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摘要：在生物工程方面，超声波已经作为的一种特殊工具被广泛应用，促进了多项生物工程的发展。本文立足实际，分析了目前生物工程中超声波的常规应用，并以此基点，探讨了超声波在生物工程中的应用前景，以期为超声波研究人员、生物工程师提供参考。
关键词：超声波；生物工程；应用策略；应用前景
超声波，即频率高于两万赫兹的声波，属于机械波的一种，需要借助介质进行传播，人体无法在自然界中直接感知。经研究发现，超声波具有良好的方向性、穿透性，且所能承载的能量极高，在生物工程中具有特殊功效。所以，越来越多的生物工程师都已加强了对超声波的研究，并将其应用于实际生物工程当中，获得了很好的应用效益。
一、超声波在生物工程中的实际应用
（一）以超声波影响种子萌发与植物生长
超声波可影响植物种子的萌发与生长，且此影响具有特异性。首先，从植物种子萌发角度来看，以温和的超声波作用于植物种子，有利于其萌发率的提升，而加大超声波强度，或延长超声波作用时间，则又会导致种子胚芽死亡率上升。其次，从植物生长角度来看，超声波作用于植物体，将对植物细胞、组织以及分裂生长造成可控性影响，即强度较低、作用时间短的超声波可促进植物细胞分裂，帮助植物进行蛋白合成，使其快速生长。相反，强度高，或作用时间较长的超声波将会对植物生长造成限制，严重情况下还会导致植物死亡。所以，生物工程师可合理运用超声波来促进植物萌发与生长，提高植物存活率。
（二）利用超声波影响植物呼吸
植物呼吸作用影响着植物的正常生长，故如何影响植物呼吸作用一直是广大生物工程师所关注的重要研究话题。而将超声波作用于植物，就能对植物生长过程中的呼吸作用进行调节。具体来说，用低频超声波分别作用于一年生植物与两年生植物，可发现一年生植物的呼吸强度将降低，而两年生植物的呼吸作用却显著上升。所以，生物工程师只要根据植物特点，针对性施加超声波，就能按照需求改变或调整植物呼吸作用，提高作物产量。
（三）超声波在生物发酵工程中的应用
根据发酵液特性的不同，选择与之相适宜强度的超声波作为辅助发酵工具，作用于发酵环节，则能产生稳态空化作用，在尽量不破坏细胞的前提下，提升细胞细胞膜的通透性，优化其选择透过性能力，帮助细胞完成可逆性渗透，提升酶的分泌效果，加快细胞的物质运输与代谢工作，最终缩短发酵时间。例如，在庆大霉素生物合成实验中，施加低强度超声波后，菌丝体胞壁对于庆大霉素的吸附性能显著增强，可帮助庆大霉素向发酵液中释放与转移，消除了胞内产物抑制，提升了庆大霉素的合成效率。对比未施加超声波影响的对比试验组可知，超声波影响下的庆大霉素生成效率是对比组的1.5倍。所以，生物工程师在进行生物发酵工程时，可通过施加与发酵液性能相适应的超声波来提升发酵效率，加快产品生成率。
（四）超声波在生物基因工程中的应用
早在上世纪九十年代，生物学家就已经提出了可以借助超声波有道植物细胞进行基因转移的理论，并研制出了早期超声波诱导基因转移仪，完成了一系列基因转移实验。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而该技术发展至如今，已愈加完善，并被生物工程师应用于多项生物工程当中，如，利用超声波基因转化法进行小麦幼胚基因转化，培育出了存活率高、产量高、抗病性能强的优化小麦。若借助超声波进行植物花粉介导转基因实验，超声波所具有的空化作用将帮助花粉细胞进行内外物质的交换，引导外源基因进入到花粉细胞中，让外源基因结合本体基因，并最终完成综合性表达。超声波基因转化法相比传统其他基因转化方式，在均衡性、持续性、作用面积等方面都具有优势，可提升基因转化的效率，且能按照人们的想法进行针对性转化，避免了基因转化过于随机。
（五）超声波在植物病毒处理方面中的应用
植物病毒种类多样，侵染植物后将对植物的正常生长造成极大影响，即影响植物代谢规律，导致植物出现细胞结构变化，严重时还可能会造成植物死亡。而利用超声波对感染病毒的植物进行处理，则能够很好的消灭病毒。例如，某植株感染了花叶病毒，提取其表面病毒制作标本，并将标本放置在超声波环境下10分钟，观察标本可知，其中将近85%的病毒感染力都受到了抑制。再次将该标本放置于超声波环境中，处理5分钟，再观察即可发现，病毒感染力已经被完全抑制。所以，生物工程师可抓住超声波与植物病毒之间的关系，通过作用影响，使得病毒侵染与增值趋于一致，调整细胞代谢状态，之后即可按照需求进行病毒生理、药理学研究。
二、超声波应用于生物工程的未来发展趋势
虽然目前超声波技术已经被广泛应用于生物工程中，并产生了巨大的应用效益，但是从根本上来说，超声波技术应用挖掘空间还很大，需要生物工程师在今后的生物研究中更加重视对该技术的学习、探究以及应用，解决目前存在的应用困境，尽可能多的将超声波应用优势发挥在生物工程中。具体来说，在之后，生物工程师主要需要致力于解决超声波技术应用理论不完善问题、超声波放大问题、技术协同性问题，优化超声波技术，使之与生物工程更好的结合。首先，进一步研究超声波，明确影响超声波的多种因素，总结超声波与生物效应的关系，方便之后超声波在生物工程中的合理应用。其次，针对如何进一步放大超声波对生物生物效应、机理、反应等的影响，展开大量、针对性研究工作，提升超声波在生物工程中的应用效益。此外，由于超声波对于生物的影响是不确定的，且由超声波频率、强度、作用时间相关。为确保技术应用的协同性，生物工程师需要探索可与超声波结合应用的其他技术，提升超声波应用可行性。
结束语：
当前，人们已经将超声波应用于种子刺激萌发、促进植物生长、植物基因改造、植物病毒检测等多项生物工程中，并发挥了极大的作用。但是，人们对于超声波的研究还处于不断深入的过程中，其还有诸多优点还没能在生物工程中被完全发挥，所以，生物工程师仍需对超声波技术进行进一步研究与挖掘，完善超声波应用理论，科学解决超声波应用推广问题、超声波应用协同性问题，以借助超声波技术促进多项生物工程的发展。
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论文作者:魏庆鹏
论文发表刊物:《科技新时代》2018年12期
论文发表时间:2019/2/18
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