蒙特卡罗模拟—遗传育种研究中的一个新工具1)

蒙特卡罗（Monte Carlo以下简称MC ) 方法是一类通过随机变量的统计试验随机模拟 求解数学、物理、工程技术、生物科学等问题近 似解的数值方法,一般也称作统计试验方法, 随机模拟方法「11。由于该方法是将由统计过程 所确定的物理状态用随机数进行模拟,过去因 计算工具的落后而阻碍了它的发展及广泛使 用。六十年代以来,随着计算机的日益发展与 普及,为MC方法提供了强有力的模拟工具,使 这一方法在国际上越来越广泛地得到应用。     

用于Monte Carlo模拟的复杂生物组织模型

Monte Carlo（MC）模拟被广泛应用于光子在生物组织中的传输研究。通常模拟时将生物组织近似为均匀的平板分层介质,当层状生物组织中含有异常物质（如肿瘤细胞等）或正常生物组织为非平板的复杂结构时,其模拟中的组织模型将会有相应的改变。通过探讨这几类生物组织的MC模拟模型,总结并分析模型建立的关键问题,对基于MC模拟的各种生物组织光学检测研究提供了指导。     

分子模拟技术及其在生物分离中的应用

分子模拟技术是借助计算机进行微观过程观测的研究工具,广泛应用于生物、材料、化学、化工和物理等领域的研究.本文简要介绍分子模拟的基本流程,着重介绍模型构建和模拟方法,最后以疏水电荷诱导色谱界面过程的分子动力学模拟为例阐述分子模拟在生物分离中的应用     

种群生存力分析研究进展和趋势

种群生存力分析（PVA）是正在迅速发展的新方法,已成为保护生物学研究的热点。它主要研究随机干扰对小种群绝灭的影响,其目的是制定最小可存活种群（MVP）,把绝灭减少到可接受的水平。随机干扰可分四类;统计随机性,环境随机性,自然灾害和遗传随机性。确定MVP的方法有三种：理论模型,模拟模型,模拟模型和岛屿生物地理学方法。理论模型主要研究理想或特定条件下随机因素对种群的影响;模拟模型是利用计算机模拟种群绝灭过程;岛屿生物地理学方法主要分析岛屿物种的分布和存活,证实分析模型和模拟模型。已有大量的文献研究统计随机性,环境随机性和自然灾害的行为特征,但遗传因素与种群生存力之间的关系还不清楚。建立包括四种随机性的综合性模型,广泛地检验PVA模型,系统地研制目标种的遗传和生态特性以及MVP的实际应用是PVA的发展趋势。     

FARSITE火行为模型的原理、结构及其应用

应用空间直观火行为模型模拟大的时空尺度上的林火蔓延过程成为林火管理、规划和科学分析的有效工具。FARSITE(Fire Area Simulator)是一个基于热物理、燃烧学和试验理论为一体的空间直观火行为模型,它集成了现有的地表火、树冠火、飞火和火加速等子模型。FARSITE能够利用GIS和RS提供的空间数据,模拟大时空尺度的林火蔓延,模拟结果能够以地图形式输出,反映林火行为的瞬时状态。本文介绍了FARSITE模型的基本原理、结构和运行机制,并将其应用到丰林自然保护区林火蔓延模拟,以期为国内林火管理和火行为模型的开发提供参考。     

基于贝叶斯统计的遗传连锁分析方法

贝叶斯学派是不同于经典数理统计的一个重要学派, 其发展的贝叶斯统计方法在现代科学的许多领域已有着广泛的应用。探讨了贝叶斯统计在遗传连锁分析中的应用, 包括遗传重组率的贝叶斯估计、遗传连锁的贝叶斯因子检验和基于马尔可夫链蒙特卡罗理论的遗传连锁图谱构建。用编制的SAS/IML程序进行了模拟研究和实例分析, 验证了贝叶斯方法在遗传连锁分析中的有效性和实用性。     

三维回转骨细胞条件培养基对成骨细胞功能的调节作用

骨细胞是骨组织中主要的力学感受器.研究失重条件下骨细胞对效应细胞的调控作用对于揭示失重引起的骨丢失机制具有重要意义.本研究拟采用三维回转器模拟失重,探讨模拟失重骨细胞条件培养基(RCM)对成骨功能的调节作用.小鼠骨细胞系MLO-Y4三维回转培养72h后,收集回转条件培养基(RCM)和未回转对照组的条件培养基(CCM),用四甲基偶氮唑盐比色(MTT)法、对硝基苯磷酸(pNPP)法和流式细胞术(FCM)分别检测RCM对小鼠成骨样细胞系MC3T3-E1增殖、周期及细胞分泌碱性磷酸酶(ALP)活性的影响.采用RT-PCR方法检测RCM对MC3T3-E1成骨相关基因表达的影响.结果显示,三维随机回转72h后的MLO-Y4RCM可促进MC3T3-E1增殖:条件培养基培养MC3T3-E124h和48h后,50%RCM组比CCM组分别增加了1.62和1.60倍,差异显著(*P0.05),培养72h后,100%RCM组比CCM组增加了1.69倍,差异显著(*P0.05);细胞周期检测结果表明,条件培养基培养24、48和72h后,RCM组部分恢复CCM引起的MC3T3-E1细胞周期阻滞;MC3T3-E1的ALP活性在RCM组和CCM组之间无差异;RT-PCR检测结果表明,100%MLO-Y4条件培养基培养MC3T3-E148h后,降低了成骨相关基因ALP、Runx2、OPN、OC的表达.差异显著(*P0.05,**P0.01,***P0.001).实验结果表明,三维随机回转模拟失重培养骨细胞72h后的条件培养基促进了成骨细胞增殖,抑制了成骨相关基因表达.     

一个确定害虫天敌最佳饲养数量的数学方法

以Ｉｔｏ随机微分方程为工具,研究了昆虫种群因环境因素变化产生随机波动情况下的数量变化规律;利用求极小值的方法,给出了生物防治中确定天敌最佳饲养数量的计算公式,指出了确定公式中参数的统计方法。     

基于数值模拟仿真技术的水生态景观规划设计探索

近年,水生态景观的建设性破坏现象与问题层出不穷。如何协调水生态景观复杂系统中并存的水利安全、生态安全和景观需求引发了业界的广泛思考。从水环境特点及其评价因子入手,提出基于数值模拟仿真技术的水生态景观规划设计方法。该方法能够借助计算机模拟技术建立起水景观物理形态与其内在生态特征的动态关系,并通过设计—分析—评价—再设计的循环设计路径,实现多方案比选,提高水生态景观规划设计的科学性和合理性,并进一步促进其多目标融合。结合2个实践案例,对基于数值模拟仿真技术的水生态景观规划设计原理、流程和工具予以阐释,为水生态景观规划设计提供了新思路。     

应用不同固定及染色方法确定商城肥鲵肥大细胞的分布

为了解商城肥鲵(Pachyhynobius shangchengensis)肥大细胞(mast cell,MC)的分布和形态特点,丰富有尾两栖类MC的生物学资料,用不同固定和染色方法对商城肥鲵消化系统及其他部分器官的肥大细胞进行了观察,并对消化道和舌的MC数量进行统计.结果表明,除输卵管和肾外,在3种固定方法中,改良甲...     

“性状分离比模拟实验”的教学设计

教材中的"性状分离比的模拟实验"是模拟生物在有性生殖过程中,雌、雄配子的随机结合,统计性状之间的数量关系。教学组织过程中将本实验由1对相对性状的模拟改进为2对相对性状的模拟,将仅对性状分离比的模拟改进为对F1配子种类、比例的模拟及子代性状分离比的模拟,从而更好地体现模拟实验的价值。     

宁夏河东沙地生物土壤结皮对土壤性质及入渗过程的影响

为了揭示沙漠化治理过程中生物土壤结皮覆盖对土壤入渗过程的影响规律,以宁夏河东沙地人工沙漠治理区4种典型地表覆盖类型：裸沙(BS)、藻类结皮(AC)、藓类结皮(MC)、草本-藓类结皮(H-MC)为研究对象,基于野外双环入渗试验与室内模拟,分析了3种生物土壤结皮覆盖下土壤性质的变化与土壤入渗特征。结果表明：(1)与BS相比,3种结皮覆盖下表层土壤砂粒含量减少2.0%—5.1%,粉粒含量增加3.6%—5.8%,有机质含量增加了5—6倍,AC和MC覆盖下土壤总孔隙度与饱和含水量降低,而H-MC与之相反;(2)平均入渗速率表现为BS>H-MC>AC>MC,1h累计入渗量表现为H-MC>BS>AC>MC,与BS相比,AC、MC和H-MC的初渗速率依次减少了14.3%、37.2%、11.8%,AC、MC的稳渗速率分别降低了14.4%和18.3%,H-MC的稳渗速率增加了4.5%;(3)三种模型中,Kostiakov模型最适用于模拟生物土壤结皮覆盖下土壤水分入渗过程。综上,研究区内不同发育程度生物土壤结皮改变了下层土壤的性质以及土壤的入渗特征,MC与AC阻碍水分入渗...     

犬黑素皮质素受体-2基因的分子克隆及序列分析

目的分离犬MC2R基因cDNA5′末端,分析其启动区域特点。方法采用了RNA连接酶介导的RACE（RLM-RACE）技术分离了犬MC2R基因和局部序列比对工具（Basic Local Alignment Search Tool,BLAST）对CDS区进行了初步验证。结果新分离了犬MC2RcDNA的5′末端,并对其启动区序列作了初步分析。序列分析显示,该基因至少由两个外显子（exon1和exon2）组成,exon1和exon2的一部分编码5′非翻译区（5′-UTR）,exon2其余的部分编码整个编码区。结论克隆了犬MC2R基因的5′末端,在其启动区发现了inr、SF-1、SP1、CRE、PPRE、AP-1等多个顺式作用元件,为犬MC2R表达调控研究奠定基础。     

分子模拟指导核酸适配体文库设计

核酸适配体是利用配体指数富集的系统进化技术（SELEX）从随机文库中筛选获得一段有功能的单链寡核苷酸。但因筛选过程中的文库选择、洗涤次数、分离效率、缓冲液离子含量和pH值等多种因素的影响,迄今所报道的亲和力与特异性都很高的核酸适配体为数不多。初始文库是核酸适配体筛选的源头,作为SELEX技术的根本,其设计是否合理直接影响到筛选的成败和效率。分子模拟能以核酸适配体文库为主体,计算机为主要工具,发展多种结构模拟与分析工具,辅助核酸适配体文库的合理设计。本文综述了现阶段利用分子模拟进行核酸适配体初始文库设计的相关方法,希望能为从源头上提高核酸适配体筛选的成功率提供线索。     

土壤-植物-大气连续体水热、CO2通量估算模型研究进展

土壤-植物-大气连续体(SPAC)水热、CO2通量的准确估算对理解陆地和大气的物质和能量交换过程有着重要意义.重点阐述了基于过程的土壤-植物-大气连续体水热、CO2通量模型,综述了统计模型、综合模型及基于遥感的模型的发展过程.其中水热通量统计模型包括基于温度和湿度以及基于温度和辐射的方法;CO2通量统计模型包括基于气候因子或蒸散因子以及基于光能利用率的方法.水热通量过程模型包括大叶、双源、多源和多层的水热传输物理模型;CO2通量过程模型包括叶片尺度及由大叶、双叶和多层方法扩展到冠层尺度的生理生态模型以及光合-蒸腾耦合模型.综合模型包括生物物理模型、生物化学模型和生物地理模型.统计模型形式简单,资料易得,对大范围的水热通量模拟具有指导意义;过程模型准确的揭示了水热和CO2通量传输的物理和生理过程,是大尺度综合模型的基础.未来生态系统水热、CO2通量估算模型将集成各种技术手段进行多尺度网络观测和大尺度机理模拟.     

种群统计随机性和环境随机性对种群绝灭的影响

影响种群绝灭的随机干扰可分为种群统计随机性、环境随机性和随机灾害三大类。在相对稳定的环境条件下和相对较短的时间内,以前两类随机干扰对种群绝灭的影响为生态学家关注的焦点。但是,由于自然种群动态及其影响因子的复杂特征,进一步深入研究随机干扰对种群绝灭的作用在理论上和实践上都必须发展新的技术手段。本文回顾了种群统计随机性与环境随机性的概念起源与发展,系统阐述了其分析方法。归纳了两类随机性在种群绝灭研究中的应用范围、作用方式和特点的异同和区别方法。各类随机作用与种群动态之间关系的理论研究与对种群绝灭机理的实践研究紧密相关。根据理论模型模拟和自然种群实际分析两方面的研究现状,作者提出了进一步深入研究随机作用与种群非线性动态方法的策略。指出了随机干扰影响种群绝灭过程的研究的方向：更多的研究将从单纯的定性分析随机干扰对种群动力学简单性质的作用,转向结合特定的种群非线性动态特征和各类随机力作用特点具体分析绝灭极端动态的成因,以期做出精确的预测。     

杂合子长期变化的计算机模拟试验——群体中长期保存杂合子的可能性分析

本文运用计算机模拟的方法,在随机交配、随机留种的情况下,分析了群体中长期保存杂合子的可能性。从模拟试验结果验证了群体遗传学理论的一个重要结论:群体中长期保存杂合子是不可能的。因此在畜禽保种工作中以减少基因纯合而保存群体全部基因为目的,来控制近交是不一定必要的。     

3D回旋仪模拟微重力效应对小鼠骨骼和代谢组学的影响

目的 3D回旋仪被广泛的应用于植物、细胞和线虫模拟微重力效应的研究中。但是尚未建立相关的啮齿类动物实验模型并探讨其作用机制。方法 将30只8周龄的雄性C57BL/J小鼠随机分成3组：独立通风笼组(MC组,n=6),生存盒组(SB组,n=12),3D回旋仪组(CS组,n=12)。实验结束后,使用Micro-CT检测小鼠左股骨丢失情况。采用代谢组学检测血清代谢物变化。结果 3D回旋仪处理后,CS组小鼠呈现出骨小梁数量减少(P<0.05)和骨小梁间距增加(P<0.5)的特征。在代谢组学中发现CS组有86种代谢物具有显著性差异。这些差异代谢物主要参与了蛋白质的消化吸收和矿物质吸收等代谢通路。结论 3D回旋仪模拟微重力效应引起了C57BL/J小鼠骨丢失和代谢物及代谢通路改变。     

模拟微重力通过调节AKT磷酸化抑制前成骨细胞的增殖

目的:研究模拟微重力对前成骨细胞的增殖作用及其分子机制。方法:利用2D回转器模拟失重条件培养前成骨细胞MC3T3-E1 24小时;将p-AKT激活剂SC79加入细胞培养基后模拟失重条件下培养前成骨细胞MC3T3-E1 24小时;利用Western blot技术分别检测细胞增殖相关蛋白PCNA以及AKT、p-AKT的表达变化情况。结果:(1)与对照组相比,模拟失重组前成骨细胞增殖受到抑制(P0.01),p-AKT/AKT比值减小(P0.01);(2)加入SC79组与对照组相比,p-AKT/AKT比值显著增加;(3)加入SC79的模拟失重组(MG+SC79)与模拟失重组相比(MG),p-AKT/AKT比值增加,PCNA蛋白表达增加(P0.01),成骨细胞增殖有所恢复。结论:模拟微重力可能通过抑制AKT的磷酸化形式抑制前成骨细胞的增殖,加入p-AKT激活剂可部分恢复前成骨细胞的增殖。     

全球气候变化对松嫩草原水热生态因子的影响

根据４个大氯环流模式ＣＯ２倍增试验结果并结合土壤水量平衡模型,气候－草原生产力统计模型及逐日气温、降水随机模拟技术评估了未来１００ａ温室效应引起的气候变化对松嫩草原土壤蒸散、土壤水分、干旱频率、活动积温,草原生产力及极端气象事件的影响。主要结论如下：土壤蒸散７～８月份有较大幅度的增加而旱季（１０～４月份有所减少,年蒸散将增加;土壤水分各月均将减少,干旱频率明显增加;≥０℃、≥１０℃活动积温明显增加