白板会将学生针对这两种观点提出的各种不同意见实时录入，白板的评价软件根据学生的回答情况来对学生的语言表达能力、知识迁移能力、科学探究能力进行综合性的诊断与评价，挖掘每个学生身上的闪光点，做到面向全体学生，建立完善的学生评价体系。

随着社会对人才素质要求的变化，新课程改革强调要注重培养合作、探究、创新的综合性人才。基于此，学校教育应义不容辞的承担起这一重任。基于白板环境下的生物合作学习为合作学习的内涵注入了新鲜的生命与活力，它不仅能够增强师生之间的平等互动，而且有利于学生形成团队意识与协作精神。因此，我们要灵活巧妙地应用白板的各种教学辅助功能，使其更好地服务于中学生物合作学习，推动教育教学改革的不断向前发展。

篇3

Abstract: University research has a close relationship with teaching. The research leads the teaching，at the same time，the teaching also urges the research. The research conveys the whole cognitive process to students through teaching while the purpose of education is to arouse students' scientific unity awareness and cultivate a kind of clear self awareness. Bioinformatics is a burgeoning cross discipline with its distinctive features. At present，it is still an unresolved issue of how to embody subject unity at bioinformatics teaching. Combining the characteristics of bioinformatics，the paper preliminarily analyzes the relation of bioinformatics teaching and research and explores how to embody this cross discipline's unity in teaching.

关键词：生物信息学；教学；科研；统一性

Key words: bioinformatics；teaching；research；unity

中图分类号：G42 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）33-0184-01

1以真理为业的教师

按照雅斯贝尔斯的说法，“大学应当成为这样的一个地方，在这里人们可以不受限制的探求真理，并在对真理的追求中培养清晰的自我意识”[1]。生物信息学像所有的学科一样，首先要传达出一种以真理为业的精神。以韦伯的《以学术为业》的著名演讲为例[2]，可知这样一种精神的传达所具有的不可替代的价值。

2在教学中传达生物信息学的整体性

2.1 生物信息学是门学科而不是工具。生物信息学最开始是为了处理基因组计划产生的大量数据而诞生的，所以总是被认为是一门工具。

现在的生物信息学正由过去的分析和积累生物分子的知识转变为综合多种生物分子及其相互作用的知识来了解生物系统的功能[3]。日本学者Minoru Kanehisa把生物信息学分为基因组信息学和后基因组信息学两个阶段，基因组信息学是为了处理基因组计划产生的大量数据而诞生的，它的角色是通过对生物分子的分析支持实验工作；后基因组信息学的研究可能使我们进入到对生命的基本规律的认识[3]。正是因为后基因组信息学的出现，使得生物信息学有了作为一门学科的资本。

2.2 生物信息学是一个整体。当把生物信息学作为一个工具时，它确实是各个不同学科的堆砌。然而，当我们的研究层次可以从单个基因和蛋白质过渡到网络，甚至全基因组的相应时，当我们注意到细胞随着时间和空间而受到动态的调控而基因也不再是静态的实体时，当我们从整个生命之树的角度处理大量信息时，生物信息就成了一个主导的整体，而不只是各个工具的堆砌[4]。它成了一门“理论”的生物学。

3生物信息学教师的科研能力的培养

从真理和求知意志的统一性上来说，科学就是哲学，是通过一种“明确而严密”的方式，体现了哲学上的冲动。教育的目的，正是要把这样一种激情和研究的方式传播给其他人。教师在讲台上的作用，不只是他说讲解和组织起来的各种知识，他的对于科学的激情和逐步探索的过程会对学生有很大的感染力。从康德到韦伯所做的经典讲座都表明，演讲者不经意间流露出的“可意会不可言传”的东西，对于讲课的效果有关键的影响。如果教师不具备科研精神和一种探索中的冒险精神，他的内容无论组织得多有条理，无论以多么精确的确定性得出令人赏心悦目的数字，也会导致教学的失败[1]。因此，生物信息学的教师应该首先超越把生物信息学作为工具的想法，培养对于客观性的忠诚以及一种为真理统一性献身的热忱。

生物信息学不同于其他学科，它没有别人组织好的教学材料，它的很多最新成果必须教师自己去整理和总结，这就更凸显了生物信息学的教师必须同时是生物信息学的研究者的必要性。生物信息学的各位教师，应该全面关注生物信息学的各个研究领域的最近的成果，体会出生物信息学从“工具”到“学科”的渐变，并在这样的一个转变中体会生物信息学从“为实用而科学”到“为科学而科学”质变。

4生物信息学教学特点和教学模式

生物信息学的教学特点与其他学科的最大的不同在于生物信息学领域的研究严重依赖于因特网。生物信息学必须通过因特网来访问基因组计划产生的序列数据、获取各种软件和程序模块，并通过网络整合生物学的不同资源[4]。为了达到良好的教学效果，必须建立起充足的计算机和网络等教学资源，并在教学中，多进行一些上机实践。然而，这些资源往往是一些散在的资源，生物信息学的教师在上课时应该使学生认识到，这些生物信息学资源是相互紧密相连的。生物信息学的教师应该避免孤立的讲解枯燥的数据库和软件资源，而应该提出一些整体性的又可操作的生物学问题，通过一些生动的例子，让学生在解决问题的过程中了解各个数据资源，同时了解各个资源之间的相互关系。

同时，生物信息学的教育模式对培养学生的求知意志和求知的统一性也很重要。总的来说，存在三种基本类型的教育模式，一种是经院式的教育，这种教育关心的只是传统的继承；一种是学徒式的教育，这种教育是因为徒弟对师傅的人格的向往；一种是苏格拉底式的教育，在这个教育模式中，学生和老师应当被认为是出于同样的水平，双方都被认为是自由的，教师只是一个助产婆[1]。生物信息的教学模式只能是苏格拉底式的教育。在这样一个新生的学科里，没有什么东西是一成不变的。教师应该使学生明白当前研究的局限性并坦率的承认自己的无知，并使学生明白自己只是个普通人且是可被质疑的，只有这种模式才能有效的激发出学生的坚定的求知意志。苏格拉底式的老师会抵制来自学生的企图把他看作权威和大师的迫切愿望[1]。

总之，由于生物信息学是一门交叉的学科，老师们必须在教学中体现出一种以统一性为特征的科研精神，传达给学生一种冒险性和探索精神。并且，由于生物信息学还是一门新生的学科，老师们应当探索新的有效的教学方法，并注意培养自己的科学素质，使学生体会到生物信息学内在的统一性和理论性。最后，自由的探索是新兴学科的灵魂所在，应当避免在教学中出现强迫的行为，我们当谨记雅斯贝尔斯的劝告：“一种自由的生活方式只有靠自己负责才会有前途。教师的传授是自由的，学生的学习也因而是自由的”。

参考文献：

[1]卡尔・雅斯贝尔斯.大学之理念[M].上海：上海世纪出版集团，2005.

[2]马克斯・韦伯.伦理之业[M].桂林：广西师范大学出版社，2008.

篇4

人类基因组计划的实施为分子生物学家提供了大量的生物组学数据，分析和处理这些数据以探索其中隐藏的生物学奥秘需要综合利用数学、信息科学与物理学等知识，生物信息学由此应运而生[1]。它是分子生物学与上述学科交叉结合的产物，其研究已经渗透到生命科学的各个领域并极大促进了生命科学及相关学科的发展，已成为生命科学研究者强有力的辅助工具之一。国内很多医学院校已开办生物信息学课程，多种专业选择其作为必修课或选修课。该课程旨在培养学生综合运用生物信息学知识和方法进行生物信息提取、储存、处理和分析的能力，但该课程的教学研究仍处于起步阶段，缺乏完善的教学模式和有效的教学方法，如何在医学院校开展生物信息学教学还有待进一步探索。

1 课程开设的重要性

生物信息学跨越了整个生命科学领域，是一门实用性很强的学科，也是未来生物医学的重要研究工具。生物技术、计算机和互联网的飞速发展引领了一个生物医学大数据时代，生物信息学在生命科学领域的地位也愈发重要。利用生物信息学的知识和方法能够深入挖掘和剖析海量生物学数据，进而探索隐藏在数据背后的生物学奥秘。无论是从分子生物学的角度阐述疾病病因，还是对疾病的预防、诊断、防治与药物设计，生物信息学均发挥了十分重要的作用，掌握该课程的基本知识和理论无论对以后的科学研究还是从事一线医务工作都具有比较深远的意义。因此，在医学院校部分专业（如：生物统计、药学等）开设生物信息学课程具有重要意义。

2 生物信息学教学存在的问题

2.1 课程内容与教学课时不成比例

生物信息学是一门综合性学科，理解和掌握该课程需要具有一定的计算机、数学和分子生物学等的背景知识。医学院校学生普遍存在理科知识比较薄弱，因此，讲解透彻该门课程需要教师在课堂上花费一定的时间普及相关背景知识。然而由于医学院校学生课程门类众多，客观条件决定无法为生物信息学安排足够多的课时。较之生物信息学繁多的内容而言，课时分配明显不足。在课时相对较少的情况下，无法深入讲解将每个章节的内容。

2.2 教学师资力量薄弱

生物信息学作为一门交叉学科，要求任课教师精通生物学、计算机和统计学等相关知识。由于国内生物信息学兴起时间较短，培养人才数量有限，且有限的人才都流向了一流的学校，普通高校无法招到专业对口的教师。因此，能够胜任生物信息学教学任务的老师十分匮乏。以该校为例，生物信息学课程没有固定的任课教师，基本由生物学、医学统计学教师完成，这些老师中大多数无法完全胜任生物信息学的教学任务。最终致使生物信息学教学质量不高。

2.3 教学模式落后

虽然多媒体已被广泛应用于生物信息学的教学中，但由于该课程涉及内容多且有大量的数据库和软件知识，导致多媒体课件的容量非常大，教师在课堂上基本是照本宣科的读完课件完成教学任务而已，忽略了学生的接受能力。这种教学模式虽然运用了先进的教学工具，但实质上采用的还是传统的“灌输式”教学，学生仍然是被动地学习。

2.4 实践教学流于形式

生物信息学是一门实践性很强的学科，实践课程非常重要。然而在教学过程中，由于各种原因实践课往往流于形式，原因主要包括：（1）教学设备及手段落后。虽然有些学校有计算机室，但计算机配置较低且未提供连网服务，生物信息学很多知识的学习需要借助互联网，例如：各种数据库、在线软件等，导致学生无法亲自操作而降低实践课学习效果；（2）课时少、内容多。生物信息学的章节往往涉及到很多软件和平台，甚至有些软件需要编写程序。在实践课时少的情况下，无法在短时间内让学校亲自操作每一种软件。

3 教学改革

3.1 针对不同专业精选教学内容

针对生物信息学内容繁多的事实，应针对不同专业特点精心挑选课授课内容，在有限的课时中让学生学到最基本且重要的生物信息学理论知识。另外，要善于挖掘课外时间，组建课外兴趣小组，设置研究课题作为课外作业，巩固和加深学生对生物信息学的理解。

3.2 培养和引进专业人才

教师知识的渊博程度和教学水平的高低对教学效果的影响十分明显。因此，在教师队伍建设上应采取“走出去，引进来”的措施，一方面挖掘该校教师的潜能，支持和鼓励该校年轻教师到国内外知名高校访学和进修，着力提高该校教师自身的知识素养与技能；另一方面提供丰厚条件引进国内外生物信息学高层人才，为生物信息学教学队伍增添新鲜血液。此外，还可通过定期或不定期举办讲座等方式创造机会加强该校教师及与兄弟院校的交流合作，加强学科建设，提高生物信息学教师的综合素养。

3.3 推进“教、学、研”一体化创新教学模式

针对生物信息学课程的特点，一方面根据课程内容设计小型科研课题激发学生的科研兴趣；另一方面鼓励并指导学生申报学校、省级或国家级大学生科研项目，并鼓励学生参与教师的科研项目，积极开展“教、学、研”一体化的创新教学模式，即融教师的“教”和学生的“学”，以及教师和学生共同参与到“研”的过程于一体[2]。通过这种教学模式能够极大激发学生对生物信息学课程的兴趣和创造力，促使学生快速高效地掌握生物信息学理论和实践知识，有利于学生变被动的学习为主动探究式学习。与此同时，也能够让学生尽早地融入到生物学科学研究的大环境中来，学会合作、学会创造，真正地做到学以致用。

3.4 加强实验课教学

生物信息学实验课教学离不开计算机和网络，加强实验课教学需要在现有设备的基础上，升级计算机配置，并为每台计算机提供上网功能，保障实验课教学顺利进行。积极鼓励学生自带计算机，方便课后继续学习。此外，充分利用发达的互联网技术，创建网上教学平台并将教学内容，最新分析软件等传递给学生，通过教学平台加强与学生的交流互动，及时解决学生学习过程中遇到的问题。在教学内容上，要精简实验课内容，选择有代表性的软件和数据库进行深入讲解，将其它的软件、数据库等相关知识设计成小型研究课题作为作业布置给学生，提高学生自主探索的学习能力。

篇5

关键词： 生物信息学 农业研究领域 应用

“生物信息学”是英文单词“bioinformatics”的中文译名，其概念是1956年在美国田纳西州gatlinburg召开的“生物学中的信息理论”讨论会上首次被提出的［1］，由美国学者lim在1991年发表的文章中首次使用。生物信息学自产生以来，大致经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代三个发展阶段［2］。2003年4月14日，美国人类基因组研究项目首席科学家collins f博士在华盛顿隆重宣布人类基因组计划（human genome project，hgp）的所有目标全部实现［3］。这标志着后基因组时代（post genome era，pge）的来临，是生命科学史中又一个里程碑。生物信息学作为21世纪生物技术的核心，已经成为现代生命科学研究中重要的组成部分。研究基因、蛋白质和生命，其研究成果必将深刻地影响农业。本文重点阐述生物信息学在农业模式植物、种质资源优化、农药的设计开发、作物遗传育种、生态环境改善等方面的最新研究进展。

1.生物信息学在农业模式植物研究领域中的应用

1997年5月美国启动国家植物基因组计划（npgi），旨在绘出包括玉米、大豆、小麦、大麦、高粱、水稻、棉花、西红柿和松树等十多种具有经济价值的关键植物的基因图谱。国家植物基因组计划是与人类基因组工程（hgp）并行的庞大工程［4］。近年来，通过各国科学家的通力合作，植物基因组研究取得了重大进展，拟南芥、水稻等模式植物已完成了全基因组测序。人们可以使用生物信息学的方法系统地研究这些重要农作物的基因表达、蛋白质互作、蛋白质和核酸的定位、代谢物及其调节网络等，从而从分子水平上了解细胞的结构和功能［5］。目前已经建立的农作物生物信息学数据库研究平台有植物转录本（ta）集合数据库tigr、植物核酸序列数据库plantgdb、研究玉米遗传学和基因组学的mazegdb数据库、研究草类和水稻的gramene数据库、研究马铃薯的pomamo数据库，等等。

2.生物信息学在种质资源保存研究领域中的应用

种质资源是农业生产的重要资源，它包括许多农艺性状（如抗病、产量、品质、环境适应性基因等）的等位基因。植物种质资源库是指以植物种质资源为保护对象的保存设施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物种质资源库，在我国也已建成30多座作物种质资源库。种质入库保存类型也从单一的种子形式，发展到营养器官、细胞和组织，甚至dna片段等多种形式。保护的物种也从有性繁殖植物扩展到无性繁殖植物及顽拗型种子植物等［6］。近年来，人们越来越多地应用各种分子标记来鉴定种质资源。例如微卫星、aflp、ssap、rbip和snp等。由于对种质资源进行分子标记产生了大量的数据，因此需要建立生物信息学数据库和采用分析工具来实现对这些数据的查询、统计和计算机分析等［7］。

3.生物信息学在农药设计开发研究领域中的应用

传统的药物研制主要是从大量的天然产物、合成化合物，以及矿物中进行筛选，得到一个可供临床使用的药物要耗费大量的时间与金钱。生物信息学在药物研发中的意义在于找到病理过程中关键性的分子靶标、阐明其结构和功能关系，从而指导设计能激活或阻断生物大分子发挥其生物功能的治疗性药物，使药物研发之路从过去的偶然和盲目中找到正确的研发方向。生物信息学为药物研发提供了新的手段［8，9］，导致了药物研发模式的改变［10］。目前，生物信息学促进农药研制已有许多成功的例子。itzstein等设计出两种具有与唾液酸酶结合化合物：4-氨基-neu5ac2en和4-胍基-neu5ac2en。其中，后者是前者与唾液酸酶的结合活性的250倍［11］。目前，这两种新药已经进入临床试验阶段。tang sy等学者研制出新一代抗aids药物saquinavir［12］。pungpo等已经设计出几种新型高效的抗hiv-1型药物［13］。杨华铮等人设计合成了十多类数百个除草化合物，经生物活性测定，部分化合物的活性已超过商品化光合作用抑制剂的水平［14］。

现代农药的研发已离不开生物信息技术的参与，随着生物信息学技术的进一步完善和发展，将会大大降低药物研发的成本，提高研发的质量和效率。

4.生物学信息学在作物遗传育种研究领域中的应用

随着主要农作物遗传图谱精确度的提高，以及特定性状相关分子基础的进一步阐明，人们可以利用生物信息学的方法，先从模式生物

中寻找可能的相关基因，然后在作物中找到相应的基因及其位点。农作物的遗传学和分子生物学的研究积累了大量的基因序列、分子标记、图谱和功能方面的数据，可通过建立生物信息学数据库来整合这些数据，从而比较和分析来自不同基因组的基因序列、功能和遗传图谱位置［15］。在此基础上，育种学家就可以应用计算机模型来提出预测假设，从多种复杂的等位基因组合中建立自己所需要的表型，然后从大量遗传标记中筛选到理想的组合，从而培育出新的优良农作物品种。

5.生物信息学在生态环境平衡研究领域中的应用

在生态系统中，基因流从根本上影响能量流和物质流的循环和运转，是生态平衡稳定的根本因素。生物信息学在环境领域主要应用在控制环境污染方面，主要通过数学与计算机的运用构建遗传工程特效菌株，以降解目标基因及其目标污染物为切入点，通过降解污染物的分子遗传物质核酸 dna，以及生物大分子蛋白质酶，达到催化目标污染物的降解，从而维护空气［16］、水源、土地等生态环境的安全。

美国农业研究中心（ars） 的农药特性信息数据库（ppd） 提供 334 种正在广泛使用的杀虫剂信息，涉及它们在环境中转运和降解途径的16种最重要的物化特性。日本丰桥技术大学（toyohashi university of technology） 多环芳烃危险性有机污染物的物化特性、色谱、紫外光谱的谱线图。美国环保局综合风险信息系统数据库（iris） 涉及 600种化学污染物，列出了污染物的毒性与风险评价参数，以及分子遗传毒性参数［17］。除此之外，生物信息学在生物防治［18］中也起到了重要的作用。网络的普及，情报、信息等学科的资源共享，势必会创造出一个环境微生物技术信息的高速发展趋势。

6.生物信息学在食品安全研究领域中的应用

食品在加工制作和存储过程中各种细菌数量发生变化，传统检测方法是进行生化鉴定，但所需时间较长，不能满足检验检疫部门的要求，运用生物信息学方法获得各种致病菌的核酸序列，并对这些序列进行比对，筛选出用于检测的引物和探针，进而运用pcr法［19］、rt-pcr法、荧光rt-pcr法、多重pcr［20］和多重荧光定量pcr等技术，可快速准确地检测出细菌及病毒。此外，对电阻抗、放射测量、elisa法、生物传感器、基因芯片等［21-25］技术也是未来食品病毒检测的发展方向。

转基因食品检测是通过设计特异性的引物对食品样品的dna提取物进行扩增，从而判断样品中是否含有外源性基因片段［26］。通过对转基因农产品数据库信息的及时更新，可准确了解各国新出现和新批准的转基因农产品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及时对检验方法进行修改。目前由于某些通过食品传播的病毒具有变异特性，以及检测方法的不完善等因素影响，生物信息学在食品领域的应用还比较有限，但随着食品安全检测数据库的不断完善，相信相关的生物信息学技术将在食品领域发挥越来越重要的作用。

生物信息学广泛用于农业科学研究的各个领域，但是仅有信息资源是不够的，选出符合自己需求的生物信息就需要情报部门，以及信息中介服务机构提供相关服务，通过出版物、信息共享平台、数字图书馆、电子论坛等信息媒介的帮助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我国生物信息学发展还很不均衡，与国际前沿有一定差距，这需要从事信息和科研的工作者们不断交流，使得生物信息学能够更好地为我国农业持续健康发展发挥作用。

参考文献：

［1］yockey hp，platzman rp，quastler h.symposium on information.theory in biology.pergamon press，new york，london，1958.

［2］郑国清，张瑞玲.生物信息学的形成与发展［j］.河南农业科学，2002，（11）：4-7.

［3］骆建新，郑崛村，马用信等.人类基因组计划与后基因组时代.中国生物工程杂志，2003，23，（11）：87-94.

［4］曹学军.基因研究的又一壮举——美国国家植物基因组计划［j］.国外科技动态，2001，1：24-25.

［5］michael b.genomics and plantcells：application ofgenomics strategies to arabidopsis cellbiology［j］.philostransr soc lond b bio sci，2002，357（1422）：731-736.

［6］卢新雄.植物种质资源库的设计与建设要求［j］.植物学通报，2006，23，（1）：119-125.

［7］guy d，noel e，mik

e a.using bioinformatics to analyse germplasm collections ［j］.springer netherlands，2004：39-54.

［8］郑衍，王非.药物生物信息学，化学化工出版社，2004.1：214-215.

［9］俞庆森，邱建卫，胡艾希.药物设计.化学化工出版社，2005.1：160-164.

［10］austen m，dohrmann c.phenotype—first screening for the identification of novel drug targets.drug discov today，2005，10，（4）：275-282.

［11］arun agrawal，ashwini chhatre.state involvement and forest cogovernance：evidence from the indianhmi alayas.stcomp international developmen.t sep 2007：67-86.

［12］tang sy.institutionsand collective action：self-governance in irrigation ［m］.san francisco，ca：icspress，1999.

［13］pungpo p，saparpakorn p，wolschann p，et a.l computer-aided moleculardesign of highly potenthiv-1 rt inhibitors：3d qsar and moleculardocking studies of efavirenz derivatives［j］.sar qsar environres，2006，17，（4）：353-370.

［14］杨华铮，刘华银，邹小毛等.计算机辅助设计与合成除草剂的研究［j］.计算机与应用化学，1999，16，（5）：400.

［15］vassilev d，leunissen j，atanassov a.application of bioinformatics in plant breeding［j］.biotechnology & biotechnological equipment，2005，3：139-152.

［16］王春华，谢小保，曾海燕等.深圳市空气微生物污染状况监测分析［j］.微生物学杂志，2008，28，（4）：93-97.

［17］程树培，严峻，郝春博等.环境生物技术信息学进展［j］.环境污染治理技术与设备，2002，3，（11）：92-94.

［18］史应武，娄恺，李春.植物内生菌在生物防治中的应用［j］.微生物学杂志，2009，29，（6）：61-64.

［19］赵玉玲，张天生，张巧艳.pcr 法快速检测肉食品污染沙门菌的实验研究［j］.微生物学杂志，2010，30，（3）：103-105.

［20］徐义刚，崔丽春，李苏龙等.多重pcr方法快速检测4种主要致腹泻性大肠埃希菌［j］.微生物学杂志，2010，30，（3） ：25-29.

［21］索标，汪月霞，艾志录.食源性致病菌多重分子生物学检测技术研究进展［j］.微生物学杂志，2010，30，（6）：71-75

［22］朱晓娥，袁耿彪.基因芯片技术在基因突变诊断中的应用及其前景［j］.重庆医学，2010，（22）：3128-3131.

［23］陈彦闯，辛明秀.用于分析微生物种类组成的微生物生态学研究方法［j］.微生物学杂志，2009，29，（4）：79-83.

［24］王大勇，方振东，谢朝新等.食源性致病菌快速检测技术研究进展［j］.微生物学杂志，2009，29，（5）：67-72.

［25］苏晨曦，潘迎捷，赵勇等.疏水网格滤膜技术检测食源性致病菌的研究进展［j］.微生物学杂志，2010，30，（6）：76-81.

篇6

关键词 计算生物学;教学现状;体会

AbstractThe status of undergraduate course about computational biology was introduced. The teaching experience was summarized from different teaching steps in computational biology education.Besides，the beneficial exploration was carried out to improve teachers’ performance and train interdisciplinary talents for bioinformatics to promote the teaching reform of compulational biology.

Key wordscomputational biology;teaching status;experience

计算生物学是指开发和应用数据分析及理论的方法、数学建模和计算机仿真技术，用于生物学研究的一门学科。计算生物学正在成为现代生物学研究的核心方法之一，它们的重要性和复杂性在当前生物学数据量的不断增长中日益彰显，要回答的问题越复杂就越显得突出，使得计算生物学成为当今生命科学最具活力的新兴前沿学科之一。计算生物学是一门概念性学科，以生物信息学为基础，以计算为工具，解决生物学问题。与生物信息学的定义类似，只是侧重点有所不同。计算生物学侧重于计算，通过计算来解决问题，并使用计算技术对生物学问题进行研究。生物信息学主要侧重于对生物学中所得信息的采集、存贮、分析处理与可视化方面[1-2]。

运用计算生物学，科学家有望直接破译在核酸序列中的遗传语言规律，模拟生命体内的信息流过程，从而认识代谢、发育、进化等一系列规律，最终为人类造福。目前，计算生物学在国内外受到高度重视。在国内，我国国家自然科学基金委员会将计算生物学作为重点资助的研究方向之一。许多科学家敏锐地意识到生物信息学必将会在生物学中发挥重要的作用，而计算生物学作为生物信息学专业的主干课目前处于创立阶段。

自从湖南农业大学2005年开设生物信息专业以来，计算生物学一直是该专业学生的专业主干课程，经过3年的理论与实践教学，笔者将发现的问题及获得的经验进行初步总结，以供商榷。

1教学现状

(1)缺乏合格的生物信息学师资。教师队伍的整体数量和质量与我国生物信息学教育快速发展的规模极不相称。湖南农业大学由生物安全与科学技术学院的生物信息系专业开设了计算生物学这门课程，尽管从开设这门课程至今，一直由生物信息学教研室教学经验最丰富、学术造诣高的教师主讲，但目前教研组中只有一位生物信息学专业毕业的博士，大部分教师为理学或农学专业的硕士或博士，不具备计算机及算法的良好基础知识，使该专业仍缺乏良好的学缘结构。

(2)计算生物学教育与其他专业的合作还有待加强。尽管计算生物学是一门新兴学科，但与其他专业之间存在不少联系。现阶段的问题是不同专业学科的教师之间缺乏交流与合作，难以满足计算生物学教学的需求。据不完全统计，我国超过30个高校或科研机构开设生物信息学专业课程。不同学校根据自身的情况，在开设计算生物学这门课时，侧重点都不一样。如果由医学院的教师授课，则侧重点可能在致病基因的研究方面，计算机专业教师授课则可能侧重于数据库的构建、查询等方面，理学院的教师授课则可能侧重于生物信息学中的数学问题。计算生物学侧重于算法，从而利用计算技术对生物学问题进行研究。因此，各相关专业的教师需要加强这方面交流与学习[3]。

(3)在教学方法上，重视系统知识的传授和授课计划的完成，忽视学生能力和素质的培养。此外，缺乏理论教学与实验教学的有机整合，实验教学只是以验证理论为目的，内容单一，无创新点，忽视对学生实际操作能力的培养。

(4)教学中还缺乏适合的理论和实验教材。授权影印国外原版教科和翻译书籍仍占主导地位，而国人自编的教材寥寥无几。此外，系统性不强也是目前计算生物学教材中普遍存在的一个问题。

2教学经验及心得体会

(1)规范计算生物学教学大纲和计划是开好本课程的前提。根据前2年的实验开展情况和该专业人才培养定位，制定了详细的理论和实验大纲，组织老师编写实验计划和教材。紧跟专业发展前沿，改革教学内容，大纲中概括了理论课每个章节的基本内容、教学基本要求、教学重点难点以及教学建议。实验教材中明确了实验名称、实验时间、实验学时、分组人数、实验目的和要求、实验原理、实验方法与步骤、结果记录及分析、思考题等内容。实验计划和教学大纲的制定把握以下几个原则:减少重复性，体现连贯性，实现整体性。

(2)针对不同的教学内容和教学需要，采取不同的教学方法。计算生物学是一门多学科交叉的科学，涉及的知识面既深又广，学生难以独立自学。尤其是计算生物学涉及到的数学知识，诸如穷举搜索、贪婪算法、动态规划算法、分而治之算法、图算法、组合模式匹配、聚类和树、隐马氏模型、随机化算法等。

对于理论课，在教学过程中主要采用教师主导的传统讲授方法。课堂上，运用多媒体授课并结合当前科学研究中的最新进展。利用多媒体课件以弥补书本教材呆板、抽象的缺点。在计算生物学教学课件中可以利用大量图片生动地展示当前计算生物学研究领域的最新进展。收集或制作动画、视频教程在课堂上进行演示。由于理学学科的学生，未系统且详细地学习代数、概率论等数学知识，要很好地理解计算生物学中的各种算法存在一定的困难，因此，每堂课要采取以简单有趣的故事或数学游戏为开端，引导学生理解每种算法的基本原理，再结合生物学问题，将算法与生物学问题结合起来，探讨如何利用不同的算法解决生物学问题，深入浅出地阐明各章节的重点难点。最后，定期布置一定的思考题，引导学生在课堂外积极探索问题，鼓励学生通过各种途径自觉的关注学科发展动态，拓宽知识面，培养学生的自学能力和创新意识。采用这种授课方法，一方面大大提高了学生的积极性，另一方面使学生脱离了枯燥的数学公式学习，加强了对算法和生物学问题的理解，从而达到使学生学有所获、学有所用的目的。

(3)优化计算生物学实验教学内容，发挥网络教学优势。计算生物学实验是生物信息学专业一门重要的实验技能课，通过实验课程的学习，使学生计算生物学的研究方法，能够运用相关软件如Perl、Matlab等进行简单的编程，解读包含在生物信息序列的信息，推测基因的功能，具体包括EST序列聚类、构建进化树、识别转录银子结合位点、RNA二级结构预测、蛋白质二级结构预测等[3]。该系研究室以适应学科发展要求与培养创新性复合型新世纪人才为目标，建设优质的计算生物学本科教学和计算生物学网络课程。在充分调研的基础上进行详细规划，课堂教学精益求精，实验教学突出学生的创新能力培养，促进教学质量更上一个台阶。该系现已建立了良好的实验平台，所有实验课程可实现网络教学资源共享。计算生物学实验教学以互联网为媒介、计算机为工具，全部在计算机网络实验室内完成。在教学中，充分利用网络的交互特点实现信息技术与课程的结合[4]。教师将实验教学内容、实验序列、工具等上传到服务器，再由学生将资料下载到本地机进行学习、实验。学生同样通过上传服务器，将实验报告、作业、问题和意见等反馈给教师，教师在网上批改实验报告后将成绩和评语发送给学生，让学生及时了解自己的学习情况。

总之，计算生物学教学是网络环境下生物教学的全新内容。通过上述教学措施，提高了学生的学习积极性、实践操作能力、解决实际问题的综合应用能力及创新能力，收到了良好的教学效果，受到学生的普遍欢迎，具有较强的可操作性和实践性。在今后的教学实践中，随着教师自身素质的提高和进一步的教学改革，将会不断完善计算生物学教学，培养具有跨越生命科学、信息科学、数理科学等不同领域的“大科学”素质和意识的生物信息学人才。

3参考文献

[1] 程妍，刘仲林.计算生物学——一门充满活力的新兴交叉学科[J].科学学与科学技术管理，2006(3):11-15.

[2] 高亚梅，韩毅强.《生物信息学》本科教学初探[J].生物信息学，2007，(1):46-48.

篇7

[关键词]组分结构中药；生物信息学；复杂体系

中药复方具有整体性和系统性的特征，通过君臣佐使的有机组合，协同发生功能上的改变，这种改变并非中药作用简单的线性相加，而是“整体大于部分之合”的结果。基于中医药整体观，本课题组提出了方药物质基础“组分结构理论”假说：中药及复方物质基础是多成分构成的，理化性质和药理活性相似的成分按照一定的比例构成了“组分”，组分与组分之间，组分内部成分与成分之间的这种量的比例也是一种“结构”[1]。中药与机体均是复杂体系，各组分/成分的药效活性和靶向性有所区别，又相互影响、相互作用，使得中药药效物质基础组分结构的研究就更加复杂。生物信息学（bioinformatics）综合运用数学、计算机科学和系统生物学等技术方法，从中药研究、复杂疾病治疗等生命科学的海量数据中，挖掘、发现、阐述其中所包含生物学意义[2]。本文拟从生物信息学的角度，综述组分中药与药效的关系、中药组分结构优化和组分中药多成分、多途径、多靶点的综合作用相关方面的研究思路与方法。

1生物信息学思路与方法是推动中药研究的新动力

生物信息学思路与方法为中药研究注入了新的动力。系统生物学、网络药理学等研究策略，基因组学、蛋白质组学、代谢组学、转录组学[3]等组学技术以及相关数据挖掘方法推动了中医药基本理论、中药资源以及成分鉴定、中药（复方）机制等多方面的发展。

系统生物学与网络药理学的结合是揭示中医药理论的物质基础以及单味药复杂作用本质的新策略。LiuJ等[4]基于系统生物学原理，采用数学建模和人工智能技术，结合网络药理学方法，建立补气补血分子预测模型，气血分子识别公式，揭示了气血的物质基础，阐明了人参等补气中药、当归等补血中药的分子基础和作用机制。同时对中药的补气补血理论研究提供了新方法。LiuH等[5]根据靶标与疾病相关关系，利用网络药理学研究方法，从系统水平阐明甘草治疗心血管、呼吸系统、胃肠道、肾脏疾病和恶性肿瘤的分子机制，也阐明了“除百毒调诸药”的本质和被称为“国老”的传统经验。

组学技术广泛应用于中药资源、药用植物分子鉴定[6]。陈士林等[7]提出针对具有重大经济价值和典型次生代谢途径的药用植物进行的全基因组测序和后基因组学研究的本草基因组计划，促进各种“组学”研究方法在药用植物研究领域中的应用，推动中国传统药学进入生命科学研究前沿领域。近年来，基于DNA分子标记的鉴定方法在单味中药材基源鉴别和真伪鉴别的研究中已日臻成熟。SunC等[8]结合了Real-timePCR实验和甲基茉莉酸诱导实验研究西洋参P.quinquefolius的转录组，确定了5个可能参与人参皂苷合成的候选基因，包括4个UDP-糖基和一个细胞色素P450转移酶基因。朱英杰等[9]对紫芝NRPS，PKS和TPS基因簇进行挖掘，还构建了药用植物基因组数据库和中药材DNA条形码网络鉴定系统，为数据的有效利用提供平台，促进中药现代化和全球化进程。

中药药性归经基本理论、中药复方作用机制研究依赖生物信息学的推动。胡亚楠等[10]运用决策树中C4.5算法方法，基于39个药理作用建立了20个药性预测模型，其中四气（寒，凉，平，温，热）建立一个模型，五味归经分别建立模型，所建立的模型用直观决策树图表示。并使用药性模型将中药复方血必净为例预测其药性，对其清热解毒功效给出药性理论方面的合理说明。利用决策树算法建立基于药理作用的中药药性理论中四气、五味、归经的预测模型，为组分中药的药性研究提供了一种新的思路与方法，对中药药性理论可描述的中药载体范围的扩大有重要的意义。Yang等[11]利用蛋白质组学技术考察了四物汤对于血虚证患者血清蛋白表达谱的影响，结果发现四物汤可能通过增加血红蛋白、提高免疫、减轻基因损伤等途径治疗血虚证。Wang等[12]运用UPLC-ESI-MS技术通过对大鼠尿液进行代谢组学分析，考察了茵陈汤对酒精肝的治疗作用，并成功地检测到与酒精肝毒性相关的3个潜在的生物标志物：TG，GSH和MDA。结果表明，使用茵陈汤对肝损伤大鼠进行干预治疗可以使大鼠体内上述3种标志物的水平趋于正常。

由此可见，生物信息学的研究内容和技术手段以及相关数据挖掘方法推动中药的各方面发展，结合生物信息学进一步研究中药的信息化、数字化是中药发展的必由之路。中药研究及生物信息学领域的科学家在中药信息化建设方面构建了大量中药数据库[13-14]，但大多只是对中药信息的收集和罗列，不能代表中药整体性的作用特点，缺乏中医理论指导。组分结构中药和生物信息学研究技术方法结合可以解决这方面的不足。“组分结构中药”认为中药是在继承中医药整体性和系统性的基础上和“组分结构”理论的指导下，明确组分内/组分间量比关系，能清晰揭示其药效作用机制的物质基础整体。二者相结合对中药知识的整合发现、趋势走向信息的预测甚至是组分中药数据库的构建有重要参考意义。

2生物信息学为解析组分中药与药效相互关系提供有效的数学工具

中药（复方）物质基础与药效研究要体现中药整体效应的特点，组分结构中药是基于复方研究提出的一个有序整体，具有中药整体性和系统性的特征。神经网络、灰色关联度等机器学习技术；聚类分析、主成分分析等统计方法在对中药药效之间的相关性分析方面的分析已有成功探索，结合组分中药可以继承并发扬中药（复方）物质基础的整体性、系统性理念，为科学的揭示作用机制奠定基础。

神经网络属于数据挖掘中机器学习的重要内容，不论在单味中药还是复方的物质基础与药效关系研究中均有所发展。侯恩广等[15]根据大量实验数据，针对黄芩运用BP神经网络进行回归和分类，建立了两味中药谱效结合评价系统，并进行参数训练。测试结果显示了模型的可靠性，其误差均在理想的范围之内，是中药药效评价的有效尝试。陈超等[16]采用正交设计法以加味生化汤的6个组分进行对抗雌激素的子宫增重实验，以药物对抗雌激素的子宫增重作用指数作为目标，建立基于RBF人工神经网络的药效模型，发现模型的预测值与实测值相关性较好。神经网络可以同时处理定量和定性知识，具有自适应性、容错性、非线性等特点，运用神经网络建立相应的复杂非线性药效模型，可以有效地解决中药与药效的非线性相关关系问题。

灰色关联分析是一种模式识别方法。根据灰关联矩阵，利用其优势分析原则，判断中药复杂成分与药效关系的紧密程度，可以得出各成分对药效影响的顺序，最终确定出各成分药效贡献度[17]。陈跃飞等[18]计算出该方各味药物对心肌收缩力的影响因子，利用灰色关联度来研究葶苈大枣桑白皮汤组方，并对复方中各药的药效贡献度进行分析。按照基本步骤与公式计算出苦葶苈、桑白皮、大枣对心肌收缩力的影响的两两灰关联度依次为r01=0.609，r02=0.573，r03=0.551，因素间的灰关联度为|r01|>|r02|>|r03|。得出苦葶苈对心肌收缩力的影响最大，其次为桑白皮和大枣。朱诗塔等[19]采用灰色关联度分析方法研究掌叶大黄不同炮制品水提取物的指纹图谱与其止血作用的谱效关系，确定了对止血作用贡献较大的色谱峰，从中药多成分、多组分的角度，为中药“谱效关联”的质控模式提供理论依据。相对于神经网络以及相似度等常用的数据挖掘方法，灰色关联分析对数据要求较低，计算量也较低；分析者可根据“最大匹配度”原则获取识别结果，在中药与药效关系的应用中具有很大的指导意义。

神经网络与灰色关联度相结合可以更好的将药效与中药多组分进行非线性、多变量相关性分析。许雯雯等[20]采用拉丁超立方法对气滞胃痛颗粒中6味药材随机采样成不同比例组，将药效信息与各组HPLC指纹图谱化学信息用灰色关联度分析得出各色谱峰对抗炎活性的影响程度，再用BP神经网络进行拟合，建立谱效关系。较好的拟合复方中复杂的非线性关系，是中药（复方）药效关系和寻找药效物质基础的有效途径。

聚类分析（clusteranalysis）是数据挖掘的一种统计分析方法，也称为群分析，以药效为指标，可以研究中药的不同品种、不同产地分类问题，是组分结构中药产地质量与药效关系的可靠分析方法。其具体实现算法又分为K-means算法、K-medoids算法、Clara算法等。封亮等[21]通过指纹图谱技术，获得化学成分信息，利用类间平均距离的聚类分析方法，为夏枯草属药材品种、产地药效筛选提供依据。除此之外，聚类分析与主成分分析的结合能进一步确定组分结构中药中的单体层面，为药效质量评价奠定基础。孙雪飞等[22]通过聚类分析、主成分分析将不同产地的余甘子药材和鞣质部位分别聚为3类。其中，聚类分析得到说明福建，广西，印度，云南产余甘子药材质量最好，与相似度计算得到的样品之间的相关性结果一致。主成分分析确定粘酸-2-O-没食子酸酯，柯里拉京等成分是为余甘子的主要指标成分。为余甘子药材质量评价和合理应用提供依据。聚类分析首先数据进行聚类，然后将聚类结果与药效指标进行对比分析，进而用以挖掘可能的药效活性成分。然而聚类分析不能评价各数据与药效指标的相关性大小和方向，也无法体现各色谱峰对应成分对药效的综合作用[23]。

生物信息学的数据挖掘方法在中药中的应用并未成熟，适用性及利弊还处于探索阶段。中药的临床应用具有整体性和系统性特点，其物质基础是由众多化学成分即多组分/成分构成。运用不同的生物信息学数据处理方法，将“组分结构理论”与药效关系研究相结合，不仅推动了组分结构中药与药效关系的发展，也为创新发展中医药物质基础研究提供了新视角。

3生物信息学方法为优化中药组分结构提供新技术手段

组分结构中药是由多组分/成分构成，特点在于这种构成不是简单的化合物堆积，而是结构和性质类似的最基本单元成分之间按照一定组成结构比构成亚组分以及组分。因此，组分内/组分间量比关系是发展组分结构中药必须解决的基础性问题。目前，组分结构中药结构优化方法主要有基线等比、均匀设计、偏最小二乘（PLSR）等分析设计方法。生物信息学技术手段可以在原有方法基础上推动组分中药结构优化和药理指标改进。

基线等比最初是作为小复方优选的方法[24]，优点是信息处理的空间大，不仅可以使用传统的假设检验，一些生物信息学分析方法（如聚类分析、模糊综合评判等）也可使用，是组分中药结构优化最常用且比较成熟的方法。顾俊菲等[25]采用基线等比增减法，设计赤芍总苷、川芎总酚酸组分不同组分组成结构对人脐静脉内皮细胞（HU-VEC）缺氧损伤模型的保护作用，结果显示赤芍总苷、川芎总酚酸组分组成结构比例为8∶2时，对缺氧损伤的内皮细胞保护作用最好。赵海平等[26]采用基线等比设计方法研究红管药总皂苷与总黄酮止咳效果的最优配比。结果显示在红管药总皂苷、总黄酮部位总量恒定的情况下，2类组分不同配比的祛痰作用具有总皂苷比例依赖性；而止咳作用却不完全取决于总黄酮的比例变化，可能两者在1∶1，1∶2时还存在协同增效的配伍关系。

均匀实验均匀设计（uniformdesign，UD）适用于多因素多水平实验研究，设计方法不会受因素数、因素水平的限制，在实验设计过程中仅考虑实验点的“均匀分散”性，实验次数可明显减少[27]。陈倩等[28]运用均匀设计法确定小半夏加茯苓汤的效用组分用量的优化配比，组方体现了一定的肿瘤抑制及免疫调节作用，便于对该方诱导肿瘤细胞凋亡的机制进行深入研究，有望用于肿瘤放化疗的辅助及预后治疗。杨鸿等[29]按照均匀试验设计-药效试验-数学建模（模型验证）-综合药效评价程序，进行甘草总黄酮、银杏叶提取物、羊藿总黄酮和黄芪总苷4个中药组分不同配伍剂量体外清除DPPH和多环芳烃的研究，得到中药组分配伍最佳剂量组合为甘草总黄酮-银杏叶提取物-羊藿总黄酮-黄芪总苷。且比例为1∶0.2545∶0.0076∶0.0115。

偏最小二乘（PLSR）是一种多元统计数据处理方法。中药属于复杂体系，复方配伍间各单味药、各组分存在多重相关[30]。偏最小二乘可实现回归建模、利用主成分分析简化数据结构及2组变量间相关分析，对于存在多重相关、模型样本少于自变量的情况较普通回归有明显优势[31]。实现了中药组效关系与药效相关主成分的拟合以及数学模型对药效结果的预测，可以根据预测得到组分的最佳配比。蒋海强等[32]钩藤总碱和莱菔子总碱有效组分的降血压效应为研究对象，以收缩压为指标，对数据进行极差分析、方差分析、多元回归分析和偏最小二乘回归分析，从组分配伍和药效结合层次说明钩藤总碱和莱菔子总碱的化学成分存在交互作用，明确了钩藤总碱和莱菔子总碱组分配伍的合理性，从而提出PLSR分析适用于中药从饮片层次配伍过渡到组分层次配伍的剂量配比优选。

将以上较为成熟的组分中药结构优化实验设计方法结合生物信息学的研究技术、数据挖掘手段，使组分中药结构优化研究更为全面。均匀设计与高通量筛选（uniformdesign-highthroughputscreeningUD-HTS）技术相结合，在中药配比研究中已经初步显示出其优势[33]。金灿等[34]通过均匀设计-高通量筛选（UD-HTS）技术，对丹参多种有效单体成分进行多因素多水平配伍组合样品抗氧化及海马神经细胞保护作用的筛选，得到A13，PA2个抗氧化及海马神经细胞保护作用最佳配伍组合样品，为多因素多水平配比的大规模药物筛选提供借鉴。宋志斌等[35]选取人参皂苷Re，Rb1，Rg1，Rg3和三七皂苷R1等5种皂苷单体6个水平进行均匀设计配伍组合，通过神经细胞血清剥夺损伤模型进行药效高通量筛选，得到的最佳组合样品，再通过小鼠脑缺血再灌注损伤模型相关酶测定，进行药效学评价。结果表明高通量筛选出的5种皂苷3个最佳配伍组合样品对脑缺血再灌注损伤具有保护作用，均匀设计-高通量筛选适用于中药及其复方有效成分大规模药效筛选。除此之外，传统方法结合机器学习进行数学建模也推动了组分结构优化的研究。李晓杰等[36]对大黄有效成分治疗缺血性脑中风的实验数据进行中药组方量效关系的多目标优化研究。采用均匀设计给药配比作为输入向量，药理指标的组内均值作为输出向量，分别使用RBF人工神经网络、支持向量机等方法建立有监督型灰度模型，比较了权重系数法、分式规划法以及改进的一些算法的优化效果，获得了可以权衡考虑各药理指标的全局优化的组方配伍，为中药组方研究及其现代化开发提供了方法学参考。王秀峰等[37]将中药碧血胶囊的4个成分按四因素六水平的均匀设计，对异丙肾上腺素诱导大鼠心肌细胞损伤模型进行了实验干预，通过灰色关联分析其成分配伍方的主次关系，优化了中药碧血胶囊成分配伍的组方。由此可见，生物信息学方法结合成熟的实验设计方法能够为中药复方研究中组方配伍的理论解析提供研究手段，同时也为组分中药结构优化提供新思路。

4生物信息学有助于阐明组分中药多成分、多途径、多靶点的综合作用

随着人们对复杂生物体与药物相互作用的深入认识，系统生物学的相关内容成为生物信息学研究发展的主要推动力。组分中药与生物体均是复杂体系，组分中药与机体的相互作用也具有系统性、整体性、网络性的特点。越来越多证据表明，组分中药通过多成分、多途径、多靶点的综合作用实现改善或恢复生物网络平衡的整体效应[38]。采用生物信息学这一双“解读生命天书的慧眼”来阐述这些问题是一个崭新的视角。

系统生物学作为生物信息学的主要研究对象，其“整体、层次、整合、动态”的特点则更能契合中医药整体性、复杂性[39]。自从“多成分，多途径，多靶点”的药物研究模式诞生以来，基于“疾病-基因-靶点-药物”的网络药理学应运而生[40]。系统生物学、网络药理学不可分割、相互融合，不断深化人们对生物体和药物相互作用的理解[41]。中药多种成分组合配伍所产生的药效是多指标的，利用系统生物学的研究模式构建药理作用网络，比如利用DrugBank数据库[42]，HIT（HerbalIngredients′TargetsDatabase）[43]，药物-靶点库（drug-targetnetwork）[44]，人类疾病库[45]等资源可以揭示中药复方或者组分之间配伍产生的生物活性及其复杂的分子机制。FangH等[46]在研究黄连解毒汤的抗类风湿机制时，通过搜索HIT，DrugBank数据库获得靶标信息，同时提取了FDA批准的对应西药32种，以及它们对应的相关靶标的信息作为黄连解毒汤的对照组。结果发现黄连解毒汤有5个靶蛋白与3类西药的靶蛋白一致，一定程度上解释了该复方的抗类风湿作用。YaoY等[47]利用系统网络药理学的方法以麻黄汤为例，构建药物-靶点-疾病网络模型，从分子水平证实麻黄、桂枝、杏仁、甘草这4味中药在复方中的角色地位，系统的阐明了君臣佐使丰富的科学内涵，对中药复方配伍机理的系统深入研究具有重要意义。吕燕妮等[48]采用系统生物学方法模拟丹参和红花的配伍机制，挖掘丹参、红花各自作用的蛋白，分别构建蛋白相互作用网络，结果显示丹参和红花配伍可能主要在RNA代谢，NF-κB级联反应以及细胞增殖、迁移和自噬等生物学途径上协同发挥防治疾病的作用。

随着组学技术的逐渐成熟，组学技术越来越成为发展系统生物学的关键[49]。利用组学技术对成分复杂的中药复方研究逐渐被认可，也取得一定成果，这给多成分、多组分配伍的中药作用机制研究带来希望[50]。陈竺、陈赛娟院士领导的团队采用蛋白质组学研究手段，较完美地诠释了中药复方黄黛片“君臣佐使”配伍规律，并在一定程度上揭示了其治疗急性早幼粒细胞性白血病多靶点协同作用的机制[51]。马增春等[52]通过前期研究发现了与四物汤补血密切相关的基因构成四物汤补血的信号分子组合。其主要物质基础为多糖、芍药苷、阿魏酸、川芎嗪等，进而应用基因组学技术设计和制备鼠造血相关基因表达谱分析寡核昔酸芯片，并在细胞和整体水平上分析了四物汤可能是通过调节细胞因子，提升正向造血调控因子和免疫因子表达，抑制负向调控因子表达，促进造血调控相关的信号转导因子分泌，影响整个造血调控网络而实现补血、造血作用。向丽等[53]采用代谢组学方法，结合先进的液质联用（LC-Q-TOF/MS）分析技术，系统研究麝香保心丸及其组分配伍对急性心肌梗死（acutemyocardialinfraction，AMI）大鼠长期治疗和预保护作用的机制及多成分协同作用特点；通过代谢组学方法共鉴定了28个相关生物标志物，发现AMI的主要发病机制与色氨酸代谢通路和嘧啶代谢通路的异常相关，并从偏最小二乘判别分析（PLS-DA）的得分图和对生物标志物的逆转个数及程度可以得出组分协同增效的优势。

从系统生物学研究的整体性特征来看，疾病的发生发展是多重因子参与的系统网络失衡的结果。传统中医药的防病治病原则也是从整体生物系统的角度系统调控这种失衡紊乱，将其调至正常水平或范围。组分结构中药继承了中医药整体性和系统性特点，在系统生物学背景下结合网络模型、组学技术来研究组分结构中药的多成分、多靶点的作用，能从宏观、微观的不同角度帮助我们从本质上了解中药的整体、辨证、协调的用药观点，揭示多组分结构中药调控疾病生物网络的机制，对创新发展组分结构中药起着积极的推动作用。

5结论与展望

组分结构中药继承中医药整体性和系统性的特点，具有层次、结构的独特优势，再结合生物信息学的研究内容和相关数据挖掘技术方法，丰富发展了组分结构中药和药效关系的深入解析、配伍配比结构的优化、组分结构中药作用机制等方面，给组分结构中药的数字化、信息化和中医药现代化提供新的契机和希望。随着生物信息学的研究深入，有很多新的技术方法不断更新，复杂的公式和软件的选择应用、跨学科和专业的学习对于中医药的研究人员在借鉴新方法和研究成果方面是一个很大的挑战。除此之外，组分结构中药数据库的建立更有助于生物信息学技术的高效应用，这还需要中医药科研人员的不断努力和相关技术人员的合作。有理由相信，组分结构中药结合生物信息学知识会给中医药研究带来一个新的突破口，会更好的传承、发展和创新中医药研究，使中医药的应用更加科学、标准，推动现代化和国际化进程。

[参考文献]

[1]封亮，张明华，顾俊菲，等.中药物质基础“组分结构”理论的创新与实践[J].中国中药杂志，2013，38（21）：3603.

[2]谢腾，王升，马炯，等.生物信息学在中药资源研究中的应用[J].中国中药杂志，2012，37（24）：3684.

[3]张召宝，侯林，潘晴，等.中药高通量转录组研究进展[J].中国中药杂志，2014，39（9）：1553.

[4]LiuJ，PeiM，ZhengC，etal.Asystems-pharmacologyanalysisofherbalmedicinesusedinhealthimprovementtreatment：predictingpotentialnewdrugsandtargets[J].EvidBasedComplementAlternatMedi，2013，doi：10.1155/2013/938764.

[5]LiuH，WangJ，ZhouW，etal.Systemsapproachesandpolypharmacologyfordrugdiscoveryfromherbalmedicines：anexampleusinglicorice[J].JEthnopharmacol，2013（146）：773.

[6]ZhaoZZ，HuY，LiangZT，etal.AuthenticationisfundamentalforstandardizationofChinesemedicines[J].PlantMed，2006（72）：865.

[7]陈士林，孙永珍，徐江，等.本草基因组计划研究策略[J].药学学报，2010，45（7）：807.

[8]SunC，LiY，WuQ，etal.DenovosequencingandanalysisoftheAmericanginsengroottranscriptomeusingaGSFLXTitaniumplatformtodiscoverputativegenesinvolvedinginsenosidebiosyn-thesis[J].BMCGenomics，2010，11（1）：262.

[9]朱英杰.药用植物基因资源的生物信息学研究[D].北京：北京协和医学院，2014.

[10]胡亚楠，任颖龙，曹佳，等.基于药理作用的组分中药药性预测研究[J].中国中药杂志，2014，39（13）：2382.

[11]杨明会，马增春，窦永起，等.四物汤对血虚证患者血清蛋白质的影响[J].中国中药杂志，2008，33（4）：420.

[12]WangX，LvH，SunH，etal.MetabolicurinaryprofilingofalcoholhepatotoxicityandinterventioneffectsofYinChenHaoTanginratsusingultra-performanceliquidchromatography/electrosprayionizationquadrupletime-of-flightmassspectrometry[J].JPharmBiomedAnal，2008，48（4）：1161.

[13]QiaoX，HouT，ZhangW，etal.A3DstructuredatabaseofcomponentsfromChinesetraditionalmedicinalherbs[J].JChemInfComputSci，2002，42（3）：481.

[14]XueR，FangZ，ZhangM，etal.TCMID：traditionalChinesemedicineintegrativedatabaseforherbmolecularmechanismanalysis[J].NucleicAcidsRes，2013，41（D1）：D1089.

[15]侯恩广，李树彬，李珂，等.基于神经网络的中药黄芩药效评价方法研究[J].山东科学，2011，24（1）：72.

[16]陈超，沈志滨.基于RBF神经网络的加味生化汤药效模拟研究[J].中草药，2009，40（8）：1239.

[17]魏航，林励，张元，等.灰色系统理论在中药色谱指纹图谱模式识别中的应用研究[J].色谱，2013，31（2）：127.

[18]陈跃飞，喻嵘.葶苈大枣桑白皮汤组方的灰关联分析[J].湖南中医药大学学报，2009，29（1）：35.

[19]朱诗塔，雷鹏，李新中.掌叶大黄不同炮制品指纹图谱与其止血作用的灰关联度分析[J].中南药学，2009，7（1）：55.

[20]许雯雯，王帅，孟宪生，等.神经网络结合灰色关联度法对气滞胃痛颗粒复方药材抗炎活性谱效关系研究[J].中国中药杂志，2013，38（11）：1806.

[21]封亮，陈彦，贾晓斌，等.夏枯草属药材指纹特征聚类分析评价[J].中华中医药杂志，2009，24（9）：1216.

[22]孙雪飞，张鸿雁，夏青，等.藏药余甘子药材及其鞣质部位的指纹图谱评价研究[J].中国中药杂志，2014，39（7）：1173.

[23]邓书鸿，聂磊.中药谱效关系的分析方法及数据处理技术研究进展[J].中药材，2010，33（11）：1819.

[24]商洪才，张伯礼，王永炎，等.一种适用于中药小复方配比优选设计方法的建立[J].中国实验方剂学杂志，2003，9（3）：1.

[25]顾俊菲，封亮，袁嘉瑞，等.赤芍总苷、川芎总酚酸组分组成结构对缺氧损伤人脐静脉内皮细胞的影响[J].中国中药杂志，2015，40（5）：920.

[26]赵海平，康林之，任刚，等.基于红管药祛痰止咳有效组分的最佳配比研究[J].中国实验方剂学杂志，2013，19（3）：163.

[27]FangKT，DennisKJ.Uniformdesign-theapplicationofthenumbertheorymethodinexperimentaldesign[J].ActaMathApplSin，1980，3（4）：363.

[28]陈倩，杨长福，韦佳，等.均匀设计法优化小半夏加茯苓汤效用组分配比实验研究[J].中国民族民间医药，2015，5（7）：7.

[29]杨鸿，吴彦，马琰岩，等.具抗氧化活性的中药有效组分的配伍研究[J].中国中药杂志，2012，37（12）：1826.

[30]唐启义，唐洁.偏最小二乘回归分析在均匀设计试验建模分析中的应用[J].数理统计与管理，2005，25（5）：45.

[31]CallejaP，Estévez-FernándezA，BormP，etal.Jobscheduling，cooperation，andcontrol[J].OperResLett，2006（34）：22.

[32]蒋海强，聂磊，周洪雷，等.基于偏最小二乘回归分析的钩藤总碱和莱菔子总碱组分配伍优化研究[J].中草药，2012，44（18）：2531.

[33]张丹参，张天泰，杜冠华.均匀设计-高通量筛选技术在中药丹参多成分配比研究中的应用[J].中国药学杂志，2009，44（14）：1048.

[34]金灿，张丹参.应用均匀设计-高通量筛选技术评价丹参有效单体成分抗氧化及海马神经细胞保护作用的最佳配伍[J].神经药理学报，2013，3（3）：8.

[35]宋志斌，张丹参.人参皂苷和三七皂苷五种成分神经保护作用的均匀设计-高通量筛选研究[J].神经药理学报，2011，1（3）：7.

[36]李晓杰.中药组方量效关系的多目标优化研究[D].广州：广东药学院，2014.

[37]王秀峰，刘新军，孙继佳，等.基于均匀设计与灰色关联分析的中药碧血胶囊成分配伍组方研究[J].中华中医药杂志，2012，27（4）：1189.

[38]陈娟，顾俊菲，汪春飞，等.组分结构中药与网络药理学：病理机制网络的系统整体调控[J].中国中药杂志，2015，40（4）：758.

[39]TianP.Convergence：whereWestmeetsEast[J].Nature，2011，480（7378）：S84.

[40]workpharmacology：thenextparadigmindrugdiscovery[J].NatChemBiol，2008，4（11）：682.

[41]XiaoyanAQu，DeepakKRajpal.Applicationsofconnectivitymapindrugdiscoveryanddevelopment[J].DrugDiscovToday，2012，17（22）：1289.

[42]WishartDS，KnoxC，GuoAC，etal.DrugBank：aknowledgebasefordrugs，drugactionsanddrugtargets[J].NucleicAcidsRes，2008，36（50）：D901.

[43]YeH，YeL，KangH，etal.HIT：linkingherbalactiveingredientstotargets[J].NucleicAcidsRes，2011，39（Suppl1）：D1055.

[44]YildirimMA，GohKI，CusickME，etal.Drug-targetnetwork[J].NatBiotechnol，2007，25（48）：1119.

[45]GohKI，GusickME，ValleD，etal.Thehumandiseasenetwork[J].ProcNatlAcadSciUSA，2007（104）：8685.

[46]FangH，WangY，YangT，etal.BioinformaticsanalysisfortheantirheumaticeffectsofHuang-Lian-Jie-Du-Tangfromanetworkperspective[J].EvidBasedComplementAlternatMed，2013（13）：245.

[47]YaoY，ZhangX，WangZ，etal.DecipheringthecombinationprinciplesoftraditionalChinesemedicinefromasystemspharmacologyperspectivebasedonMa-huangdecoction[J].JEthnopharmacol，2013（150）：619.

[48]吕燕妮，付龙生，魏筱华，等.丹参与红花配伍机制的系统生物学分析[J].中国实验方剂学杂志，2015，21（5）：220.

[49]BurianiA，Garcia-BermejoML，BosisioE，etal.OmictechniquesinsystemsbiologyapproachestotraditionalChinesemedicineresearch：presentandfuture[J].JEthnopharmacol，2012（140）：535.

[50]Ulrich-MerzenichG，ZeitlerH，JobstD，etal.Applicationoftheomic-technologiesinphytomedicine[J].Phytomedicine，2007（14）：70.

[51]WangL，ZhouGB，LiuP，etal.DissectionofmechanismsofChinesemedicinalformularealgar-Indigonaturalisasaneffectivetreatmentforpromyelocyticleukemia[J].ProcNatlAcadSciUSA，2008，105（12）：4826.

篇8

关键词：发生；Vad1.2；小鼠

Abstract：Objective： To construct and characterize the Vad1.2 expression vector related to spermatogenesis in mice. Methods： Vad1.2 transcript was amplified from mouse testis by RT-PCR. The amplified product was inserted into pET15b vector. Then the Vad1.2 over-expression vector was transformed into E. coli BL21 （DE3） RIL competent cells and identified by endonuclease digestion and DNA sequencing. Results： Putative positive clones were verified by double restriction digestion， displaying the pET-15b vector backbone and the insert with correct size. Conclusion： The Vad1.2 over expression vector has been successfully constructed， which is of significance for the functional study of Vad1.2 gene in spermatogenesis.

Key words： spermatogenesis； Vad1.2； mice

目前我国育龄夫妇中不孕不育的发病率约为10-15%，其中约有30-50%与男性因素有关。除女性不孕因素外，这些男性患者大都属于病因不明的特发性不育，这对于不育症的治疗是极其不利的。对于这些男性患者，基因水平的异常很可能是大部分特发性不育的主要病因[1]。Vad1.2基因是近年来在维生素A缺乏的动物模型研究中发现的与发生相关的特异性基因。小鼠Vad1.2基因由5个外显子组成，长10.2kb，共编码334个氨基酸，在大鼠、小鼠、牛、猪等哺乳动物中具有较高的保守性，已有研究通过动物学模型及生物信息学分析发现Vad1.2基因可能与发生存在缺陷有关[2，3]。然而，目前对于Vad1.2基因在发生中的确切作用及其分子机制仍不明确。因此，本研究拟通过构建Vad1.2基因表达载体并加以鉴定，以期为进一步明确Vad1.2基因的生物学功能奠定实验基础。

1 材料与方法

1.1 主要实验试剂

RNAspin微型RNA提取试剂盒（GE Healthcare）；TaqMan逆转录试剂盒（ABI Biosystems）；pET15b载体（Novagen）；大肠杆菌DH5α感受态细胞（Invitrogen）；QIAquick PCR纯化试剂盒、质粒试剂盒购自QIAGEN公司。Phusion高保真DNA聚合酶，T4 DNA连接酶及Nde1、Blp1限制性内切酶均由NEB公司生产。

1.2 Vad1.2表达载体的构建

取三月龄小鼠脱椎法处死后，立即取出双侧，采用RNAspin微型RNA提取试剂盒抽提小鼠组织总RNA，通过TaqMan逆转录试剂盒反转录成cDNA，采用Phusion高保真DNA聚合酶进行PCR扩增。正向引物序列如下：5’- GGGAATTCCATATGGGGGTGACAGGTATCAGT-3’；反向引物序列： 5-CATGCTCAGCCTAGTCATTTCTCTGGGGCTG-3’（引物下划线处表示加入的Nde1及Blp1酶切位点）。上述PCR产物通过QIAquick PCR纯化试剂盒进行纯化，采用Nde1和Blp1限制性内切酶在37°C过夜进行双酶切并再次纯化。随后所得PCR片段采用T4 DNA连接酶定向克隆到pET15b载体，于16℃下连接过夜。

1.3 Vad1.2表达载体的鉴定

上述所得产物转化入大肠杆菌DH5α感受态细胞，均匀涂布在含氨苄青霉素的LB平板上进行筛选培养。随机挑取菌落小量培养，通过QIAGEN质粒试剂盒抽提重组质粒。质粒的鉴定采用Nde1、Blp1双酶切分析，酶切分析正确的克隆进一步进行DNA测序证实，利用生物信息学软件对测序结果进行分析。

2 结果

本研究采用pET15b质粒用于Vad1.2表达载体的构建。电泳结果显示，小鼠组织Vad1.2基因经RT-PCR扩增出单一的清晰条带，扩增出的片段的长度为1， 005 bp，与预期结果相符，且未出现非特异扩增现象（图1）。

PCR产物经Nde1和Blp1限制性内切酶消化后，定向克隆到pET15b载体中。随机选取的三个阳性克隆（A、B、C）通过Nde1和Blp1限制性内切酶的双酶切进行鉴定，图示pET15b载体（5， 708 bp）并且插入基因序列正确（1， 005 bp）（图2）。以上三个阳性克隆进一步通过DNA序列测定及比对分析加以验证（测序结果未附），表明本研究正确构建了小鼠Vad1.2基因的表达载体。

图1 小鼠组织Vad1.2基因的RT-PCR扩增。

图2 Vad1.2表达载体的鉴定。

3 讨论

哺乳动物发生是一个复杂的过程，需要雄性生殖细胞与体细胞的共同参与。这一过程受到一系列特定基因程序性表达的调控，目前已知涉及基因超过2300个，且绝大多数基因的功能是不明确的[4]。因此，潜在的遗传因素很可能是大部分特发性不育男性患者的主要原因，只有从遗传、基因水平入手才可能实现对男性不育的根本性治疗[5]。所有这些都需要对发生的过程及其调控机制有着更深入的认识。

动物模型是研究动物发生分子机制的有效平台之一，常见的动物模型研究包括新生动物模型、基因敲除小鼠以及维生素A缺乏小鼠等。Vad1.2基因就是在维生素A缺乏动物模型研究中发现的与发生相关的新基因[2]。维生素A缺乏的大鼠中只存在有支持细胞、精原干细胞以及少量的精原细胞，发生会处于停滞状态，而在重新给予视黄醇（维生素A）摄取之后，发生可以逐步恢复正常[6]。 具体恢复过程如下：在视黄醇摄取第7天，早期粗线期的精原细胞出现；第15天，晚期粗线期的精原细胞出现；第25天，圆形细胞开始出现；第35天，长形细胞开始出现。表明维生素A作用于生殖细胞和支持细胞，参与发生的诱导。

Lee等的研究发现，小鼠Vad1.2基因转录本在小鼠出生后第25天的中开始高度表达，且定位于发生后期才出现的圆形细胞和长形细胞，表明Vad1.2主要在形成的后期阶段发挥作用[3]。此外，相关的生物信息学分析也提示Vad1.2基因可能与人类发生存在生精缺陷有关。目前为止，Vad1.2基因在发生中的生物学作用及其分子机制仍未完全明确。本研究成功构建了小鼠特异性基因Vad1.2表达载体，后续研究将构建Vad1.2重组蛋白并进行纯化、鉴定等进一步实验。

总之，本研究成功构建了小鼠Vad1.2基因表达载体并进行了验证，有利于Vad1.2基因功能的进一步研究，为后续对男性生精障碍及其相应治疗的研究打下基础。

参考文献：

[1] Visser L， Repping S. Unravelling the genetics of spermatogenic failure [J]. Reproduction， 2010， 139 （2） ： 303-307.

[2] Luk JM， Mok BW， Shum CK， et al. Identification of novel genes expressed during spermatogenesis in stage-synchronized rat testes by differential display [J]. Biochem Biophys Res Commun， 2003， 307 （4） ： 782-790.

[3] Lee KF， Tam YT， Zuo Y， et al. Characterization of an acrosome protein VAD1.2/AEP2 which is differentially expressed in spermatogenesis [J]. Mol Hum Reprod， 2008， 14 （8） ： 465-474.

[4] Schultz N， Hamra FK， Garbers DL. A multitude of genes expressed solely in meiotic or postmeiotic spermatogenic cells offers a myriad of contraceptive targets [J]. Proc Natl Acad Sci U S A， 2003， 100 （21） ： 12201-12206.

篇9

蒙语授课“生物统计学”课程教学团队有能力建设课程系列教材菊林花教授自1982年就用蒙汉双语讲授“生物统计学”、“生物统计附试验设计”、“试验设计”等课程。多次出国学习，积累了30年的丰富经验，在2012被评为校级名师。金凤副教授自1985年开始用蒙汉双语讲授“生物统计学”、“生物统计附试验设计”、“试验设计与统计分析”等课程，已有28年教学经验。自1988年开始自编、参编、主编多部教材的丰富经验。2009～2010年在日本京都大学农学部统计教研室与佐佐木教授共同研究完成了“地方品种遗传参数估计模型”。玉荣讲师自2004年以来用蒙汉双语讲授"生物统计附试验设计"、"试验设计与统计分析"等课程。2010年到中国农业大学研修学习，积累了可喜的教学经验。教材是有效补充课堂内容的工具、技术手册，要及时关注本领域科学发展的前沿动向生物统计学是一门探讨如何从事生物学研究的设计、取样、分析、资料整理与推论的科学，它作为边缘交叉学科，已经在生态环境保护、生物资源保护与利用、畜禽生态学研究、分子生物学研究、高科技农业研究、生物制药技术、流行病规律研究与探索、畜禽数量遗传学研究、畜禽遗传繁育、生物信息学研究等领域有着广泛的应用。目前基因组学，蛋白质组学与生物信息学的蓬勃发展，使得“生物统计学”在这些突破性生物科技领域上扮演着不可或缺的角色。在课程建设中，随时注意增加生物统计在前沿领域研究应用的内容，增强课程的活力，提高教师和学生面向生物产业时的解决实际问题的能力。传统的统计学教学模式主要以课堂讲授为主，以教师为主体和中心，教师是主讲者，学生被动接受，教学效果主要取决于教师的课堂组织能力与语言表达能力。从我讲授蒙汉语“生物统计学”课程28年的教学实践经验看，课堂上老师讲授，学生做笔记的教学模式存在一定的缺陷，阻碍了学生独立分析与解决实际问题能力，影响了学生真正掌握统计分析的方法。因此，我们在生物统计学教学过程中结合高校自主学习为主的教育特点，充分利用学生课余时间，将传授知识和提高素质有机结合起来，摸索出一套对教学内容有效补充作用的教材，同时可作为少数民族地区科技工作者从事科学研究的工具。

蒙语授课“生物统计学”教学团队主编、参编的蒙汉双语系列教材

1．金凤、菊林花主编的蒙文版教材《生物统计学》2000年由内蒙古大学出版发行。是根据1999年修订的全国高等农林院校本科教学大纲，依据同年11月召开的全国农林院校教材会议上讨论的动物科学、动物医学专业教材编写大纲编写的。是动物科学、动物医学专业的本科生必修课程教材。当时在内容的编排上也相应照顾到了生物工程、食品工程等专业的需要，将案例和例题略加增删或改动，并对个别专题内容加以补充。因此，本教材在2008年前一直作为生物工程、食品工程试用教材。教材的编写，保持本学科的系统性和科学性的前提下，力求做到内容的先进性与针对性的统一，循序渐进、简明易懂，特别注重了对学生的动手能力的培养。各章都有明确的教学目标，介绍本课程中的基本概念、着重对基本分析方法的详细介绍，每一种分析方法都有相应的例题，其过程详细，步骤完整。每章后配有习题，供读者实践。一直用作为畜牧兽医专业成人教育、自学考试教材。2004年，该选题被内蒙古大中专蒙古文教材编审委员会审批为“普通高等教育‘十一五’规划教材”。为了使其成为名副其实的规划教材，以及贯彻落实教育部有关教改精神，进一步提高教材质量，使“生物统计学”课程教材符合新形势下的教学要求及国家教委新制订的课程教学基本要求，在广泛征求兄弟院校如内蒙古大学、内蒙古民族大学的相关老师的意见基础上，总结以往成功经验，采纳有关兄弟院校师生的建议，并针对使用中存在的问题，对《生物统计学》教材进行了全面修订。2．金凤、何金山(内蒙古大学)主编的蒙文版教材《生物统计附试验设计》2004年由内蒙古大学出版社出版发行。本教材在2008年内蒙古大中专蒙古文教材评比中获优秀奖。与《生物统计学》教材相比较，新版教材保证了学科的系统性、完整性和实用性，突出体现了本课程的先进性、技能性与前沿性。具体内容如下:对第一章、第二章的内容做了次序上的调整。第三章“平均数、标准偏差、变异系数”改为“数据特征值”。第四章补充了二项分布应用案例。第五章“两个样本平均数差异显著性检验”改为“假设检验”。第六章方差分析的第四节中增加了两个因素系统分组方差分析方法。第七章第二节中增加了检验是否符合某种分布的案例题。第八章第四节增加了直线相关与直线应用案例。第九章第三节增加了案例分析。第十章第十一章分别增加了对应案例。第十二章试验设计原理与常用方法(新增)。第十三章常用统计应用程序简介(新增)。该教材及时引入了现代运算工具，将常用的设计与分析方法与优秀统计应用软件融为一体，使统计知识与计算机应用有机结合，为生物统计学技术的实际应用提供了方便与快捷的手段。已经连续8学年在10多个专业1000多人中使用，被相关专业师生广泛采用，反响良好，已多次印刷，为生物统计学课程教学质量的提高做出了积极贡献。目前，本教材已被列入自治区规划教材。它的出版不仅解决了内蒙古农业大学蒙语授课“生物统计学”课程学生和内蒙古民族大学畜牧专业蒙语授课学生的资料问题，而且可作为牧区畜牧兽医技术工作者、动物科学研究者、动物医学研究者及相关专业研究生、博士生用来进行整理分析复杂的生产一线数据并找出数据潜在的规律提供参考书。3．金凤、成格尔、玉荣主编的全国高等学校蒙文版教材《试验设计与统计分析方法》2008年由内蒙古大学出版社出版发行。随着科学事业的发展，“统计学”已大步跨进了一个又一个相关学科领域，而每个学科领域在其自身发展过程中都会产生大量的数据，需分析揭示其内在规律。统计学作为分析方法，食品科技工作者越来越清醒地认识到其重要性，开设“食品试验设计与统计分析方法”课程。目前为止，蒙文版教材《试验设计与统计分析方法》是唯一的一个专门给蒙语授课食品科学专业学生所使用的“统计学”类教材。同时也是那些从事相关专业的技术工作者的理想参考用书。4．金凤参编国家十一五规划教材《食品试验设计与统计分析》(汉文，第二版)，2010年由中国农业大学出版社出版发行。承担第七章的编写，该教材为目前我校食品科学各专业课程教材。5．金凤参编国家十一五规划教材《生物统计附试验设计》(汉，第四版)，2008年由中国农业出版社出版发行。它荣获全国高等农业院校优秀教材奖。承担第三章、第四章的编写，该教材为目前我校动物科学、动物医学、生物工程等院系课程教材。6．金凤参编全国统编教材《田间试验与统计分析》(汉文，第二版)，2008年由科技出版社出版发行。承担第十一章的编写，该教材为目前我校农学、生态环境等学院课程教材。7．金凤参编面向21世纪教材《生物统计学》(汉文)，2005年由内蒙古大学出版社出版发行。承担第六章的编写，该教材为内蒙古农业大学(生物制药)、内蒙古大学、内蒙古师范大学相关课程教材。8．金凤参编国家十一五规划教材《生物统计附试验设计》(汉文，第三版)，2002年由农业出版社出版发行。承担第四章编写，该教材为2008年前我校动物科学、动物医学、生物工程等院系课程教材。9．金凤主编校级教材《统计分析SAS应用上机指导书》(汉文)，2010年内蒙古农业大学出版。该教材为目前我校动物科学、动物医学、生物工程、食品科学各专业学生的上机实践教材。

本系列教材主要解决的教学问题

1．“生物统计学”是数理统计分析方法在生物学中的应用。我们编写教材时不仅保持本学科的系统性，知识性，而且注重了与现代计算技术的有机结合。因此解决了蒙汉双语授课学生因认知差异引起的教学效果有差异的问题。2．虽然电子课件因其信息量大而受到大家好评，但是学生上课时更多的时间忙于抄课件，忽略了教师的讲解，而教材恰可弥补多媒体教学的这些不足。有了教材学生通过阅读教材可获得试验设计模板与方法、经典分析案例的详细步骤、显著性检验临界值等。3．本系列教材在辅助科研水平提升的同时，促进了科研成果进一步支撑统计分析案例教学，解决了今后修订教材时的实际案例问题，实现了科学研究与结果统计分析相互辅助的良性循环。蒙汉双语《生物统计学》系列教材编写过程中不仅突出了“生物统计学”是方法论、工具论的特色，而且顾及到了蒙汉双语授课学生的认知差异，及地区特色，内容编排上多为草原畜牧业案例，从而促进了他们的学习兴趣。

教学效果及社会效益

篇10

关键词：国际信息科学峰会；国际信息哲学研讨会；综述

中图分类号：B01文献标识码：A文章编号：16738268（2015）06008806

一、会议背景

当今世界已经步入信息时代，信息业已成为学术界的研究热点之一，但是不同的学科背景使得学者们对于信息问题各抒己见，因此，为了促进各学科的信息研究能够有效沟通与合作，首届国际信息科学峰会（IS4IS）应运而生。2015年6月3～7日由国际信息科学联合会（International Society for Information Studies）和多国机构联合举办的第一届国际信息科学峰会在维也纳技术大学举行，其中，西安交通大学国际信息哲学研究中心是举办单位之一，此次峰会的总主题是：“处于十字路口的信息社会――信息科学的回应与责任。”此次峰会包括了三个分会：第二届国际信息哲学研讨会（ICPI 2015）、第六届国际信息科学基础大会（FIS 2015）和第五届国际信息通信技术与社会学术研讨会（ICTS 2015）。该峰会吸引了全球300多名信息领域的研究学者参加，我国有涵盖的30多名学者参会，其中邬j教授所带领的信息哲学团队阵容庞大，由邬j本人及其十多名博士生组成。不仅如此，由邬j教授担任主席的“第二届国际信息哲学研讨会”收获颇丰，共收录论文33篇，内容横跨科学、哲学、艺术等多个方面，每一场讨论都十分热烈。邬j教授作为首届国际信息科学峰会主席团成员在峰会开幕式上致辞，并作为“第二届国际信息哲学研讨会”主席在分会上致开幕词和闭幕词。

邬j教授在峰会开幕式上致辞指出，在各国学者的共同努力下，国际信息科学和信息哲学已经出现了一个很好的发展态势。中国的信息科学和信息哲学研究正在走向世界，而世界的信息科学和信息哲学研究也正在走向中国。人类信息社会的发展正在打通世界各国的壁垒，同时，也把世界范围内的科学家和哲学家更为广泛地联合了起来。当今世界的哲学、科学、技术、经济与社会的发展面临着一个共同的信息范式的转换过程，信息不仅是一种全新的思维方式，而且还是一种全新的生产方式、发展模式和组织模式。正是信息范式在哲学、科学、技术、经济和社会的不同层面所呈现出的这种统一性，决定了我们这个时代的特征和发展方式，同时也决定了人类的科学和哲学的发展正面临着在信息范式基础上的重新融合与统一。

在此次峰会闭幕前夕，相关组织机构还召开了国际信息科学联合会的执委会，邬j教授全票当选为国际信息科学联合会副主席；同时，执委会公布成立了国际信息科学联合会的第一个分支机构――中国分会，并决定下一届国际信息科学峰会（2017年）由瑞典哥德堡大学承办，届时西安交通大学国际信息哲学研究中心仍将是会议承办方之一，第三届国际信息哲学研讨会也将成为峰会的分会议之一。

二、信息本质与信息转向

邬j教授作了题为《信息哲学与信息科学的互动与融合》的大会特邀主题报告，他在报告中指出，关于存在的哲学是哲学的元理论，哲学的根本性变革应当基于存在领域的分割方式的变革，并依此对哲学的几次重大转向予以了总结。邬j教授认为，最开始存在被分割为三大领域：上帝（客观理念）、物质、个体精神，随着科学和哲学的发展，上帝的存在被证明是虚设的，于是上帝便被剔除在存在领域之外，最终，存在领域的范式被归结为：“存在=物质+精神”。更进一步，邬j教授基于信息科学的最新成果，将存在领域进行了重新划分，并提出了“存在=物质+信息”的新的存在论范式，在此，邬j教授从最抽象的哲学范畴上揭示了一个全新的存在领域――信息，信息包括主观信息和客观信息（精神）两大领域，并认为“存在=物质+信息”这一新的存在论范式还在信息活动的高级形态的意义上重新规定了精神的本质。同时，邬j教授认为，哲学的这一信息转向是在哲学最高范式的层面发生的变革，是根本性的转向，而所谓的认识论、语言学、现象学转向、生存论转向、价值论转向、实践论转向、身体哲学转向等都是非根本性转向，并由此断定，信息哲学给人类哲学带来了第一次根本性的转向。

来自英国牛津大学的弗洛里迪（Luciano Floridi）教授也通过一个公式定义了信息：I=Q+A。他认为，信息就像回答问题一样：人们所知道的东西就是信息（知道问题并知道回答），人们不十分确信他是否知道的东西就是不确定（知道问题但不知道回答），人们甚至连他不知道本身都不知道就是无知（既不知道问题也不知道回答）。他还将信息和权利问题放在一起来讨论，将人类的历史分为史前阶段（没有信息与通信技术）、历史阶段（个人与社会福利与信息与通信技术有关）和超历史阶段（个人与社会福利依赖于信息与通信技术）。并认为，人类在超历史阶段就进入了成熟的信息社会，成熟信息社会的权利不仅仅是与事物有关或者与关于事物的信息有关，也和不确定性有关，在成熟信息社会谁制造不确定性控制问题并塑造答案，谁就能控制现实的人。

华南理工大学吴国林教授在《量子信息的追问》一文中首先梳理了经典信息概念之所以成立的前提条件：一是可以用概率表示的可能事件集；二是信息是不确定的消除。进而对量子信息进行了考察，认为量子信息满足类似如经典信息的两个前提条件：一是量子信息描述微观事物的可能，并且量子信息是波函数的表达；二是量子信息也是通过编码、传递、解码来处理信息，量子信息是量子不确定的消除（量子信息Ⅰ）。他认为，量子信息与经典信息之间的这种家族类似性，使得量子信息可以归属于信息概念。最后，吴国林教授通过一系列的推导得出结论：量子信息是量子状态的显示（量子信息Ⅱ）。

来自加拿大多伦多大学的罗伯特・ K・洛根（Robert K. Logan）教授立足于系统生物学的观点对信息进行了定义。他在《什么是信息？为什么它是相对的？它和物质、意义以及组织之间的关系是什么？》一文中首先分析了申农信息理论的局限性，认为依据申农的信息定义，一组结构化的数据比一组随机数据包含的信息要少，并以此推出，随机有机化学物质原汤比结构化生物组织包含更多的信息；活体随着越来越结构化和组织化，所包含的申农信息也就越少；但是，这是违反生物学家直觉的。因此，罗伯特・K・洛根教授认为用申农信息理论来描述生物系统是失效的。他认为，从生物信息的角度来看，机体中的信息等同于约束性组织，它有助于机体从环境中获得能量来促进自身的增长和复制。生物体进行约束性组织的增殖，就是在进行信息构建。约束就是信息，信息就是约束，而这种约束就是生物组织，所以生物组织也是信息，反之亦然。生物信息不是象征性的，不像抽象性的符号信息，它不能和实在之物相分离，是实体化的，内嵌于生物体，作用于生物体。并认为，人类主要处理三种信息：遗传信息、认知信息和概念信息（符号）。

三、信息理论的发展

中国人民大学苗东升教授在《信息研究的中国路径在开拓中》一文中对信息相关理论进行了梳理。首先，他对申农、维纳、惠勒以及邬j的信息理论进行了评价，认为申农的信息理论回避了语义信息，为通信技术提供了有力的工具，但是申农信息论的优点也造就了他理论的局限性，认为申农信息论有待突破。苗教授认为维纳信息理论突破了申农信息论的框架，并指出了突破方向：抛弃机械唯物论，承认宇宙存在既非物质、亦非精神的信息，建立信息时代的唯物论。认为惠勒的信息观也有助于突破机械主义论，但是惠勒信息论是唯信息主义，是唯心论在信息时代的反映。苗教授对邬j教授的信息理论给予了高度评价，认为邬j教授既坚持唯物主义立场，又对传统存在领域发出挑战，将存在领域重新划分为物质和信息，并认为邬j教授以这种本体论为核心建构了自己的哲学体系，是对信息时代的哲学回应。此外，苗教授还在文章中以信息概念为核心对辩证法的发展历史进行了梳理，提出了构建信息时代唯物辩证法的重大课题。文章最后，苗教授对信息研究的中国路径也进行了梳理，指出中国的信息研究起步于1960年代，在1980年代出现研究，并认为此次研究得益于钱学森的推动，即“三论热”中的信息论热。苗教授还认为，钟义信教授、邬j教授、闫学杉教授三人的工作大体代表了当前中国信息研究的学术水平，并认为，在中国只有邬j教授形成了一支信息研究队伍。苗教授也肯定了中国其他一些信息理论研究学者的贡献，认为信息研究的中国路径正在开拓中。

还有一些学者从信息这一词的构词以及词义的流变来研究信息，来自于德国国际信息伦理学中心的拉斐尔・卡普罗（Rafael Capurro）教授从亚里士多德作品中的希腊语νóησιζ到阿拉伯语tas・awwur，再到希伯来语z・iyyur，再到拉丁语（in）formatio，讨论了一系列信息构词以及词义的复杂历史流变过程。卡普罗教授还认为，拉丁语的信息概念已经接近我们现代意义的信息概念，Informatio和 informo在整个中世纪被普遍用于认识论、本体论和教育学等相关文献之中，其中信息概念在托马斯・阿奎那（12251274）的作品中得到了最充分的展现。卡普罗教授还认为，在拉丁语中（in）formatio第一个含义代表着“不可分之物”，第二个含义被用来对名字或符号构成的正确与否进行判断。现代英语所用的information更多地保留了信息这一词的认识论上的含义，信息主要用来表示“告知”、“沟通”、“思想的形成”，20世纪随着信息理论的发展，信息概念开始紧密地和知识、科技等联系在一起。

中国青年政治学院肖峰教授在《许多信息“主义”》一文中梳理了众多的信息“主义”。肖峰教授认为，信息主义主要是通过“information+ism”的形式来形成的，包括四种：informationalism，informatism，informationism，informatilism。肖教授认为，informationalism最早可以追溯到加拿大学者大卫・莱昂的著作之中，被用来描述由于信息技术的广泛应用而带来的新的社会结构的出现，后来被美国学者曼纽尔・卡斯特尔泛化了，在他的著作中直接用“information”代替“information technology”（信息技术），认为信息技术从根本上改变了我们这个时代，此时“informationizationism”等同于信息时代，周理乾和索伦在文章中用“Paninformationalism”（泛信息主义）来表示一种哲学命题。肖峰教授还认为，“informatism”比“informationalism”一词出现得更早，被用于文艺领域，包括信息艺术、数据艺术、电子艺术等，主要用来描述那些借由电脑、新媒体、网络、数据处理等信息技术手段来实现的艺术形式，“informatism”也应用于哲学，拉斐尔・卡普罗用“dialectical informatism”（辩证信息主义）来评价沃尔夫冈的信息进化论方法，用以区别“dialectical materialism”（辩证唯物主义）。Informationism被理查德・普莱斯用于表述一种新的哲学趋势。中国学者沈新曦单独把“informatilism”当作一种哲学范畴来使用。

四、信息科学探索

北京邮电大学钟义信教授在《信息转换与智能创生的定律》一文中深入分析了阻碍信息科学发展的原因，钟教授认为主要有三点：一是信息科学研究者学术背景的差异，这些背景包括了图书馆科学界、计算机科学界、通信科学界、信息哲学界、社会信息学界、生物信息学界、艺术学界等，这些不同的学术背景使得相关研究人员对信息科学的理解不甚相同；二是信息科学研究者视角的差异，不同的视角使得研究者对于相同的信息产生了不同看法；三是信息科学研究者的方法论的差异。钟教授认为，方法论上的差异是这些原因中最重要的，传统的“分而治之”的方法论已经不适应于信息科学的研究，而应当将“转而创之”的方法应用于信息科学的研究。钟教授认为，“转而创之”就是“信息转换与智能创生”，具体而言就是通过信息手段来实现智能创生。文章通过一系列的模型和公式推导，研究了“信息转换与智能创生定律”，并认为这一定律是信息科学的核心定律，几乎适用于所有领域，包括人、生物、非生物和人造机器等。

中国科学院大学颜基义教授深入挖掘了申农信息理论中的关键理念，使得申农信息理论的价值重新得到了突显。颜教授认为，从信息去意义化方面来看，正是由于申农信息理论没有考虑信息的意义才使得他的理论和“communication”紧密相联，由此也发挥了很大的作用；从不确定性方面来看，由于“不确定性”现象的普遍存在，而“不确定性”又是申农信息的基本属性，这就使得信息能够和自然界、人类社会中的各种纷繁现象建立起联系；从冗余度方面看，申农的冗余度概念有利于当今的通信实践和“大数据”工作的发展；从点对点的关系方面来看，申农通信理论中的点对点关系抽象为当今的通信应用留下了十分广阔的空间；从逆向推断过程方面来看，申农信息论中的解码过程本质上就是一个逆向推断过程，对于许多技术都有所启发，比如机器翻译；从communication方面来看，尽管申农的信息论去意义化了，但是毕竟是一种通信理论，人类社会离不开communication，所以申农信息论从一开始就同时踏入了科技和社会领域。此外，颜教授还认为莫比乌斯带应当是我们的时代图标，在信息时代，人们自由地在真实世界与虚拟世界之间转换着，他还发现此次国际信息科学峰会的图标正是莫比乌斯带。

北京大学闫学杉副教授在《统一信息科学的三种实现方法与三种可能的前景》一文中认为，人们可以通过直接统一法、级进统一法和特别统一法等方法来建立统一信息科学，并认为无论采取哪种方法，统一信息科学的前景都不超过三种：大信息科学、小信息科学、类信息科学。紧接着，闫学杉副教授详细介绍了这三种方法和可能的三种前景：直接统一法就是将各种信息学科的共同信息特性和问题进行直接统一；级进统一法就是首先将性质相近的信息学科进行统一，然后在此基础之上再进一步统一，一步步最终达到统一的目的；特别统一法就是采取一套特别的方法对信息学科进行一步到位的统一；大信息科学是指有常规科学性质的科学，包含许多子学科；小信息科学是指有交叉科学和跨科学特点的科学；类信息科学是指包含有若干类的信息学科群。

五、信息哲学和信息科学的互动融合

西安交通大学邬j教授认为，信息哲学和信息科学是互动融合的。首先，人类的普遍理性认识方式是哲学和科学内在融合的根据。哲学是追求普遍理性的活动，但是科学并不是单纯的感性活动，也应当包含普遍理性，哲学和科学在普遍理性的认识方式基础上可以融合。其次，普遍理性的层次性导致了哲学和科学划界的相对性和相互规定性。普遍理性是有层次的，不同学科之间只有普遍理性层次差异，而无有无的区别，并且高层次普遍理性和低层次普遍理性之间存在着双向作用，是彼此规范、融合的，所以哲学离不开科学，哲学也应是一种科学，科学也离不开哲学，科学也应是某种意义上的哲学。此外，哲学和科学之间不仅能够融合，还能实现科学对哲学的改造，哲学对科学的批判，哲学的自我批判。邬j教授将科学对哲学的改造看成是普遍理性的层次跃迁，将哲学对科学的批判看成是低层普遍理性局限性的剔除，哲学的自我批判看成是高层普遍理性结构的改变。邬j教授通过信息维度的引入，改变了传统哲学和科学的范式，并提出了“科学的信息科学化”的看法。

来自法国国际跨学科研究中心的布伦纳（Joseph E. Brenner）教授在《信息哲学与信息科学的融合》一文中，首先对邬j教授的信息哲学理论以及邬j教授所做的努力进行了简要的介绍，并认为邬j教授的信息哲学思想对科学和哲学都形成了强有力的冲击。同时，他也提出了自己对于信息哲学与信息科学相互融合的相关看法，认为信息对科学的影响不应当只被认为是影响到了单一的“科学”学科，而应当有更广范围的影响。他认为科学应当包括两个方面：第一，在“硬件”和“软件”的方向上，大约可以分为实验性的科学和概念性的科学；第二，两种不同科学学科的相对独立性。信息科学和信息哲学内在的结合是依据于它们的信息特性。由于信息的多种二重性（物理性和非物理性，动态性和系统性），使得信息无论是在科学上还是哲学上都难以定义，但是信息的特性是科学和哲学都共有的。信息的认识论性质体现了它的科学性，信息作为一种意义的载体体现了它的哲学性。布伦纳教授还指出，跨学科是一种新的理论，这一理论将不同的学科思想融合在一起，不同的学科之间的“交织”有利于更进一步地理解信息和巩固信息科学的基础。并认为，信息哲学作为科学和哲学融合的成果也应当加入到跨学科的进程当中。

来自日本国际教养大学的麻生（Marcin J. Schroeder）教授采用新的范畴来定义信息，将信息看作是哲学和科学的融合点。麻生教授首先分析了亚里士多德、弗朗西斯・培根等人关于科学和哲学的划分依据，认为随着科技的发展，亚里士多德和弗朗西斯・培根的学科划分方法无法解决现代科学中的相关问题。并认为，信息既不能用具体的科学理论，也不能用具体的哲学体系对它进行定义，它是超越科学与哲学的。麻生教授指出，信息的概念涉及到东方哲学中的“一”和“多”这一对范畴，这对范畴超越了一般的科学和哲学的划分原则，通过“一”和“多”来定义信息才能彰显出信息的独特地位：信息是哲学和科学的融合点。麻生教授认为，“多”中选“一”就是信息的选择表现，生成许多的“一”就是给“多”一个限定结构，是信息的结构表现。选择的程度能用作信息的数量特征，结构的程度能被用来描述信息的集成水平，这两种表现可以共存，是信息不同的载体。

六、信息社会

奥地利贝塔朗菲系统科学研究中心的沃尔夫冈（Wolfgang Hofkirchner）教授在《全球可持续信息社会的信息――大分岔势在必行》一文中提出，信息科学将关乎人类的生存与兴旺，并用自己创立的信息理论分析了我们正在经历的全球性挑战中所形成的危机，且提出了相关对策。他首先探讨了进化的路径模型，然后指明了全球可持续信息社会（GSIS）的进化方向，接着分析了全球性、可持续性、信息化等概念及其对于实现全球可持续信息社会的作用，并指出信息是影响全球可持续信息社会实现的重点。沃尔夫冈教授接着借助于自组织系统给出了信息的3C模型，即：认知（cognition）、沟通（communication）、合作（cooperation），并将这一模型用于分析全球可持续信息社会的社会特征，同时指明了人类最终会实现世界主义大同社会。

The Summary of the First International Summit of Information Science

and the Second International Conference of Philosophy of Information

WANG Liang

（School of Humanities and Social Sciences， Xi’an Jiaotong University， Xi’an 710049， China）