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超声波中生物工程的应用分析

摘要】超声波是一种声波,他的频率高于两万赫兹,超声波在我们的科学研究中已经有了很广泛的应用,他的很多优点正在被人类逐渐发现并加以利用,在医学方面和生物工程方面,超声波都已经得到了充分的应用。比如在研究生物酶的时候,以及细胞催化的生物反应当中,科学家发现强度较低的超声波可以提高酶的活性,并且可以加速细胞的代谢。所以本文将主要讨论超声波在生物工程当中的作用。

关键词】超声波;生物工程

超声波作为一种人类无法感知的特殊声波,在各个方面都有着其特殊的作用。在生物工程方面,超声波也受到了很大的重视,引起的科学家广泛的兴趣。在高强度的超声波的作用下,可导致细胞破碎,酶失活,在低强度都的超声波作用下,不仅不会对细胞造成危害,还可以促进酶的生物活性。所以发现超声波在生物工程当中的特殊功效也成了人们关注的焦点。

1超声波的本质

超声波是声波当中的一种,是一种机械波,两万赫兹以上的声波都是超声波,通常在医学上使用了超声波在一兆赫兹到三十兆赫兹之间,超声波需要通过介质才可以传递下去,由于频率很高,不能被人耳所听到,正由于它的特殊性,已经广泛应用于医学,化学等重要领域。超声波有很好的方向性,而且穿透能力极强,能量很大,在水中传播的距离很远。超声波所具有的能量很大,并且还有加热功能、机械传质作用和空间作用:加热作用就是超声波在介质中传播时,介质不断的吸收能量,而使温度升高,这一作用在生物工程方面并不是其主要的作用;空化作用就是液体中的气泡在超声波的作用下产生的一系列反应,并且如果达到一定的条件,可以从稳态的空化,直接转化为瞬态空化,这一作用,可以直接破坏细胞的结构,以及导致酶直接失活,然而在生物工程的实验和应用当中,这一现象并不是人类所希望的,但是稳态空化作用在生物技术当中有着很重要的意义;机械传质作用是使得介质当中的物质加速质量传递,在生物方面,可以增加生物膜和细胞壁的质量传递,这样,可以提高生物酶的生物活性,并且加速了产物进入介质当中并进行传质作用,也就是说超声波可以促进生物反应当中的反应速度。

2超声波在生物工程当中的应用

2.1超声波可提高种子的萌发率

经过科学研究发现,在接受超声波处理后,种子的萌发率得到了有效的提高。当然是需要在适宜的条件下进行,如果超出了种子能够承受的超声波的最大值,种子的死亡率也会大幅度提高。所以要选择强度适当的超声波,还要控制在适当的时间内,对种子进行超声波处理,这样才能提高种子的萌发率,得到人类想要的结果。

2.2超声波可影响植物生长

在近些年当中,经过我们不断的实验和分析,我们已经发现了超声波在植物的生长方面有着很大的影响。超声波可以对植物的器官,甚至是整体的生长都有一定的影响,对于器官来说,主要是植物的根部,使用较为温和的超声波对植物进行处理,可以促进其生根。对于植物的细胞来说,需要短时间的、剂量较低的超声波进行处理,基本上可以发现细胞的分裂、生长都有明显的加速。但是一定要把握好超声波的处理用量以及处理的时间,如果处理时间过长或者是使用的剂量过大的话,就会对植物产生不可挽回的影响。同时,如果用超声波对保鲜液进行处理,可以发现,一些植物的鲜重会明显的增加,插瓶的寿命也会得到很大的延长,所以使用适当强度的超声波对植物进行处理,可以有效地促进植物的生长。

2.3超声波在植物基因方面的影响

近年来科学家已经在基因工程当中得到了很大的成就,通过诱导细胞基因,来得到想要的理想细胞,从而得到需要的产物,在二十世纪九十年代当中,我国科学家就已经提出了利用超声波对植物细胞的基因进行诱导,并制出了相应的仪器,取得了很大的成就。实验发现通过超声波处理,花粉内可以进行物质交换,使得外源基因得到短暂的选择性表达,这也就证明了通过超声波可以使得外源基因进入植物的细胞当中。这一个技术相比基因枪技术,有着很好的持续性,可以提高基因转化的效率、稳定性和定向性。

2.4超声波对于植物呼吸作用的影响

植物的呼吸作用可能会影响到农作物产量的高低,所以在农业方面植物的呼吸作用有着很重要的意义,在20世纪70年代中,科学家就已经发现使用低频率的超声波对蔬菜进行处理,植物的呼吸强度会受到不同影响。植物为分为两种,对于一年生的植物来说,它的呼吸强度会相应的下降,但是对于两年生的植物来说,它的呼吸强度会因此而上升。所以我们可以利用超声波来对农作物进行处理,从而提高其产量。

2.5运用超声波对植物的病毒进行检测

植物病毒对于植物来说,是一种很大的灾难,如果病毒的毒性很强的话,那么植物可能会因此而死亡,所以防御病毒对植物的侵害是很重要的,这就需要我们去发现植物当中的病毒存在。用超声波可以及时的检测到植物什么时候受到病毒的侵害,从而及时的进行植物病毒的防治工作。

2.6超声波在发酵工程中的应用

用合适强度的超声波处理发酵液,细胞膜的通透性和选择性都会相应的增加,使酶的分泌增加,加速细胞的代谢,使得产物能有释放出来,这样可以大大提高生产产量,缩短时间,提高效率。

3存在问题

虽然超声波有着很好的优越性,但是仍然存在很多有待解决的问题,首先由于发展时间还并不是很长,所以理论的研究还需要继续的进行完善,众多的影响因素还需要人们去不断的实验。然后就是在超声波对植物的有利实验操作中,还只能在小量的情况下进行。还不能够大批量的规模使用,还没有一个规范的定量的尺度,所以还在试验阶段,并没有投入大量工业化使用,这也还需要我们继续去探索,才能使得这一项技术走向成熟。

4结语

综合以上几点,可以发现超声波在生物工程上面有很多很有用的作用,超声波的利用,解决了很多之前无法解决的问题,运用超声波可以从种子到植株、从基因改变到病毒防治各个方面都有所技术的应用。所以只要大力的发展这一技术,运用新兴的超声波技术在生物工程当中大放光彩,是指日可待的。

参考文献:

[1]邱树毅,姚汝华,宗敏华.超声波在生物工程中的应用[J].生物工程进展,1999(03):45~48.

[2]杨瑛,李全禄,姬艳红,郑文轩.超声波处理在生物工程中的应用及展望[J].安徽农业科学,2008(04):1284~1285,1309.

[3]王武,杨海麟,吕霞付,杨胜利.超声波在生物发酵工程中的应用[J].无锡轻工大学学报,2002(03):322~326.

[4]吕霞付,杨海麟,王武.超声波在生物发酵工程中的应用[J].生物技术通讯,2001(04):310~313.

作者:程琅 单位:成都理工大学环境与土木工程学院

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