超聲波中生物工程的應(yīng)用分析
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【摘要】超聲波是一種聲波，他的頻率高于兩萬赫茲，超聲波在我們的科學(xué)研究中已經(jīng)有了很廣泛的應(yīng)用，他的很多優(yōu)點(diǎn)正在被人類逐漸發(fā)現(xiàn)并加以利用，在醫(yī)學(xué)方面和生物工程方面，超聲波都已經(jīng)得到了充分的應(yīng)用。比如在研究生物酶的時(shí)候，以及細(xì)胞催化的生物反應(yīng)當(dāng)中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度較低的超聲波可以提高酶的活性，并且可以加速細(xì)胞的代謝。所以本文將主要討論超聲波在生物工程當(dāng)中的作用。
【關(guān)鍵詞】超聲波;生物工程
超聲波作為一種人類無法感知的特殊聲波，在各個(gè)方面都有著其特殊的作用。在生物工程方面，超聲波也受到了很大的重視，引起的科學(xué)家廣泛的興趣。在高強(qiáng)度的超聲波的作用下，可導(dǎo)致細(xì)胞破碎，酶失活，在低強(qiáng)度都的超聲波作用下，不僅不會(huì)對(duì)細(xì)胞造成危害，還可以促進(jìn)酶的生物活性。所以發(fā)現(xiàn)超聲波在生物工程當(dāng)中的特殊功效也成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
1超聲波的本質(zhì)
超聲波是聲波當(dāng)中的一種，是一種機(jī)械波，兩萬赫茲以上的聲波都是超聲波，通常在醫(yī)學(xué)上使用了超聲波在一兆赫茲到三十兆赫茲之間，超聲波需要通過介質(zhì)才可以傳遞下去，由于頻率很高，不能被人耳所聽到，正由于它的特殊性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，化學(xué)等重要領(lǐng)域。超聲波有很好的方向性，而且穿透能力極強(qiáng)，能量很大，在水中傳播的距離很遠(yuǎn)。超聲波所具有的能量很大，并且還有加熱功能、機(jī)械傳質(zhì)作用和空間作用:加熱作用就是超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)不斷的吸收能量，而使溫度升高，這一作用在生物工程方面并不是其主要的作用;空化作用就是液體中的氣泡在超聲波的作用下產(chǎn)生的一系列反應(yīng)，并且如果達(dá)到一定的條件，可以從穩(wěn)態(tài)的空化，直接轉(zhuǎn)化為瞬態(tài)空化，這一作用，可以直接破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，以及導(dǎo)致酶直接失活，然而在生物工程的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用當(dāng)中，這一現(xiàn)象并不是人類所希望的，但是穩(wěn)態(tài)空化作用在生物技術(shù)當(dāng)中有著很重要的意義;機(jī)械傳質(zhì)作用是使得介質(zhì)當(dāng)中的物質(zhì)加速質(zhì)量傳遞，在生物方面，可以增加生物膜和細(xì)胞壁的質(zhì)量傳遞，這樣，可以提高生物酶的生物活性，并且加速了產(chǎn)物進(jìn)入介質(zhì)當(dāng)中并進(jìn)行傳質(zhì)作用，也就是說超聲波可以促進(jìn)生物反應(yīng)當(dāng)中的反應(yīng)速度。
2超聲波在生物工程當(dāng)中的應(yīng)用
2．1超聲波可提高種子的萌發(fā)率
經(jīng)過科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在接受超聲波處理后，種子的萌發(fā)率得到了有效的提高。當(dāng)然是需要在適宜的條件下進(jìn)行，如果超出了種子能夠承受的超聲波的最大值，種子的死亡率也會(huì)大幅度提高。所以要選擇強(qiáng)度適當(dāng)?shù)某暡ǎ€要控制在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)，對(duì)種子進(jìn)行超聲波處理，這樣才能提高種子的萌發(fā)率，得到人類想要的結(jié)果。
2．2超聲波可影響植物生長(zhǎng)
在近些年當(dāng)中，經(jīng)過我們不斷的實(shí)驗(yàn)和分析，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超聲波在植物的生長(zhǎng)方面有著很大的影響。超聲波可以對(duì)植物的器官，甚至是整體的生長(zhǎng)都有一定的影響，對(duì)于器官來說，主要是植物的根部，使用較為溫和的超聲波對(duì)植物進(jìn)行處理，可以促進(jìn)其生根。對(duì)于植物的細(xì)胞來說，需要短時(shí)間的、劑量較低的超聲波進(jìn)行處理，基本上可以發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的分裂、生長(zhǎng)都有明顯的加速。但是一定要把握好超聲波的處理用量以及處理的時(shí)間，如果處理時(shí)間過長(zhǎng)或者是使用的劑量過大的話，就會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生不可挽回的影響。同時(shí)，如果用超聲波對(duì)保鮮液進(jìn)行處理，可以發(fā)現(xiàn)，一些植物的鮮重會(huì)明顯的增加，插瓶的壽命也會(huì)得到很大的延長(zhǎng)，所以使用適當(dāng)強(qiáng)度的超聲波對(duì)植物進(jìn)行處理，可以有效地促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。
2．3超聲波在植物基因方面的影響
近年來科學(xué)家已經(jīng)在基因工程當(dāng)中得到了很大的成就，通過誘導(dǎo)細(xì)胞基因，來得到想要的理想細(xì)胞，從而得到需要的產(chǎn)物，在二十世紀(jì)九十年代當(dāng)中，我國(guó)科學(xué)家就已經(jīng)提出了利用超聲波對(duì)植物細(xì)胞的基因進(jìn)行誘導(dǎo)，并制出了相應(yīng)的儀器，取得了很大的成就。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過超聲波處理，花粉內(nèi)可以進(jìn)行物質(zhì)交換，使得外源基因得到短暫的選擇性表達(dá)，這也就證明了通過超聲波可以使得外源基因進(jìn)入植物的細(xì)胞當(dāng)中。這一個(gè)技術(shù)相比基因槍技術(shù)，有著很好的持續(xù)性，可以提高基因轉(zhuǎn)化的效率、穩(wěn)定性和定向性。
2．4超聲波對(duì)于植物呼吸作用的影響
植物的呼吸作用可能會(huì)影響到農(nóng)作物產(chǎn)量的高低，所以在農(nóng)業(yè)方面植物的呼吸作用有著很重要的意義，在20世紀(jì)70年代中，科學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用低頻率的超聲波對(duì)蔬菜進(jìn)行處理，植物的呼吸強(qiáng)度會(huì)受到不同影響。植物為分為兩種，對(duì)于一年生的植物來說，它的呼吸強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)的下降，但是對(duì)于兩年生的植物來說，它的呼吸強(qiáng)度會(huì)因此而上升。所以我們可以利用超聲波來對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行處理，從而提高其產(chǎn)量。
2．5運(yùn)用超聲波對(duì)植物的病毒進(jìn)行檢測(cè)
植物病毒對(duì)于植物來說，是一種很大的災(zāi)難，如果病毒的毒性很強(qiáng)的話，那么植物可能會(huì)因此而死亡，所以防御病毒對(duì)植物的侵害是很重要的，這就需要我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)植物當(dāng)中的病毒存在。用超聲波可以及時(shí)的檢測(cè)到植物什么時(shí)候受到病毒的侵害，從而及時(shí)的進(jìn)行植物病毒的防治工作。
2．6超聲波在發(fā)酵工程中的應(yīng)用
用合適強(qiáng)度的超聲波處理發(fā)酵液，細(xì)胞膜的通透性和選擇性都會(huì)相應(yīng)的增加，使酶的分泌增加，加速細(xì)胞的代謝，使得產(chǎn)物能有釋放出來，這樣可以大大提高生產(chǎn)產(chǎn)量，縮短時(shí)間，提高效率。
3存在問題
雖然超聲波有著很好的優(yōu)越性，但是仍然存在很多有待解決的問題，首先由于發(fā)展時(shí)間還并不是很長(zhǎng)，所以理論的研究還需要繼續(xù)的進(jìn)行完善，眾多的影響因素還需要人們?nèi)ゲ粩嗟膶?shí)驗(yàn)。然后就是在超聲波對(duì)植物的有利實(shí)驗(yàn)操作中，還只能在小量的情況下進(jìn)行。還不能夠大批量的規(guī)模使用，還沒有一個(gè)規(guī)范的定量的尺度，所以還在試驗(yàn)階段，并沒有投入大量工業(yè)化使用，這也還需要我們繼續(xù)去探索，才能使得這一項(xiàng)技術(shù)走向成熟。
4結(jié)語
綜合以上幾點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)超聲波在生物工程上面有很多很有用的作用，超聲波的利用，解決了很多之前無法解決的問題，運(yùn)用超聲波可以從種子到植株、從基因改變到病毒防治各個(gè)方面都有所技術(shù)的應(yīng)用。所以只要大力的發(fā)展這一技術(shù)，運(yùn)用新興的超聲波技術(shù)在生物工程當(dāng)中大放光彩，是指日可待的。
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作者:程瑯 單位:成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院