基因组学应用范文

导语：如何才能写好一篇基因组学应用，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。

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关键词：药物基因组学；中药；基因组技术

中图分类号：[R932] 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）44-0160-02

中药是中华民族的瑰宝，随着生物科技的发展，我们也越来越关注运用现代科学技术对中药进行全面研究。基因组学是20世纪末发展起来的一门科学，随着人类基因组计划的完成及后基因组时代的到来，药物基因组（Pharmacogenomics），即研究遗传变异与药物反应相互关系的一门学科，是以提高药物的疗效和安全为目标，已成为新的研究重点。药物基因组学的发展为中药现代化提供了良好契机。

一、基因组学概述

1.基因组学定义。基因组学（Genomics）是研究基因组的科学，它以分子生物学、电子计算机和信息网络技术为研究手段，以生物体内全部基因为研究对象，在全基因组背景下和整体水平上探索生命活动内在规律及内在环境对机体影响机制的科学。它从全基因组的整体水平，而不是单个水平，来研究生命这一具有自组织和自装配特性的复杂系统，认识生命活动的规律，从而将更加接近生命的本质和面貌。

2.基因组研究内容。基因组学作为一门新兴学科，根据其研究对象，研究的重点及研究的目的不同，又分成多分支学科。根据研究的重点不同，基因组学可以分为结构基因组学和功能基因组学，结构基因组学以全基因组测序为目标，而功能基因组学以基因功能鉴定为目标。根据研究的对象不同还可将基因组学分为疾病基因组学、比较基因组学、药物基因组学和环境基因组学等。基因组研究可以理解为：①基因表达概况研究，即比较不同组织和不同发育阶段、正常状态与疾病状态，以及体外培养的细胞中基因表达模式的差异，技术包括传统的RTPCR，RNase保护试验，RNA印迹杂交等。②基因产物-蛋白质功能研究，包括单个基因的蛋白质体外表达方法，以及蛋白质组研究。③蛋白质与蛋白质相互作用的研究，利用酵母双杂交系统，单杂交系统（one-hybrid system），三杂交系统（thrdee-hybrid system）以及反向杂交系统（reverse hybrid system）等。

二、中药研究中常用的基因组技术

1.基因芯片技术。基因芯片又称DNA芯片（DNA chip）、DNA微阵列，是基于核酸、探针互补杂交技术原理，将大量的寡核酸片段按预先设定的排列顺序固化在载体表面如硅片或玻片上，并以此为探针，在一定的条件下与样品中的待测的靶基因片段或DNA序列杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来实现对靶序列信息的快速检测和分析。目前已成为基因表达分析的最常用工具。基因芯片技术具有高通量、并行、高内涵的特点，这就为探索中药作用机理开辟了新领域。现代药理学分子水平研究表明药物作用都有其靶点，基因芯片可以确定靶组织的基因表达模式，从而将中药作用的靶基因全部显示出来。如陈明伟利用基因芯片技术检测中药单体人参皂苷20（R）Rg3对肿瘤血管生长调控因子（VEGF）蛋白表达的抑制作用。基因芯片技术还有助于确定中药有效部位，通过基因芯片技术迅速筛选起作用的中药有效成分。此外，基因芯片技术在中药材鉴定，道地药材筛选，中药新药研发等方面都有重要的应用。

2.DNA分子标记技术。①RAPD技术。RAPD即随机扩增多态性DNA，在1990年由Welsh与Williams等人发展起来，是建立在PCR（Polymerase Chain Reaction）基础之上的一种可对整个未知序列的基因组进行多态性分析的分子技术。其以基因组DNA为模板，以单个人工合成的随机多态核苷酸序列（通常为10个碱基对）为引物，在热稳定的DNA聚合酶作用下，进行PCR扩增。RAPD技术能快捷地辨别出不同遗传物质之间最微小的DNA偏差，而且耗材较少，不必提前获知其基因碱基顺序，通过对遗传资源的分析，从遗传多样性中得到详尽的遗传信息。现在，RAPD技术已成功鉴定细辛、蒲公英、龙胆草、人参及西洋参等药材。②RELP技术。RELP技术即限制性长度多态性分析技术，就是将DN段用限制性内切酶消化后，进行限制性片段长度多态性分析。RELP技术可以确定基因种属的特异性和药材的鉴定。陈美兰采用PCR-RFLP方法从分子水平鉴定人参中有效成分人参皂苷的含量，克服了因人参分布易受生长环境、储存条件和加工等诸因素影响，采用传统的形态学和组织学方法难以鉴别的缺点。

3.PCR技术。PCR技术即聚合酶链式反应技术，是体外扩增DNA序列的技术，广泛应用于目的基因的制备等几乎所有的分子生物学领域。DNA的保存需要严格的条件，在正常的中药材加工和储存过程中是很难做到的。王严明等通过PCR技术从保存了9年的药材龟板中提取DNA，成功进行了DNA指纹鉴定。

4.DNA测序技术。DNA测序技术，即测定DNA序列的技术。在分子生物学研究中，DNA的序列分析是进一步研究和改造目的基因的基础。该技术包括单向测序（Single-Read Sequencing），双向测序（Paied-End Sequencing）混合样品测序（Indexed Sequencing）。DNA测序技术在中药品质研究中有重要的应用，刘玉萍等采用PCR直接测序技术测定半夏及其伪品的18SrRNA基因核苷酸序列并作序列变异和选择性内切酶谱（PCR-SR）分析，为半夏正品鉴别提供分子依据。此外，该技术还可以用于中药的品质鉴定，仇萍等通过DNA指纹图谱从分子水平对中药材种质进行准确分析，从而为鉴定药材的真伪优劣提供依据。

三、展望

基因组学研究已把揭示生命本质提高到了一个全新水平，同样它在中药各个领域的渗透也使中药发展有了更广阔的前景，将推动中药在种材培育、药材鉴定、机理阐述和新药研发的进步，促进中药走出中国，走向世界。

参考文献：

[1]侯灿.后基因组时代的统一医药学——展望21世纪复杂性科学的一个新前沿（一）[J].中国中西医结合，2002，22（1）：5-7.

[2]朱华，吴耀生.基因芯片技术在药用植物研究中的应用.中草药，2005，36（10）：144l-1444.

[3]荆志伟，王忠，高思华等.基因芯片技术与中药研究—中药基因组学[J].中国中药，2007，32（4）：289-292.

[4]陈明伟，倪磊，赵小革.人参皂苷R93对肿瘤血管生长调控因子蛋白表达抑制作用的研究[J].中国中药，2005，30（5）：357-360.

[5]侯敏芳.分子生物技术在中药鉴定中的应用[J].浙江中医药大学学报，2010，3（4）：120-130.

[6]陈美兰.采用RAPD和PCR-RFLP方法从分子水平鉴定人参[J].Biol Pharm Bull，2001，24（8）：872-875.

[7]王亚明，周亚光，吴平等.中药龟板和鳖甲中DNA的提取和扩增[J].药学学报，1996，31（6）：472-476.

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一、中学教研组作用弱化的原因

20世纪90年代以来，随着学校规模的不断扩大，年级组在中学基层管理中的作用越来越突出，因而很多学校以年级组负责制取代教研组负责制。教师不再按照任教学科在一起办公，而是按任教的年级在一起办公。各年级同学科组成的备课组的作用也超过了教研组在日常教学组织和教学研究方面的作用，教研组作用被大大弱化。许多学校的教研组甚至不再担任教研工作，教研工作流于形式、走过场的现象十分普遍。那么究竟是哪些具体原因导致这些现象呢？

1.学校教学组织管理基层组织的转变

随着学校规模的扩大，为适应扁平化管理的需要，年级组的作用越来越突显，进而取代教研组成为执行学校教学组织管理的基层组织。这是由于年级组在学校教学管理的层面有着其不可比拟的优势：第一，年级组更能有效贯彻学校的目标管理体系。教研组是对其本学科的教学负责，但整个年级最终成绩的取得是要靠各学科相互协调、相互配合，相比各科教研组的分头奋战，年级组在课程课时、时间分配、学情分析等各方面资源的统筹能力要高于教研组，它更易找到年级组内班与班之间成绩的差距。第二，教研组开展的学生活动多限于与本学科相关的兴趣活动小组或学习小组，而在开展多样性、多层次的学生活动、学生日常行为规范管理、学习习惯养成管理等方面，不如年级组有优势。第三，当前学校所承担的社会角色越来越多样化，面对各种综合性的检查、评比、争创荣誉等，年级组更容易承担这样的工作。

2.教研对学生成绩提高收效过慢

由于应试教育追求的是学生成绩的提高，导致许多学校出现重教不重研，重管不重教的现象。教研着眼于长期，通过研究教学方法等提高学生成绩、培养学生兴趣，但见效较为缓慢，使许多一线教师很难在短期内感受到教学研究的有力成效。在这样的压力下，教研以及教研组的作用便不断被弱化。

3.教研活动重量不重质，降低了教师的积极性

长期以来教研活动“假、大、空”的现象十分普遍。许多教师对教研活动要么感到无力着手，要么不屑一顾。教研组组织教师教研的职能也常常被上级单向性的任务指标所覆盖，使得在开展教研组活动时，往往是工作布置多，问题探讨少;讨论试卷答案问题的多，讨论教材教法问题的少;听课评课现象描述多，实质分析少;教学经验体会多，整理研究成果的少;应付上级检查的材料多，自觉思考研究的少;课题论文大话写得多，解决问题实战性的见解少。在这种情况下，教师对教研组组织的教研活动的热情就会大打折扣。

二、中学教研组作用弱化的具体表现

以上这些因素使当下许多学校的教研组组织教师进行教学研究活动的职能被不断弱化，对学校、教师以及学生造成许多不良的后果，具体表现如下：

1.学校

对一所学校的校园文化产生深远影响的是该校的文化底蕴和积淀，包括办学理念、办学特色、师生的精神气质，从另一方面反映了学校的办学品质。学校重视教学管理，从短期效果看学生更容易出成绩，但从长远看要提高学生素质，提升学校办学品质，就必须注重教研。如果完全依靠学校管理者的行政指令，没有教师自觉的专业发展追求，就容易出现人去政息，一任领导一任措施，教师教研的氛围得不到保护，学校的办学品质也很难保证。

2.教师

对一线教师而言，如果教研组不能有力地承担起对教师教学问题交流、教学能力提升、创造良好教研氛围的作用，使教师长期缺乏教学反思，缺乏实实在在的研究，就会限制其专业能力的发展，进而容易产生职业倦怠情绪。

3.学生

对学生而言，每天面对的是所有的任课教师同一化、标准化的教学模式，很容易产生单调乏味感，降低学习兴趣，思维也很难得到拓展。

三、加强中学教研组教研作用的应对策略

教研组作用被弱化对我国推行素质教育尤其是推动新课改向纵深发展产生了一些不利的影响，对学校办学和教师专业成长也造成了一定的阻碍。笔者结合自身的工作经验从几个方面浅析关于加强中学教研组教研作用的应对策略。

1.教研活动应注重有效性，减少形式化的流弊

许多学校都有规范的教研制度和教研活动时间，但在实际开展教研活动过程中，由于缺乏实际内容，使参加教研活动的教师觉得无趣、没有收获。因此开展教研组活动要精心准备，提高教研活动的有效性。如，听课、评课，不是简单地评价优缺点，而是要提出对课堂中某个片段、细节或重难点如何处理的看法，给上课教师和其他听课教师一定的启发;也可以是专题讨论，例如就“如何提高学生课堂讨论的积极性”“如何帮学生记住历史事件的时间”等实际意义的问题进行讨论;或者对课题研究如何开展、成果总结等进行讨论。总之，教研活动须言之有物才能吸引教师积极参与。

2.教研组应鼓励教师大胆创新

教学创新是一个循序渐进的过程，因此收效也较为缓慢。由于学校教学是以量化的成绩作为评价教学的标准，为了让学生尽快取得好的成绩，教师更容易从应试的角度完成教学任务，缺乏积极的创新精神。在一次高一语文公开课上，一位年轻教师讲授的是有关庄子的课文，他上这堂课的形式非常特别，首先把全班学生带到操场，让他们参天省地、静坐冥思，20分钟后回到教室，他问学生在刚才的静坐冥思中有什么收获，没想到学生都愣住了，不知道要如何回答。在接下来的时间里，这位教师完全失去了对教学的把握，显得很慌乱。最后，学生没有听懂教学内容，教学目标也没有达到。按照评课标准，这是一节失败的公开课。在评课时，同教研组的许多教师从教学设计、教学模式等方面把这节课批得体无完肤。但是在笔者看来，这节课虽然算不上成功，但是带学生进行户外冥思的设计是值得肯定的，这也是本节课的最大亮点。这位教师的错误在于课前引导不足，缺乏教学经验，这是年轻教师常出现的问题。然而所有的教师都只是从结果的角度整体否定了这堂课，没有教师肯定他户外体验的教学方法，更没有教师帮他指出解决问题的方法。教研组应该创设宽松的环境，鼓励、支持教师的创新教学，只有这样，教研组的作用才能得到教师的认可。

3.教研管理要由管理意识向服务意识转变

管理是外控的，而教研的动力则应是教师自身内化的。教师教研就像作家写作，其动力应当更多地出自其内在的欲望和追求，而不是上级的任务要求。许多学校的教研管理只是简单地布置任务，比如要求每位教师一年必须上交几篇论文，参与多少课题，写多少篇教学反思和教学叙事等，这些“硬性任务”最终难免流于形式，打击了教师教研的积极性。基于这个原因，笔者认为教研活动的管理首先应重在服务，教研组应为教师专业化发展提供平台，比如组织教学技能比赛，进行公开课、说课、片段教学、课件制作、微课制作的评比等。只有这样，教师的个人教学技能才能有施展的平台，促使教师不断学习进步。同时，学校教研管理应重在激励，对教师教研的成果和做出较大成绩的教研组应该有相应的物质奖励、工作积分奖励，或选派去比赛、培训，引导优秀教学能手向学习型、专家型教师发展。

4.县市区级教研活动为教师专业发展提供更高更广阔的平台

各校教研组可以依托片区进修学校等教研机构，组织参加更高级别的比赛和交流。同时，片区教研力量在培养骨干教师、学科带头人，请名师、专家到校指导开讲座等方面更有优势，为教师专业成长、教研组活力的提升起到了重要作用。近年来，随着电子阅卷系统的普及，片区教研力量还可以组织片区内学校进行统一阅卷，并将阅卷的数据及时反馈给各学校，提升学校对各学科的质量监控效率，有利于提高片区内教研活动的实效性。

5.教育主管部门应明确教育的目的是为人的自身发展服务

教育的首要核心是培养高素质的社会主义建设者，因此中学教育更应注重教学研究，扎扎实实把关课堂教学，实实在在让学生想学习、会学习，而不是在课堂中接受满堂灌，过早地透支学习的热情、兴趣。教育的质量离不开教学成绩的考核，但纯粹的教学成绩考核会让基层学校的应试教育愈演愈烈。因此从我国当前的国情出发，教育主管部门应积极发挥教研组的作用，逐步为学校火热的中、高考成绩比拼降温，建立完善的学校办学质量考核体系和学生综合素质评价体系。

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目前为止，科学家还没有真正地定论到底什么是基因，但是我们有对基因深刻的理解，可以阐述基因在细胞学的基础是什么。首先我们知道基因在染色体上，信息基础是DNA序列和遗传密码，功能技术是基因产物，这个产物包括RNA和蛋白质。

基因是经济，也是未来基因首先是资源，每个人都携带自己的基因；基因本身是知识，我们要了解基因的功能、基因的存在、基因的多样性；基因也可以成为专利，然后生产出基因药物；基因还可用于食疗；做农产品的基因组就是为了让农产品增产，所以基因是经济，也是未来；基因与健康的关系稍微复杂一些，基因可以归味入药，可以用于诊断疾病、治病救人。

基因产物的多样性通过数学家的参与，使生物学有更重大的发展，产生了数量遗传学。分子生物学的介入使生物学又有一个新的综合思考，就是分子生物学和观察生物学，这两个生物学之间的综合就产生了新的开阔领域。基因的研究或者生物学的研究有很多因素在里面，有环境因素，有基因型，有表现型、表型可塑型。

基因组学人有数十万个基因，在不同的细胞里表达的基因不一样，人体由几十种组织，几百个细胞组成。基因组学或者叫做人类基因组计划开创的基因组生物学，主要目的是获取基本的生物学信息，包括六张基本的图，从DNA到蛋白质的相互作用。

人类基因组学研究计划的几个阶段目标

基因组编码的生命蓝图是现在生命科学研究很重要的起点。人类基因组学研究总体计划分几个阶段性目标：

“一个人”：1995～2004年，完成一个人的基因组，即人类基因组全部序列；

“几百人”：2003～2005年，完成几百个人的人类基因组的多样性，即人类基因组单倍体型图；

“几千人”：2005年以后，完成几千人基因组多样性，完成群体特异性基因变异图谱；

“每个人”：2010年以后，当技术准备充分，每个人的基因组都可以测定出来。

从基因组学到疾病与健康

基因可归味入药；基因可断疾切脉；基因可治病救人；基因可延年益寿；基因可返老还童；基因可起死回生。基因组计划的目的把基因组学的科学成果用到生物学其他领域里，用到人的健康上，最后到社会的应用。

目前，人类面对很多慢性疾病，如高血压、癌症等，对此，研发新药也有新的突破，中国科学家生产出来第一个用基因重组的药，是基因治疗药物，第一个在市场上应用。

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关键词：人类基因组 基因克隆 基因组学 结构基因组 功能基因组

人类基因组计划（human genome project,HGP）是由美国科学家、诺贝尔奖获得者Renato dulbecco于1986年在杂志《Science》上发表的文章中率先提出的，旨在阐明人类基因组脱氧核糖核酸（DNA）3×109核苷酸的序列，阐明所有人类基因并确定其在染色体的位置，从而破译人类全部遗传信息。美国于1990年正式启动人类基因组计划，估计到2003年完成人类基因组全部序列测定。欧共体、日本、加拿大、巴西、印度、中国也相继提出了各自的基因组研究计划[1]。由于各国政府和科学家的共同努力，HGP目前已在为全球范围的合作项目；随着数理化、信息、材料等学科的渗透和工业化管理模式的引进，HGP已真正成为生命科学领域的科学工程，基因组（genomics）作为一门新兴学科也应运而生。

与此同时，科学界也在思索人类基因组计划完成后的下一步工作，因此就有了“后基因组计划”（post-genome project）的提法。大多数科学家认为原定于2003年所完成的人类基因组计划只是一个以测序为主的结构基因组学（structural genomics）研究，而所谓的“后基因组计划”应该是对基因功能的研究，即所谓的功能基因组学（functional genomics）。此外，一些新的概念如：“蛋白质组（proteome）”、“环境基因组学（environmental genomics）”和“肿瘤基因组解剖学计划（cancer genome anatomy project,CGAP）”等等也在不断向外延伸。

一、结构基因组学

（一）人类基因组作图

人类基因组作图根据使用的标记和手段不同，初期的作图有二种：一是通过计算连锁的遗传标记之间重组频率而确定它们相对距离的遗传连锁图，一般用厘摩（cM）来表示；二是确定各遗传标记之间物理距离的物理图，一般用碱基（bp）或千碱基（kb）或兆碱基（Mb）来表示。1cM的遗传距离大致上相当于1Mb的物理距离。随着研究工作的进展，遗传图和物理图逐渐发生整合，在此基础上大量引入基因标记，从而形成了新一代的转录图[1]。

1.遗传连锁图 遗传连锁图（genetic map）绘制需要遗传标记，早期的遗传标记主要为生化标记，20世纪80年代中期以限制性片段长度多态性（RFLP）、串联重复序列拷贝多态性和小卫星重复顺序等遗传标记为主，这类标记的数量较少，信息也较低；20世纪80年代后期发展的短串联重复序列（short tandem repeat,STR）也称微卫星（microsatellite,MS）标记，主要为二核苷酸重复序列，如：（CA）n，它们在染色体上分布较均匀，信息含量明显高于RFLP，因而成为遗传连锁分析极为有用的标记；近年来，单个碱基的多态性（single nucleotide polymorphism,SNP）标记又被大量使用，其意义已超出了遗传作图的范围，而成为研究基因组多样性和识别、定位疾病相关基因的一种新标记。

2.物理图 物理图（physical map）包含了两层意义，一是获得分布于整个基因组的30000个序列标签位点（sequence tagged site,STS），这可使基因组每隔100kb距离就有一个标记；二是在此基础上构建覆盖每条染色体的大片段DNA克隆，如：酵母人工染色体（yeast ar tificial chromosome,YAC）或细菌人工染色体（bacterial artificial chromosome,BAC）、人工附加染色体（human artificial episomal chromosome,HAEC）和人工噬菌体染色体（P1 bacteriophage artificial chromosome,PAC）等连续克隆。这些图谱的制作进一步定位其它基因座提供了详细的框架[2]。

3.转录图 构建转录图的前提条件是获得大量基因转录本即信使核糖核酸（mRNA）的序列，人类基因组中的基因数目约在10万左右，构建转录图首先需要获得人类基因的表达序列标签（expressed sequence tag,EST），以此建立一张人类的转录图，并与遗传图的交叉参照。

4.DNA序列的生物信息学 HGP一开始就与信息高速公路和数据库技术形成了同步发展。迄今，国际上四个大的生物信息中心即美国的国家生物技术信息中心（NCBI）、基因组序列数据库（GSDB）、欧洲分子生物实验室（EMBL）和日本DNA数据库（DDBJ）已经建立和维持了源自数百种生物的互补DNA（cDNA）和基因组DNA序列的大型数据库。这些中心和全球的基因组研究实验室通过网点、电子邮件或者直接与服务器和数据库联系而获得的搜寻系统，使得研究者可以在多种不同的分析系统中对序列数据库提出质询，这些分析包括基因的发现、蛋白质模体的鉴别、调控元件的分析、重复序列的鉴别、相似性的分析、核苷酸组成的分析以及物种间的比较等。

（二）基因组的基本结构和进化

人类基因组研究的目的，不仅为了单纯地积累数据，而且要提示数据中所蕴藏的内在规律[3]，从而更好地认识生命体。近年来，随着模式生物体测序的相继完成和人类基因组测序速度的加快（到1999年12月已宣布完成人类第22号染色体的完全测序），特别是生物信息所提供的强有力的分析和综合手段，使人人能够逐渐透过浩瀚的基因组序列信息，去探索一些更为本质的问题，如：基因组的复杂度与生物进化、基因组编码序列的结构、基因和蛋白家族、基因家族的大小及其进化。

（三）疾病的基因组学

HGP的直接始动因素是要解决包括肿瘤在内的人类疾病的分子遗传学问题[4]，因此与人类健康密切相关。另一方面，8000多种单基因遗传病和多种大面积危害人群健康的多基因疾病（如：肿瘤、心血管病、代谢性疾病、神经疾病、精神疾病、免疫性疾病）的致病基因和疾病相关基因占人类基因组中相当大的一部分。因此，疾病基因的定位、克隆和鉴定是HGP的核心部分。

20世纪90年代之前，绝大多数人类遗传性疾病的原发生化基础尚不清楚，无法用表型-蛋白质-基因的传统途径进行研究。在HGP的遗传和物理作图带动下，出现了最初被称为“反求遗传”、90年代初又改称为“定位克隆法”的全新思路。该思路的关键内容是：应用细胞遗传学定位和家第连锁分析方法，首先将疾病基因定位于染色体的特定位置，然后通过进一步的遗传和物理作图，使相关区域压缩至1Mb之内，此时即可构建YAC、BAC、PAC、HAEC或粘粒（comid）等克隆重叠样，从中分离基因，并在正常人和患者的DNA中进行结构比较，最终识别出疾病基因。包括囊性纤维化、Huntington舞蹈病、遗传性结肠癌、乳腺癌等一大批重要疾病的基因是通过“定位克隆”发现的，从而为这些疾病的基因诊断和未来的基因治疗奠定了基础。随着人类基因图的日臻完善，一旦某个疾病位点被定位，即可从局部的基因图中遴选出结构、功能相关的基因进行分析，将大大提高疾病基因发现的效率。

目前，人类疾病的基因组学研究，已深入到多基因疾病这一难点。多基因疾病难以用一般的家系遗传连锁分析取得突破，需要在人群和遗传标记的选择、数学模型的建立、统计方法的改进等方面进行不断的探索。

二、功能基因组学

HGP当前的整体发展使功能基因组学提到了议事日程[5]，出现了结构和功能基因组学向功能基因组学过渡、转化的过程。一般认为，在功能基因的组研究中可能的核心科学问题有基因组的多样性和进化规律；基因组的 表达及其调控；模式生物体基因组研究等。

（一）基因组多样性

人类是一个具有多样性的群体，不不同群体和个体在生物学性状以及在对疾病的易感性/抗性上的差别，反映了进化过程中基因组与内、外环境相互作用的结果。开展人类基因组多样性的系统研究，无论是对于了解人类的起源和进化，还是对于医学均会产生重大的影响。各种常见多因素疾病（如：高血压、糖尿病和精神分裂症等）相关基因的研究将成为功能基因组时代的研究热点。除了利用多态性遗传标记进行精细定位这一传统途径，也将采用基因组水平再测序的方法直接识别变异序列，即选取一定数量的受累和未受累个体，对所有疾病相关或候选基因的全序列（或其编码区）进行再测序，准确定位其变异相关标记位点。同样，肿瘤研究也需要对肿瘤相关基因进行大规模的再测序。

（二）识别人类基因的共同变异

已知大多数人类基因的等位基因数量是有限的，常仅有2～3种。形成这种遗传多样性局限性的原因，很有可能是因为现代人类来源于一个相当小的群体，这有助于揭开许多疾病敏感性的奥秘。如：载脂蛋白E基因有三种主要变型（E2、E2和E4），可以解释老年痴呆症和心血管疾病的风险性；血管紧张素原转换酶（ACE）与心血管疾病一定相关性；化学趋化因子受体CKR-5在一定程度上影响对人类免疫缺陷病毒（HIV）的敏感性等。非编码区对评价疾病风险也是重要的，精确定位非编码区变异的方法可以是对调控区域变异的系统性筛查，也可利用精密遗传图在人类群体中识别祖先染色体节段。

三、药物基因组学

基因组多样性也在一定程度上决定了人体对药物的反应，通过对影响药物代谢或效应通路有关基因的编码序列的再测序，有可能提示个体对药物反应差异的遗传学基础，这就是“药物基因组学”（pharmacogenomics）的主要内容[6]；以此作为延伸，提示个体对环境反应差异的遗传学基础的环境基因组学也已露端倪。

四、蛋白质组学

蛋白质组学是要从整体上研究蛋白质及其修饰状态。目前正在发展标准化和自动化的二维蛋白质凝胶电泳的工作体系，包括用一个自动系统来提取人类细胞的蛋白质，继而用色谱仪进行部分分离，再用质谱仪检测二维修饰，如：磷酸化和糖基化。此外，也有人在设计和制作各种蛋白质生物芯片；蛋白质的另一个重要工作内容是建立蛋白质相互作用的系统目录。生物大小即蛋白-蛋白和蛋白-核酸之间的互作构成了生命活动的基础，这些互作有可能以通用的或特殊的“陷井”（如：酵母双杂交系统）加以识别[7]。

总之，基因组学正方兴未艾，其现实意义和深远意义已得到全体人类的共识，预期在不远的将来，人类基因组学将对人类的健康、计划生育、优生优育产生重大影响。

参考文献

1 Rowen L. Mahairas G, hood.L.Science,1997;278:605-607

2 Goffeau A,Barrell h,Bussey H et al. Sceince,1996;274:546-567

3 Kleyn PW,Vesell eS.Develop Sci,1998;18:1820

4 Housman D,Ledley fD.Nature Biotech,1998;16:492

5 Hitert P,Boguski m.Science,1997;278:568

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关键词：高性能计算；应用；中医药

中图分类号：R-3 文献标识码：A 文章编号：2095-5707（2016）06-0010-03

Abstract： High performance computing （HPC）， as a new and important research tool， has been applied in many fields successfully. Application of HPC in the TCM field is still in the exploratory stage. HPC in the future may be innovatively applied in the field of genomics Chinese herbal medicine， virtual medicine screening of new TCM， TCM data mining and big data analytics， modeling and simulation and so on.

Key words： high performance computing （HPC）； application； TCM

高性能计算是计算机科学的一个分支，研究并行算法和开发相关软件，致力于开发高性能计算机。高性能计算是世界各国竞相发展的前沿技术，是体现一个国家综合实力和科技竞争力的重要指标。

科学计算作为科研方法变革的产物，已经发展成为与传统的理论、实验并驾齐驱的第三种科研方法，并且日益成为越来越重要的科研方法。科学计算方法的运用，是高性能计算应用的基础和前提条件，而使高性能计算真正发挥作用主要取决于高性能计算的应用研究水平[1]。本文对于促进高性能计算未来在中医药领域的应用、丰富中医药信息学的研究内容及由此产生的中医药科研方法的创新具有推动作用。

1 高性能计算应用概况

1.1 我国在高性能计算应用领域仍处于落后水平

在高性能计算的研发和应用领域美国一直处于世界领先水平，日本和欧洲国家紧随其后长期位居世界先进行列。近年来，我国在高性能计算硬件的研发方面取得了突破性进展，通过自主创新逐步掌握了一批硬件研发的关键技术。中国国防科技大学研制的天河系列超级计算机连续多次在世界超级计算机排行榜中名列首位，标志着我国高性能计算的硬件研究水平目前已经接近国际先进水平。但在应用软件方面的发展严重滞后于硬件的发展水平，自主开发的高性能计算应用软件严重匮乏，需要大量购买和引进国外开发的应用软件，重要和关键部门的应用受制于人[2]。应用软件是高性能计算应用的基础，由于应用软件研发水平的严重落后，目前我国在高性能计算应用领域仍处于落后水平。

1.2 国内外高性能计算主要的应用领域

高性能计算作为崭新和重要的科研工具，目前已经在众多的领域得到了成功应用，各种前沿科学研究、技术开发和工程设计都越来越多地使用了高性能计算，高性能计算已经日益成为科技创新的重要力量。目前主要的应用领域包括气象数值模拟与预报、地震预报、纳米技术、生物医学、环境科学、空间科学、材料科学、计算物理、计算化学、流体力学、地震三维成像、石油勘探、天体星系模拟、大气与海洋模拟、固体地球模拟、工业设计、核武器研究、全球气候模型、湍流分析、飞行动力学、海洋环流、流体力学和超导模型等[1]。在生物医学领域的应用目前主要集中在人类基因组学、蛋白质组学、药物设计、分子动力学模拟等方面。

1.3 高性能计算应用的瓶颈

高性能计算虽然已经在众多领域得到了成功应用，但由于技术难度等的限制，仍然属于高投入高产出的非普及型应用。目前制约高性能计算应用的主要问题包括软件开发的技术难度非常大，系统使用成本过高，不仅体现在软硬件购置费用昂贵，而且系统运行维护成本过高，大型系统的年电费需上千万元[2]。比较高精尖的应用范围、非常高的技术要求和过高的使用成本，这些都限制了高性能计算的广泛应用。

2 高性能计算在中医药领域应用的可行性分析

2.1 高性能计算在领域应用的前提条件

高性能计算在领域应用的条件首先需要应用领域具有较高的科研水平，特别是能够通过科学计算的方法建立相应的数学物理模型和应用软件来解决实际问题，利用高性能计算才有可能促成应用领域研究水平的大幅度提高。通过对高性能计算应用领域的最高学术奖戈登奖获奖项目的分析，这些获奖的应用项目绝大多数都具有多学科交叉融合的背景，这反映了高性能计算的应用需要应用领域与计算机科学、数学等学科的跨学科合作[3]。随着高性能计算的应用，近些年高性能计算与应用学科的交叉学科不断涌现，产生了计算化学、计算物理学、计算生物学等许多新兴学科，这些交叉学科的产生标志着高性能计算在这些领域得到了高水平应用。

2.2 计算生物学的启示

计算生物学是一门以生命科学中的现象和规律作为研究对象，以解决生物学问题为最终目标，通过模拟和仿真的方法对生物学问题进行定量和定性研究的新兴学科。计算生物学与生物信息学比较，最大的不同之处在于生物信息学侧重于生物信息的采集、存储、处理和分析，而计算生物学侧重于对生命现象进行研究、解决生物学问题[4]。目前计算生物学领域的研究主要集中在蛋白质行为的模拟、药物分子的筛选、基因测序等方面。

虽然目前中医药领域还不满足高性能计算的应用条件，但通过借鉴计算生物学的研究方法，未来有可能在中医药领域开展具有创新性的高性能计算的应用研究。

3 高性能计算在中医药领域应用的展望

3.1 中药植物药的基因组学

基因组学是遗传学的一个分支，研究生物基因组和如何利用基因，涉及基因作图、测序和整个基因组功能分析，研究内容包括以全基因组测序为目标的结构基因组学和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学。基因组学是高性能计算应用的一个重要方向，没有高性能计算人类的基因组计划就不可能实现，高性能计算已经成为基因组学研究不可或缺的科研工具。随着基因组学研究的深入、技术的成熟和成本的大幅度下降，使得基因组学的研究逐渐由人类的基因组学扩展到动物、植物等多个相近领域。利用高性能计算在基因组学方面成熟的应用软件开展中药植物药的基因组学研究未来有可能是高性能计算在中医药领域的重要应用。

3.2 中药新药的虚拟药物筛选

利用高性能计算进行虚拟药物筛选目前已经成为西药新药开发的一条崭新和重要的途径。新药研发的核心工作之一是从大量的化合物样品库中发现有药理活性的化合物，计算机虚拟筛选辅助新药开发是利用统计学和分子模型化技术来指导新的先导结构的发现或设计，从而减少实验室的工作量，缩短开发周期、降低开发成本。近年来对多靶点药物的研究已经成为国际上新药开发的一个重要的研究热点，中药是天然的多靶点药物，蕴含着巨大的新药创制的潜力[5-6]。应用高性能计算开展中药新药的虚拟药物筛选有可能成为中药新药开发的崭新途径。

3.3 中医药数据挖掘和大数据分析

数据挖掘是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的实际应用数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用的信息和知识的过程。大数据分析是指对规模巨大的数据进行分析，目前世界各国对大数据分析技术高度重视，大数据被视为国家重要的战略资源。数据挖掘和大数据分析是高性能计算应用的重要领域之一。目前中医药领域的数据挖掘和大数据分析主要集中在对方剂配伍规律、中医证治规律等的研究，现有的研究水平还不能构成对高性能计算的迫切需求。随着数据挖掘和大数据分析在中医药领域应用水平的提高，数据研究的内容、方法和结果的日趋丰富，随着数据量的积累和研究方法复杂度的提高，中医药数据挖掘和大数据分析未来有可能成为高性能计算在中医药领域富有潜力的应用。

3.4 模拟与仿真

模拟与仿真是依靠计算机通过数值计算和图像显示的方法，对工程、物理、生物等各类问题进行研究。高性能计算不仅具有强大的计算功能，还可以模拟或代替由于受经济或者其他条件限制不能进行的实验。2013年10月，哈佛大学教授Martin Karplus、斯坦福大学教授Michael Levitt和南加州大学教授Arieh Warshel因“为复杂化学系统创立了多尺度模型”而获得诺贝尔奖，评委会声明中称这一成果意味着对于化学家来说计算机已经成为同试管一样重要的工具[1]。

计算机模拟方法在生命科学中已经得到了迅速的发展和广泛的应用。高性能计算应用领域的最高学术奖戈登奖获奖项目“在20万CPU核和异构体系结构上的千万亿次持续性能血流模拟”，该项目模拟了血液流动状态，可以辅助血栓的早期病理学诊断及抗血栓药物的研究。另一项获奖项目“呼之欲出的猫：包含109规模神经元、1013规模突触的大脑皮质模拟”，对神经元和突触规模与猫大脑相当的大脑皮质功能进行了模拟，并以此为基础开展了认知计算的研究[3]。此外国内外大量的高性能计算被用于分子动力学模拟，分子动力学模拟是一种数值模拟方法，通过将分子抽象为由化学键连接的质点按照基于牛顿力学的数学模型迭代求解分子体系的行为。利用高性能计算进行分子动力学模拟已经成为化学和生物学研究中与实验手段相当的标准研究方式[7-8]。模拟和仿真技术在中医药研究中的应用未来有可能成为高性能计算在中医药领域创新性的应用。

4 小结

高性能计算的应用是使高性能计算真正发挥作用的软实力，是高性能计算领域重要的研究内容。高性能计算的应用需要多学科的交叉与合作，计算生物学的产生标志着高性能计算在生物医学领域得到了成功应用。

高性能计算在中医药领域的应用目前还处于探索阶段，尚不具备大规模应用的条件和基础。未来有可能通过借鉴计算生物学的研究方法在中药植物药的基因组学、中药新药的虚拟药物筛选、中医药数据挖掘和大数据分析、模拟与仿真等领域进行开创性的应用研究。高性能计算在中医药领域的应用将会对中医药科研方法的创新与发展产生深刻的影响。

参考文献

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[2] 周兴铭.高性能计算技术发展[J].自然杂志，2011，33（5）：249-254.

[3] 张理论，邓小刚.戈登奖――分析与思考[J].计算机工程与科学， 2012，34（8）：44-52.

[4] 徐书华，金力.计算生物学[J].科学，2009，61（4）：34-37.

[5] 朱伟，罗颂平.治疗输卵管阻塞性不孕的中药多靶活性成分计算机虚拟筛选[J].时珍国医国药，2012，23（6）：1531-1532.

[6] ，孙晓波.网络药理学：中医药现代化的新机遇[J].药学学报，2012，47（6）：696-703.

篇6

（青年俊才候选人）。主要从事鱼类比较基因组学和群体基因组学研究。迄今在BMC Biology、Molecular Biology and Evolution、Molecular Ecology等国际知名学术期刊发表学术论文20余篇。

鱼类几乎占领了地球上所有水域中的生态位，既是生态系统的重要组成部分和生物资源，也是重要的科学研究对象。“中国的鱼类研究具有源远流长的历史。遗憾的是，目前斑马鱼、青、刺鱼、鲡鱼等成为模式生物的鱼类，都是由外国学者所倡导和建立的。某种角度上中国的鱼类研究缺少自己的标签。”郭宝成说。10多年来，郭宝成遨游在鱼类世界里，他的身影穿梭在实验室里、野外采样现场、讲台上、学术报告会议上，忙碌而又充实。

始于兴趣，享受科研

“早在中山大学读本科的时候，受益于本科生导师制，师从鱼类生理学家和鱼类养殖学家林浩然院士。”郭宝成就是这样跟鱼结了缘。

兴趣使然，研究生时期，郭宝成选择就读于中国鱼类学研究中心――中国科学院水生生物研究所，师从中国鱼类分子系统学与生物地理学的杰出研究者――何舜平研究员。郭宝成回忆说：“何老师给了我极大的学术自由，宽松自由的学习氛围使我感受到了科研是一种享受。”

同时，郭宝成也深刻感知到科研容不得半点浮躁，并且在之后的科研道路上用自己的行动践行着这一箴言。“何老师总是告诫我们要把有限的时间和精力都投入到实验室和科研项目上。很多老院士、老科学家，他们一辈子就专注于做一件事。”郭宝成也坚信，有付出就会有回报，你的付出即便现在看不到回报，但在未来一定会反馈给你。

2010年，郭宝成顺利拿到了中国科学院水生生物研究所水生生物学博士学位，5年的硕博连读使他在鱼类分子进化领域得到了系统的训练与积累，但是郭宝成却希望能够继续深造，开阔学术视野。“在鱼类研究领域，国外无论是在理论上，还是在实际应用中，都有很多值得学习的地方。”博士毕业后，郭宝成先后在瑞士苏黎世大学和芬兰赫尔辛基大学继续从事有关鱼类进化基因组学的研究。

国外6年的科研历程使郭宝成建立了广泛的学术交流网络，瑞士苏黎世大学的Andreas Wagner教授、芬兰赫尔辛基大学的JuhaMerila教授、德国明斯特大学的Erich Bornberg-Bauer教授、英国皇家学会院士牛津大学的 PerterHoland教授、加拿大麦吉尔大学的Frederic Chain博士、芬兰赫尔辛基大学的Zitong Li博士都是郭宝成科研路上的合作者。

“其实，科研是没有国界、不分领域的。我和很多科学研究者都素未谋面，但是我们通常会用e-mail进行交流，共同的兴趣爱好驱使我们走到一起。比如，我在瑞士的导师提倡‘idea-driven’，他的实验室里有做鱼的、做酵母的、做老鼠的，大家的研究对象不尽相同，但总是可以相互学习借鉴。”郭宝成说。

勇于开拓，解锁鱼类基因进化密码

基因（M）重复作为普遍存在的生物学现象，是基因组和遗传系统多样化的重要推动力量。重复基因的功能分化一直是研究热点，也是郭宝成的研究内容之一。通过数据挖掘，郭宝成发现已有的研究大都集中于重复基因序列碱基变异，插入缺失对重复基因的影响是研究中的“缺口”。因此，他决定以在进化过程中，基因（组）重复尤其突出的鱼类为研究对象，系统研究插入缺失对重复基因分化的影响。

郭宝成发现重复基因比单拷贝基因积累了更多的插入缺失，重复基因两个拷贝均有插入缺失积累，缺失的积累要比插入的积累普遍，插入缺失倾向积累于蛋白质二级结构的环结构域及三级结构的表面，重复基因两个拷贝间的序列分化程度与其插入缺失积累密度呈显著的正相关，插入缺失而非碱基变异是重复基因两个拷贝间蛋白四级结构分化的主要原因。通过总结上述研究成果，郭宝成提出了插入与缺失是重复基因进化的重要动力。研究结果发表于国际知名分子进化刊物Molecular Biology and Evolution，受到编辑与审稿人的高度认可。

生物适应性进化的遗传基础是生物学研究的基本问题，了解生物适应性进化的遗传基础，对于生物多样性的保护以及资源的可持续利用至关重要。因此，郭宝成以鱼类海水向淡水的适应为其研究的切入点。

已有研究表明，环境因子是方向性选择的重要动力，因此具有非常高盐度和温度梯度变化的波罗的海为研究海洋鱼类群体分化提供了天然的实验室。通过对波罗的海中三刺鱼和鲱鱼群体的研究，郭宝成发现，遗传分化发生在三刺鱼和鲱鱼的整个基因组范围；而盐度和温度的变化是波罗的海三刺鱼和鲱鱼遗传分化的动力。为海洋鱼类群体分化及局部适应（local adaptation）提供了确凿的证据，研究成果发表在BMC系列旗舰刊物BMC Biology和分子生态学代表性刊物Molecular Ecology上，发表一年来已受到数十次引用。积跬步，以至千里

“促进和提高中国的鱼类进化研究”，这是长久以来萦绕在郭宝成内心的声音。2016年，郭宝成作为中国科学院动物研究所“百人计划―青年俊才”候选人从芬兰归来。在未来几年里，一方面，他将以前期的研究成果为切入点，继续深入研究插入与缺失在重复基因功能分化中的作用及其在鱼类物种分化中可能的作用；另一方面，为了研究生物进化的重复性和可预测性，郭宝成拟以发生适应辐射的刺鱼类群为研究对象，运用群体基因组学和比较基因组学的方法，研究全球范围内，刺鱼从海水向淡水适应辐射过程中，种内平行进化与种间趋同进化的遗传基础，从而进一步揭示适应辐射发生遗传机制的一般规律。郭宝成已经逐步组建起了属于自己的鱼类进化与基因组学研究团队，并且得到了国家自然科学基金的资助。

在开展科学研究的同时，郭宝成深知科研平台在创新型人才的培养中蕴含着巨大的潜力。他说：“人才培养工作是科学研究的重中之重，毕竟科研最终是要由人完成的。就鱼类研究在国内的发展来看，我们应该以人为本，培养一批以鱼类为研究对象，掌握分子与细胞生物学、遗传学、基因组学以及生物信息学技术的复合型人才，以此带动我国鱼类研究的发展。”目前.郭宝成的中国科学院动物研究所鱼类进化与基因组学研究团队已经纳入了1名博士后、1名博士生和2名硕士研究生，并且正在逐步扩展当中。

在具体的科研人才培养工作中，郭宝成认为，学生独立思考与动手能力是并重的。他说：“作为学生科研道路上的指引者，我们既要培养学生的独立思考能力，组织学生参加各种学术会议，开拓眼界，又要培养学生动手解决科学问题的能力。独立思考能让学生知道什么是科学研究的重要问题或者亟待解决的问题，而动手能力则为问题的解决提供了保障。”

篇7

【摘要】

整体医学是一种弱整体观，理论基础是还原科学观。未来的整体医学是以中医学为核心的功能与结构统一的医学体系。中医学的整体观经历了一个发展过程，中医现代化必须从《内经》的整体观开始，而中医基因组学和中医心理学是关键。中医现代化的目的就是用现代的语言和当代科学技术重新描述人与自然、人与社会平衡条件下的人整体及其运动规律。整体医学的崛起将给中医药学的国际化带来机遇。

【关键词】 整体医学； 基因组； 中医心理学； 中医基因组学

1 整体医学

整体医学是现代社会正在兴起的一种医学体系，将医学看成一个有机整体，从整体上来认识医学的性质、对象和目的。整体医学与传统中医药学在外表近似，但是本质有所不同。整体医学从本质上说，是一种系统论。整体医学就是用整体观认识医学的各个要素。 而整体医学的整体观是建立在现代科学技术所认识的所有联系的基础上，从科学的长远发展上来说，这是一种弱整体观，一种综合论，理论基础是还原科学观。

医学的发展大致经历了三个时代，即经验医学时代、实验医学时代和当前的整体医学时代。经验医学时代为自然哲学医学模式，实验医学时代为生物医学模式，而整体医学时代为生物-心理-社会医学模式。当今医学的特点是处在实验医学时代向整体医学时代的过渡时期，整体医学的理论体系尚未正式形成，但已具雏形。现代的整体医学是现代科学技术尤其是生命科学发展的结果，但是生命科学——基因组学正在走向完善的基因组联系，将来的发展必然在基因组的普遍联系上证明中医的基本理论，所以随着基因组学的整体化发展，以及中医学的跨越式发展，现代整体医学必然走向更完备的、以中医学为核心的整体医学。

2 中医学现代化

整体医学的崛起给中医药学国际化带来了机遇，整体医学与中医药学的关系是十分密切的。从理论体系看，整体医学的理论与中医药学的学说实际上是相通的。如《黄帝内经》中就提出“人与天地相参”的观点。

中医药学其实就是一门完整的整体医学。中医学有着对人体自身整体性及人与自然、社会环境相统一的认识。但是中医学又是一门模糊的整体科学。《黄帝内经》建立于二千多年前，是古人观察人体与自然所建立的整体医学，其本质就是结构与功能相统一的整体观，但是由于社会发展水平和极端落后的科学技术条件的限制，这个时候形成的整体只能是粗略与模糊的。随着时代的发展，由于封建礼教的限制，加之受中国哲学观重用轻体、重道轻器价值取向的影响，人们开始疏于人体具体的形态和结构，歧视人体解剖，对人体的细节和局部方面未做较深入的剖析研究，随之《内经》的结构功能统一的整体观逐渐演变为单纯的功能性的整体观。由于缺乏了结构和形态的支持，不能得到有效的可见的物质证据来说明自己的科学性，本身也缺乏创新发展，所以随着以结构为主的现代医学的发展，中医学屡次受到打击和排斥。

中医药学的发展必须从《黄帝内经》的整体思想开始做起，真正认识整体的本质，结合现达的科学技术尤其是分子生物学技术，发展新时代的完整的结构与功能统一的整体观。所谓中医现代化就是用现代语言和科学技术重新描述人与自然、人与社会平衡条件下的人整体的运动规律。

当代分子生物学在迅猛发展，借助电子计算机技术处理大量数据，基因组学得到了极大的发展。在足够的时间内，基因组学很可能走向整体，最后可能在基因的相互联系中发现了中医的阴阳五行所存在的基因证据，这时候中医就会被分子生物学所吸收，现代的整体医学就可能吸收了中医药学的优势发展成为完善的结构与功能统一的整体医学，中医不再是中国的中医了。这是好事，但是对于国家和民族，对于中医学的发源地，我们将失去一次崛起的机会。

3 整体的含义

中医学是整体科学，西医学是还原科学。中医现代化首先必须是基础理论的现代化，而基础理论的现代化又以整体为前提，整体观的现代化为首要。 以前中医现代化的失败在于从传统的功能整体观方法论上而不是从整体的根本意义上看待现代化。而西医也是从自身的方法论上看待中医，所以在这种前提下根本的中西医结合是不可能的。

整体是物质的结构与功能的统一，两者互相依存、不能分离，结构是功能的基础，功能是结构的展现。整体是局部的整体，局部是整体的局部。 整体是物质形、气、能的统一，是结构与功能的统一，是一种客观实在。

任何个体都是由两种以上的物质要素混化而成的。这一混化物可以呈质地均匀无别的气态，也可以呈实体存在的实体态。前者固然是一体，后者，尽管它的实体组成部分可以形形，各部分的功能也可千差万别，但该实体物的气却遍布全体、贯穿内外，使组元形成有机联系的和谐整体。这里所说的整体，指形成气的时空结构而言，它是维系气独立性、特殊性的根本，也可把整体理解为气的结构模式。譬如，设某模式为特殊的比附，这种特定的形状结构的性质是不受其所占位置的大小影响的。因而时空结构模式一旦形成，不仅可以使全部事物的各个部分都处在同一结构上，而且这一整体特以渗透到所属各个局部中去，使在这一整体中的局部组元可以体现整体，这是与组元作为独立存在物的根本区别：①整体的实在性。②整体的联系性：任何整体都在和其他整体处在密切的联系当中，联系是这个整体存在的必然条件，没有联系便没有这个整体存在的必然性了。③整体的层次性：任何整体都是大的整体的一个组成部分，而这个整体有包含了小的层次的整体，小的局部组成。④整体规律的类似性：一物生来有一身，一物自有一乾坤。每个整体都是从类似规律演化而来，从无极演化，有太极，从这太极演化阴阳，以至这一整体全部。⑤整体的进化性：宇宙从无极逐渐演化太极，以至现在的万物，在发展至人这个宇宙最高级的生命个体，便是整体演化的最好的证明。

气是中医学的核心。现代医学是从有形的结构上研究，形是气所聚，形散为气，气是形的场，形气是统一的。气是整体的体现。 那么从形气理论的两种医学也是可以统一的。

整体性是贯穿人体宏观和微观的根本。从宏观逐渐微观，每一层次都是结构和功能的统一，每一层次都服从统一的整体性，而整体性是每一层次运动联系的根本。这个的整体规律就是中医基础理论，这个规律指导着每一层次的运动和相互作用。

4 建立中医基因组学

基因组是现代生物学还原到分子的体现，由此生命科学开始转向整体科学。现在的功能基因组学就是这一转向的体现。基因组是整体科学与还原科学的交汇点。

基因组是人体的微观信息调控中心，更体现了人体的整体性。它是人的精气的凝聚态，含有生命的全部信息。宏观人体整体和微观的人体基因组整体性是统一的和同源的，基因组整体是由五脏功能模块组成，这五脏又有亚细的模块组成，这亚细的模块又有更微小的基因模块组成，各个大模块亚细模块之间存在协调的相互关系，这个关系就是微观经络系统。基因功能模块由相应的基因组成，基因组整体是结构和功能统一的整体。建立中医特色的基因组学是为了完善中医药学理论，发展整体医学。建立微观基因组整体辨证论治，并没有否定传统意义上的辨证论治观，而是将其发展一步，深入到基因组整体内部，将整体观深入到基因组整体中，将宏观整体辨证和微观基因组整体辨证结合起来，建立了一个从外至里、从里至外的整体的辨证论治观，建立宏观和微观统一的整体的辨证体系。这才是科学的完整的辨证论治观。

建立中医基因组学是为了在基因研究的基础上，结合证候研究，证明中医证候理论的正确性；进而在分子基础上证明中医脏腑经络理论的正确性，最后深入基因组研究，深入了解基因组所蕴含的生命本质以及生命的发展。

中医基因组学的建立是中医现代化走向未来的一个关键点，整体科学与还原科学都在这一尖端领域进行着研究，而中医学进入这一领域，一可以完善自己的理论体系，解译基因组所包含的全部生命信息，促进人类的健康事业；二则可以引导还原科学的整体化演变。

5 中医心理学的发展

这是中医心理学与现代心理学结合的关键点。也是中医现代化的另一个关键点。

中医心理学原来是中医学的一个分支，以心理的整体功能为本体论述人的心理的，讲的是人的先天功能。传统中医学建立在远古极端落后的社会经济条件下，人们看不出人的社会本质和社会发展，而现代社会条件下，人的心理与健康都受到了社会的极大影响，发生了很大改变，中医心理学也必须随时代的发展而发展。

现代心理学是以人的大脑的具体结构为生理基础，论述人在社会中的各种行为性格等，这是人的后天功能，对人们的各种行为意识均有科学的描述。但是现代心理学没有与人的整体功能结合在一起，没有指出人的根本的社会本质，所以其发展也是有局限的。现代心理学是建立在还原论基础上的，而人的心理是整体的，所以它本身具有很大的缺陷。

人的各种语言、行为以及意识思维等都是在人的元神的支配下进行的，元神是最根本的自我。而心理的进行是在社会背景条件下的，一切心理行为都有社会背景的，社会背景形成了人的心理模块、人格模式，人格模式下的元神系统构成了人的社会自我，心理的行为是在元神的支配下通过心理模块进行的，以此结合这两个心理学，可以从根本上解决人的心理问题。佛学对人的心性理论有深刻认识，但是借鉴之前必须彻底抛弃佛学所具有的唯心思想，心性理论中性与元神相关，而心与元神、元神支配下形成的人格模式有关。

元神可以接受信息，加工、储存、提取信息，发放信息三个方面。人出生时意识是白净的，但是在人从出生开始，人就在不断接受信息，在一定社会文化背景下不断学习，不断加深信息，积累信息，使元神中的信息不断强化与激活而得到强化，最终形成了比较固定的人格参照模式。这个模式一旦形成，就形成了新进入信息的文化背景，形成了人各种意识、行为的模板，形成了特定的性格模式。人的性格模式是在元神支配下形成的，但是性格模式一旦形成就对人的元神人的生理发生作用，形成了人的后天行为的文化背景和模式。人的性格模式与人的后天社会文化环境有很大关系，它也不是固定不变的。

中医心理学和现代心理学是功能与应用的结合。元神是人的整体功能，人的五脏情志、七情等都是人的元神功能的一个方面，但是这些情志的发生必然受到人的性格模式的影响，性格模式又决定了情志的发生模式。中医心理学和现代心理学都是不完整的，各讲述了人心理的一个方面，结合起来才是真正的人的心理整体过程。

人的心理在当今社会是一个比较陌生的领域，佛学、现代心理学、中医心理学都有各自的认识，但是它们又不是完全的，正确的认识是将它们结合起来，建立科学的辨证唯物主义的整体的心理学体系。现代中医心理学的建立不但解决了人的意识的根本问题，促进人类的心理健康发展，而是还对社会的发展有很大的潜在的作用。

6 结论

篇8

关键词：遗传学；教学改革；课程群；

随着现代生物科学技术的发展，遗传学已成为21世纪生命科学领域发展最为迅速的学科之一，是生命科学中各门学科的核心，它的分支几乎扩展到生命科学的各个研究领域.目前，在生物学各专业的教学中，普遍存在着知识老化，课程体系陈旧，如遗传学和细胞生物学、生物化学、基因工程、基因组学、分子遗传学等课程之间存在着部分内容重复等一系列问题.显然，当前的课程体系已不适应高等学校生命科学教育的要求.如何突出遗传学主干课程，实现课程体系的整合、优化，不同课程间知识的融通和衔接，以此组建口径宽、方向灵活的课程群，加强学生创新意识和创新能力的培养，以增强学生的适应性和竞争力，培养学生的个性特长、能力特长以及继续学习的能力，形成终身学习的观念，是摆在我们面前值得思考的问题.我们从遗传学课程入手，对遗传学课程群进行了初步的思考，重新设置和实践，目的是实现课程体系的整合、优化，培养符合现代社会要求的创新型、复合型人才.

1遗传学课程群内课程设置的基本思路

遗传学课程群内课程设置的基本思路就是围绕“一个中心，三个方向”的原则，以普通遗传学为核心课程，兼顾三个方面的内容.基本框架如图1.

“一个中心”就是以普通遗传学为核心课程.遗传学是一门生命科学所有专业的重要基础课，要求全面系统地介绍遗传学的基本原理、分析方法及现代遗传学发展的最新成就.在教学中，要始终贯穿遗传物质的本质、遗传物质的传递和变异、遗传信息的表达与调控这一主线，使学生在群体水平、个体水平、细胞水平和分子水平的不同层次上对遗传学有比较全面、系统的认识，并能应用其基本原理分析遗传学数据，解释遗传学现象，并对遗传学各分支学科有一个基本的了解.

“三个方向”是以遗传学分支学科、反映现代遗传学发展的学科及遗传学普及性学科为遗传学内容细化、深化和普及的三个层面，主要包括以下内容：

一是遗传学分支学科的内容，主要包括《群体遗传学》、《微生物遗传学》、《细胞遗传学》等课程，以专业选修课的形式开出，主要目的是根据学生的兴趣和爱好，深入学习遗传学各个分支学科的知识.如《群体遗传学》是研究在自然选择、基因漂变、突变以及迁移四种进化动力的影响下，等位基因的分布和改变.它是在群体水平上研究种群的分类、空间结构等，并试图解释诸如适应和物种形成现象的理论.《微生物遗传学》是以病毒、细菌、小型真菌以及单细胞动植物等为研究对象的遗传学分支学科.《细胞遗传学》是遗传学与细胞学相结合的一个遗传学分支学科，主要是在细胞和染色体水平上研究.

二是反映现代遗传学发展的学科，如《基因工程》、《分子遗传学》、《基因组学》.这三门课程都是在普通遗传学基础上开设的专业选修课程，目的是与现代遗传学的发展接轨.如《分子遗传学》(moleculargenetics)的主要内容为基因的结构、复制和转录以及转录后调控、翻译，基因突变，DNA的复制、修复，原核与真核生物的基因表达调控，是在分子水平上进行的研究.此课程为生命科学各专业本科生的学科基础课，也可作为研究生的专业选修课.《基因工程》(geneengineering)主要介绍基因操作的主要技术原理，基因操作的工具酶，克隆载体，目的基因的分离方法，重组体的构建及导入，克隆基因的表达与检测，基因工程研究进展，存在问题及新策略等内容，使学生具备基因工程方面的基本知识和掌握其操作技术.《基因组学》(genomics)是对所有基因进行基因组作图，核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学.主要讲述生物基因组的基本结构和组成、基因组内基因的表达和调控、遗传图谱与物理图谱、基因组测序、基因组序列解读、染色体的结构与基因表达调控、基因组的复制、基因组进化的分子基础、基因组进化的模式、分子系统发生学等内容，并讲述人类基因组计划的全过程以及由此引发的道德伦理和法律问题，系统向学生讲授基因组学研究的基本内容及相关进展.通过该课程学习，使学生了解结构基因组学和功能基因组学的重要研究领域、热点问题与发展趋势，以及国内外研究现状与进展.

三是遗传学普及性的内容，此类课程为遗传学的平行课程，以公选课的形式开出，主要目的是普及遗传学知识，提高人口质量和全民素质.我们针对非生物专业的学生开设了《人类遗传学》和《遗传与优生》两门课程.《人类遗传学》主要讲述人类在形态、结构、生理、生化、免疫、行为等各种性状的遗传上的相似和差别，人类群体的遗传规律以及人类遗传性疾病的发生机理、传递规律和如何预防等内容，使学生掌握人类遗传学的基本概念和主要研究方法.《遗传与优生》主要讲述什么是遗传病，遗传病对人类的危害，人类的染色体和染色体病、基因和基因病、肿瘤与遗传、人类代谢和发育中的遗传学问题、优生学的基本概念、影响优生的因素，优生的措施等.这两门课程都注重贴近生活，贴近社会，从剖析青年学生关注的问题入手去介绍人类遗传与优生的基础理论和基本知识，使学生能够在轻松、顺畅且饶有兴趣的学习过程中获益.对于医疗保健事业和人群遗传素质的改进具有重要意义.

2遗传学课程群内课程内容整合的思路

为解决遗传学的迅速发展及新知识、新技术不断出现与遗传学教学时数减少这一矛盾，我们通过建立遗传学课程群体系，协调课程群内各门课程的关系，尽量减少重复内容，对于学习遗传学的有关基础知识，如核酸的结构和特征在先修课程《生物化学》中介绍，染色体的结构，细胞周期等在细胞生物学课程中介绍，概率和统计学知识在生物统计学课程中介绍.而对于遗传学各分支学科的深入讨论，将在细胞遗传学、群体及数量遗传学、分子遗传学、基因组学、基因工程、生物信息学等课程中介绍.

3遗传学课程群内实验课程整合的思路

遗传学课程群内主要设置了遗传学实验和分子遗传学大实验，遗传学实验是为了配合遗传学的教学而开设的一门实验课程，其设计思想是：1)配合遗传学的教学，巩固和加深对遗传学知识的理解；2)适应现代遗传学的发展，让学生掌握现代遗传学研究所必需的基本实验技术；3)开设综合性、设计性和创新性实验，鼓励学生自己动脑筋设计、完成实验.目前已形成具有基础性实验、提高性实验和具有综合性、研究创新性、开放性实验的不同层次的遗传学实验教学内容体系.鼓励学生自己动脑筋设计、完成实验，实验室已对学生部分开放，并实施了自选实验考试法[1].学生在此过程中得到了很好的科研训练，部分学生在本科阶段就写作并发表了论文，充分体现了遗传学课程教学改革的特色.例如，结合本科毕业设计，我们编制了“遗传学试验的计算机模拟”软件[2]，增强了学生对遗传学基本概念和基本原理的理解，而且也增加了学生对计算机应用于生命科学研究的兴趣.我们开发设计了“遗传学实验显微图像演示系统”[3]，建立了遗传学实验图像库，学生在实验前可以方便地检索观察实验中可能出现的各种图像，大大提高了实验效率.通过遗传学实验的培训，学生具备了一定的设计和综合创新的能力，在此基础上，进入分子遗传学大实验的学习.而分子遗传学大实验的设计整合了分子遗传学和基因工程两门课程的实验内容，既涵盖了分子遗传学的基本实验技术，也体现了现代分子遗传学发展的新方法、新技术.实验通过DNA提取、扩增、检测，到目的基因的获取、重组、转化、分子杂交等系列性实验，使学生不仅掌握了现代生物学分析技术，也培养了学生的动手能力和独立设计实验的能力，更实现了理论类课程与实践训练类课程的有序衔接，同时完善了学生从认知实践到科研实践的创新精神培养体系.

4遗传学课程群实践基地的建设

仅有书本上的知识是不够的，遗传学课程群内的课程具有很强的实践性，专业知识与生产实际相结合的综合性教学是实践教学环节不可缺少的重要一环.为此，我们通过认识实习和生产实习等手段加强课程知识的掌握.利用地域优势，与中国农业科学院徐州分院、江苏省药用植物重点实验室、江苏维维集团等建立长期稳定的合作关系.如，我们在讲解“三系配套”时就带领学生到中国农业科学院徐州分院参观学习、实地学习如何进行“三系配套”的操作，加深了对理论知识的理解.通过专业实践，拓宽了学生的视野，培养了学生分析问题、解决问题以及开拓创新的能力，增强了学生的事业心和责任感.

5遗传学课程群教学方法和教学手段改革之思考

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提要　寻找与高血压以及血压调节有关的基因，已成为当前心血管领域的研究焦点之一，一些属于单基因遗传病的继发性高血压的致病基因已被识别。原发性高血压是一种多基因遗传病，其发病系遗传与环境因素共同作用的结果，这为高血压易感基因研究带来很大困难。迄今大多用候选基因法进行高血压相关基因研究。在人和动物模型的研究中，有关高血压候选基因多态性的报道已有四十多种，但各家结果不一致。近年来用微卫星标记进行全基因组扫描和连锁分析，它已成功地用于多基因病相关基因的定位克隆研究。应用该技术对原发性高血压易感基因的定位研究正在进行中。

Gene studies in hypertension:State-of-art

Abstract 　 The search for genes influencing blood pressure or hypertension has become one of the focal point of cardiovascular research. A few disease genes causing secondly hypertension，as a result of a single gene defect， have been identified. However，essential hypertension is a polygenic disease and both genetic and environmental factors play important roles in its development. This fact makes the identification of its susceptibility genes more difficult. So far most studies to reveal the genes related to essential hypertension have employed a candidate gene approach.Using this strategy，the associations between polymorphisms of over forty genes with essential hypertension have been reported in human or in animal models.However，the results are not consistent .Recently，a genome－wide scan and linkage analysis using microsatellite markers becomes a useful approach in the positional cloning of genes in polygenic diseases.Its application for mapping susceptibility genes of hypertension is ongoing.

Key words　essential hypertension;gene;candidate gene approach;genome－wide scan

和平利用原子能、登月和人类基因组计划（HGP）是本世纪最重要的三大科技成就。1990年启动的美国HGP的研究目标是在2005年最终阐明人类基因组DNA的全序列、发现所有人类基因、完成它们在染色体上的定位。目前人类基因组遗传图和物理图已经完成，大规模测序技术和生物信息学获得迅速发展，提前达到HGP研究目标已成定局。在“结构基因组学”获得巨大进展的推动下，一个以破译基因功能信息为目标的“功能基因组学”已应运而生。为应对激烈的国际竞争和日新月异的科技进步，我国科学家率先提出了“疾病基因组学”这一新概念，从而确立了我国人类基因组研究的重点和特色。在“863”计划等相关项目的研究基础上，集合了国内一批一流研究单位，一项以创立“疾病基因组学”理论和技术体系为目标和“国家重点基础研究发展规划”研究项目，已于今年初正式启动，这标志着我国疾病基因研究已经跨入积极参与大规模国际竞争的时代。

1　继发性高血压基因研究现状与展望

在高血压基因研究方面，迄今已有10多种属于单基因遗传病性质的继发性高血压的致病基因已被定位或克隆。它们是：与肾上腺皮质激素代谢有关的基因：如醛固酮合成酶基因与11β羟化酶基因形成嵌合基因，导致糖皮质激素可抑制性醛固酮增多症；与离子转运有关的基因：如已查明Liddle综合征系上皮细胞钠通道β.γ亚单位突变所致；一些因儿茶酚胺产生过量导致高血压的常染色体显性遗传疾病，它们的致病基因已被识别。此外，某此类型的多囊肾致病基因也已被定位。需要指出单基因性质的高血压基因研究

并未结束，可能还有一些尚未认识的新病种有待发掘，如在土耳其发现一种以严重高血压伴短指畸形为特征的常染色体显性遗传病，新近其基因已被定位。此外，阐明致病基因在高血压发病中的分子生物学和病理生理机制、探索基因治疗等方面有待进一步研究。

2　原发性高血压基因研究现状与展望

单基因病致病基因的识别，犹如池塘中的鱼已钓一个少一个；而多基因病易感基因却似深海中的鱼，若隐若现、深不可测。当前疾病基因的研究重点从单基因病转向多基因病已成趋势，但难度也越来越大。原发性高血压（EHT）是一多基因遗传病，其发病率高、危害性大、家系样本收集相对比较容易，因此已成为当前多基因病研究的重点和热点之一。

EHT发病是遗传因素与环境因素共同作用的结果，一般认为，人群中血压变异的30％～60％是由遗传因素决定的。遗传因素赋予个体对于EHT的易感程度，因此与EHT发病相关的基因称为易感基因而不是致病基因。

自90年代起识别EHT相关基因的研究开展得十分活跃，目前最常用的方法为候选基因法，其基本策略和步骤为：以参与血压调节机制的蛋白为对象，确定候选基因；进行遗传连锁分析，确定该候选基因座位与高血压是否连锁；筛查该候选基因的各种突变体；基因多态性与高血压间的关联研究，以确定该基因突变体是否与EHT相关。相关基因识别后到最终确定为EHT易感基因还有很多工作要做。

在已研究过的所有EHT候选基因中，以血管紧张素原（AGT）基因的研究最为深入。多数报道指出AGT基因与EHT相连锁，不少研究发现AGT基因的M235T变异体（即基因突变导致AGT第235号氨基酸由甲硫氨酸转变为苏氨酸）与高血压相关联，235T纯合个体的血浆AGT水平显著高于235M纯合个体。但也有一些研究无法证实AGT基因M235T多态性与高血压有关。血管紧张素转化酶（ACE）基因存在插入型（Insertion，I）或缺失型（Deletion，D）多态性。目前一般认为ACE基因这一多态性与高血压关系不大，但似与心、脑、肾等靶器官损害有关。尽管荟萃分析结果支持这一观点，但ACE基因的DD基因型是否为心脑血管病的危险因子，需待前瞻性研究加以证实。一组意大利学者对α－adducin基因与高血压关系进行过系列研究，提出α－adducin基因突变是盐敏感性高血压的遗传基础之一，从而引起广泛重视，但目前多数报道不能证实这一结果。目前已经研究过的EHT候选基因不下四、五十个，不能一一介绍。但迄今为止用这一方法未能肯定哪个基因与EHT相关。尽管如此EHT候选基因对象仍在扩大，对于已研究过的候选基因寻找新的变异体，并探索它们与EHT间的关系还将继续。另一方面，候选基因多态性的民族和地区差异的研究，尤其对于基因多态性分型用于指导临床的可能性探讨正越来越受到重视。

近年来应用微卫星引物进行基因组扫描的技术已经成熟，多色荧光标记的微卫星DNA引物已经商品化。用300多对覆盖整个基因组的微卫星引物，选择大样本的EHT家系或同胞对进行连锁分析，有可能将EHT相关基因位点定位到某一染色体区域内，分辨率可达10cM。进一步用区域内DNA多态标记进行精细定位，如能将范围缩小到1cM以内，便可直接大规模DNA测序，分离并克隆出EHT相关基因。全基因组扫描的应用，在个别多基因遗传病基因定位中已有成功报道。目前国内外一些实验室正采用此技术进行EHT相关基因的染色体定位研究，但迄今尚未见正式报道。

患者对药物的反应、药物副作用以及药物在体内的代谢，都存在明显的个体差异，这种差异都有一定的遗传背景。如能在基因水平上阐明有关机制，将有可能通过检测某个或某一组基因的多态性，预测药物疗效、减轻甚至避免副作用。“药物基因组学”的出现为实现高血压个体化治疗带来了希望。

篇10

信息、生物、新材料三大前沿领域

信息、生物、新材料是21世纪前30年发展最快、最热门的三大领域，它们集结了当今世界最强势的研究力量。但在这些关系未来发展的关键领域中，我国许多核心技术仍依赖追踪、模仿和引进国外技术，原始创新能力明显不足。

从更宽的视野来看，不仅仅是这三个领域的发展需要高扬“自主创新”的信心与勇气。实际上，整个中国科技正面临着前所未有的发展压力：对外要适应国际科技竞争的紧迫形势，对内要满足经济社会发展进程中的重大战略性需求。而原始创新能力和技术创新能力的薄弱，已成为当前和未来相当长时期内影响我国整体竞争力的极大障碍。

面向未来15年的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》即将，科技部等有关部门正在着手制定科技“十一五规划”——关于中国科技“未来”的探讨与关注，在最近一年多来达到了前所未有的程度。就是在这样带着几分焦灼、几分期待、几分信心的探讨氛围中，“自主创新”成为人们关于中国科技发展的共识。

带着这个共识，再来看中国科技发展面临的“压力”，在很大程度上已经变成了未来发展的重大机遇。未来10年，中国在这三大领域中最有可能实现自主创新的关键技术群究竟有哪些？有限的科技经费究竟应当投入到哪些突破口？

下一代移动通信技术

移动通信是人类社会发展中的一大奇迹。2004年12月，全球（蜂窝）移动通信用户总数已达17亿以上，超过已有百年发展历史的固定通信用户数。过去10年，移动通信技术完成了由第一代模拟通信技术向第二代数字通信技术的过渡，当前正处于由其巅峰状态向第三代（3g）移动通信技术过渡的进程中。

目前，世界发达国家纷纷投入力量进行第三代及下一代移动通信标准、技术和产品的开发。

——3g移动通信：国际电信联盟（itu－t ）批准为3g 的三大标准分别是欧洲的wcdma，美国高通公司的cdma2000和中国大唐电信的td－scdma。3g已在全球30多个国家开始商用。

——增强型3g（enhanced 3g）：为了克服3g 技术不能很好支持流媒体等业务的不足，国际电信联盟已在制定增强型3g技术标准。专家预测，增强型3g技术将进入商用。

——4g（或beyond 3g）：下一代移动通信即所谓超3g（以下统称beyond 3g）技术的研究是国际上的热点。beyond 3g具有更高的速率与更好的频谱利用率。 欧盟、日本、韩国等国家已开始4g框架的研究，预期beyond 3g技术可望在2010年后开始商用。

中国移动用户总数已达3.34亿，居世界第一，总体技术水平与国际同步，处于由第二代向第三代的过渡时期。我国3g移动通信技术已经具备了实现产业化的能力，我国大唐电信2000年5月提出的td－scdma标准已成为国际电信联盟正式采纳的三大标准之一。此外，在国家“863”计划的支持下，开展了beyond 3g技术的研究，预期该技术可望在2010年后开始商用。

beyond 3g技术对我国经济社会发展和国防建设具有十分重要的意义。 德尔菲专家调查统计结果显示，我国研发水平比领先国家落后5年左右， 通过自主开发或联合开发，在未来5年可能形成自主知识产权。以华为、 中兴为代表的一批高技术通信设备制造业公司，在第三代移动通信设备（3g）等研发方面紧跟国际前沿，打破了国外公司对高技术通信设备的垄断，开始参与国际通信标准的制定，开发具有自主知识产权的核心技术，具备了参与国际竞争的能力，具备实现技术和产业跨越式发展的契机。

中国下一代网络体系

下一代网络（ngn）泛指以ip为核心，同时可以支持语音、 数据和多媒体业务的因特网、移动通信网络和固定电话通信网络的融合网络。

世界各国和国际通信标准化组织都在积极开展下一代网络的研究开发工作。国际电信联盟电信标准化部门（itu－t）、欧洲电信标准化协会（etsi）、互联网工程任务组（ietf）、第三代伙伴组织计划（3gpp）等，都在致力于下一代网络体系的研究。目前，美国、日本、韩国、新加坡以及欧盟都已启动了下一代互联网研究计划，全面开展各项核心技术的研究和开发。

我国在下一代网络的研究方面已取得了较大进展。“九五”期间，863计划建成了“中国高速信息示范网”（cainonet）、国家自然科学基金委支持的“中国高速互连研究试验网nsfcnet”等重大项目，目前已开始基于ngn的软交换技术在移动和多媒体通信中的应用研究。中兴、华为等企业还推出了基于软交换的ngn解决方案；在下一代互联网研究上，中兴、港湾网络等推出的高端路由交换机，可应用于国家骨干ip网络建设，以及大中型宽带ip城域网核心骨干和汇聚。国内公司还开始自行设计高端分组交换定制asic芯片。我国已成为少数几个能够提供全系列数据通信设备的国家之一。

下一代网络技术对促进我国高新技术的发展，以及对改造和提升我国传统产业具有举足轻重的作用，对国家安全至关重要。从总体上看，我国互联网技术跟随国外发展，在技术选择上缺乏系统研究，走过一些弯路，至今与国外仍存在较大差距。无论网络用户规模、网络应用、网络技术或网络产品都尚有很大的发展空间。从全局着眼，应不失时机地开展中国下一代网络体系的研究、应用试验、关键技术研究和产品开发。不能像第一代互联网那样，技术、标准都是外国的，给国家安全造成隐患。

纳米级芯片技术

当前，集成电路的发展仍遵循“摩尔定律”，即其集成度和产品性能每18个月增加一倍，按照器件特征尺寸缩小、硅片尺寸增加、芯片集成度提高和设计技术优化的途径继续发展。

自上世纪90年代以来， 全球集成电路制造技术升级换代速度加快。 当前国际上cmos集成电路大规模生产的主流技术是130nm， 英特尔等部分技术先进的芯片制造公司已在用90nm进行高性能芯片生产。2005年，美国amd公司已开始量产90nm的高性能芯片，国际上对65nm技术的开发也已成功。伴随130nm到90nm技术的升级， 考虑到扩大生产规模和降低成本，大多数公司将使用12英寸替代8英寸硅基片， 这也必将带来半导体设备的大量更新。

近年来我国一些先进集成电路制造公司的崛起，使国内集成电路制造工艺技术与国际先进水平的差距有了显著的缩小，但整体水平仍与先进国家相差2～3代。目前，我国集成电路设计公司年设计能力已超过500种，主流设计水平达到180nm，130nm技术正在开发中，90nm技术的研发也开始着手进行。从产业发展看，我国集成电路已初步形成由十多家芯片生产骨干企业、十多家重点封装厂、二十多家初具规模的设计公司、若干家关键材料及专用设备仪器制造厂组成的产业群体，设计、芯片制造、封装三业并举的蓬勃发展态势。以中科院计算所为代表的研究机构和企业在cpu研发方面所取得的新进展，标志着我国集成电路设计具有较强能力，与国际先进水平的差距进一步缩小。目前我国芯片业大多集中在低端的交通、通信、银行、信息管理、石油、劳动保障、身份识别、防伪等领域，ic卡芯片所占比重一直占据芯片总体市场的20％左右。

世界第一颗0.13微米工艺td－scdma 3g手机核心芯片10月9日在重庆问世

今后的ic是纳米制造技术的时代，而纳米级芯片技术是我国赶超国际的关键，它的成功将会是我国ic工业发展史上的重要里程碑和持续发展的动力，专家认为应优先发展。

中文信息处理技术

包括汉字和少数民族文字在内的中文信息处理技术，是汉语言学和计算机科学技术的融合，是一门与语言学、计算机科学、心理学、数学、控制论、信息论、声学、自动化技术等多种学科相联系的边缘交叉性学科。

随着互联网的发展，中文信息处理技术已渗透到社会生活的各个方面。1994年，微软开始进入中文软件市场，微软的word把国产wps挤出了市场，继而windows中文版又把国产中文之星挤垮。微软凭借其强大的优势地位，使国产的中文信息处理软件举步维艰。中文版的windows、office等占据了大部分的中文软件市场，使中文信息处理逐渐丧失了其特殊地位。

经过二三十年的努力，我国的中文信息处理，包括中文的编码、字型、输入、显示、输出等的基本处理技术已经实用化，目前正在逐渐摆脱“字处理”阶段，处于向更高级阶段快速发展的时期。包括中文的文字识别机和手写文字识别、语音合成、语音识别、语言理解和智能接口等技术的研究已获得进展。中文的全文检索、内容管理、智能搜索、中文和其他文字之间的机器翻译等技术也正在开发、研制，并取得了较大进展，涌现了联想、方正、四通、汉王、华建等公司。

随着中国加入wto与世界各国交流的逐渐扩大以及网络信息时代的来临， 中文信息处理技术越发显得重要，其自动化水平的提高，将大大促进我国科技、国民经济和社会发展，同时使中华民族的文化在信息时代得到新的发展。未来无疑应当加强中文信息处理技术的研发投入与政策倾斜。

人类功能基因组学研究

20世纪末启动的人类基因组计划被公认为生命科学发展史上的里程碑，其规模和意义超过了曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划。随着人类基因组、水稻基因组以及其他重要微生物等50多种生物基因组全序列测定工作的完成，国际基因组研究进入到功能基因组学新阶段。

功能基因组学已成为21世纪国际研究的前沿，代表基因分析的新阶段。它是利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究，是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。从1997年迄今已发表的有关功能基因组学的论文数以千计，其中不少发表在《细胞》《自然》《科学》等国际著名刊物上。

目前功能基因组研究的重点集中在四个方面：一是基因测序技术研究。预计今后几年内，测序技术将继续发展，特别是有一些重要的改进将直接用于功能基因组的研究；二是单核苷多态性（snp）以及在此基础上建立的snp单体型研究；三是基因组有序表达的规律研究。主要包括基因的深入鉴定、基因表达与转录组研究、蛋白和蛋白质组研究、代谢网络和代谢分子研究、基因表达调控研究等；四是计算生物学和系统生物学研究。

近几年来，在国家“863”计划、国家重大科技专项等的资助下，我国功能基因组学研究取得了一系列进展。中华民族占世界人口的1／5，有丰富的遗传疾病家系资源，这是我国发展功能基因组研究的有利因素。“十五”期间，我国参与国际蛋白质组计划、国际人类基因组单体型图计划，高质量按时完成了项目中所承担的21号染色体区域的任务，建立并完善了中华民族基因组和重要疾病相关基因snps及其单倍型的数据库的建设，在国际一流杂志上发表了一批高水平学术论文，申报了一批国家专利，收集、保存了一批宝贵的遗传资源，并初步建立了遗传资源收集网络和资源信息库的采集管理系统，组建了一批国家级基地，培养了一支队伍，建立了一批技术平台。但总体而言，我国在功能基因组研究及应用方面的原始创新成果数量较少，还不能为医药生物技术产业的发展提供足够的知识和产品。

未来研究重点包括：

——功能基因组研究。重点开展植物功能基因组研究、人类功能基因组研究和重要病原微生物及特殊微生物功能基因组研究；

——蛋白质组学研究。蛋白质组学是一个新生领域，目前还处于初期发展阶段，仍有许多困难有待克服。我国应选择具有特色的领域开展研究；

——生物信息技术。我国的研究重点应集中在生物信息数据库的构建、生物信息的开发、加工、利用及生物信息并行处理方面；

——生物芯片技术及产品。通过微加工技术和微电子技术在固体芯片表面构建的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、dna以及其他生物组分的准确、快速、大信息量的检测。常用的生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片、生化反应芯片和样品制备芯片等。生物芯片的主要特点是高通量、微型化和自动化。我国生物芯片研究紧跟国际前沿，它将对我国生命科学研究、医学诊断、新药筛选具有革命性的推动作用，也将对我国人口素质、农业发展、环境保护等作出巨大的贡献。

专家认为，我国人类功能基因组学研究的研发水平比领先国家落后5年左右， 若能高度重视，充分利用我国已有的技术和资源优势，未来10年我国可能实现人类功能基因组学研究的跨越发展。

蛋白质组学研究 随着被誉为解读人类生命“天书”的人类基因组计划的成功实施，生命科学的战略重点转移到以阐明人类基因组整体功能为目标的功能基因组学上。蛋白质作为生命活动的“执行者”，自然成为新的研究焦点。以研究一种细胞、组织或完整生物体所拥有的全套蛋白质为特征的蛋白质组学自然就成为功能基因组学中的“中流砥柱”，构成了功能基因组学研究的战略制高点。

目前蛋白质组学的主要内容是建立和发展蛋白质组研究技术方法，进行蛋白质组分析。为了保证分析过程的精确性和重复性，大规模样品处理机器人也被应用到该领域。整个研究过程包括样品处理、蛋白质的分离、蛋白质丰度分析、蛋白质鉴定等步骤。

附图

自1995年蛋白质组一词问世到现在，蛋白质组学研究得到了突飞猛进的发展。我国的蛋白质组研究也在迅速开展，并取得了许多有意义的成果，中国科学家已经在重大疾病如肝癌，比较蛋白质组学的研究等方面取得了重要成就，在“973 ”计划的资助下，我国已经开始了二维电泳蛋白组分离研究、图像分析技术和蛋白质组鉴定质谱技术研究等。

如何抓住国际上蛋白质组学研究刚刚启动的时机，迅速地进入到蛋白质组学研究的国际前沿，是摆在我国生命科学研究发展方向上的一个重要课题。

目前我国在该领域的研发基础较好，只比先进国家落后5年左右。 蛋白质组学属科学前沿，专家建议结合我国现行的基因组研究及其他有我国特色或优势的领域开展研究，不要重复或追随国际已有的工作，而应走自己的路，未来10年内有可能取得重大科学突破。

生物制药技术

生物制药被称为生物技术的“第一次浪潮”，其诱人前景引起了全世界各国政府、科技界、企业界的高度关注。

在过去的30年间，全球生物技术取得了令人瞩目的成就。据美国著名咨询机构安永公司2004年和2005年发表的第十八和第十九次全球生物技术年度报告分析，2003年全球生物技术产业营收达410亿美元。目前已有190余种生物技术产品获准上市，激发起投资者对生物技术股与融资的兴趣。

近20年来，我国医药生物技术产业取得了长足的进步，据《中国生物技术发展报告2004》统计，我国已有25种基因工程药物和基因工程疫苗，具有自主知识产权的上市药物达9种，重组人ω－干扰素喷鼻剂2003年4月获得国家临床研究批文，可用于较大规模高危人群的预防。但总体上与世界先进水平相比还存在很大的差距，医药生物技术产品的销售收入仅占医药工业总销售额的7.5％左右。

为加快我国生物制药技术的发展，今后的研究开发重点是：

——生物技术药物（包括疫苗）及制备技术。围绕危害人民健康的神经系统、免疫系统、内分泌系统和肿瘤等重大疾病和疑难病症的防治与诊断，应用基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程等技术，开发单克隆抗体、基因工程药物、反义药物、基因治疗药物、可溶性蛋白质药物和基因工程疫苗，拓宽医药新产品领域；

——高通量筛选技术。目前，国外许多制药公司已把高通量筛选作为发现先导化合物的主要手段。典型的高通量筛选模式为每次筛选1000个化合物，而超高通量筛选可每天筛选10万多个化合物。随着分析容量的增大，分析检测技术、液体处理及自动化、连续流动以及信息处理将成为未来高通量筛选技术研究的重点；

——天然药物原料制备。目前，已经发现人类患有3万多种疾病，其中1／3靠对症治疗，极少数人能够治愈，而大多数人缺乏有效的治疗药物。以往多用合成药物，随着科技的进步，人们自我保健意识增强，对天然药物的追求与日俱增。当前世界各国都在加强天然药物的研发。

生物信息学研究

在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析，对基因组研究相关生物信息获取、加工、储存、分配、分析和解释——上世纪80年代一经产生，生物信息学就得到了迅猛发展。其研究一方面是对海量数据的收集、整理与服务；另一方面是利用这些数据，从中发现新的规律。

具体地讲，生物信息学是把基因组dna序列信息分析作为源头， 找到基因组序列中代表蛋白质和rna基因的编码区；同时， 阐明基因组中大量存在的非编码区的信息实质，破译隐藏在dna序列中的遗传语言规律；在此基础上，归纳、 整理与基因组遗传信息释放及其调控相关的转录谱和蛋白质谱的数据，从而认识代谢、发育、分化、进化的规律。另外生物信息学还利用基因组中编码区的信息进行蛋白质空间结构的模拟和蛋白质功能的预测，并将此类信息与生物体和生命过程的生理生化信息相结合，阐明其分子机理，最终进行蛋白质、核酸的分子设计、药物设计和个体化的医疗保健设计。

生物信息学的发展已经将基因组信息学、蛋白质的结构计算与模拟以及药物设计有机地连接在一起，它将导致生物学、物理学、数学、计算机科学等多种科学文化的融合，造就一批新的交叉学科。

科学家们普遍相信，本世纪最初的若干年是人类基因组研究取得辉煌成果的时代，也是生物信息学蓬勃发展的时代。据预测，到2005年生物信息的全球市场价值将达到400亿美元。

我国生物信息学研究起步较早。20世纪80年代末，国内学者就在《自然》上报道了免疫球蛋白基因超家族计算机分析的工作。目前，多家大学和研究机构也相继成立了生物信息中心或研究所，各种原始数据库、镜像数据库和二级数据库也已经逐步建立，同时我国还建立了相关的工作站和网络服务器，实现了与国际主要基因组数据库及研究中心的网络连接，开发了用于核酸、蛋白结构、功能分析的计算工具以及蛋白质三维结构预测、并行化的高通量基因拼接和基于群论方法开发的基因预测等多种软件。中国学者还运用自主开发的电脑克隆程序，开展了大规模est 数据分析，建立了一系列基因组序列分析新算法和新技术，并在国内外著名科学杂志上发表了一系列论文，取得了引人注目的进展，尤其在人类基因组基因数目的预测上获得了与目前的实验事实相当吻合的结果，在国际上获得普遍认可。

农作物新品种培育技术

最近几年，农业生物技术的发展对农业产业结构调整产生的巨大影响，已引起各国政府和科学家的高度重视。农业生物技术领域研究中最活跃的是育种技术——应用现代分子生物学和细胞生物学技术进行品种改良，创造更加适合人类需要的新物种，获得高产、优质、抗病虫害新品种。这使得新品种层出不穷，品种在农业增产中的贡献率将由现在的30％提高到50％。国际水稻研究所已经培育出每公顷7500公斤的超级水稻，非洲培育出增产10倍的超级木薯。

我国该领域的基础研究和高技术研究取得了一批创新成果：如植物转基因技术、细胞培育技术、籼稻的全基因组测序、花粉管通道转基因方法等，使研制具有自主知识产权的转基因农作物新品种成为现实和可能。目前，已培育出亩产达到807.4公斤的超级杂交稻；2004年转基因抗虫棉的种植面积已占全国棉花种植面积的50％左右；利用细胞工程技术培育的抗白粉病、赤霉病和黄矮病等小麦新品种已累计推广1100多万亩；植物组织培养和快繁脱毒技术在马铃薯、甘蔗、花卉生产中发挥了重要的作用。

专家认为，我国农作物新品种培育的研发基础较好，整体科研技术与国外处于同等水平，只要充分利用资源，发挥优势，很可能在该领域取得突破。

纳米材料与纳米技术

纳米科技是上世纪末才逐步发展起来的新兴科学领域，它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础，许多科技新领域的突破迫切需要纳米材料和纳米科技支撑，传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。

近年来，科技强国在该领域均取得了相当重要的进展。

在纳米材料的制备与合成方面，美国科学家利用超高密度晶格和电路制作的新方法，获得直径8nm、线宽16nm的铂纳米线；法国科学家利用粉末冶金制成了具有完美弹塑性的纯纳米晶体铜，实现了对纳米结构生长过程中的形状、尺寸、生长模式和排序的原位、实时监测；德国科学家巧妙地利用交流电介电泳技术，将金属与半导体单壁碳纳米管成功分离；日本用单层碳纳米管与有机熔盐制成高度导电的聚合物纳米管复合材料。

在纳米生物医学器件方面，科学家用特定的蛋白质或化合物取代用硅纳米线制成场效应晶体管的栅极用以诊断前列腺癌、直肠癌等疾病，成百倍地提高了诊断的灵敏度。另外，纳米技术在医学应用、纳米电子学、纳米加工、纳米器件等方面也有新进展。与此同时，国外大企业纷纷介入，推动了纳米技术产业化的进程。

当前纳米材料研究的趋势是，由随机合成过渡到可控合成；由纳米单元的制备，通过集成和组装制备具有纳米结构的宏观试样；由性能的随机探索发展到按照应用的需要制备具有特殊性能的纳米材料。

纳米材料和技术很可能在以下四个领域的应用上有所突破：一是it产业（芯片、网络通讯和纳米器件）；二是在生物医药领域应用纳米生物传感的早期诊断和治疗，到2010年将给人类带来新的福音；三是在显示和照明领域的应用已有新的进展，纳米光纤、纳米微电极等已产生极大影响；四是纳米材料技术与生物技术相结合，在基因修复和标记各种蛋白酶等方面蕴育新的突破，预计2010年纳米技术对国际gdp的贡献将超过2万亿美元。

我国纳米材料研究起步较早，基础较好，整体科研水平与先进国家相比处于同等水平，部分技术落后5年左右。目前有300多个从事纳米材料基础研究和应用的研究单位，并在纳米材料研究上取得了一批重要成果，引起了国际上的广泛关注。据英国有关权威机构提供的调查显示，我国纳米专利申请件数排名世界第三位。

国内目前已建成100多条纳米材料生产线，产品质量大都达到或接近国际水平。与发达国家相比，我国的差距一是在纳米材料制备与合成方面尚处于粗放阶段，缺乏应用目标的牵引，集成不够；二是纳米材料计量、测量和表征技术明显落后于国外，对标准试样和标准方法的建立重视不够，对表征手段的建立投资不足；三是纳米材料的基础研究、应用研究和开发研究出现脱节，纳米材料研究缺乏针对性；四是学科交叉、技术集成不够。

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信息技术正在发生结构性变革

目前，信息技术正在发生结构性的变革，在信息器件向高速化、微型化、一体化和网络化发展的同时，软件和信息服务成为发展重点。大规模集成电路正快速向系统芯片发展；移动通信技术正在向第三代、第四展，将提供更优质、更快速、更安全的服务，并带来巨大的经济利益；电信网、计算机网和有线电视网三网融合趋势进一步加快，无线网络成为世界关注的重点；全球化的信息网络将像电力、电话一样为社会公众提供各种信息服务，越来越深刻地改变着人们的学习、工作和生活方式，也将对产业结构调整产生重大影响。

微电子技术、计算机技术、软件技术、通信技术、网络技术等领域的发展方兴未艾，极有可能引发新一轮产业革命。

大显神通的新材料

高性能结构材料是具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损的材料，对支撑交通运输、能源动力、电子信息、航空航天以及国家重大工程起着关键性作用。

新型功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的材料，是信息技术、生物技术、能源技术和国防建设的重要基础材料。当前国际上功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如信息功能材料、超导材料、生物医用材料、能源材料、生态环境材料及其材料的分子、原子设计正处于日新月异的发展之中。