生物信息论文3700字_生物信息毕业论文范文模板

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  生物信息论文3700字(一):关于微生物在线生物信息分析系统的开发及运用论文
 
  摘要:应用浏览器或者服务器创建微生物在线分析系统,可以用于传染病的预防与控制,系统开发中将分析软件、远程桌面以及分布式运算等运行方案结合,使系统无需本地安装,能够通过浏览器直接使用。文章分析了微生物在线分析系统开发时需要的软件资料和应用技术,结合实际情况探究系统实践与应用的有效结果。
 
  关键词:微生物;在线生物信息;分析系统
 
  将已有的数据深入发掘,并转化成生物信息,利用生物信息对传染病加以诊断和控制,这是在线生物信息分析系统创建的目的,也是传染病预防与控制工作展开的基础。虽然已有多种分析软件,但是这些软件需要在各自的操作系统中使用互不相容,有的软件依赖集群使用,功能无法简化。因此,本文以特别研发一种兼容性、实用性较高的生物信息分析系统。
 
  1微生物在线生物信息分析系统开发的材料和方法
 
  1.1软件资料来源
 
  随着现代化网络信息技术的深入发展,关于微生物信息系统的研发问题已得到初步解决。通过构建信息分析系统,以浏览器或服务器作为系统架构模式,改变过去客户端与服务器的运行方式。该信息分析系统以服务器为核心,无论是程序处理还是数据分析,都能在服务器终端完成,数据可以直接展示给用户。应用时,无需安装专业软件,只需从网络中将计算机与服务器相连即可,应用浏览器就能实现微生物数据的分析和处理。
 
  针对本研究的微生物信息分析系统(以下简称微系统),以现有的信息工具和微生物数据库为主要基础集成开发系统,为研究人员提供微生物分析服务,以解决实际问题为目的,提高传染病预防控制的工作效率。本研究系统应用到的软件是互联网中免费公布的,可以在Windows系统或者Linux系统中应用。因此,该微系统的开发和应用不会涉及侵权的问题[1]。
 
  1.2软件与分类
 
  本次研发的微系统提供了15种常用的生物信息软件,以浏览器为介质进行访问和应用。按照功能划分,主要可以分成以下几种。
 
  (1)引物设计:Linux系统的Primer3。
 
  (2)序列比对与进化树构建:Windows系统的MEGA5;Linux系统的BLAST、MAUVE等;Windows与Linux兼用的MEGAN。
 
  (3)数据统计:Windows系统的Cluster,R,Cytoscape。
 
  (4)图形展示:Linux系统的BRIG、AigoGnomeBrowser。
 
  1.3在线微生物信息分析系统的结构设计
 
  从业务逻辑角度可以将该微系统分成Web展示子系统、生物信息计算引擎子系统。这两个子系统都是独立的,互不干扰。
 
  (1)生物部署角度:Web展示子系统主要由Web与NX服务器构成,生物计算引擎系统由生物信息软件服务器和Ftp服务器构成。前者系统能够提供NX技术远程支持,但是耗费的硬件资源较多,应用时需要将其配置到级别更高的设备中。相比之下,后者系统各有一个Windows与Linux系统,可以在配置较低的物理设备中。
 
  (2)功能方面:Web展示系统可以为用户提供友好界面,实现对在线微生物数据的分析,可以下载常用微生物数据;生物计算引擎系统需要通过虚拟远程桌面实现对数据计算要求的响应[2]。
 
  1.4在线生物信息系统应用的技术
 
  根据应用的分层架构设计风格,将信息分析系统划分为以下4层。
 
  (1)表达层:应用Java构建框架(JavaServerFaces,JSF)技术,实现对浏览器的接收请求,为信息分析系统提供登录、访问控制、数据展示与模块分发的功能。
 
  (2)业务层:使用NX和Spring技术,实现了J2EE开发标准,使业务层成为信息分析系统的核心部位,负责对表现层的数据计算与分析请求进行接收,实现业务逻辑的分析,并对业务层进行模块化设计。在网络技术与信息技术支持下,用户应用信息分析系统时不需要本地安装,可以直接从互联网中访问。
 
  (3)集成层:应用Hibernate技术,向业务层提供资源访问的接口,帮助业务层屏蔽数据存储访问技术。
 
  (4)资源层:应用美国的国际商业机器公司开发的一套关系型数据库管理系统(IBMDB2)技术,成为信息分析系统的数据关联库。
 
  1.5在線生物信息系统代码架构和场景设计
 
  使用者从页面提出申请,监听器CheckAction对用户的申请进行验证,根据用使用情况确定用户是否登录。将NxAction作为事件监听器,对本次事件的参数加以分析,根据信息分析系统的调用结构确定页面的实际迁移情况。NxAction监听层主要负责信息分析系统的业务逻辑控制和生物数据实物控制,并对业务进行执行与编辑工作。根据多个业务逻辑的实情和通用公告逻辑,将存储逻辑传递给DAO层分析与处理,封装器再将微生物数据信息存储。
 
  2微生物在线生物信息分析系统开发与应用的结果分析
 
  2.1软件收集与封装
 
  当前信息分析系统收集整理了引物设计、序列比对、数据统计与图形展示4类15个微生物在线分析软件,并将其部署在服务器中,对软件完成封装。封装后的操作十分复杂,只能在本机运行的软件被转化成无需本地安装、可通过浏览器直接操作的软件工具。除了BLAET,其他14款分析软件都需以图形界面交互方式为基础应用,MEGA4,TreeView等5款微生物在线分析软件需要在Windows中使用,其他9款软件需要在Linux系统中应用[3]。
 
  2.2在线生物信息系统功能分析
 
  2.2.1数据库下载与用户数据管理
 
  微系統将欧洲分子生物学实验室(EuropeanMolecularBiologyLaboratory,EMBL)与GenBank等生物网站数据库高效整合,包含已经测序的基因数据库、蛋白质序列与基因信息数据库。各个数据库中的微生物数据信息被高效整合,在信息分析系统中可以下载使用,实现了资源利用的最大化。为用户提供信息数据的上传和下载服务,使用者登录信息分析系统后,从文件管理页面中对需要分析的目标文件上传,按照自己需要的格式,从文件管理中下载结果文件。为了保证使用者上传或下载时所有数据的安全和稳定,信息分析系统提供了不同的数据隔离。
 
  此外,还有操作日志功能,用户登录系统后,任何操作都会被记录在日志中,方便管理人员随时查看,并对其行为展开管理。
 
  2.2.2系统在线数据分析
 
  为了更好地预防与控制传染病,在生物学技术的发展进程下,生物实验数据已经呈现出海量化发展趋势。本次研发的信息分析系统为使用者提供了多种数据统计与分析软件,帮助使用者避开软件繁琐的安装过程,使用步骤被简化,提高了微生物数据快速分析与处理的可能性。如某一个程序可以用来统计和分析语言操作环境,该程序自身拥有多种微生物数据分析功能,涵盖了大量统计学的知识。信息分析系统将该程序整合,并将程序转化为网络版本,提高了微生物数据计算的效率,增强了针对网络平台中海量数据的处理能力,如基因组测序和芯片杂交的研究结果可以在信息分析系统中更快得出。
 
  2.2.3在线序列比对
 
  不同物种基因组测序快速发展,大量DNA信息出现使人们需要应用最快捷的信息分析工具,对这些DNA数据有效分析,提取有利信息。本信息分析系统为研究提供了多种序列比分析工具,能够将DNA和蛋白质序列进行相似性比较,将序列之间的差异位点提取出来,并构建信息分析系统发育树,进一步推断不同物种之间的进化差距。
 
  2.2.4数据图形化展示
 
  微系统将BRIG和ArgoGennmeBrowser工具整合,为用户提供了全基因组图形化展示,将ATGG字母转化成线性与环状图形。不仅如此,数据图形化展示中,不同颜色的箭头或波浪线将染色体不同位置或方向上的基因标注出来,方便使用者进一步研究基因和鸟嘌呤(Guanine)和胞嘧啶(Cytosine)所占的比率,即GC含量的实际变化情况。
 
  伴随各类测序手段在病原微生物研究和传染病防控领域的应用,现代化网络信息技术下的微生物信息手段可以在传染病诊断中发挥重要作用。国内该领域虽然发展时间较早,但仍未研发出大型公共生物信息数据库,缺乏专业的微系统。因此,本文针对这一背景状况展开了信息分析系统的研发与应用,将常用的信息工具集成,实现了系统的高效应用。该信息分析系统的架构体系可以让使用者通过浏览器完成微生物数据扥分析和处理,系统升级快速,方便后期维护,客户端操作难度低,可以作为其他程序的拓展应用。
 
  3结语
 
  国内微系统的研发和应用还处于起步阶段,能够提供帮助的信息工具有15个。文章通过对该信息分析系统的深入研发,建立了软件接口与构建流程,为今后信息分析系统的研发和分析工具的使用奠定基础,并将其更好地应用在传染病预防控制领域中。
 
  生物信息毕业论文范文模板(二):近五年高考生物信息题类型分析及备考策略论文
 
  2018年10月26日,教育部副部长林蕙青在《中国教育报》的署名文章中强调高考要“加强信息加工、独立思考、逻辑推理、阅读理解、应用写作等能力的考查”,这说明增加信息题的比重也许会成为未来高考命题的新趋势。2019年的全国Ⅱ卷,生物信息题难度明显增加,加大信息题的考查力度,有利于培养学生的科学思维和科学探究能力。
 
  一、近五年高考生物信息题概况
 
  笔者将需要经过考生临场阅读并利用材料中所给条件作答的试题均可归入信息题一类。信息题对学生的知识迁移及快速学习能力有较高的要求,考试大纲中对获取信息能力的要求也很明确:“能从提供的材料中获取相关的生物学信息,并能运用这些信息,结合所学知识解决相关的生物学问题。”生物学科核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的,在解决实际问题时所表现出来的必备品格和关键能力。在核心素养的教育背景下,信息题对于培养学生的科学探究和科学思维也至关重要。
 
  笔者选取了全国Ⅱ卷作为样本,对近五年生物试卷中出现的信息题做了统计(由于遗传计算类题型的特殊性,结果暂未包含),如下表所示:
 
  纵观近年的信息题我们不难发现:(1)分值均在30分上下,约占每年生物试题总分的1/3,其中2019年与2015年持平,并列第一;(2)在选择题、必修主观题、选修主观题中均有信息题分布,其中选修知识点几乎每年都以信息题的形式呈现给考生,这对考生备考具有重要的指导意义;(3)信息可长可短,但阅读量与内容的难度并无直接关系,如2015年第2题中提到的“端粒酶”,虽然材料只有40字,但知识点很多,这在分秒必爭的理综考试中是一个不小的障碍。相反,2016年31题中的“BTB”(即“溴麝香草酚蓝”)相关材料多达159字,但似曾相识的内容使学生理解起来驾轻就熟,试题也能迎刃而解。
 
  那么在了解了全国Ⅱ卷生物信息的宏观规律后,它们在内容上又有哪些微观上的联系呢?
 
  二、近五年高考生物命题热点分析
 
  信息题中的阅读主要分为大学教材类、实验数据类和类比推理类三种类型。根据信息的来源、作用及设计意图,笔者将信息题分为如下几种:
 
  1.大学教材类
 
  最常见的一类信息题,特点是阅读量可大可小,内容是大学教材的“科普化”,因此材料中不可避免地会出现一至多个陌生概念,学生往往需要花费较长时间来阅读和思考并马上学以致用,难度较大。
 
  例1(2019,31节选)通常,对于一个水生生态系统来说,可根据水体中含氧量的变化计算出生态系统中浮游植物的总初级生产量(生产者所制造的有机物总量)。若要测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量,可在该水生生态系统中的某一水深处取水样,将水样分成三等份,一份直接测定O2含量(A);另两份分别装入不透光(甲)和透光(乙)的两个玻璃瓶中,密闭后放回取样处,若干小时后测定甲瓶中的O2含量(B)和乙瓶中的O2含量(C)。据此回答下列问题。
 
  在甲、乙瓶中生产者呼吸作用相同且瓶中只有生产者的条件下,本实验中C与A的差值表示这段时间内
 
  ;C与B的差值表示这段时间内
 
  ;A与B的差值表示这段时间内。
 
  分析:本题的知识背景来自生态学中测定生态系统的初级生产量的“黑白瓶法”,学生需要在最短时间内分析出黑瓶测呼吸、白瓶用来测净光合,但对于没有复习过此类问题考生难度很大。
 
  又如2019年第3题的知识背景选自生物化学中广为人知的“化学渗透假说”,即H﹢浓度差为ATP合成酶的工作提供动力,材料中的“H﹢-ATPase”“保卫细胞”等名词及相关实验方法学生读起来干扰性很强。再如,2018年31题中难倒众多考生的“恐惧生态学”等,理解起来同样困难重重。
 
  有些题目即使文字量较小,但也足以让应试者顾此失彼,典例仍为2015年第2题的“端粒酶”:“端粒酶由RNA和蛋白质组成,该酶能结合到端粒上,以自身的RNA为模板合成端粒DNA的一条链。”“端粒”虽然是“细胞衰老”一节出现过的概念,但教材并未对其做详细介绍,“端粒酶”的工作原理学生更是一无所知,难度可想而知。再如2019年第2题:“马铃薯块茎储藏不当会出现酸味,这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。”背景知识在植物生理学中也有详细叙述:“高等植物在低氧或缺氧条件下,也会发生乳酸发酵,例如马铃薯块茎、甜菜块根等体积大的延存器官,贮藏久了,会有乳酸发酵,产生乳酸味。”
 
  2.实验数据类
 
  此类信息题在光合作用和植物激素类问题中比较常见,特点是没有难懂的陌生概念干扰,以实验设计、自变量、因变量、对照原则等内容作为主要考察对象,难度一般,但在主观题中对语言表述有较高要求:
 
  例2(2017,30节选)将室温(25℃)饲养的某种体温为37℃的哺乳动物(动物甲)随机分为两组,一组放入41℃环境中1h(实验组)另一组仍置于室温环境中(对照组)。期间连续观察并记录这两组动物的相关行为,如果:实验初期,实验组动物的静卧行为明显减少,焦虑不安行为明显增加,回答下列问题:
 
  (1)实验中,实验组动物皮肤的毛细血管会______,汗液分泌会_________,从而起到调节体温的作用。
 
  (2)实验组动物出现焦虑不安行为时,其肾上腺髓质分泌的激素会__________。
 
  题干中的信息其实只起到举例的作用,问题均围绕学生早已掌握的知识点设置,难度较小,值得一提的是,“肾上腺髓质”来自容易被忽视的教材课后题,可能会令一些考生不知所措。
 
  3.类比推理类
 
  此类信息题同样难度较小,一般出现在选修部分,材料往往与教材“故事情节”雷同,只更换一下“主人公”:
 
  例3(2018,38节选)某种荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光,这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白(L1)基因连接在GFP基因的5'末端,获得了L1-GFP融合基因(简称为甲),并将其插入质粒P0,构建了真核表达载体P1,其部分结构和酶切位点的示意图如下,图中E1-E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。
 
  启动子L1基因GFP基因终止子
 
  ↑↑↑↑
 
  E1E2E3E4
 
  回答下列问题:
 
  (2)将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后,若在该细胞中观察到了绿色荧光,则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了________和_________过程。
 
  (3)为了获得含有甲的牛,该团队需要做的工作包括:将能够产生绿色荧光细胞的_____________移入牛的____________中、体外培养、胚胎移植等。
 
  显然,学生即便不知“GFP”为何物,也丝毫不会影响答题,直接把教材内容进行知识迁移即可。再比如2019年的37题,只需把“W”与“纤维素”类比推理就可解决。
 
  基于以上三类信息题的特点及难度分析,如果我们再仔细阅读今年的生物试卷就会发现信息的类型几乎都属于第一类,因此2019年的全国Ⅱ卷虽然信息题分数并未明显高于往年,但难度和阅读量已經明显增大,符合高考命题的指导方向。
 
  三、生物信息题的复习策略
 
  在这种新的命题形势下,教师和学生又该采取哪些行之有效的备考策略呢?除了对生物知识的常规复习,笔者认为针对信息题应该再注意以下两点:
 
  1.教师应该加强对大学教材的研究
 
  如前文所述,未来的高考将以增加信息阅读量和难度为改革方向,而多数的阅读材料必然选自大学教材,教师作为学生学习的引路人和指导者必须首先以终身学习为己任,争做研究型教师,这样才能在分析讲解信息题时做到深入浅出、胸有成竹。
 
  2.学生应该加强阅读和归纳能力的训练
 
  理科综合考试时间紧、任务重,尤其在面对大学教材类信息题时,如果阅读量大、专业名词多,快速理解和提炼材料中的有效信息就显得尤为重要,因此学生复习备考过程中必须有意识加强语文阅读方面的训练。对于实验数据类信息则必须找准实验中的自变量和因变量,这是分析问题的前提。此外,平时也应该多拓展生物知识面,见多识广,遇到各类信息也能不慌不忙,从容应对。
 
  总之,生物是一门依赖理解和记忆的学科,而信息题在高考中又最能挑战考生的能力,教师必须密切关注高考信息题,这样才能在复习备考中立于不败之地。

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