微生物技術(shù)通報(bào)
本文關(guān)鍵詞:生物技術(shù)通報(bào),由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
篇一:生物技術(shù)通報(bào)
生物技術(shù)通報(bào)
·技術(shù)與方法· BIOTECHNOLOGY BULLETIN2006 年第 4 期
收稿日期: 2006-03-30
基金項(xiàng)目: 國(guó)家自然科學(xué)基金資助( 50508014)
作者簡(jiǎn)介: 徐曉宇( 1978-) 女, 助理館員, 主要從事科學(xué)研究熱點(diǎn)情報(bào)追蹤工作 E-mail: iist@sytu.edu.cn 電話: 0510-85888050
環(huán)境微生物基因組技術(shù)研究進(jìn)展
徐曉宇
1
劉和
2
(
1
江南大學(xué)圖書(shū)館, 無(wú)錫 214036;
2
江南大學(xué)生物工程學(xué)院, 無(wú)錫 214036)
摘 要: 環(huán)境微生物基因組學(xué)是基于功能和序列的基礎(chǔ)上對(duì)得到的環(huán)境樣品基因組進(jìn)行分析的科學(xué), 是目前國(guó)際生
物技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的最新熱點(diǎn)之一。對(duì)環(huán)境微生物基因組技術(shù)的概念、研究策略和篩選方式進(jìn)行了介紹, 并對(duì)該技術(shù)存在的
問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展方向做了展望。
關(guān)鍵詞: 環(huán)境微生物基因組 SIGEX FACS
The Progress of Metagenomics Technology
Xu Xiaoyu
1
Liu He
2
(
1
Library of Jiangnan University, Wuxi 213036;
2
School of Biotechnology Jiangnan University, Wuxi 214036)
Abstract: Metagenomic describes the functional and sequence-based analysis of the collective microbial genomes
contained in an environmental sample. It is one of the t hot points in the biotechnology study at present. In this review,
comprehensive of concepts and methodologies regarding metagenomics and screening methods are described. Furthermore, the
prioritiesare discussed.
Key words: Metagenomics SIGEX FACS
1 環(huán)境微生物基因組
環(huán)境微生物基因組又稱(chēng)宏基因組, 是由 Han-
dels-man 等人 1998 年提出的, 即生境中全部微小
生物遺傳物質(zhì)的總和, 主要是指環(huán)境樣品中的細(xì)菌
和真菌的基因組總和
[1]
。環(huán)境微生物基因組技術(shù)是
基于功能和序列的基礎(chǔ)上對(duì)所得到的環(huán)境樣品基
因組進(jìn)行分析的技術(shù)。自然界 99%以上的微生物是
不可培養(yǎng)的
[1, 2]
, 人們對(duì)這部分微生物的生態(tài)、遺傳
以及代謝性能了解很少。環(huán)境微生物基因組技術(shù)是
在 PCR 技術(shù)和對(duì)自然環(huán)境 基因中的相似性基因
( 如 16SrRNA,nif、recA) 的克隆技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展
起來(lái)的, 是一種可以不需要獲得實(shí)驗(yàn)室純培養(yǎng)物而
對(duì)自然界的樣品的生物多樣性進(jìn)行分析的強(qiáng)有力
手段。環(huán)境微生物基因組技術(shù)的研究用途十分廣
泛, 可以用于篩選新的功能基因、在微生物分類(lèi)學(xué)
和微生物生態(tài)學(xué)以及改進(jìn)微生物培養(yǎng)基和培養(yǎng)技
術(shù)等方面具有重要的科學(xué)意義。由于環(huán)境微生物
基因組技術(shù)建立在不需要對(duì)環(huán)境微生物進(jìn)行培養(yǎng)
的基礎(chǔ)上, 因此避開(kāi)了微生物分離培養(yǎng)的問(wèn)題, 極
大地?cái)U(kuò)展了微生物資源的利用空間, 其在挖掘和利
用那些未能培養(yǎng)微生物的基因資源方面顯示了強(qiáng)
的大能力, 為最大限度的獲取微生物資源并為人類(lèi)
服務(wù)帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇, 已經(jīng)成為國(guó)際生命科
學(xué)技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)最重要的熱點(diǎn)之一。
2 環(huán)境微生物基因組技術(shù)的研究策略
環(huán)境微生物基因組技術(shù)研究的通常的步驟是:
環(huán)境樣品 DNA 的提取、將 DNA 克隆到合適的載體
中、將載體轉(zhuǎn)化到宿主細(xì)胞建立環(huán)境微生物基因組
文庫(kù)以及對(duì)環(huán)境微生物基因組文庫(kù)的分析。直接從
環(huán)境中克隆 DNA 的構(gòu)想最初是由 Pace 提出來(lái)的
[4]
, 隨即由 Schmidt 等人加以實(shí)施
[5]
。DeLong 等人的
研究將海水樣品改為土壤樣品
[6]
。DNA 提取和純化
后需要采用合適的載體和宿主構(gòu)建 DNA 文庫(kù), 以
往插入小片段 ( <10kb) 做載體并導(dǎo)入 Escherichia2006 年第 4 期
coli 的方法
[7]
不適合檢測(cè)大的基因簇和操縱子。為
了解決這個(gè)問(wèn)題, 研究人員構(gòu)建了含有較大插入片
段的 DNA 文庫(kù)。例如 cosmid DNA 文庫(kù)( 通常采用
pWE15 載體) , 插入片段為 25~35kb
[8]
, 細(xì)菌人造染
色體( BAC) 文庫(kù), 插入片段為 200kb
[9, 10]
。已經(jīng)有人
報(bào)
[11]
。
研究中通常采用 E.coli 作為環(huán)境微生物基因組克
隆 基 因 表 達(dá) 的 宿 主 菌 , 近 來(lái) 有 少 數(shù) 采 用 Strepto-
myces lividans 作為宿主菌
[12]
。有一些實(shí)驗(yàn)室采用新
的革蘭氏陰性細(xì)菌作為表達(dá)的宿主菌以提高表達(dá)
的效率。
3 環(huán)境微生物基因組文庫(kù)的篩選策略
對(duì)環(huán)境微生物基因組文庫(kù)進(jìn)行篩選分析有三
種策略: 以功能為基礎(chǔ)的篩選、以序列為基礎(chǔ)的篩
選以及最近提出的底物誘導(dǎo)基因表達(dá)篩選。
3.1 以功能為基礎(chǔ)的篩選
以功能為基礎(chǔ)的篩選最初是從文庫(kù)中篩選出
能夠表達(dá)某種特性的克隆, 此后用于分子生物學(xué)和
生物化學(xué)分析。這些鑒別克隆的方法在新藥的發(fā)現(xiàn)
上有潛在的應(yīng)用價(jià)值。所獲取的有活性的蛋白質(zhì)在
工業(yè)和農(nóng)業(yè)上也具有一定的用途。采取這種方法可
以從環(huán)境微生物基因組文庫(kù)中迅速找到具有工業(yè)
應(yīng)用前景的克隆。此外, 它也能用于檢測(cè)編碼已知
生物活性物質(zhì)的 DNA 序列。目前, 運(yùn)用以功能為基
礎(chǔ)的篩選策略, 已經(jīng)成功獲得抗生素基因
[12~16]
, 抗
生素抗性基因
[17~19]
, 淀粉酶
[20, 21]
, 木聚糖酶
[22]
, 乙醇
氧化還原酶
[23]
果膠酸酯、裂解酶
[24]
等等。
3.2 以序列為基礎(chǔ)的篩選
以序列為基礎(chǔ)的篩選方法不需要在不同的宿
主中表達(dá)所克隆的基因。通常是基于已知的基因序
列對(duì)文庫(kù)中的靶標(biāo)序列例如 16SrRNA 或 recA 基因
進(jìn)行分析
[25]
。最初也是最有名的以序列為基礎(chǔ)的分
析的例子是 Craig Venter 在采用序列分析的方法分
析馬尾藻海域的微生物, 鑒定出大量的新基因
[26]
。
歐洲實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用同樣的方法對(duì)系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系復(fù)雜
的生物膜進(jìn)行全部或部分的序列分析。Tyson 等人
對(duì)一個(gè)嗜酸的生物膜進(jìn)行全序列分析, 試驗(yàn)結(jié)果證
明其中生物多樣性較低
[27]
。上述兩個(gè)發(fā)現(xiàn)成為 2004
年最重要的 10 大科學(xué)突破之一。
3.3 底物誘導(dǎo)基因表達(dá)篩選(SIGEX)
Kazuya Watanabe 和他的同事們提出了底物誘
導(dǎo)基因表達(dá)篩選策略, 利用 SIGEX 篩選方法對(duì)包含
152 000 個(gè)克隆的環(huán)境微生物基因組文庫(kù)進(jìn)行分
析, 用苯甲酸鹽誘導(dǎo)分離出 33 個(gè)克隆, 采用萘作為
底物誘導(dǎo)得到兩個(gè)克隆
[28]
.
SIGEX 策略是基于代謝基因的表達(dá)而設(shè)計(jì)的,
由一定的調(diào)控機(jī)制控制的代謝底物或者代謝酶的
誘導(dǎo)。SIGEX 檢測(cè)底物存在時(shí)表達(dá)而底物不存在時(shí)
就不表達(dá)的代謝基因。整個(gè)過(guò)程如圖 1 所示, 為了
提高 SIGEX 的產(chǎn)率, 構(gòu)建出一個(gè) p18GFP 載體, 克
隆位點(diǎn)將 lac 啟動(dòng)子和 gfp 結(jié)構(gòu)基因分開(kāi)( 步驟 1) 。
采用 p18GFP 載體構(gòu)建環(huán)境微生物基因組文庫(kù), 運(yùn)
用 IPTG, 分離自行連接和連接有外源基因的克隆
( 步驟 2) , 在底物存在的條件下表達(dá)環(huán)境微生物基
因組 DNA 中由 gfp 基因編碼的分解代謝特性( 步驟
3) , 從瓊脂平板上分離陽(yáng)性克隆并鑒定( 步驟 4) 有
熒光活性的細(xì)胞。在篩選過(guò)程中, 熒光激活細(xì)胞揀
選法( Fluorescence-activated cell sorting FACS)被用
于檢測(cè)分離。
3.4 三種篩選方式比較
環(huán)境微生物基因組學(xué)的三種篩選方法均有其
優(yōu)缺點(diǎn)。以功能為基礎(chǔ)的篩選能夠獲取所需的全部
基因或基因簇, 缺陷是它要求在宿主細(xì)胞中表達(dá)所
想要的功能和要求了解表達(dá)該功能的基因。它同樣
需要建立和廣大的文庫(kù)使人們便利和有效地篩選
對(duì)含有人們感興趣的特性的克隆。因?yàn)楂@取所需的
克隆數(shù)量很少, 為了克服這些困難, 人們使用了很
多手段, 近來(lái)人們采用穿梭載體在不同的宿主中用
以表達(dá)環(huán)境微生物基因組 DNA, 并對(duì) Escherichia.
coli 進(jìn)行修改使以提高其表達(dá)范圍。
雖然編碼次級(jí)代謝產(chǎn)物的基因的 DNA 片段通
常成簇分布, 但是仍然很難獲取超過(guò) 100 個(gè)基因的
DNA 片段的合成抗生素基因。研究中需要在大量
的環(huán)境微生物基因組文庫(kù)中篩選出所需的極少的
克隆。
為了克服這個(gè)困難, 研究人員設(shè)計(jì)出能夠在大
量的樣品中進(jìn)行檢測(cè)的高靈敏的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。通
常采用在特別的培養(yǎng)基 ( 例如加入抗生素的培養(yǎng)
基) 中培養(yǎng), 篩選出一個(gè)便于選擇的特性, 這樣使得
從大量克隆中進(jìn)行篩選更為便利;谛蛄袨榛A(chǔ)
徐曉宇等: 環(huán)境微生物基因組技術(shù)研究進(jìn)展 55生物技術(shù)通報(bào) Biotechnology Bulletin 2006 年第 4 期
底物誘
導(dǎo)啟動(dòng)子
的篩選能夠克服不等同表達(dá)的特點(diǎn), 以往采用鳥(niǎo)槍
法測(cè)序獲得大量的數(shù)據(jù), 但是鳥(niǎo)槍法測(cè)序資金昂貴
且勞動(dòng)強(qiáng)度極大, 特別是在尋找表達(dá)某種特性基因
的時(shí)候。此外, 由于在鳥(niǎo)槍法測(cè)序分析中所得到的
數(shù)據(jù)是根據(jù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相似性研究的, 不免
有它的局限性。近來(lái)發(fā)展出生物芯片的方法基于序
列為基礎(chǔ)的對(duì)生物種群序列進(jìn)行分析。生物芯片的
方法是一種能夠迅速識(shí)別和鑒定大量的克隆的有
效的手段, 它的缺陷是得到的序列不能被運(yùn)用于生
物化學(xué)反應(yīng), 但它不需要獲取目標(biāo)產(chǎn)物的全部基因
或者基因簇。在環(huán)境微生物基因組學(xué)研究中, 這種
檢測(cè)策略被成功的運(yùn)用于獲取幾種新的具有廣泛
工業(yè)應(yīng)用前景的酶。
表 1 幾種環(huán)境微生物基因組文庫(kù)篩選方法的比較
圖 1 SIGEX 過(guò)程圖的原理圖
562006 年第 4 期
基于功能的篩選和基于序列的篩選均可運(yùn)用于
分離環(huán)境微生物基因組中的新型化合物, 但是每種
方法在研究中工作量都極大, 因?yàn)楂@取具有目的特
性的克隆數(shù)量太少, 為了克服這個(gè)困難, 人們采用了
一些改進(jìn)的手段。例如, 人們除了利用 E.coli 表達(dá)之
外 還 采 用 了 Streptomyces lividans 或 Pseudomonas
putida 作為宿主進(jìn)行表達(dá)以解決次級(jí)代謝產(chǎn)物不等
篇二:生物技術(shù)通報(bào)格式
《生物技術(shù)通報(bào)》原創(chuàng)性研究論文寫(xiě)作模板
(黑體小二號(hào)居中)
【說(shuō)明:題目要簡(jiǎn)短、醒目、準(zhǔn)確反映主題、一般不超過(guò)20個(gè)字,盡量不用動(dòng)賓結(jié)構(gòu),用名詞
性短語(yǔ)】 作者1□□作者2□□作者1,2
(四號(hào)楷體,居中,之間不加逗號(hào),加兩個(gè)空格)
(1.單位名稱(chēng),城市□郵編;2.單位名稱(chēng),城市□郵編)
(小五號(hào)宋體,居中,以分號(hào)隔開(kāi))
□□摘□□要(小五號(hào)黑體,空兩格):【目的】30-50字,□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□!痉椒ā30-50字□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□。【結(jié)果】核心部分,約150字□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□。【結(jié)論】不能忽略,約50字□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□。(內(nèi)容為小五號(hào)宋體)
【說(shuō)明:要使用科學(xué)性文字和具體數(shù)據(jù),不使用文學(xué)性修飾詞;不使用圖、表、參考文獻(xiàn)、復(fù)雜的公式和復(fù)雜的化學(xué)式,不使用非公知公用的符號(hào)或術(shù)語(yǔ);不要加自我評(píng)價(jià),如“該研究對(duì)?有廣闊的應(yīng)用前景”,“目前尚未見(jiàn)報(bào)道”等。摘要能否準(zhǔn)確、具體、完整地概括原文的創(chuàng)新之處,將直接決定論文是否被收錄、閱讀和引用。摘要一律采用第三人稱(chēng)表述,不使用“我們”、“本文”、“文章”、“作者”、“本研究”等作為主語(yǔ)。】
□□關(guān)鍵詞(小五號(hào)黑體,空兩格):關(guān)鍵詞;關(guān)鍵詞;關(guān)鍵詞(小五號(hào)宋體,之間加分號(hào))
【說(shuō)明:中文關(guān)鍵詞盡量不用英文或西文符號(hào)。不要使用過(guò)于寬泛、籠統(tǒng)的詞作關(guān)鍵詞, 如基因、表達(dá),克隆,進(jìn)展等,這樣將失去檢索的作用】
Biotechnology Bulletin
(Times New Roman,小二,加粗,居中,實(shí)詞首字母均大寫(xiě),其余小寫(xiě),特定除外)
Li Nan Di Yanhong Ma Xin
(Times New Roman,小四,居中,之間不加逗號(hào),加兩個(gè)空格)
(Department, University, City, Zip Code, Institute, Beijing 100081)
(Times New Roman,小五,除括號(hào)、編號(hào)、逗號(hào)、分號(hào)和郵編正體外,其余斜體) 收稿日期:
基金項(xiàng)目:項(xiàng)目名稱(chēng)(編號(hào))(基金項(xiàng)目必須要有編號(hào),多個(gè)項(xiàng)目之間同逗號(hào)隔開(kāi))
作者簡(jiǎn)介:姓名,性別,學(xué)歷,研究方向:XXX; E-mial:
通訊作者:姓名,性別,學(xué)歷,研究方向:XXX; E-mial:
□□Abstract(小五號(hào),Times New Roman體,加粗,空兩格): [Objective] □□□□□□□□□□
□□□□□□□□≈15%, [Methods] □□□□□□□□□□□□□□□□□□ ≈15%, [Results] □□□□
□□□□□□□□□□□□□□≈55%, [Conclusion] □□□□□□□□□□□□□□□□□□ ≈15%(內(nèi)
容小五號(hào)Times New Roman體)
【說(shuō)明: 英文摘要不能只是對(duì)中文摘要的簡(jiǎn)單翻譯,要詳細(xì)、準(zhǔn)確、完整,通過(guò)英文摘要就可以反映全文
概要。摘要應(yīng)回答好以下4方面問(wèn)題:1) What you want to do(直接寫(xiě)出研究目的);2) How you did it(詳
細(xì)陳述過(guò)程和方法);3) What results did you get and what conclusions can you draw(全面羅列結(jié)果和結(jié)
論);4) What is original in your paper(通過(guò)2)和3)兩方面內(nèi)容展示文中創(chuàng)新之處)】。
1) 用過(guò)去時(shí)態(tài)敘述作者工作,用現(xiàn)在時(shí)態(tài)敘述作者結(jié)論;
2) 文摘中的縮寫(xiě)名稱(chēng)在第一次出現(xiàn)時(shí)要有全稱(chēng);
3) 文摘中盡量少用特殊字符;
4) 能用名詞做定語(yǔ)不要用動(dòng)名詞做定語(yǔ),例如:用measurement accuracy,不用measuring accuracy
5) 可直接用名詞或名詞短語(yǔ)做定語(yǔ)的情況下,要少用of句型,例如:用measurement accur不用accuracy
of measurement
□□Key words(小五號(hào),Times New Roman,加粗): Key words; Key words; Key words(小五號(hào),Times
New Roman,之間加分號(hào))
正文結(jié)構(gòu):0引言;1 材料與方法;2 結(jié)果;3 討論;4 結(jié)論 (正文單倍行距, 單
欄排)
0引言(該標(biāo)題不列出,五號(hào)宋體)
【說(shuō)明:引言作為論文的開(kāi)端,主要回答“為什么研究”這個(gè)問(wèn)題。它介紹論文的背景、相關(guān)
領(lǐng)域的前人研究歷史與現(xiàn)狀,本文的切入點(diǎn),擬解決的問(wèn)題。包括作者的研究意圖與分析依據(jù),
研究范圍和理論、技術(shù)方案的選取等。引言中不需詳述已經(jīng)熟知的,包括教科書(shū)上已有陳述的
基本理論、實(shí)驗(yàn)方法和基本方程的推導(dǎo)。縮寫(xiě)名稱(chēng)在第一次出現(xiàn)時(shí)要有全稱(chēng)。】
1 材料與方法(小四號(hào)黑體,頂格,序號(hào)和標(biāo)題文字間空半格)
1.1 材料(五號(hào)楷體,頂格,序號(hào)和標(biāo)題文字間空半格)
1.2方法
1.2.1 三級(jí)標(biāo)題(五號(hào)宋體,頂格,序號(hào)和標(biāo)題文字間空半格,標(biāo)題與正文間空半格)
1.2.2三級(jí)標(biāo)題
2 結(jié)果
結(jié)果僅為試驗(yàn)的結(jié)果,不作分析,不出現(xiàn)涉及參考文獻(xiàn)的內(nèi)容。
【說(shuō)明:圖表題黑體、小五號(hào)字。表格一律用三線表。圖中文字一律用6號(hào)字。中文用宋體,英文、數(shù)字用Times
New Roman。雙欄圖寬不超過(guò)7.5cm;通欄圖寬不超過(guò)15.0cm;照片圖需提供清晰照片。圖按照在正文中出現(xiàn)
的先后順序依次編號(hào);隨文排圖、表;圖設(shè)圖序、圖題、圖注;圖題置于圖形的下方,圖注置于圖題的上方。】
常用符號(hào)書(shū)寫(xiě)格式
3 討論
討論應(yīng)充分,結(jié)合其它文獻(xiàn)進(jìn)行比較,深入分析討論,闡述及分析在實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題,,
合理解釋?zhuān)约皩?duì)未來(lái)研究?jī)?nèi)容的展望等【說(shuō)明:盡量引用近5年的參考文獻(xiàn)】。
4 結(jié)論
高度簡(jiǎn)明、扼要,且條理清晰地概括本研究的主要結(jié)果,做了什么得到什么即可,不需要
有評(píng)述性語(yǔ)言【說(shuō)明:結(jié)論中不出現(xiàn)參考文獻(xiàn)序號(hào)、圖表及數(shù)學(xué)公式】。
參考文獻(xiàn)(宋體,Times New Roman,小六)
(1)參考文獻(xiàn)在正文中按出現(xiàn)的先后順序編號(hào),文后的編號(hào)及順序與正文中一致。
(2) 參考文獻(xiàn)的作者少于3人(含3人)時(shí)全部列出,多于3人時(shí)只寫(xiě)前3人,后加“等”
或“et al”。
(3) 人名格式:姓(全稱(chēng))+名(首字母),不用縮寫(xiě)符號(hào)“.”。
(4) 注意被引的期刊要標(biāo)出:年,卷(期):頁(yè)碼。
(5)引用期刊的名稱(chēng)(每個(gè)詞的首字母大寫(xiě),正體)如果用縮寫(xiě),不要用縮寫(xiě)符號(hào)“.”。
(6) 逗號(hào)、冒號(hào)、句號(hào)等符號(hào)均用半角。
各類(lèi)型參考文獻(xiàn)格式范例
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(3)專(zhuān)著中的析出文獻(xiàn)——析出文獻(xiàn)作者.析出文獻(xiàn)題名[M]∥專(zhuān)著作者.專(zhuān)著題名.版本.出
版地:出版商,出版年:析出文獻(xiàn)的頁(yè)碼.
[例] 白書(shū)農(nóng). 植物開(kāi)花研究[M]//李承森.植物科學(xué)進(jìn)展. 北京: 高等教育出版社, 1998:146-163.
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(4)專(zhuān)利文獻(xiàn)——專(zhuān)利申請(qǐng)者.專(zhuān)利題名:專(zhuān)利國(guó)別,專(zhuān)利號(hào)[P].公告日期或公開(kāi)日期.
[例] 姜錫洲.一種溫?zé)嵬夥笏幹苽浞桨? 中國(guó), 88105607.3[P].1989-07-26.
(5)學(xué)位論文——作者, 論文題名[D]. 學(xué)校城市名稱(chēng): 學(xué)校名稱(chēng), 發(fā)表時(shí)間.
[例]余艷. 南方紅豆杉新內(nèi)生真菌Bionectria sp.的分離、鑒定及代謝物活性分析[D]. 重慶:西南大學(xué), 2007.
(6) 會(huì)議論文
[例] 辛希孟.信息技術(shù)與信息服務(wù)國(guó)際服務(wù)國(guó)際研究討會(huì)論文集:A集[C]. 北京:中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社, 1994.
參考文獻(xiàn)類(lèi)型標(biāo)識(shí)
篇三:中文核心期刊生物工程方向影響因子排序
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