超声波中生物工程的应用分析

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【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