[发明专利]一种通过熵变分析离子束注入全基因组突变及定向进化物理机制的方法

权利要求书

1.一种通过熵变分析离子束注入全基因组突变及定向进化物理机制的方法，其特征在于：（1）DNA分子有效体积和自由体积概念的引入：DNA分子的有效体积是指包含DNA分子间及内外场对DNA分子作用的空间体积，用表示；DNA分子的自由体积是指不受任何相互作用的分子自由活动的空间体积，用表示，对于一个细胞核由于每个DNA分子间及内外场对分子作用都不同，每个DNA分子的有效体积都将不相同，但每种DNA分子有效体积的平均值即平均有效体积却是一定的，可以通过统计热力学的方法理论计算得到，同理每种DNA分子平均自由体积也是确定的，可以通过实验测得细胞核的总体积扣除每种生物分子平均有效体积数学计算得到；（2）熵变函数的定义：熵变函数被定义为：

式中，K，是玻尔兹曼常数Ω, 是一个细胞核的微观状态数， J/mol∙K，是摩尔气体常数， 是第i种DNA分子的质量，是第i种DNA分子的摩尔质量，和 分别是第i种DNA分子的任意两种状态的平均自由体积，和 分别是第i种DNA分子的任意两种状态的平均有效体积，是有效熵变， 是自由熵变；（3）细胞核有效熵变和自由熵变的计算：基于步骤(1)中细胞核各种DNA分子平均有效体积的理论计算和平均自由体积的数学计算结果，分别代入熵变函数和，可以分别得到细胞核的有效熵变和自由熵变；（4）离子束注入全基因组突变及定向进化物理机制的分析：离子束注入全基因组突变及定向进化物理机制是DNA分子有序性和无序性两种倾向相互竞争决定的，相互作用是有序性的起因并引起熵减小，即；DNA分子热运动是无序性的来源并引起自发的熵增加，即，通过熵变分析离子束注入全基因组突变及定向进化物理机制可以概括为：. 随着注入离子种类、能量和剂量的不同，由于其质量阻止本领和平均射程不同，DNA分子的种类、构型和空间构象将发生不同的变化，DNA分子的平均有效体积和平均自由体积都将不同，细胞核的熵变也将不同并最终引起不同类型的全基因组突变及定向进化；. 相同能量及剂量的低能离子，随着原子序数的增大，其平均射程将减小而质量阻止本领将增大，DNA分子的种类将稍微增多且构型和空间构象将发生微弱改变，分子的平均有效体积将增大而平均自由体积将减小且，细胞核的熵变，从而引起各种随机性全基因组突变及定向进化；相同能量及剂量的中能离子，当原子序数增大到一定值时，DNA分子的种类、构型和空间构象将不再改变，DNA分子的平均有效体积达到某一临界值，平均自由体积也将不变，细胞核的熵变，各种相互作用和分子热运动达到辐射平衡；相同能量及剂量的高能离子，随着原子序数的增大，其平均射程将显著减小而质量阻止本领将显著增大，DNA分子的种类将显著增多且构型和空间构象将发生显著改变，分子的平均有效体积将显著增大而平均自由体积将减小，但由于DNA分子的种类及数量将显著增加，细胞核的熵变，从而引起各种非随机性全基因组突变及定向进化，反之亦然。