生物信息学的研究进展范文篇1

一、前言

生物信息学（Bioinformatics）是随着现代生命科学的发展而兴起的交叉学科，旨在为生物学研究提供信息处理的支撑，从海量数据中挖掘生物信息，实现对生命科学问题的研究。生物信息学包含了对核酸和蛋白质的序列和结构信息的获取、处理、存储、分布、分析和解释等各个方面的分析研究，是通过综合利用生物学、计算机科学和信息技术等手段，来认识生命的起源、进化、遗传和发育的本质，揭示海量数据中蕴含的生命奥秘或生物学内在规律的一门科学[1]。随着测序技术的不断发展，人类与其他物种基因组计划相继实施和完成，产生了海量的数据，尤其是近年来的各种组学数据，如蛋白质组、代谢组、基因组、转录组等生物学数据，生物信息学将在解读基因组序列中的功能信息等方面发挥巨大的作用[2]。

二、生物信息学课程开展的现状

生命科学的迅猛发展、生物技术在社会发展中的应用越来越广泛，例如产前诊断、遗传并筛查、肿瘤靶向治疗等生物信息学相关的医学应用，生物信息学的作用和地位也越来越重要。研究机构和高等院校，特别是息息相关的医学院校，迫切需要通过各种形式的教学，系统地培养新的复合型研究力量的医学工作者。因此，医学院校针对医学相关学生开展与其专业紧密结合的生物信息学课程已经成为必然趋势[3]。目前，国内许多医学院校相继开设了生物信息学课程，将生物信息学作为必修或者选修课程。由于生物信息课程教学尚处于刚刚起步的探索阶段，尚未形成一个完整的课程建设体系，再加上生物信息学研究的范围广、相关数据与分析工具资源繁多、涉及多学科知识尚缺乏系统成熟的理论方法，正处在迅速发展中等一系列特点，如何开展生物信息学教学尚有待探索。因此，生物信息学课程的教育理念、教学内容、方式和方法等迫切需要根据自身专业特点，科学确立教学目标，及时系统地总结规划教学内容，探索和改革教学方法，以适应医学专业背景学生的学习，对于促进医学生自身综合素质的提高有重要意义。本文结合南京医科大学本科学生（主要为医学相关专业学生，非生物信息学专业学生）开展的生物信息学课程进行调研和改进，对该课程的学生的反馈意见及各教研室教师的建议进行了深入分析。本着以学生需要为原则，针对学生的专业背景，适当调整教学内容和方法，理论教学与上机实践有机结合，侧重将生物信息学的思维融入解决生物医学的问题，行成一套完整的、合理可行的医学生物信息学课程理论、实验教学方案。进而达到专业与课程相结合，激发学生的学习兴趣，从而达到较好的教学效果。

三、教学内容及方法的具体实践

（一）针对医学专业学生，优化教学内容

生物信息学作为一门发展迅猛的多学科交叉的前沿学科，理论、研究方法、研究内容尚在不断完善和更新中，其内容繁多复杂，更需要进行精心的选择裁剪和编排组织，才能在有限的时间内实现既定的教学目标，使学生学习到有用的知识。教学中应充分结合当前研究前沿和进展、时刻更新教学内容，更应该根据学生的不同专业背景适当调整教学内容和教学方法。在医学院校中，更要针对不同专业及背景的学生，制订具有专业特色的教学大纲。教学应以学生的需求为前提，结合不同专业背景、就业选择方向，调整培养方案和优化授课内容，以满足他们的需求，使学生能够学有所用。比如，针对临床专业的学生，生物信息学教学应该偏重医学研究中的方法和成果，本科教学注重转化医学、生物技术应用成果的普及，研究生教学注重利用生物信息手段和方法解决科研学习中遇到的实际问题；而针对法医专业的学生，教学应该偏重新一代高通量测序技术的原理、数据分析、结果意义等方面。针对目前医学院校中研究方向多元化的背景，强调教学与科研共促进，通过科研时刻关注、追踪学科前沿，将最新的研究成果和在医学上的应用展示给学生，丰富教育资源，使学生能在其他课程的学习时学以致用，从而高质量的完成教学任务。生物信息学亦是众多科学研究工作中强有力的必不可少的研究手段，教学反过来也可促进科研的进一步开展和深入。因此，教学和科研相结合，可以拓宽知识面，全面了解生物信息学和相关学科最新进展，不断为科研提供新的思路，不断的完善生物信息学教学体系。只有坚持教学与科研同时进行、并紧跟科学前沿，并做到及时纳入最新的研究成果，更新教学内容，才能给予学生高质量的前沿教学[4]。

（二）基于计算机的实验教学，锻炼动手能力

在生物信息学教学中，计算机实践教学是不可缺少的部分，理论和实践的有机结合才能达到更好的教学效果。只有亲自动手进行生物数据的分析，学生才能建立一个感官的、多方面的认识。优化上机内容、改进上机教学方法，使得理论知识在上机教学中可以得到实现，实际操作充分理解理论课内容，由此激发学生动手实践的激情和信心，更好地掌握知识。所以在生物信息的教学中，上机实验课程应该占据较大的比例，并通过生动的课堂练习培养学生的兴趣。实验课内容的设计应该考虑医学相关专业学生的背景，根据医学问题作为出发点，以如何解决这些问题作为主线设计课程。所以，通过了解当前医生常用的科研手段或当前医院正在开展的临床检测项目，设计相关实验课程、增加应用性实践教学，并结合最新研究成果和基础到临床应用的实例、以及项目原理及优缺点，可以调动学生学习的主动性。例如，针对临床专业开展常用的生存分析的原理和分析流程的实践教学；针对法医专业，开展常用的STR（短串联重复序列）作为亲权鉴定标志物的序列特点和可视化的教学等。另外，生物信息学本身是多学科交叉融合，知识面广而杂，其相关数据库资源，以及生物信息学工具、算法和软件等均更新迅速。在理论教学中，授课教师时刻密切关注学科发展前沿、并将最新研究成果及学术发展动态，而在实验课授课中，更应该注重教会学生，充分利用互联网资源，独立开展课题、综合分析、解决问题。例如，?榱耸寡?生了解当前网络数据共享的环境下，如何从网上搜索网络资源、下载数据，我们下载了多种不同类型的数据，包括测序数据、芯片数据、注释数据等，然后再从实际数据出发上机操作，介绍分析的方法和工具。

四、生物信息在医学相关专业的应用

基础科研成果的积累逐渐带来了临床应用的突破，而生物信息学的技术和数据在临床应用的重要性也愈加重要。目前，医疗上的应用主要有生育健康、遗传病检测、传染病药物研发、肿瘤诊断及治疗等几大方面[5]。2014年7月国家卫生计生委承认基因测序技术在产前诊断的应用，批准了基因测序诊断产品的上市，2015年3月27日，国家卫生计生委医政医管局又通过了第一批肿瘤诊断与治疗项目高通量基因测序技?g临床试点单位。一些大型医院已经把基因诊断作为患者必需的诊断项目，特别是产前无创诊断，很多医院也正在筹建基因检测中心。目前国内每年新增癌症患者300万人左右，且发病率呈上涨趋势，肿瘤的基因检测和靶向治疗已经成为提高肿瘤治疗效果的一条重要途径。产前诊断和精准医疗的飞速发展所带来的巨大临床应用，亟需懂临床一线的医生了解前沿科技、懂生物信息、会临床应用。根据市场反馈的情况，未来基因检测在临床上应用所占比例会越来越大，医学工作者对生物信息知识的需求也越来越高。

生物信息学的研究进展范文1篇2

“精细农作”是基于田间小区作物生长条件的空间差异性，为实现优化作物生产系统的目标而提出的。但工程支持技术的开发研究，对实现这一技术思想起着重要的作用。如：农田信息采集与处方农作的空间定位，需依靠全球卫星差分定位系统（DGPS）；地理空间信息管理和数据处理，需要应用地理信息系统(GIS)；未来大量地理空间数据的更新，需要遥感技术(RS)的支持；作物产量计量与小区产量图的生成需要能按秒记录收获机累计产量和对应地理坐标位置的智能型收获机械，以及计算机数据处理和产量图自动生成软件技术；田区空间变量信息的快速实时采集，需要研究基于新原理的传感技术与信号处理技术；按小区实施自动处方农作、调控目标投入需要变量处方农业机械；制定科学的农作处方需要农学知识和计算机作物管理辅助决策支持系统的支持；作为一个能协调运作的智能化系统需要有高效的信息集成以及有关信息传输、标准化技术的研究等等。

迄今“精细农业”在发达国家也不过五、六年的应用试验历史，部分支持技术手段还不十分成熟，有待不断研究完善，相关的应用基础研究还比较薄弱。“精细农业”应用实践可根据不同国家、不同地区的社会、经济条件，围绕提高生产、节本增效、保护环境的目标，采用不同的技术组装方式，逐步提高作物生产管理的科学化与精细化水平。其中，获取农田小区产量空间分布的差异性信息是实践“精细农作”的基础。有了小区产量分布图，农户既可以根据自己的经验知识，分析小区产量差异的原因，选择经济适用的对策，在现实可行条件下采取适当措施实施调控；也可以根据技术经济发展的条件，利用先进的科技手段或智能化变量处方农业机械实现生产过程的自动调控。

“精细农业”研究的革命性的意义是提出了一种经营现代农业的新技术思想并付诸于实践，发展前景已在国际上具有广泛的共识。1998.1美国副总统戈尔第一次提出要建立以1米分辩率的“数字地球”的概念，在地理信息学术界引起了广泛的反响，它为认识世界科技进步对未来人类生存方式的影响提出了全新的观念。“精细农业”的实践将在下一世纪开发“数字地球”的实践中占有十分重要的地位。我国农业仍处于传统农业向现代农业转化的历史过程中，全面实践这一新技术体系的路程还很遥远。但启动这一新技术的示范与实践研究，将有利与推动实现我国农业生产知识化与信息化进程，改变传统技术思想，追踪科技进步，有利于推动基于信息和知识的农用先进支持技术产品制造业、服务业的发展。在“精细农业”技术体系的实践中，也将可开发出一系列适用新技术产品，

图1.精细农作技术体系示意图（来源：FieldStar,MessayFergusonLtd.）

为支持当前的“科技兴农”服务。在发展研究中，个人认为需要重视如下问题：

加强对国际有关发展信息和经验的研究，提出符合国情的发展战略。九十年代以来，国外许多单位已经积累了一大批示范试验数据与支持技术产品开发研究成果。可以采取引进技术思想与部分装备技术和自主创新相结合。找准切入点，注重其支持技术产品的国产化及产业化开发。“精细农作”的技术思想在国际科技界共识的基础上有其特定的涵义，即认识农田内小区产量和影响作物生长条件的空间差异性，实施定位处方农作。它是适应集约化、规模化程度高的作物生产系统可持续发展目标而提出的，在我国可先在规模化农场、部分大城市郊区和农业高新技术综合开发试验区，力求在农田小区的尺度上进行研究与实践。我国广大农村农田经营规模小，生产手段仍较落后，实现广域的现代农田精细经营尚需有较长的发展过程，有条件的地区可先以村片、农田的尺度上对精细农作的技术思想进行示范试验研究，并可着重结合发展农村社会化服务方式创新中，开拓出新的服务领域。这样，既可以使我国的研究实践与国际上的研究发展趋势相接轨，又可以探索形成具有国情特色、有利于在农村逐步推广先进的农作技术体系。

通过“精细农业”的试验示范研究，大力传播基于信息与知识的农业系统精细经营的技术思想。现今实践的面向大田作物生产的精细农作应该扩展到种、养、加，产前、产中、产后的整个过程，即过渡到建立“精细农业”的技术体系。实际上，“精细农业”的技术思想，早在七十年代后期开始，已优先在发达国家奶牛场，基于动物个体编号电子自动识别技术，根据奶牛产奶量定量配料系统中得到了广泛的应用。近十多年来，全自动化设施园艺业的发展和养殖业中动物生长预测模型与配料、环境调控自动化系统的结合，农产品产后储藏、保鲜、加工、分级，为达到高品质、高附加值产品的过程中，都已吸收了电子信息科技前沿的成就。在我国，“精细农业”的技术思想，尤应在设施园艺，集约养殖，农产品品质优选、储藏加工等增值产业中先付诸实践与推广，这对我国目前处于传统农业的结构性调整时期和开始重视强调实现农业增产方式的转变中，依靠先进技术装备和农业精细经营技术的支持，对实现农业增产、农民增收、农村稳定，都具有重要的现实意义。

在“精细农业”试验研究实践过程中，注意组装一批基于信息和知识的单项适用先进技术支持当前的“科技兴农”。如：GPS、GIS技术用于农村规划、农田管理、节水灌溉、环境监测的实用技术；农田信息快速采集、存储、处理技术与仪器；农田耕作、土肥管理、农药利用、污染控制等适用技术；机电仪一体化的农业机械装备；精细测土配方施肥、病虫草害快速实用监测技术；智能化农业生产管理辅助决策支持系统的推广及装备农业社会化服务体系的先进技术与工具的开发等。

生物信息学的研究进展范文篇3

【关键词】信息技术；计算机技术；综合研究

一、信息与计算科学技术的具体分析

（一）信息技术的内涵。现代电子信息工程的主要作用就是通过电子计算机网络技术对信息进行生成、传输、接受以及对多的信息进行高效处理。而对于在其中被处理的相关信息是通过人们对客观事物的认识，将信息理解为一种具有被传导的数字或者数据，以严格的使用规章和其本身的准确性来影响现实中存在的不稳定和突发性。信息是通过电子数据有规律地运动而产生和传导消息的，而这种消息能够作用于人类的主观世界，并长期存在于人类所生活的自然与社会之中，是人类社会从远古时代能够发展到当今文明社会的重要推动力。

（二）信息概念的释义。从哲学上讲，信息是事物运动的状态与方式，是物质的一种属性。上世纪末出现的广义信息论，认为信息是直接或间接描述客观世界的，并把信息作为与物质并列的范畴纳入哲学体系。从科学上讲，信息不同于消息，消息只是信息的外壳，信息则是消息的内核；信息不同于信号，信号是信息的载体，信息则是信号所载荷的内容。

（三）信息与计算科学的本质。信息与计算科学是由信息技术和计算技术两个相互联系、相互支撑的学科融合而成。信息学科主要研究四个方面：信息获取、信息传输、信息处理；而计算科学则侧重研究数值计算方法的设计、分析和有关理论基础与软件实现问题。

二、信息与计算机课学技术的综合研究

（一）信息与计算机科学技术研究的展望。信息技术与计算机技术的关系可以说是密不可分的，计算机技术是信息技术发展最主要的推动力量，信息科技发展又是计算机技术进步的动力源泉。两者的发展是经过了长时间的实践考验和真理研究的，对人类社会、经济、科技等等各个领域都存在极为重要的意义。随着信息科技的发展和计算机技术的应用，人类对其的利用已经不满足于现如今的状况，对现在利用效果的改进和利用领域的扩张，成为了信息科技与计算机科技技术发展的必然趋势。在不远的将来，信息技术很能会被用于农业信息的采集和管理、全球通信设备资源一体化、自然灾害提前预警和航天航空技术的拓展，甚至在有人类定居地他星球时，其与地球人类的超远程通信等等。同时，在居家生活中，也能够很大程度地利用计算机信息技术，来实现家庭设施人性化、电子管家智能化等等领域的发展。结合实际中计算机科技发展的情况，朝着伟看来发展的愿景和期望前行，并致力以科学合理的方式达成目标，是对信息与计算机科学技术研究的最终目的。

（二）信息与计算机科学技术研究的实施。除了研究信息的性质，研究机器、生物和人类关于各种信息的获取、变换、传输、处理、利用和控制的一般规律外，还关注于设计和研制各种信息机器和控制设备，实现操作自动化，以便尽可能地把人脑从自然力的束缚下解放出来，提高人类认识世界和改造世界的能力。信息与计算科学是集计算机、信息、经济管理为一体的复合型学科。狭义信息学度量的是随机不确定性，属于概率信息或统计信息。还有非概率信息，如偶发信息、模糊信息等。信息的实质是物质的一种属性。但必须把信息与一般的物质属性区分开来，才能把握信息的特殊本质。

（三）信息与计算科学的关联性分析。信息科学与数学有着本质的内在联系，以数学的思维方式和数学的方法论为基础来研究信息科学，有独特的不可取代的优势。培养具有良好的数学素养的信息科学人才，对信息科学在下一世纪的发展，对推动数学与社会经济结合，推动数学为经济建设主战场发挥作用，有着重要意义。信息科学与计算科学、计算机科学经常交织在一起，研究内容和应用领域有不少交叉。

（四）信息与计算机技术研究的发展问题。如今电子计算机网络技术和信息工程技术在不断创新，同时也在推动着社会的不断发展，人们的现实生活正在受益于计算机网络与电子信息工程的建立和发展，了解并掌握计算机网络技术是必然的。但是，随着电子信息技术应用到社会的各个方面，电子信息工程中存在的网络安全问题也随之出现，这个问题一直以来受到人们的关注。同时也影响着计算机网络的安全，在不同方面存在着各种安全问题，这将对社会各领域的健康发展产生了极重大的不良影响。这种来之网络的不安因素是多种多样的，有的是来自于网络传输线路的，也有的是来自于信息系统漏洞的。层出不穷的黑客利用各种手段对某些电子信息工程中的漏洞进行攻击。这种攻击的危害性是极大的，它不仅仅对一个用户产生危害，还可能通过电子计算机的信息传递对真个信息工程网络造成不可挽回的损失。对于预防甚至杜绝这种危害的发生，是应该做好长期准备的。

三、信息与计算科学在社会发展中的作用

电子计算机科学及电子信息技术，是引领社会经济的发展方向的最重要的技术之一，尤其是对于21世纪这个对计算机的应用极为广泛的时候，根据社会经济和社会生产的发展现状来看，信息技术的发展也到了一个空前迫切的时段。信息技术不仅仅带便了社会经济的发展方向，更是为社会生产力的前进起到了推进作用。信息产业已成为国民经济中新的增长点。对促进国际、国内各方面的交流起关键作用，它被公认为是21世纪的支柱产业。国家正在建设的网络信息系统、政府上网工程、各企事业单位的信息系统和正在筹建的农业信息高速公路。

结束语

在经过了信息与计算机技术的综合研究之后，可以清晰地感觉到信息技术的应用对于社会的发展和科技的进步起到了关键的推动作用。在高科技领域得到应用的同时，也逐渐普及到人民的日常生活中，应用了每个人身边。人们的现实生活正在受益于计算机网络与电子信息工程的建立和发展。但是真计算机网络技术和电子信息工程并不是浅显易懂的。想要更好地应用计算机网络来实现对工作的支持和帮助，就必须适当掌握计算机网络技术在电子信息工程中的运用机制和作用，这也对我国甚至整个社会的发展与进步有着深远的影响。

生物信息学的研究进展范文篇4

【关键词】传染病信息学；症状监剥；数据库

【文章编号】1004-7484（2014）07-4196-01

在交通高速发达的全球化现代社会，无论是自然发生的传染病，还是因生物恐怖袭击导致的传染病，都有可能造成人员和经济上的损失。我国公共卫生系统的不同业务领域运行着众多相互独立的信息系统，它们虽然能够为各级政府决策提供很多依据，但是由于各地、各部门的信息系统建设缺乏标准化系统的支撑，导致了不同系统之间的数据难以共享、交换，出现信息孤岛的现象，管理部门难以对不同地区、不同部门的资源进行有效的整合，使信息系统作用受到很大的限制。本文中，笔者将通过讨论传染病信息学研究目的、研究内容以及核心技术，着重介绍传染病信息学在症状监测中的应用。

1传染病信息学的主要研究目的及研究内容

传染病信息学作为管理和分析传染病相关数据的一门新兴学科，旨在发展收集、共享、报告、分析传染病数据和数据的可视化技术，对传染病领域的信息管理和分析问题进行系统的研究，为植物、动物以及人类传染病的预防、监测、处理传染病提供数据和决策支持。因此，传染病信息学的研究成果，不仅能够应对可能遭受的生物恐怖袭击，还可以推动公共卫生机构的发展。

传染病信息学的研究涉及多个学科，其研究内容不但涉及管理信息系统、运筹学、动力学系统、生物信息学、生物统计学，还涉及心急技术领域的多个分支，如数据可视化技术、数据挖掘、信息整合等。此外，传染病信息学研究还直接涉及很多政策性课题，如部门内部与部门之间的合作、数据权限控制盒数据所有权等。

由于信息需要在不同信息管理系统、不同地点之间达到共享和汇总，加之传染病信息系统所需的基本功能为获取、存储和检索信息，因此传染病信息管理系统应该通过网络分布的数据存储结构，使用可共用标准的数据共享协议。

传染病信息学主要研究内容包括：⑴数据共享和相关的激励机制问题，在传染病信息管理系统在运行过程中，需要给所有的数据提供商一定的激励措施，保证在运行中长期共享传染病信息；⑵与警报和数据传播相关的问题，即在什么情况下，向什么单位或个人发出什么类型的警报信息；⑶与数据权限控制和数据所有权等相关的问题，即谁可以集中、读写或者分发数据，谁可以拥有数据库和衍生数据；⑷与法律有关的问题，很多与数据管理相关的法律、法规将直接影响传染病信息系统的设计和操作。

2传染病信息学的主要核心技术

传染病信息系统提供数据支持所需的主要核心技术包括：数据导入和权限控制、系统结构和通信传输、数据标准。

2.1数据导入和权限控制。由于数据共享和数据保密性的要求，数据导入和权限控制在传染病信息学应用中尤为重要，并且对其有独特的要求，数据导入和控制负责检查基础信息来源提供的数据可靠性和完整性，通过限制用户接触敏感数据来控制权限。在传染病信息学的应用中，用户进入权限有别于一个未授权过的用户会被拒绝进入一个特定的模块这种简单的权限控制，例如，一个地方公共卫生官员虽然可以进入他管辖区收集的数据库，但是却不能再没有授权的情况下进入临近管辖区的数据库，这种通过授权的方式以某种聚集的形式访问数据库的途径可以有效的保证传染病信息系统的数据安全。

2.2信息结构和信息传输。目前我国几乎所有的医院都支持临床和医疗行政管理，中信息传输的主导标准HealthLevel7（（HL7），现在已经升级到3.0版本，其功能更加灵活和强大。对于生物反恐和传染病信息系统内部机系统间的通信力言，HL73.0版本的参考信息模式提供了必要的结构，使信息通信含义清楚并维持了数据元素间的结构关系。

2.3数据标准。数据标准对统一疾病报告和监测中的相关数据形式，促进传染病信息系统之间的数据共享至关重要。从数据标准在保健和公共卫生信息学中的应用效果来看，数据标准虽然很大程度上减少了挖掘、聚合、理解数据时的问题，但是也带来了大量概念上的混乱和实施中的困难。我国自2004年也开始了对公共卫生信息系统数据元标准和基本数据集的研究，并取得了很大进展。

3传染病信息学在症状监测中的应用

传染病信息学的主要应用领域之一就是症状监测，近十年来，我国症状监测在理论与实践方面都取得了很大的进展，其中评价症状监测系统的关键因素为系统检测疾病爆发或生物恐怖的有效性、阳性预测值、敏感性、及时性。传统的症状监测以实验室诊断为主，这样疾病诊断过程就需要很长时间，违背的症状监测的及时性原则。症状监测作为针对公共卫生监测早期一场症状专用数据的一整套连续的、系统的预警、分析和收集方法，可以对可能的传染病和生物恐怖袭击进行实时的监测，以信息技术为基础，实时向国家、地方一级医院提供及时、有价值的信息，为公共卫生反应赢得时间。本节将从症状监测的角度进一步展开传染病信息学技术问题的讨论。

症状监测系统可以分为以下四个模块⑴数据来源和采集，数据来源包括公共卫生实验室监测结果、紧急医疗救助120电话记录、企事业单位缺勤率、口罩卫生纸等医疗用品的销售量、药店非处方药销售情况以及医院急诊室病人访问情况等。初步研究为评估数据的有效性，并研究它们在症状监测的信息特性化能力、及时性等方面的不同。收集数据需要安全水平较高的专用计算机网络；⑵症状分类，目前大部分症状监测系统使用主诉作为数据的一个主要来源，很多基于信息检索和文本处理的分类方法，通过分类可以帮助辨别疾病对公共卫生的威胁程度；⑶数据分析和症状监测，目前自动数据分析与预警中常用的算法都是基于异常监测的，包括人工智能方法和经典的统计方法，考虑到没有一个单独的算法可以覆盖所有的可能情况，所有一个监测系统需要利用一种以上的算法，量化从监测数据中观察到的传染病暴发的可能性；⑷数据可视化，通过一个普适性的可视化环境，便于与用户进行数据分析和结果共享。

4结束语

传染病信息学作为一门专门用来管理和分析传染病相关数据的新兴学科，目前已经广泛应用于症状监测中，能够及时的收集和分析数据，预诊断信息。对监测结果进行预测和分析将是下一步研究热点。

参考文献

[1]金水高.公共卫生信息系统数据元的标准化研究[J].公共卫生与预防医学，2006，17（1）：30―32.

生物信息学的研究进展范文篇5

[论文关键词]管理科学与工程选题方向研究趋势

一、管理科学与工程专业硕士研究生选题方向分析

近年来，管理科学与工程学科的研究生教育发展非常迅速，其中，硕士研究生已成为管理科学与工程学科研究的重要力量之一。硕士研究生在完成基础课和管理类必修课学习后，根据社会需求和个人志愿可在信息管理与信息系统、工程管理、物流工程等领域选择研究方向，进行更深入的研究学习。

本文依据《中国优秀硕士学位论文全文数据库》检索，该数据库是目前国内相关资源最完备、高质量、连续动态更新的中国优秀硕士学位论文全文数据库，至2010年11月1日，累积博硕士学位论文全文文献87．5万多篇，文献的来源是全国530多家硕士生培养单位的优秀硕士学位论文，本文统计出管理科学与工程专业硕士研究生2000年——2010年论文选题的主要方向，具体步骤如下：

第一步：输入榆索控制条件。“发表时间”输人从2000年1月1日一2010年10月l8r：t，“学位单位”输人模糊，“优秀论文级别”输入不限，“作者”及“作者单位”输入模糊。第二步，输入内容榆索条件。“主题词”输入管理科学与工程的研究方向，如电子商务、物流、管理信息系统等，点击“检索文献”。第三步：按文献分组排序方式选择文献。文献分组点击“学科专业”在下拉菜单中选择“管理科学与工程专业”即可。其统计结果如图1：

从图可以看出，物流、项目管理、人力资源管理等是2000年～2010年管理科学与t程专业硕士研究生主要的研究方向，说明管理科学与工程的研究热点越来越受到信息技术、经济一体化和知识经济的影响。出现这种格局的原因是由于信息技术的深远影响和国家的信息化战略已得到管理科学与工程研究界的重视，并日．在企业信息化、决策支持系统和政府信息化等方面已能与实践很好的结合，产生重大的经济效益。

目前，在物流管碑研究方向中，循环经济与绿色物流的发展、以信息技术构建传统物流业的核心竞争力体系、物流系统优化的工具化与工程化、物流金融的合作与创新是研究热点。在项目管理研究方向中，供应商和项目外包管理项目成为焦点，高级管理层更加接受项目管理和项目群管理的价值，在金融危机之后要追求项目的项目组合管理得到重视。在人力资源管理研究方向中，心理契约与员丁绩效、组织公平感与组织绩效是研究热点。

二、管理科学与工程专业硕士研究生研究趋势分析

根据以上二管理科学与工程专业研究生选题向的分析，可以看出：

1、管理科学与工程的研究趋势越来越受到信息技术的影响

由于网络技术、通讯技术和计算机科学的快速发展所带来的管理变革，管理科学工程专业硕士研究生的主要研究领域集中在电子商务、管理信息系统、物流管理等方向。信息技术是利用电子计算机和现代通讯手段获取、传递、存储、处理、显示信息和分配信息的技术。信息技术的研究包括科学、技术、工程以及管理等学科以及这些学科在信息的管理、传递和处理中的应用，相关的软件和设备及其相互作用等方向。当今世界，以计算机和网络为代表的信息技术高速发展，对整个人类社会产生了极其深刻的影响，所以信息技术和知识资奉的发展，不仅丰富了管理科学的研究内容，也给管理科学研究提出了许多新课题：

2、管理科学与一f程的研究趋势越来越受到经济全球化的影响

由于经济全球化所带来的生产与流通的变革而产生了如供应链管理、物流管理、服务管理等研究领域与-向。物流管理和供应链管理的研究具有重要的科学意义，在社会经济的发展中具有越来越重要的地位和作用。我国学者在营销与运作的整体优化、多渠道供应链管理、综合物流等方向已做出了重要的研究和应用成果，并且未来一段时间还将是管理科学与工程专业研究的热点。

3、管理科学与工程的研究趋势越来越向知识经济的影响

随着知识经济的到来，知识作为一种新的资源的观念已经逐渐为人们认识和接受，知识管理成为最为关注的话题。当前，市场竞争越来越激烈，创新的速度越来越快，所以企业必须不断获得新知识，并利用知识为企业和社会创造价值。知识管理为企业实现显性知识和隐性知识共享提供新的途径。知识管理包括几个方面工作：建立知识库；促进员工的知识交流；建立尊重知识的内部环境；把知识作为资产来管理等。在未来几年知识管理的研究将主要集中在以下四个方面：知识本身的特征；知识管理效益的定量分析；新知识产生知识在企业间的传播机制；个体知识与组织知识的相互作用关系。

4、管理科学与工程的研究越来越侧重系统管理理论和方法的研究

用复杂性科学的方法探索管理问题成为研究的热点。复杂系统管理理论基础包括：从确定性到不确定性；从线性到非线性非线性理论，其中的非线性理论涉及到耗散结构论、突变论、协同论、混沌动力学以及分形理论；从他组织到自组织；从时间的可逆性到不可逆性；从简单性到复杂性；从复杂系统到复杂网络；从硬系统到软系统方法，这里主要指的是钱学森的综合集成方法；从单元系统到系统集成。例如，运用复杂性科学的方法从组织内部的各组元间以及组织与环境间的相互作用中寻找组织发展和进化的动因和规律，以使组织能适应社会、经济及技术的迅速发展。

5、管理科学与工程的研究趋势越来越向低碳管理方面发展

生物信息学的研究进展范文

关键词：信息中医学；信息中药学；中药基础理论；现代化；药理学；方法学；生理病理模型

中图分类号：R2-03

文献标识码：A文章编号：1673-7717(2007)12-2595-02

中医现代化的关键在于中医基础理论现代化，中药现代化的关键也在于中药基础理论现代化。中药学是中医理论在药学上的具体应用和体现，所以中药基础理论现代化的关键也在于中医基础理论现代化。中医基础理论现代化是中药现代化开发研究的基本前提。近年来，笔者提出并阐述了信息中医学的概念、理论和方法，实现了中医基础理论现代化研究的突破，以此为基础创建信息中药学，将实现中药基础理论现代化研究的突破。

1.信息中医学在中药现代化研究中的应用

信息中医学是以信息方法为主要方法，主要研究人的生命整体层次信息的内容及其运动规律，扩展人类处理生命信息的智力功能的医学。根据中医形气神理论，结合现代生理学，信息中医学把气血理论中气血的有形部分，诠释为生理学意义上血液和组织液。

信息中医学认为气血(血液组织液)是人的生命整体层次信息的天然载体，为研究和应用提供了足够的信息丰度；直接从气血获取生命信息将减少信息失真；在日、年等完整的生命节律时段内，通过连续提取人血液指纹图谱信息，以中医藏象理论为框架，构建动态的人整体层次的生命信息模型体系即血液指纹图谱藏象信息模型体系，来实现中医学的理论表达，并在此基础上以信息技术实现中医学的研究与实际应用。藏象信息模型充分的体现了信息中医学的内涵，克服了既往四诊提取信息方法信息量不足而且稳定性差、客观记录不便的缺点，充分证明了中医数学模型体系的科学性和有效性，实现了对传统中医最充分的继承和创新。

信息中医学及藏象信息模型体系不仅充分的实现了对传统中医的继承和创新，而且从人生命信息的整体层次充分整合了生理学、病理学、药理学等医学和生物学的研究成果，实现了对系统生物学研究的升华。

信息中医学及藏象信息模型体系应用到中药现代化研究中，将解决以下几个问题。

1.1实现中药基础理论客观化药性理论是中药研究和应用的基础，这里所说的“药性”是指与疗效有关的药物的性质与性能的统称，它包括四气、五味、升降沉浮、性味归经等。以信息中医学和藏象信息模型体系为平台，根据每一味药物在藏象信息模型体系中生理和病理状态下的不同反应，可以实现对药性客观的定性与定量。

同理也可实现用药禁忌、品种鉴定等理论客观化和实现复方理论和研究方法客观化，即实现中药基础理论的客观化。

1.2创造了适合中医药研究的生理病理模型藏象信息模型体系的建立，创造了适合中医药研究的生理和病理模型(病理模型即中医“证”动物模型)，实现了以中医的方式进行中药药理学研究的突破，提供了实验和临床的药效学及药代学研究平台。

1.3实现了中医学对实验动物属性的划分西医药普遍利用实验动物做临床前的药学研究，并通过临床研究来验证临床前研究的有效性。能否通过对既往临床研究药学研究与临床前研究药学研究的数据进行分析，并建立一个公式，直接根据临床前研究药学研究的数据对临床研究药学研究进行准确的预测?

信息中医学及藏象信息模型体系可以实现这一理想。中医理论有对动物划分五行属性的内容，血液指纹图谱藏象信息模型体系在人和不同实验动物上一定有区别，而且是可以客观化定性定量的区别，这样就可以建立一个公式，直接根据临床前研究药学研究的数据对临床研究药学研究进行准确的预测。藏象信息模型体系数学实验的开展也将支持这一目标的实现。

1.4创新中药药理学研究方法近年来，国内相继有证治药动学、时辰药动学、血清药理学、药动学一药效学(PK-PD)模型、胃肠药动学、中药指纹图谱药动学、药效-药动-时间三维模型等中药药理学新方法的提出和应用。

指纹图谱方法是处理海量信息的适宜方法，中药化学和中药药理学研究的对象是拥有海量信息的复杂系统和开放式复杂巨系统。因此，信息中医学认为无论中药化学还是中药药理学，指纹图谱方法都是目前为止最适宜的方法。

综合以上内容和方法，信息中医学提出指纹图谱-证象-药效-药动学研究方法，其中指纹图谱包括中药指纹图谱和血液指纹图谱，证象包括血液指纹图谱藏象信息模型体系，其中也包含着时间因素。指纹图谱-证象-药效-药动学研究方法。从分子水平上和药物整体信息层次与人生命信息的整体层次上对药和证进行客观的定性与定量的研究，中药复方是中医临床治疗最主要的特点之一，研究中药复方作用的物质基础和作用规律是实现中药现代化的关键，本方法实现了这一研究的方法突破。

2.创建信息中药学

2.1信患中药学的概念传统中药学是以中医学为理论基础的中药学，信息中药学是以信息中医学为理论基础的中药学，根据信息中医学为理论，信息中药学解决了中药基础理论客观化的问题，更解决和发展了中药应用理论，大大有利于指导临床用药及开发新产品。信息中药学还将解决更多的药学问题，以下试举两例。

2.2扩展了传统中药学的范围岳凤先教授曾经多次撰文倡导西药中药化研究，信息中药学的提出和新的中药药理学研究方法的创建为这一倡议提供了技术保证，因此，信息中药学的理论和方法实际上实现了对西药体系的包容。

另外，现代医药学中经常应用的生物制剂和微生物制剂、酶制剂、免疫用品和组织学组织工程学制剂等等，也因为以上原因，由信息中药学的理论和方法实际上实现了其的中药化。

2.3对中药学进行了的重新分类根据信息中药学的概念，中药学将以药物的信息属性为标准对传统中药和对被包容进来的西药体系进行重新分类。

3.创建信息中药学的意义

生物信息学的研究进展范文篇7

看，更显现出其片面性和局限性。Www.133229.cOM现代的情报研究在朝着自动化、集成化、流程化和智能化的方面发展，这个渐进的发展过程本身就是一个逐渐走向理解的过程，这就好像是人类对于事物的认识过程一样，首先搜集关于事物的各方面的信息，然后进行处理，简单的事物仅仅需要一些经验就可以处理了，而复杂的事物可能需要借助于工具或技术手段来处理，最后综合后得到的结果，而在大脑中得到一定认识，最终达到理解。

2.2从情报学的研究方法来看在这个社会信息化程度正在逐步提高的时代，情报研究方法的创新刻不容缓。信息化程度提高的一个重要表现是信息总量的激增和新旧信息更迭的加快。为适应这一挑战，情报研究在以下3个方面有所发展[4]：一方面，面对社会信息量的激增，必须通过提高搜集、分析、处理、加工和存储信息的能力，增加信息“吞吐量”，以提高情报研究成果的“产量”和“质量”；另一方面，面对新旧信息更迭加快，必须提高情报研究工作的节奏，缩短从搜集情报到产生和情报研究成果的周期，以提高情报研究的时效性；最后为进一步提高情报研究成果的精度和可信度以满足信息社会情报用户的需求，情报研究不能只停留在定性分析的水平上，必须逐步提高定量分析的比重。

目前情报学采用的研究方法主要有[5]：a.社会调查法。通过现场调查，针对社会现象搜集数据，进行分析，是搜索、跟踪、获取和开发利用情报资源的一种基本的、有效的方法。这种方法又可分为直接方法与间接方法两大类，前者主要是用现场观察法，后者又分为访问调查与调查表调查。b.引文分析法。研究文献的被使用和被引用，也就是研究质量问题。自20世纪60年代初以来，由于“科学引文索引”（sci）的创办，引文分析法已成为一个有相当深度和广度的情报学分支。对引文这一线索进行研究，可以了解某项发明或技术的应用范围、现状、著作水平、学科发展趋势等。c.文献计量统计方法。文献计量是情报学与数学、统计学等相互交叉和结合而产生的研究方法。对以记录形式进行交流的各个方面进行计量统计，从中找出变化规律，建立相应数学模型，从定性与定量分析中达到掌握过去与现在的变化脉络，进而预测未来可能的变化。d.数学分析法。现代数学的许多分支在情报学的研究中都在应用，如在情报检索理论、情报传递的机制、情报采集方案的确定中，概率论、集合论、模糊数学、微分方程、运筹学等均在应用，甚至数论、图论、泛函分析、变分法等，也可以应用。e.系统分析与评价方法。对于情报系统的结构、功能和最优设计等各个侧面与总体，可通过引进系统论、控制论和信息论等方法，进行分析与评价、规划与设计，解决科技情报系统的最佳运行、实现最优服务等问题。由于系统论的研究方法众多，对某一具体研究对象来说，就需要比较不同的方法，从中选择最佳方法，以期获得最优的结果。f.历史的研究方法。进行历史的研究一般先鉴别一个历史问题，搜集有关史料，形成假说；然后进一步严格搜集与组织史料，认真加以核实，进行分析，得出结论。历史研究可以帮助我们了解情报学是如何形成的，促使我们了解过去的事件发生的原因、时间、地点与方式。g.其他方法。包括德尔斐法、内容分析法、比较分析法、哲学研究法等，这些方法多综合加以运用，近来又出现空白点分析法、聚类映像法等。

随着网络时代的来临，对许多新兴方法的研究也是方兴未艾，如科学计量法、信息计量法、网络计量法、基于文献的知识发现法、知识挖掘法和信息融合法等。这些方法及时地满足了情报研究现时展的需要，增加了观察事物的维数，丰富了认识事物的手段，更深刻地揭示了事物的本质，从而在进行信息分析的过程中逐步达到理解的层次。

生物信息学的研究进展范文

关键词：生物信息学；医学；教育；建议

生物信息学（Bioinformatics）是一门发展迅速的生物学分支学科，由生物学、计算机学、信息管理学、应用数学及统计学等多门学科相互交叉而形成，本质是利用计算机技术解决生物学问题，通过信息的处理和整合实现发现和创新。它主要包括以下3个方面的内容：①生物数据的收集、整理、存储、检索、加工、分析和整合；②生物系统和结构的建模；③与生物科学相关的计算机技术的应用，这个范围还在不断的扩增中［1］。医学生物信息学是指以医学研究和临床应用为中心开设的生物信息学，本文讨论的内容主要围绕医学生物信息学展开。近20年来，互联网、数据库和计算方法的发展，为生物信息学的研究提供了更为广泛和灵活的方法；多种模式生物基因组测序的完成，功能基因组、蛋白质组研究的开展，各种高通量生物实验技术快速发展为生物信息学，提供了更大研究空间的同时，也对海量的生物学数据进行有效地挖掘和整合提出了严峻的挑战；而以基础研究与临床医疗结合为宗旨的转化医学的兴起对衔接二者之间的桥梁———生物信息学，提供了广阔的应用空间。对生物信息学人才的热切需求，以及上述机遇和挑战导致了生物信息学专业在全世界的蓬勃发展。以美国为例，在1999年之前，全美只有6所大学设置有计算生物学与生物信息学专业，而到2002年，则有31所大学设置了计算生物学与生物信息学专业博士学位，其中有12所大学是在2001年～2002年之间设置的这门专业［1］。这些大学通常以生物学、生物统计学、计算机科学或者生物医学信息学为依托设置这门专业，不同大学对该专业学生的培养模式也有所不同。在我国，很多高等院校将生物信息学作为专业课程设立，医学高等院校也逐步将其作为基础课程或选修课设立。作为一门新生学科，生物信息学在大部分院校尚处于探索阶段，没有成熟完善的教育模式可以借鉴［2］。在这种情况下，来自前期已毕业学生和用人单位的反馈意见对生物信息学教育模式的总结提高具有重要意义。作为一名临床医师和医学研究人员，笔者深刻体会到在实际工作中，无论是自身合理应用生物信息学知识进行思考和设计，还是找到能够迅速融入并满足实验室研究和临床工作需求的生物信息学专业人才都不是一件容易的事情。因此，本文作者就自己的一些切身体会，结合文献和思考，对我国医学生物信息学人才培养列举了一些意见和建议，希望能够在生物信息学教学模式的完善中起到微薄的助力作用。本文着重探讨信息技术在医学领域中的应用，侧重于医院信息管理和信息系统建设方面的医学信息学（MedicalInformatics）不在本文讨论范围内。理想的医学生物信息学人才培养目标应该是这三类人的集合：①计算机专家，掌握计算机算法、计算机语言、软件、数据库结构和相关知识框架，以及硬件知识；②生物信息学专家，具有熟练应用计算机储存、处理、分析和整合相关生物信息的能力；③基础研究或临床工作者，具有查阅文献，提出生物学或临床医学问题，合理使用上述生物信息学来思考、设计和解决问题的能力，并能收集和正确提供用于研究的初始数据。结合我国实际情况，想让临床医学专业学生或医学生物信息学专业学生同时完成以上3个方面的培训显然不切实际。理想的培训模式，是通过对临床医学专业和医学生物信息学专业学生不同侧重的培训，再通过二者的合理分工和配合，来满足以上3个方面的需求。对医学院校学生，尤其是医学研究生，生物信息学培训的内容应侧重于对其计算思维能力和信息学应用能力的培养，目的是使其能熟练地从生物信息学角度发现和提出生物学或临床医学方面的科学假设，针对该假设设计合理的研究方案，并为后续研究提供正确的初始数据；对以生物医学为中心的信息学专业人才培养，内容应侧重于对其计算机技术和生物信息学在医学实践应用方面能力的培养，目的是与前者配合，指导并帮助其完成科学假设的设计，对前者提供的初始数据进行管理、存储、检索、分析和整合，以及完成更高要求的计算机技术方面的应用，例如应用软件的设计，生物系统和结构的建模，等等。

1医学生的计算生物学与生物信息学思维培养

本部分特指医学专业学生的生物信息学教学，部分医学院校开设的医学生物信息学专业教学将在下一部分中提及。无论是医学基础研究，还是以循证医学为代表的临床研究，生命科学研究的一般过程，都遵循发现问题资料查询预实验提出科学假设设计实验验证假说资料查询和结果分析科学理论总结的基本思路［3］。在这个过程中，计算生物学与生物信息学不仅是进行资料查询和结果分析的重要工具，更应是在提出科学假设和实验设计阶段就需要贯彻执行的理念和思维方式。换言之，具体的生物信息学与分子生物学实验一样都是验证生物医学假说的实验方法，是将一个生命科学假设用计算和信息学思维方式表达和实现的过程。在我国，绝大部分医学基础研究和临床研究课题都是由医学院校毕业的临床工作者设计和申请的。由于临床医师大都承担了繁重的临床工作，申请者亲自完成课题的机会很少，获批课题的具体实施及数据管理、存储、检索、分析和整合多由研究生或实验室工作人员负责。因此结合我国的实际情况，将生物信息学与具体课题耦合，即将一个科学假设用计算和信息学表示并有效实施的思维和实践培训，才是医学生生物信息学培训的中心内容。由于我国临床医学教学采用长学制（5年、7年或8年）教学，对实践性和针对性都很强的生物信息学而言，过早或过于笼统的培训都显得意义不大，所以笔者认为针对医学生的生物信息学培训安排在研究生阶段是比较合适的，教育中心是以医学研究需求为指导，强调信息学思维培训和实践操作。具体提出的建议有两点，一是根据学生专业背景调整理论教学内容。医学院校学生的数理基础、计算机基础及统计学理论基础不能和工科院校的学生相比，医学专业包括基础医学、临床医学、口腔、预防等专业，涉及广泛，各个专业背景的学生对这门课程的需求不尽相同。因此在理论课程上，要根据不同的专业背景和研究内容形成“个性化”的培养方案，目的是让学生有选择有针对性地掌握相关生物信息学内容，例如数据库的类型和选择，常用软件的种类和应用等，同时又不会对过于高深的生物信息学理论产生反感。二是结合研究生阶段的课题，开展研究内容模拟和实践操作练习。为了更好的配合研究生阶段的课题，可将《生物信息学》开课时间调整到研究生阶段的第三学期，即在学生进入课题研究阶段之后，让学生在清楚面临的课题内容后，有针对性地学习在完成课题过程中要使用到的知识、工具和解决问题的思路，包括文献查阅、保存、编辑，核酸序列查找和同源性比对及进化分析，PCR引物设计，基因功能、结构预测，调控元件及转录因子预测，蛋白质基本理化性质分析，跨膜区及信号肽预测，二级结构和空间三维结构的预测等。这样学生的学习兴趣和效率会大大提高。为了解决上课时间与课题时间冲突的问题，可以采用生物信息学授课老师加入导师组成员，通过网上教学和答疑、夜间授课、集中授课与个别指导结合等多种方式灵活解决。

2以医学为中心的生物信息学专业人才培养

如果说对医学生进行生物信息学教育的目的是使其学会将一个生命科学假设用计算和信息学表示，并正确提供初始数据，那么以医学为中心的生物信息学专业人才培养的目的，就是使其学会用计算机学和信息学处理并证实科学假设的过程。具体的内容包括，与实验室工作人员和临床医生配合，从计算生物学与生物信息学角度指导并帮助其完成科学假设和课题内容设计；在课题实施阶段对后者提供的初始数据进行管理、存储、检索、分析和整合，以及满足后者更高要求的计算机技术的需求，例如应用软件的设计，生物系统和结构的建模，等等。目前，计算生物学与生物信息学专业研究生的培养模式主要有3种：①以生物学为中心的多学科培养模式。理论教育以生物学为中心，在6～9个学期内陆续完成生物学部分课程（相当于普通生物学系1／3～1／4课程）的选修，然后根据兴趣和实际情况选择一个相关实验室完成研究生课题。这种培养模式被大多数综合大学采纳。②以工程设计为中心的培养模式。③以医学为中心的培养模式。指以医学研究和临床应用为中心设置计算生物学和生物信息学，绝大多数由医学院校设置，侧重生物信息学与临床医学的结合。在进入课题阶段之前会有1～2年临床相关概念和信息的培训，主要开设的课程包括生物学、细胞生物学、分子生物学与基因组学、化学与物理学、计算机科学、数学和统计学等，甚至包括部分医学课程，后期实践阶段通常选择一个相关实验室完成研究生课题。总的看来，医学生物信息学基础课程设置与国际趋势相符，也符合以医学为中心计算生物学与生物信息学的培训要求。但从近年生物信息学专业研究生就业情况来看，确实存在素质参差不齐，学不能致用，不能很快融入研究工作等问题。笔者认为，这种现象可以从三个方面加以改进：①以职业发展和学位教育为导向，建立多层次、多形式的医学信息学教育和继续教育体系。各医学院校可在统一专业培养目标和定位的基础上，根据自身的学科基础和特色，结合学生毕业后的工作领域和就业方向，形成“个性化”的专业方向和培养方案。②加强师资力量的建设，形成以课程为中心的教学团队。现有医学生物学教材内容宽泛、偏重理论，对实践环节的指导较少，需要授课老师有选择的挑选合适的内容并予以补充和完善。这对授课教师的素质提出了更高要求，要求其能根据实际情况因材施教，有所取舍，强化重点。目前，各院校教学团队和师资力量配备受限，建议可以课程为中心，培养、引进学术带头人，从其他专业挑选骨干教师兼任等多种形式，形成以课程为中心的教学团队。③实践教学与综合能力的培养。生物信息学是一门实践性非常强的学科，要将“学有所长，学以致用”作为人才培养的最终目的。可以通过构建开放式实践教学平台，建设实践教学基地等方式尽可能强化实践操作训练［4］，后期部分学生可以结合个人兴趣，本着双向选择的原则，将实践阶段训练固定到导师和实验室，并安排其参与完成某一项课题的设计、实施和总结，在整个过程中要特别注意培养学生的学习兴趣和自学能力，强调知识的自我更新。

综上所述，医学生物信息学人才培养的最终目的是使生物信息学能满足现代医疗和医学研究发展的需要，使医学生物信息学人才成为有效连接基础研究与临床医疗的桥梁，为现代医学的发展提供新途径［5］。

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生物信息学的研究进展范文1篇9

遥感技术具有宏观性和现势性强、综合信息丰富等优势，为矿区土壤重金属污染评价提供了可行的方法。本文综述了遥感技术在矿区土壤重金属污染评价方面的研究，并对其进行了展望。

关键词：

遥感；土壤；重金属

1.引言

矿产资源是生产资料和生活资料的重要来源，人类社会的发展进步与矿产的开发利用密不可分。矿产的开采、冶炼、加工过程中大量的铅、锌、铬、镉、钴、铜、镍等重金属以及类金属砷等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。根据2014年4月17日环境保护部、国土资源部的《全国土壤污染调查公报》，“全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，总的超标率达16.1%”、“在调查的70个矿区的1672个土壤点位中，超标点位占33.4%，主要污染物为镉、铅、砷和多环芳烃”。资源、环境是制约社会经济发展的两大瓶颈，如何克服这个瓶颈问题同时又能实现矿山开发的可持续发展，是我国社会必须面对和解决的紧迫的社会问题［1］。传统的土壤重金属污染监测方法有实验室监测、现场快速监测等方法。实验室监测方法虽然测量精度高，但是存在劳动强度大、采样分析费时，适用范围小的缺点；现场快速监测法虽然具有大面积、连续、高密度获取信息的特点，但是还大多处于定性或半定量的试验阶段，易受周围因素影响［2］。各种岩石、土壤、植被及水体等均有各自独特的光谱特征。地物光谱特征的差异，是遥感技术识别各类地物的主要依据，也是应用遥感技术开展土壤重金属污染评价的理论基础。遥感技术以其宏观性和现势性强、综合信息丰富等优势，在矿区土壤重金属污染评价中起到了积极的先导作用，并取得了良好的应用效果。一般情况下，土壤中的有机质、水分、铁氧化物、重金属等对土壤光谱反射率有一定影响。国外相关研究起步较早，始自20世纪六十年代土壤光谱研究［3］。国外有研究中表明，当土壤有机质含量超过2％，铁氧化物、重金属等光谱信息有可能被土壤中的有机质的光谱信息所掩盖，进一步加大了光谱信息提取的难度；同时土壤的反射率会因铁氧化物的存在而在整个波谱范围内有明显的下降趋势，土壤的光谱反射率都朝着蓝波方向下降，并且这种下降趋势可以扩展到紫外区域［4］，相关研究陆续拓展至矿区重金属污染中来［5］；国内自20世纪八十年代在云南腾冲系统地开展土壤光谱与理化性状关系的研究［6~7］，并于九十年代末开展遥感技术在矿区重金属污染监测的探索。目前遥感技术对矿区土壤重金属污染评价研究主要有两个方向：一是植被反演。根据地表植被覆盖以及重金属在植被根茎、叶片中富集，植被在重金属胁迫下叶绿素等光谱特征发生变化的特点，通过植被光谱数据反演土壤中的重金属含量，间接评价重金属污染。二是土壤监测。利用重金属对土壤波谱特性的影响，通过土壤光谱数据监测重金属含量［8-10］。

2.植被反演方法

植被在生长发育的过程中，矿区土壤中的重金属被吸收和富集，对植物的产生的影响主要体现在长势方面产生了生物地球化学效应，如色素含量、水含量、叶面温度的变化，进而影响植被的光谱反射率，植被光谱的变化能够在遥感光谱信息中有所体现。基于以上认识，可以通过植被光谱信息、波谱曲线变化的分析提取污染信息［11］。不同植物对重金属敏感性不同，重金属胁迫导致植物体内生物化学成分发生改变，使电磁波谱反射特性不同。植被反演方法的原理是，运用遥感技术研究重金属污染条件下植被光谱特征变化，建立植被光谱特征与重金属污染条件下植被生长状态参数变化之间的关系［7］；研究叶绿素含量与重金属污染之间的关系，分析叶绿素变化敏感的光谱指数及其响应规律，并进行了区域应用与验证［11-13］。研究表明，随着土壤中重金属含量增加，植被近红外、可见光反射光谱特征发生显著变化，表现为可见光光谱反射增强，近红外光谱减少，红边移动范围减少［14-15］。此方法适用于矿区植被覆盖较茂密的区域。王杰等（2005年）以江西德兴铜矿去为实验区，采用美国陆地卫星（Landsat）ETM+数据，采用比值分析、彩色合成、影像融合等方法增强影像视觉效果，对污染区的植被的波谱曲线与正常区的同种植被的光谱特征作对比，总结出受毒化植物叶冠的波谱形态与正常植物叶冠的波谱形态相比发生的形态变异的特征，总结对照区和污染区植被的波谱特征差异和各污染区的受污染程度，分析出不同污染区植物的受毒害程度［16］。雷国静等（2006年）在南方植被茂密区离子型稀土矿区采用高分辨率QuickBird遥感数据采取坐标换的方式，消除土壤信息干扰，获取了较真实的植被受污染影响程度的信息，运用了归一化植被指数密度分割方法和通过旋转二维散点图获得植被绿度方法来提取植被污染信息，取得了较好的效果［17］。李新芝等（2010年）以肥城煤矿区为实验区，将SPOT-5数据2.5米分辨率的全色波段进行小波变换、主成分分析等融合方法提高图像的空间信息量，综合运用缨帽变换、植被与土壤相关性分析、支持向量机分类等方法提取矿区植被信息，并制作了植被等级分布图，确定了不同污染程度的植被覆盖面积，与矿区污染分布的规律具有较好的一致性［11］。黄铁兰等（2014年）以广东大宝山矿区及周边10公里范围作为研究区，分别以ASTER及QuickBird为数据源，采用植被指数法和植被绿度法对植被污染信息进行识别，对获取的植被绿度信息图像进行密度分割，获得植被污染程度及分布情况。同时建议大范围的矿山植被污染信息的识别，考虑到项目综合成本等因素，采用ASTER等低分辨率的数据源，选择植被绿度指数法进行识别。对于小范围的典型矿区，可选用QuickBird等高分辨率的数据源，用植被指数法进行识别［18］。由于混合像元、大气效应的存在，植被信息提取过程中容易出现错分、漏分现象；相关系数的设置易受经验的影响。同时信息提取易受云层、山体阴影和人类生产活动的影响，均存在一定的误提现象。未来应加强信息提取技术、多源遥感数据在植被反演中的应用研究，以解决上述问题。

3.土壤监测方法

土壤是由多种物理化学特性不同的物质的组成的混合体，例如有机质、重金属、水、其他矿物质等。各种物质均有发射、反射、吸收光谱的特性，都会对土壤光谱特征产生影响，同时植被覆盖也对土壤光谱的监测有较大影响，因此对于通过土壤光谱数据直接监测土壤重金属含量的研究，尚处于探索阶段。土壤监测方法的原理是，利用光谱分析方法室内测定土壤发射光谱数据，经线性回归分析或指数回归分析、标准化比值计算、特征光谱宽化处理后，利用回归分析方法建立重金属元素含量与发射率变量之间的土壤重金属反演模型，定量反演出矿区土壤重金属含量［19-23］。此类方法适用于植被覆盖率较低的地区。ThomasKemper等（1998年）在西班牙Aznalcóllar尾矿库溃坝事件土壤重金属污染监测中，基于多元线性回归分析（MLR）和人工神经网络（ANN）方法分别通过化学分析、特征光谱--近红外反射光谱（0.35−0.35μm）手段监测土壤重金属含量，两种手段对As、Fe、Hg、Pb、S、Sb等六种元素监测有较高的相似度。为相似矿区环境的监测提供了较好的借鉴意义［13］。李淑敏等（2010年）以北京为研究区，研究土壤中8种重金属（Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg）的含量与热红外发射率的关系，分析了土壤重金属的特征光谱，并模拟预测了重金属含量的回归模型，为基于遥感光谱的土壤重金属含量监测奠定了基础［24］。宋练等（2014年）以重庆市万盛采矿区为研究区，通过光谱特征物质之间的自相关性来分析土壤中光谱特征物质，在回归分析的基础上建立As、Cd、Zn重金属含量的遥感定量反演模型，监测三种重金属含量，结果表明土壤在近红外波段和可见光波段的反射值比值与土壤中As、Cd、Zn含量存在较好相关性［25］。部分研究对波段选择和光谱分辨率的重要性认识不高，影响了重金属元素光谱信息识别、重金属污染预测精度；土壤中绝大部分重金属，如铅、锌、铬、砷等在可见光—近红外波段区间的光谱特征较弱，易被植被、土壤波谱信息掩盖，对直接利用土壤重金属光谱特征来提取污染信息带来了难度。研究发现，铁氧化物的波谱特征较明显，今后需加强土壤中重金属与铁氧化物相关性的研究，以提高污染信息提取的准确性。

4.未来展望

近年来，遥感技术用于矿区土壤重金属评价取得了一定进展，今后要在以下几个方面寻求突破：

（1）研究遥感信息提取新技术新方法。地物波谱特性易受土壤成分、大气效应、植被等环境噪音的影响，需进一步加强波谱信息提取技术的研究，以提高遥感信息提取的准确性。

（2）加强田间光谱测量研究。目前对土壤重金属监测仅局限于实验室级别的光谱监测，需要进一步探讨其他因素对重金属吸附的影响以建立准确的土壤重金属含量光谱估算模型，并进行大量而精确的实验室与田间的光谱测量工作。

（3）由定性监测向定量监测转变。遥感技术在矿区土壤重金属污染评价方面的研究大多是定性或半定量评价，尚达不到定量评价。需在遥感反演土壤污染信息模型与理论方法、土壤重金属含量与光谱变量的相关关系等方面加强研究，以接近或达到定量评价污染的水平，进而利用遥感技术评价大面积土壤污染及修复。

（4）研制高性能的卫星，提高遥感信息获取能力。作为中国16个重大科技专项（2006年~2022年）之一的高分辨率对地观测系统已进入全面建设阶段，其中2014年8月发射升空的高分二号卫星空间分辨优于1m，这必将改变遥感数据普遍采用国外遥感数据（SPOT、Landsat、QuickBrid等）的局面。

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生物信息学的研究进展范文篇10

关键词：信息；科学；哲学；问题；评介

中图分类号：B08文献标识码：A文章编号：1000－2731(2012)02－0023－05

在2010年8月召开的第四届国际信息科学基础大会(FIS2010，北京)上，我很荣幸地认识了俄罗斯科学院信息科学问题研究所首席研究员，康斯坦丁・科林(KOHCTaHTl4HKoz_rm)先生。他为大会提交的英文论文的题目是“PhilosophyofinformationandfundamentalproblemsofmodelTlInformatics”(《信息哲学与现代信息科学的基本问题》)，而这样的研究方向正是我所感兴趣的。在进一步的接触中，我们了解到，科林先生在信息哲学和信息科学中的哲学问题的方向上已经研究了20多年，是信息哲学和社会信息科学领域的著名专家，取得了丰硕的研究成果。从科林先生的介绍中，我们还了解到，俄罗斯学者在信息哲学和信息科学中的哲学问题的方向上的理论研究已经有40多年的历史，其中有相当一批学者都对这一研究领域十分重视，并作出了一系列开创性的成果。

另外，自上个世纪90年代以来，俄罗斯科学院和俄罗斯的一些大学还开创性地在大学生和研究生中开设了关于信息科学与哲学方向的通识课程和学位课程，其中举办较为成熟的课程有《信息科学中的哲学问题》和《社会信息科学》。而科林先生正是这两门课程的积极倡导者和重要设计者。

在会议期间我们还了解到，科林先生有一本新书将以俄文和英文两种语言同时出版，而这本新书既是一本专著，又是为配合《信息科学中的哲学问题》的研究生课程而编写的教材。会后征得科林先生的同意，我将这本新书从俄文译成了中文，该译本即将由中国社会科学出版社出版。

本书是一本关于信息科学的性质、研究对象和范围、学科地位、体系结构、领域和方法，信息科学教育，信息的科学观和哲学观，信息社会与人类文明的发展，以及信息科学发展的历史、现状和未来前景的学术专著。全书论域之宽泛、理论之深入、观点之明确、论述之简明，都已达到了很高的水平。如此体例和内容的学术专著尚未见到。

全书的立论是建立在作者对信息的本质及其存在范围和普适性规律的认识的基础之上的。

在关于信息的本质和信息的存在范围的认识上历来颇多争议。科林先生坚持从世界客观本体的层面上对信息的本质和存在范围做出相应的规定。他写道：“在最广泛意义上，信息是现实世界的客观属性，它是物质和能量在空间和时间中分布的差异性(不对称)的表现，这些表现存在于所有自然发生的生命界、无生命界，以及人类社会和意识活动的非平衡过程之中”(第三章第三节)。这样的认识无疑在两个方面是十分成功的：一是把信息看作是所有事物中普遍存在的现象，即是说，信息具有最为普遍性的存在论品格；二是用信息显现和表征的“差异性(不对称)”来解读信息的本质，这就在某种程度上看到了信息存在方式和物质、能量的存在方式的区别。

但是，在这里我们还是要提请注意，仅仅用“差异性(不对称)”来标明信息的本质，还只是看到了信息活动外在表现的方面。固然信息必须通过“差异性(不对称)。”来显现和规定自身，然而，这种“差异性(不对称)”本身却不是信息最本质层面的规定性，因为，人们完全可以把“差异性(不对称)”看作是物质世界自身存在的一种方式、一种关系。另外，任何“差异性(不对称)”都还必须通过信息的对应性显现才能表征自身的存在。如此看来，信息只能是在显现、表征的意义上才可能构成自身区别于物质世界的独特存在方式。这样，要真正揭示信息区别于其他存在形式的本质，还有必要从信息独特的存在方式的层面上继续探讨。但是，无论如何，科林先生已经把对信息本质的规定设置在了客观自然关系的尺度上，这就离我们关于信息本质真谛的认识不远了。

科林先生的理论的更为深刻之处还在于，他基于他对信息的本质和信息存在范围的认识，提出了一个关于世界二重化存在的理论。他写道：“我们面对世界的现实结构具有二重化的性质，因为，这个世界同时包括两个主要的组成部分：物理现实和理想现实。这两个部分都是客观存在的，并且是相互作用的，因而它们具有相互反映的特性”(第三章第二节)。由此出发，我们便可以建立一种全新的哲学本体论学说，从而打破传统的关于世界是由物质和精神构成的二元对立的哲学观念，这在实质上就是建立了一种全新的世界观。

在科林先生那里，信息的科学观和世界观是统一的，并且，信息的世界观是以信息的科学观为其科学基础和依据的。这种信息的科学观就集中体现在科林先生对信息的性质和作用的认识之中。在科林先生看来：“信息贯穿于我们周围世界的有组织的物质和能量的各个层次，它是物质和能量运动的首要的原因，并决定着它们在空间和时间中运动的方向”；“信息是进化的决定性因素，它决定着自然和社会进化过程的发展方向”；“信息是现实世界中的多方面的现象，它以某种特定的方式体现于自然的生命界和无生命界的各种信息环境之中，体现于信息活动过程的不同条件之中”；“可以假定，在这些一般的信息流程、现实对象，以及任何形式的过程和现象中，都体现着某些基本的信息规律”(第三章结论)。

正是基于这样的一种科学观和哲学观，科林先生才确立了他关于信息科学的性质、研究对象和范围，以及其在现代科学中的学科地位的理论。他特别强调“信息是现代科学的基本概念”，信息科学是“一门基础科学”，并具有“跨学科性质”(第二章第一节)。他写道：“信息现象乃是信息科学的最重要的研究对象，根据信息概念的规定以及信息活动的规律，在生物领域和无生命的自然领域，也包括人类创建的人工技术系统之中，应当有一个共同的信息活动的基础”(第一章结论)；“正是信息的基本概念，以及信息在生命和非生命的自然发展过程中所起的关键性作用，使信息科学推动了基础科学发展的水平，同时也使信息科学自身发展成为一门独立的科学知识领域”(第二章结论)。“作为基础科学的信息科学的研究对象是信息的基本性质、自然和社会相互作用中的信息活动过程的规律，以及这些活动过程在技术、生物和社会系统中的组织方法”(第三章结论)。

由于科林先生认为信息科学具有基础科学和跨学科的性质，所以，在论及信息科学的体系结构和领域方法时，科林先生也应用了从基础科学到分支科学和应用科学的跨学科的系统综合集成的方法。科林先生写道：“信息科学研究的并不仅仅是在计算机通讯和其他技术系统中收集、存储、处理和传递信息的仪器和技术方面的问题，而且还包括在自然的生命界和无生命界，以及在人类社会中存在的信息活动过程”；“把不同科学领域(物理、化学、生物学、心理学、计算机科学)的科学家们汇聚起来，对生物系统，以及无生命的自然过程中发生的信息显示的特征进行研究乃是一件特别重要的事情。毕竟，这些研究结果可能会导致科学家们揭示出某些一般性的规律，这些规律对于不同性质的信息环境中发生的各类信息活动过程都具有解释的有效性”(第三章结论)。

早在1990年科林先生就提出了一个信息科学的体系结构，它包括四个主要的部分：理论信息科学；技术信息科学；社会信息科学；生物信息科学。后来，他又根据俄罗斯科学院信息科学问题研究所的相关研究成果增加了一个部分――物理信息科学。科林先生认为上述的五个部分可以分为两个层次：一个是处于上层的理论信息科学，它研究的是信息过程的一般性质和规律；另一个是处于较低层次的四个并列的部分――技术信息科学、社会信息科学、生物信息科学和物理信息科学，它们研究的是在某一特定类型的信息领域中实现的相应的信息过程(第一章第三节)。

我们有理由把这样一个学科体系结构看作是最基本层面的结构划分，在其之下一定还可能细分出大量的分支性和应用性学科。由此，也可以显示当代信息科学发展的跨层次的学科群的特征。其实，由于信息已经成为构成世界的基本要素，所以，从理论上来说，所有的传统科学学科在对其研究对象进行研究时，都不可能回避这些对象的信息特征以及其中现实发生的信息活动过程。另外，我们还应当在上述体系结构的顶端再增加一个更为一般和综合的层次――信息哲学。毕竟，信息科学的发展已经有迹象把人类的哲学思维和科学思维重新统一起来。并且，要建构统一的信息科学理论，必须对信息的本质以及信息的一些最基本层面的规定进行综合而统一的解释，而这样的一种解释，只有在哲学的层面上才能最终实现。

正是基于这样的认识，我才在北京1995年召开的一次关于信息科学和社会发展理论的学术研讨会上提出了“科学的信息科学化”的理论，并给出了一个包含六大层次的信息科学的体系结构：信息哲学、一般信息理论、领域信息学、门类信息学、分支信息学、工程技术信息学。领域信息学又包含三大并列的学科――自然信息学、社会信息学、智能信息学，分支信息学还可以再行分化出多级分支学科。两相比较，我们可以看出，科林先生所划分的信息科学的体系与我所划分的信息科学体系的一般信息理论、领域信息学的层次基本对应，而其所提出的技术信息科学则对应于我所划分体系中的工程技术信息学的层次。

虽然，科林先生仅只给出了两个层级的信息科学体系的划分，但是，他的信息科学的体系却并不具有封闭于这两个层次的性质。因为他同样关心和注重讨论了向上的信息哲学问题的方向，以及向下的分支信息科学的方向。

在这本书中，科林先生反复强调了信息科学的历史和哲学问题方面的重要性，并对那些只关注信息科学中的工具性和技术性问题的做法的狭隘性提出了批评。科林先生在其自拟的关于本书内容的《简介》中明确地表示：“本书的目标是要建立信息科学的哲学和科学方法论的基本理论，并对这一理论所具有的越来越重要的跨学科的基础科学的性质，以及其在意识形态和社会经济中的重要作用进行讨论”。

在本书“第一章”的“结论”中科林先生曾经这样写道：“信息科学正在实现它作为一种系统的科学知识而发挥其整合功能的作用……信息科学基础知识的进一步发展具有重要的哲学和科学的方法论意义”；“当前，一个非常值得关注的问题是信息科学的哲学基础的发展，这一问题是建立在对信息本质的新的哲学理论形成的基础之上的”(第一章结论)。

从上面我们提到的科林先生关于信息的本质、信息存在范围，以及世界的二重化存在的理论中，我们也可以清晰地看到，科林先生关于信息科学的整体认识其实是以他提出的信息哲学理念为前提的。在书中他还明确强调：已经“形成了一个新的认识世界的信息方式和信息世界观，这一新的观念从根本上改变了当代以物质一能量为标准模式的世界图景、科学范式和科学研究方法”(第四章第一节)。

当然，信息哲学的研究内容并不仅限于科林先生所论及的部分，因此我们还是应当强调，信息哲学应该成为信息科学中的一个独立的研究层次，它也应当有它自己的具体研究领域，如，信息本体论、信息认识论、信息进化论、信息价值论、信息方法论，等等。

从科林先生所揭示的信息科学的跨学科的性质出发，在科林先生所论述的信息科学体系的第二个层次的四大信息科学的研究领域之下再派生出众多分支性和应用性的信息科学学科同样具有合理性和必然性。这也与科林先生在书中的相关论述和所介绍和讨论的相关信息科学学科的具体领域和方向的内容完全吻合。

科林先生写道：“信息科学的跨学科的性质主要表现在，信息科学的研究方法越来越多的被应用于自然科学的各个领域：量子物理学、天文学、生物学、遗传学、地质学、矿物学等。另外，信息科学的研究方法还越来越多的、频繁的开始被应用于人文学科领域：经济学、社会学、心理学和语言学。虽然，在信息科学自身的方法论研究领域，以及在信息科学的各种应用性研究领域，现在仍然有许多工作要做。”“信息科学的学科领域正在迅速扩展”(第二章结论)。

在论及信息科学的现状及其未来发展前景的时候，科林先生具体介绍和讨论了大量信息科学的分支性和应用性学科。其中主要包括：经济信息科学、网络信息经济、信息政治经济学、信息科学的脑科学、社会信息技术、社会信息理论、心理信息科学、教育信息科学、医疗信息科学、计算机图形学、纳米信息科学、量子信息科学，等。其实，就目前信息科学的发展而言，由于本书目的所限，已有的大量信息科学的分支性和应用性学科都未进入本书的视野，此外，尚有更多的信息科学的应有的学科或者是正在酝酿形成之中，或者是连一个基本的概念都还未能提出。

值得指出的是，科林先生对量子信息科学的科学和哲学意义给以了相当高的评价。他认为：正是量子信息科学的产生和发展“从根本上改变了人类科学和实践的面貌，它使人类对物质自组织的信息问题的定性认识上升到了一个新的量子层级的水平，人们在这一水平上达到的认识乃是人们对各级自然和人工系统的性质进行认识的基本原则。”“这一基本原则的揭示不仅能够作为科学技术发展进步的一种新突破的标志，而且还能够作为人类文明过渡到一个新的质的发展水平的标志”(第六章第八

节)。

科林先生对量子信息科学所作的这一评价是毫不过分的。其实，无论是量子信息科学，还是纳米科学，或是虚拟现实科学的领域都是最能集中体现信息科学理论的最有发展前途的前沿性领域。因为，正是这些领域的发展把信息科学的码元、码元序的组织结构、关系模式建构，演化程序、过程模式展示的基本科学理念和技术方法贯彻到了自然原子、分子结构的构造，以及数码人工技术实现的层次和水平。从而以科学的名义实现了信息系统复杂综合的世界图景，并最终导致人类的科学观念和科学思维方式、哲学观念和哲学思维方式的根本性变革。

除了理论阐释的清晰性和深刻性之外，该书的另外一个鲜明的特点就是它的实践指向性。这一方面的特点主要体现在该书对社会信息科学，以及实施信息科学教育原则的设计之中。该书的“第四章新的现实信息与社会信息科学”“第五章信息科学与教育”，以及关于《信息科学中的哲学问题》《社会信息科学》两门课程的教学大纲的两个附录，涉及的都是这方面的内容。

科林先生强调说：“全球信息社会的发展为人类生存条件的根本改变提供了新的机遇和新的挑战，而我们的现代教育体系仍然不能适应这一发展，需要从根本上进行现代化的改造……因此，迫切需要建立发展教育的国家标准”(第五章结论)。“我们必须用信息科学提升我们各级教育系统课程教学的内容”(第三章第一节)，并“把教育方式转变到对信息科学的新原则进行学习的方向上来”(俄文版内容简介)。有必要提出一个“十分重大的、具有前瞻性的全新教育原则：把信息科学的教学纳人基础自然科学和通识教育的具体科目”(第一章第二节)。

科林先生还进一步指出，由于信息科学的发展所导致的人类社会的全方位的变革，致使“人类现有的教育哲学的观念将不得不在很大程度上予以改变，人们必须对信息社会的进程，以及形成的新的信息现实进行必要的反思。”“现在，必须对俄罗斯的科技人员进行系统培训，使他们能够对信息科学的历史问题和哲学问题进行研究”(结束语)。“我们对作为一门基础科学的信息科学的发展前景进行展望，就是要为进一步加强自然科学和人文科学的融合创建一个共同的框架。然而，自然科学和人文科学目前的相互割裂的状态，不能为人们提供关于自然和社会的全面知识，因此，有必要实行全面的教育和塑造全面的人格”(第六章结论)。

正因为有了如此明确的认识，科林先生才致力于俄罗斯教育理念、教育体制、教学内容和教学方式的改革，并长期努力投入具体实践。

科林先生和他的俄罗斯同事们以信息科学和信息社会的发展为背景，对当代教育理念和体制所进行的反思，对俄罗斯教育所进行的改革实践，不仅是合理的、现实的，而且还是超前的。目前，在我国的教育界，相关的理论探索十分薄弱，更谈不上实践方案的制定和落实。如此看来，科林先生所代表的俄罗斯学者的相应研究和工作，一定会给我们以启发，实在值得我们借鉴。

生物信息学的研究进展范文篇11

关键词：精细农业精细农作GPS和GIS工程技术创新

引言

近两年来，我国科技界在研究推进新的农业科技革命中，关于国外“精细农业”技术的发展，引起了广泛的关注。新闻媒体陆续有了一些报导，科技部在筛选“面向21世纪解决16亿人口食物安全的关键技术”项目、组织S-863农业高技术领域发展计划研究以及农业部948引进项目立项中，也受到了重视。有的单位已开展了有关研究和试验示范工程准备工作,加强了和国外的学术交流与合作联系，国内学术交流也开始活跃。国外有关产业界开始向我国推荐其技术产品，密切关注中国走向21世纪实现农业现代化、信息化中这一巨大的潜在技术市场。可以预言：“精细农业”技术体系的试验示范及其相关技术产品的开发研究，将在世纪之交成为推进我国新的农业科技革命中的重要研究课题。信息技术革命为农业生产现代化发展提供了新机遇，在开拓新的前沿科技应用研究领域中，发达国家和一些发展中国家的起跑线拉近了距离，时间上的差距在缩小。在某些重要领域实现技术发展上的跨越，将是机遇性的挑战。主席1998.9在安徽考察工作时的讲话中指出：“现在一些发达国家，已经把基因育种工程、电子信息互联网络、卫星地面定位系统等高新技术应用于农业。我们必需有紧迫感，尽快迎头赶上”。“精细农业”技术体系是?┭А⑴┮倒獭⒌缱佑胄畔⒖萍嫉榷嘀盅Э浦兜淖樽凹桑溆τ醚芯糠⒄贡亟慌苯用嫦蚺┮瞪哂τ梅竦牡缱有畔⒏咝录际酰纾何佬嵌ㄎ幌低场⒌乩硇畔⑾低场⒁8屑际醯呐┮涤τ茫慌镄畔⒖焖俨杉瞧鳌⑴锔鳌⑼练使芾怼⑴┮├谩⑽廴究刂频仁视眉际鹾团┮倒套氨讣捌洳祷际醯难芯坑肟ⅲ酝贫夜谥逗托畔⒌拇撑┮迪执哂猩钤兜恼铰孕砸庖濉?nbsp;“精细农业”，即国际上已趋于共识的“PrecisionAgriculture”或“PrecisionFarming”学术名词的中译。国内科技界及媒体报导中目前尚有各种不同的译法和对其内涵的理解。实际上，目前国外关于PrecisionFarming的研究，基本上仍是集中于利用3S空间信息技术和作物生产管理决策支持技术（DSS）为基础的面向大田作物生产的精细农作技术，即基于信息和先进技术为基础的现代农田“精耕细作”技术。因此，作者认为采用“精细农作”译名来表达当前这一技术思想的内涵可能更为确切。“精细农作”是直接面向农业生产者服务的技术，这一技术体系的早期研究与实践，在发达国家始于八十年代初期从事作物栽培、土壤肥力、作物病虫草害管理的农学家在进行作物生长模拟模型、栽培管理、测土配方施肥与植保专家?低秤τ醚芯坑胧导薪徊浇沂镜呐锬谛∏魑锊亢蜕肪程跫拿飨允笨詹钜煨裕佣岢龆宰魑镌耘喙芾硎凳┒ㄎ弧葱璞淞客度耄虺啤按Ψ脚鳌倍⒄蛊鹄吹模辉谂┮倒塘煊颍云呤甏衅谖⒌缱蛹际跹杆偈涤没贫呐┮祷底氨傅幕缫惶寤⒅悄芑嗫丶际酰镄畔⒅悄芑杉氪砑际跹芯康姆⒄梗由习耸甏鞣⒋锕叶耘┮稻斜匦杓婀伺┮瞪Α⒆试础⒒肪澄侍獾墓惴汗厍泻陀行Ю门┮低度搿⒔谠汲杀尽⑻岣吲┮道蟆⑻岣吲┎肥谐【赫图跎倩肪澈蠊钠惹行枨螅熬概鳌奔际跆逑档男纬勺急噶颂跫：M逭秸驡PS技术的民用化，使得它在许多国民经济领域的应用研究获得迅速发展，也推动了“精细农作”技术体系的广泛实践。使得近20年来，基于信息技术支持的作物科学、农艺学、土壤学、植保科学、资源环境科学和智能化农业装备与田间信息采集技术、系统优化决策支持技术等，在GPS、GIS空间信息科技支持下组装集成起来，形成和完善了一个新的精细农作技术体系和开展了试验实践。迄今支持“精细农作”示范应用的基本技术手段已逐步研究开发出来，在示范应用中预示了良好的发展前景。近五、六年来，已有数千计的研究成果，实验报告见诸于国际学术会议或学术刊?铮幻磕甓季侔熳ㄌ狻肮示概┮笛跹刑只帷焙陀泄刈氨讣际醪氛故净幔辉谕蛭仙柚糜卸喔鲎ㄌ馔罚梢约笆辈檠接泄匮芯糠⒄剐畔ⅲ幻馈⒂ⅰ摹⒓拥裙恍笱枇⒘恕熬概┮怠毖芯恐行模枇擞泄夭┦俊⑺妒垦芯糠较蚣芭嘌悼纬蹋蝗铡⒑裙昀匆鸭涌炜寡芯抗鳎⒌玫搅苏棵藕拖喙仄笠档拇罅χС帧9噬隙哉庖患际跆逑档姆⒄骨绷坝τ们熬坝辛斯惴旱墓彩叮晌兰椭环⒄古┮蹈咝录际跤τ醚芯康闹匾翁狻?/P>

“精细农作”技术思想的内涵及其主要支持技术：

“精细农作”技术思想的核心，是获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间和时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的“处方农作”。正是信息技术革命为这一技术思想的实践，提供了先进的技术手段。千百年来的作物生产，都是以地区或田块为基础，在区域或田块的尺度上，把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理，如利用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施，满足于获得区域、农场或田块的平均产量的认识水平，很少顾及对农田的盲目投入及过量施肥施药造成的环境后果。传统的农业技术推广模式，也是在区域尺度上进行品种选择、土肥监测，通过地区试验积累的适于当地的栽培管理措施向农户推荐使用。实际上，即使在同一农田内，地表上、下影响作物生长条件和产量的明显时空分布差异性，包括农田内作物病、虫、草害总是先以斑块形式在小区发生，再逐步按时空变化蔓延的特性，早已为人们所认识。几世纪前，农民把土地划分为小田块来耕作经营，正是受到对作物生长环境和产量空间变异的感性知识的影响。我国农民几千年来在小块土地上经过劳动密集的投入和积累的丰富生产管理经验而形成的“传统精耕细作”技术，也可以在小块农田内达到很好的经济产量，只是没有现代科学方法的定量研究和现代工程手段的支持来形成大规模的生产力。本世纪初期，科学家就研究报告过作物产量和田间土壤特性，如N、P、K、pH、SOM含量等在田间分布具有明显的差异性。1929年，Illinois大学C.M.Linsley和F.C.Bauer发表文章劝告农户应绘制自己田区内的土壤酸度分布图和按小区需求使用石灰的建议。之后，一直都有关于农田土壤和收获量空间变异性研究的报导。八十年代以来，关于在农田中实施土壤肥力、植保和作物生产定位管理（SiteSpecificCropManagement）的技术研究受到广泛的重视。世界著名厂商先后向市场提供了装有空间定位和产量传感器的现代谷物联合收获机，已可以在收获过程中自动生成以12-15m2为单元组成的农田小区产量分布图。多年的试验实践表明，田区内小区平均产量的最大差异可以超过100％。由于作物生产还受到气候变异的影响，经连续多年对同一田区积累的数据表明，同一小区年际间的产量差异性也可能是十分明显的。田区内产量上述明显的时空分布差异性，显示了农田资源利用存在的巨大潜力。现代农学技术与电子信?⒓际醯姆⒄梗炕袢≌庑跋熳魑锷蛩丶白钪帐粘傻目占洳钜煨孕畔ⅲ凳谥逗拖执萍嫉姆植际降骺兀锏教锴谧试辞绷Φ木饫煤突袢【】赡芨叩木貌砍晌赡堋M?是精细农作技术思想的示意图。其实施过程可描述为：带定位系统和产量传感器的联合收获机每秒自动采集田间定位及对应小区平均产量数据通过计算机处理，生成作物产量分布图根据田间地形、地貌、土壤肥力、墒情等参数的空间数据分布图，作物生长发育模拟模型，投入、产出模拟模型，作物管理专家知识库等建立作物管理辅助决策支持系统，并在决策者的参与下生成作物管理处方图根据处方图采用不同方法与手段或相应的处方农业机械按小区实施目标投入和精细农作管理。上述精细农作技术体系在许多发达国家的试验和应用表明，可以显著节约投入，获得良好的经济效益，受到农户的欢迎。

“精细农作”是基于田间小区农作条件的空间差异性，为实现优化作物生产系统的目标而提出的。但工程支持技术的开发研究，对实现这一技术思想起着关键的作用。如：农田信息采集与处方农作的空间定位，需依靠卫星定位系统（GPS）；地理空间信息管理和数据处理，需要应用地理信息系统(GIS)；未来大量地理空间数据的更新，需要遥感技术(RS)的支持；作物产量计量与小区产量图的生成需要能按秒记录收获机累计产量和对应地理坐标位置的智能型收获机械，以及计算机数据处理和产量图自动生成技术；田区空间变量信息的快速实时采集，需要研究基于新原理的传感技术与信号处理技术；按小区实施自动处方农作、调控目标投入需要变量处方农业机械；制定科学的农作处方需要计算机作物管理辅助决策支持系统的支持；作为一个能协调运作的智能化系统需要有高效的信息集成以及有关信息传输、标准化技术的研究等等。

迄今“精细农业”在发达国家也不过五、六年的应用试验历史，部分支持技术手段还不十分成熟，有待不断研究完善，相关的应用基础研究还比较薄弱。“精细农作”应用实践可根据不同国家、不同地区的社会、经济条件，围绕提高生产、节本增效、保护环境的目标，采用不同的技术组装方式，逐步提高作物生产管理的科学化与精细化水平。其中，获取农田小区产量空间分布的差异性信息是实践精细农作的基础。有了小区产量分布图，农户既可以根据自己的经验知识，分析小区产量差异的原因，选择经济适用的对策，在现实可行条件下采取适当措施实施调控；也可以根据技术经济发展的条件，利用先进的科技手段或智能化变量处方农业机械实现生产过程的自动调控。建立一个完整的精细农作技术体系，需要有多种技术知识和先进技术装备的集成支持

图1.精细农作技术思想示意图

（来源：MasseyFergusonInc.）

，这为农业工程师提供了进行技术创新的机遇。

3.“精细农作”技术发展与工程技术创新

3.13S技术农业应用研究：

“精细农作”中的定位信息采集与处方农作实施，需要采用全球卫星定位系统（GPS）。已经建成投入运行的有美国GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统。美国GPS系统包括在离地球约20,000km高空近似圆形轨道上运行的24颗地球卫星，其轨道参数和时钟，由设于世界各大洲的五个地面监测站和设于其本土的一个地面控制站进行监测和控制。使得在近地旷野的GPS接收机在昼夜任何时间、任何气象条件下最少能接受到4颗以上卫星的信号，通过测量每一卫星发出的信号到达接收机的传输时间，即可计算出接收机所在的地理空间位置。信号处理技术的发展，可使微弱的卫星信号为便携式或掌上型接收机的小型天线所接收。这是一个功能强大、对任何人、在全球任何地方都可以免费享用的空间信息资源。尽管美国政府对其GPS系统施加了“选择可用性政策”(SA)的影响和卫星信号在空间传输过程中发生的各种累积误差，但技术上可通过差分误差校正方式及信息处理技术使通用接收机的动态3维定位精度容易达到米级或分米级，测量型GPS接收机动态定位精度可达厘米级要求。近几年来，GPS产业技术发展迅速，若干大公司迅速涉足农业领域，提供了用于农田测量、定位信息采集和与智能化农业机械配套的DGPS产品。这类产品通常均具有12个可选择的卫星信号接收通道、动态条件下每秒能自动提供一个3维定位数据，动态定位精度一般可达分米和米级，并具有与计算机和农机智能监控装置的通用标准接口。如美国Trimble公司Ag13212通道GPS接收机，可接收信标台的地区性差分校正信号免费服务或获得由近地卫星转发的广域差分收费校正信号服务，提供可靠的分米级定位和0.1米/小时的速度测量精度。系统可用于农田面积和周边测量、引导田间变量信息定位采集、作物产量小区定位计量、变量作业农业机械实施定位处方施肥、播种、喷药、灌溉和提供农业机械田间导航信息等。配置这一系统需要考虑本地区可能提供的差分信号现有条件，或在缺乏上述服务条件下购置两台Ag132和配套通信电台建立独立的自用差分GPS系统，另还可配置必要的专用可选件如：基站附件、导航附件、背负式田间信息采集附件、掌上型计算机及必要的联接信号电缆等。Ashtect公司的AgNavigator结构设计有些不同，但功能大体相当。DGPS技术的迅速发展，使得近几年来各国提供局域差分信号免费服务的信标站迅速建设起来，至1996年末，美国这类信标站的地区覆盖范围已接近国土的2/3。信标站差分信号服务半径约计300km。我国在东南沿海原交通部也建立了近20个这类信标站。以近地卫星作为星载GPS广域差分信号服务系统在今后几年内也可望在我国部分地区相继建立。在竞争中谋求信息高新技术产品市场的商业利益，将是今后GPS技术发展竞争的总趋势。今年3月30日美国副总统戈尔在白宫新闻会上，宣布开放GPS卫星的L2频道并进一步开放L3频道民用服务，这将大大有利于进一步改善GPS卫星服务的精度和可靠性，使用户获得性能价格比更好的精确定位、定时技术服务。GPS用户系统外观结构简单，小型化，操作方便，但技术含量高。现有国外农机厂商配套的GPS产品，大多采用OEM方式引进关键部件进行二次开发后嵌入于农业机械应用系统中，可使性能价格比显著改善。DGPS作为农业空间信息管理的基础设施，一旦建立起来，即不但可服务于“精细农作”，也可用于农村规划、土地测量、资源管理、环境监测、作业调度中的定位服务，其农业应用技术开发的前景广阔。地理信息系统（GIS）作为用于存储、分析、处理和表达地理空间信息的计算机软件平台，技术上已经成熟。它在“精细农作”技术体系中主要用于建立农田土地管理，土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫草害发生发展趋势、作物产量的空间分布等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，为分?霾钜煨院褪凳┑骺靥峁Ψ叫畔ⅰK扇胱魑镌耘喙芾砀ㄖ霾咧С窒低常胱魑锷芾碛氤圃饽D饽P汀⑼度氩龇治瞿D饽P秃椭悄芑髯蚁低骋黄穑⒃诰霾哒叩牟斡胂赂莶康目占洳钜煨裕治鲈颉⒆鞒稣锒稀⑻岢隹蒲ТΨ剑涫档紾IS支持下形成的田间作物管理处方图，指导科学的调控操作。由于农业活动涉及广阔的地理空间和各种管理信息都有明显的空间随机分布特征，GIS在农业中具有广泛的应用价值。在形成农业空间信息地理图形时，采样密度、采样成本与信息处理的方法如何能更准确反映参数的空间分布，仍然是尚待深入研究的课题。由于商用GIS系统的功能一般都照顾到各种类型用户的需要，针对农业资源信息管理和精细农业实践的需要和农村用户的特点，开发基于GIS设计规范的简单实用、易于向基层农村用户推广、界面友好的田间地理信息系统（FIS）已引起学术界的注意，值得我国农业工程师进行创新研究。

遥感（RS）技术是未来精细农作技术体系中获得田间数据的重要来源。它可以提供大量的田间时空变化信息。近30多年来，RS技术在大面积作物产量预测，农情宏观预报等方面作出了重要贡献。由于卫星遥感数据目前尚达不到必要的空间分辨率和提供满足农作需要的实时性，目前还未用于作物生产的精细管理。然而，遥感技术领域积累起来的农田和作物多光谱图象信息处理及成像技术、传感技术和作物生产管理需求密切相关。RS获得的时间序列图象，可显示出由于农田土壤和作物特性的空间反射光谱变异性，提供农田作物生长的时空变异性的信息，在一季节中不同时间采集的图象，可用于确定作物长势和条件的变化。基于遥感产业界对“精细农作”的商业兴趣，一系列的地球观测卫星将在近几年内发射，到2005年，将有超过40个这类卫星提供服务。大部分这类卫星采集的全色图象，空间分辩率将达1～3米，多光谱图象分辩率预计可达3～15米，扫视区6～30km。由于采用卫星遥感比航空摄影的成本将低一半以上，卫星遥感技术可预期在近3～5年内，在“精细农作”技术体系中扮演重要角色。农业工程师应该涉足这一领域，了解有关的知识，参与应用研究，现在的RS软件已可装载在PC机上使用，性能价格比已可为普通用户所接受。

3.2收获机械产量计量与产量分布图生成技术

作物产量是许多因素综合影响形成的结果和评价种植管理水平的基础。“精细农作”技术思想也正是从获得田间小区产量的差异性信息出发，分析原因，指导管理决策。在“精细农业”研究发展中，虽然也有关于甜菜、土豆、甘蔗、牧草、棉花、水果等收获机械产量计量及产量分布图自动生成的试验研究成果，但迄今已商品化的产品仍集中于谷类作物收获机械方面。据报导，美国目前约有20个制造商供应谷物联合收获机产量计量系统，1997年底，全国使用这一技术的联合收获机约17,000台，其中约有一半带GPS定位系统可支持产量分布图自动生成。一个主要生产厂商宣称，至2001年其生产的90%谷物联合收获机将装备产量监视器。迄今已进入商品化的这类产品主要是基于冲击式-力传感技术（如美国JohnDeree和CaseIH）、容积式光电计量技术（如英国RDS产品）和γ射线流量传感技术（如MasseyFerguson产品）等。在谷物流量自动传感过程中，还可同时测量净粮含水量，在小区产量分布图基础上结合定位处方投入的成本分析直接显示小区经济效益分布图（GrossMarginVariabilityMap）。“精细农作”体系中的产量图自动生成技术，需要解决如下的科学技术问题：

流量传感器的计量精度、稳定性、通用性、标定简便性的进一步改善；

产量计量中同时获得收获机的实际割幅和前进速度信息；

生成产量分布图需要的空间分辨率不大于收获机械工作幅宽的DGPS定位系统；

针对不同收获机械建立谷物由割台至流量测量点的谷物运移过程模型，以校正产量分布信息的动态误差；

研究采集的定位数据和产量数据编码格式与快速存储传输方式。这些数据通常都是存储在软盘或IC智能卡中，能一次存储至少一个作业班内的全部数据，然后再传入PC机进行处理和生成产量分布图；

开发PC上进行产量分布图生成的软件，含文件结构、数据结构、误差校正、数据图形化、显示方式等；

上述技术都还需要继续完善。研究适于不同国家的农业机械装备、种植特点、适于不同作物和更为精确的上述各环节的智能化技术，仍然是农业工程师面临的挑战。谷物联合收获机电子装置，包括谷物产量自动计量和产量图自动生成技术，是当代农机研究的一个重要方向，也应是我国农机装备机电一体化、信息化研究的优先发展方向之一。对于改善易地收获、农机社会化服务，提高农机作业信息化意识，促进作物生产科学管理，都有十分重要的现实意义，应是世纪之交我国农机技术创新的重要课题。3.3田间变量信息采集与处理技术

快速、有效采集和描述影响作物生长环境的空间变量信息，是实践“精细农作”的重要基础。优先需予考虑的主要是土壤含水量、肥力、SOM、土壤压实、耕作层深度和作物病、虫、草害及作物苗情分布信息采集等。目前田间信息快速采集技术的研究仍大大落后于支持精细农作的其它技术发展，已成为国际上众多单位攻关研究的重要课题。现有的土壤信息采集方法是基于定点采样与实验室分析相结合，耗资费时、空间尺度大、难于较精细地描述这些信息的空间变异性。技术创新的方向是研究开发可快速操作，有利于提高采样密度，测量精度能满足实际生产要求的新传感技术和进一步改善空间分布信息的定量描述与近似处理方法。部分参数将可用扫描方式通过安装于作业机械上的传感器连续采集和进一步自动生成空间信息分布图。已经取得实用化或具有良好开发前景的成果，如：土壤含水量测量将在TDR成熟技术基础上，在开发经济实用的基于驻波比、频域法原理、近红外技术的快速测量仪方面拓宽研究领域。土壤主要肥力因素（N、P、K）测量仪器开发方面，基于传统化学分析技术基础上的快速肥力分析仪，目前国内已有实用化产品投入使用，其稳定性、操作性和测量精度虽然尚待改进，但对农田主要肥力因素的快速近似测量具有实用价值；一?只诮焱饧际跬ü浣右睹娣瓷涔馄滋匦越信锏史柿λ娇焖倨拦酪瞧饕言谑匝槭褂茫胍8屑际醯呐┮涤τ妹芮邢喙兀梢韵嗷杓喙丶际跹芯砍晒灰恢只诶胱友癯⌒в骞埽↖SFET）集成元件的土壤主要矿物元素含量测量技术的研究在国外已取得进展，将是值得关注的技术突破性研究方向。土壤耕作层深度对评价土壤持水能力和指导定位处方耕作，确定播种深度、施肥用量密切相关，在美、加、澳等已经开发出不接触式、基于电磁场测量土壤电导率用于评价土层深度分布图的仪器已试验使用，可对指导定位处方深耕取得良好的经济效益；关于SOM传感器，早在数年前已有报导，通过NIR原理研制的可用于田间在线测量的多光谱SOM测量仪已有商品化产品。在作物生长有关变量信息的采集方面，田间杂草识别是“精细农业”支持技术中引起广泛关注的领域。在杂草识别的光谱响应特性方面已有许多研究成果及参考数据可供借鉴。其它田间作物变量传感与空间信息处理技术方面的研究，将围绕新的物理原理与数学方法的应用，如多光谱识别、NIR视角技术、图象模式识别、人工智能方法（ANN、Fuzzy系统分析、ES应用）、状态空间分析、小波分析、卡尔曼滤波方法等。在实践“精细农作”方面，开发基于新的物?碓淼慕瓶焖傩畔⒉杉际跤敫纳瓶占涞乩硇畔⒋矸椒ǎ匀皇强萍脊髡呙媪俚募杈奕挝瘛?/P>

3.4智能型处方农作机械

七十年代中期微电子应用技术的迅速发展，使得工业化国家的农业机械进入到一个以迅速融合电子技术向机电一体化方向发展的新时期。农业机械的设计中，广泛引入了微电子监控技术用于作业工况监测和控制。八十年代后期起，其监控系统又迅速趋向智能化，由单元控制发展到分布式控制，由单机作业系统向与管理决策系统集成的方向发展。这新一代农业机械装备技术的发展，与过去十多年来基于信息技术的作物生产管理决策支持系统的迅速发展，都是近五年来“精细农作”技术得以进入日益广泛试验实践的重要条件。虽然，迄今支持“精细农作”的若干主要农机装备，除了如前述带产量图自动生成的谷物收获机以外，实施按处方图进行农田投入调控的智能化农业机械,如安装有DGPS定位系统及处方图读入装置的，可自动选择作物品种（二选一）、可按处方图调节播量和播深的谷物精密播种机；可自动选择调控两种化肥配比的自动定位施肥机和自控喷药机；可分别控制喷水量的定位喷灌机均已有商品化产品，并在继续完善。拖拉机驾驶室已安装智能化显示器，在一个LED显示屏上，可随意调用各种图形化可视界面,监控机器各部分的工况和显示处方作业和导航信息。现代带有多处理器的智能型农业机械，已经引用了工业部门中采?玫目刂破骶植客芟呒际酰–AN），相互间采用光缆传输信息，建立了工业化设计标准。我国当今农业机械技术水平从总体上看与发达国家落后了不止20年，需要在某些领域推动高新技术的应用研究与实践。开发适于我国国情的先进技术。“精细农作”的示范试验研究有可能成为农业机械装备领域应用信息高新技术实现技术创新的切入点。3.5系统集成技术

“精细农业”技术体系是一个集成系统，它涉及到多种学科知识的支持，需要学习应用不同子系统已经形成的硬、软件设计规范、标准、数据格式与通信协议，应用已有的单项技术成果，研究建立某些支持技术的新标准。近几年来，国外研究实践中已经积累了一些进行“精细农业”技术体系集成组装的经验。我国科技工作者要研究这方面的进展，参与国际交流。作为工程师，要善于根据工程项目的整体目标，既能从具体技术角度去思考和研究问题，具有不断突破现有解决实际问题的观念与模式的创新意识；又能注意进行项目目标的整体评估，协调技术先进性与经济可行性的综合优化目标，提出推动技术进步的试验实践方案。

问题与思考

迄今，国际上关于“精细农业”的研究仍处于发展的幼年时期，支持技术产品也尚待不断深化研究。其革命性的意义是提出了一种经营现代农业的新技术思想并付诸于实践，发展前景已在国际上具有广泛的共识。1998.1美国副总统戈尔第一次提出要建立以1米分辩率的“数字地球”的概念，在地理信息学术界引起了广泛的反响，它为认识世界科技进步对未来人类生存方式的影响提出了全新的观念。“精细农业”的实践将在下一世纪开发“数字地球”的实践中占有十分重要的地位。我国农业仍处于传统农业向现代农业转化的历史过程中，全面实践这一新技术体系的路程还很遥远。但启动这一新技术的示范与实践研究，将有利与推动实现我国农业生产知识化与信息化进程，改变传统技术思想，追踪科技进步，有利于推动基于信息和知识的农用先进支持技术产品制造业、服务业的发展。在“精细农业”技术体系的实践中，也将可开发出一系列适用新技术产品，为支持当前的“科技兴农”服务。在发展研究中，个人认为需要重视如下问题：4.1加强对国际有关研究发展信息和经验的研究。九十年代以来，国外许多单位已经积累了一大批示范试验数据与支持技术产品开发研究成果。可以采取引进技术思想与部分装备技术和自主创新相结合。找准切入点，注重其支持技术产品的国产化及产业化开发。“精细农作”的技术思想在国际科技界共识的基础上有其特定的涵义，即认识农田内小区产量和影响作物生长条件的空间差异性，实施定位处方农作。它是适应集约化、规模化程度高的作物生产系统可持续发展目标而提出的，在我国可先在规模化农场和农业高新技术综合开发试验区，力求在农田小区的尺度上进行研究与实践。我国广大农村农田经营规模小，生产手段仍较落后，实现广域的农田精细经营尚需有较长的发展过程，有条件的地区可先以村片、农田的尺度上对精细农作的技术思想进行示范试验研究，并应结合农业技术推广性试验和农业社会化服务方式创新中，开拓出新的服务领域。这样，既可以使我国的研究实践与国际上的研究发展趋势相接轨，又可以探索形成具有国情特色、有利于在农村推广的先进农作技术体系。4.2在“精细农作”试验研究与实践过程中，注意组装一批基于信息和知识的单项适用先进技术支持当前的“科技兴农”。如：GPS、GIS技术用于农田管理、节水灌溉、环境监测的实用技术；面向农业生产者应用的电子仪器、实用监控设备；农业装备信息化技术；精细测土配方施肥、病虫草害快速实用监测技术；智能化农业生产管理辅助决策支持系统的推广及支持农业社会化服务体系的先进装备技术与工具的开发等。4.3迄今国外进行的精细农业（PrecisionAgriculture）的实践，实际上是面向大田作物生产的精细农作（PrecisionFarming）系统。实现基于信息和知识的农业产业系统精细经营的技术思想，应该扩展到种、养、加，产前、产中、产后的整个过程，即过渡到建立“精细农业”的技术体系。实际上，“精细农业”的技术思想，早在七十年代后期开始，已优先在发达国家奶牛场根据奶牛产奶量定量配料系统中得到了广泛的推广应用。近十多年来，全自动化设施园艺业的发展和养殖业中动物生长预测模型与配料、环境调控自动化系统的结合，农产品产后储藏、保鲜、加工为达到高品质、高附加值产品的过程中，都已吸收了电子信息科技前沿的成就。“精细农业”的技术思想，尤应在设施园艺，集约养殖，农产品品质优选、加工增值产业中先付诸实践与推广，这对我国目前处于传统农业的结构性调整时期和开始重视强调实现农业增产方式的转变中，依靠先进技术装备和农业精细经营技术的支持，对农业增产、农民增收，具有重要的现实意义。4.4在试验研究中加强多部门、多学科间的相互联系，协同攻关.发展学术讨论交流，加强国际合作，重视应用基础研究。在高等农业工程院系的学科建设与教学内容改革中，要逐步创造条件开设有关GPS、GIS、RS应用课程，加强必要的实验研究设施与课程建设等。

中国农业大学“精细农业研究中心“近二年多来已经启动了有关研究工作，内容涉及DGPS、GIS农业应用，田间信息采集传感技术，智能型农业机械监控技术，精细农作技术的系统集成与发展战略研究。与国外有关研究中心和企业界已建立了比较广泛的联系，积累了比较丰富的信息，我们愿意与国内有关单位、企业发展合作，共同为推动我国农业工程技术创新与“精细农业”技术在我国的应用示范与实践作出贡献。

参考文献

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汪懋华，“精细农作”一知识经济时代的农田精耕细作技术，纪念中国科协成立40周年"科学技术面向新世纪"学术年会，"科技进步与学科发展"论文集上册,pp.296-299,周光召主编,中国科学技术出版社出版,1998.9。

[7].汪懋华,“精细农业”研究的发展与农业装备科技创新，中国农业机械学会第六次全国代表大会暨学术年会论文集，上海，1998.11。

TheDevelopmentofPrecisionAgricultureand

InnovationofEngineeringTechnology

ResearchCentreforPrecisionAgriculture,ChinaAgriculturalUniversity

Abstract

生物信息学的研究进展范文篇12

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CollinsF博士在华盛顿隆重宣布人类基因组计划（HumanGenomeProject，HGP）的所有目标全部实现［3］。这标志着后基因组时代（PostGenomeEra，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。TANGSY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

[1][2][3]

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［1］。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。

.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［1］、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种最重要的物化特性。日本丰桥技术大学（ToyohashiUniversityofTechnology）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［1］。除此之外，生物信息学在生物防治［1］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。

.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［1］、RT-PCR法、荧光RT-PCR法、多重PCR［］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［1-］技术也是未来食品病毒检测的发展方向。