上个世纪中叶，分子生物学的兴起揭开了生命科学革命的序幕。经过几十年努力，现在大家公认21世纪为生物学世纪。随着“后基因组时代”的到来，人们已经积累了大量的生物信息学数据，改进了高通量生物分析设备(如大规模光谱仪和基因芯片)发展了大规模收集、整合以及挖掘生物信息数据的方法和技巧，这一切使得系统地研究生命活动成为可能。同时，生物学家们已经越来越多认识到，一个生物学功能只依赖单个生物分子的情况几乎不存在。相反，生物学特性都由构成细胞的多个成员，如蛋白质，DNA，RNA和其他小分子经过一系列复杂的相互作用产生。这些新思想、新技术和新方法导致一种新的生物学的研究方法一系统生物学的诞生。系统生物学研究构成一个生物系统的所有元素的相互作用，而不只是仅仅一次只研究系统的一个元素。也就是说，系统生物学是通过整合的思想来研究整个生物学。系统生物学，着眼与系统以及系统成份之间的相互关系，是一门包含生物信息学、计算生物学、数学建模和统计学的交叉学科，已成为当今生物学研究的热点。 由于系统生物学建模的模型为复杂网络，故复杂网络理论的飞速发展，标志着系统生物学的研究翻开了新的一页。近年来，大量的实证表明生物网络具有以下一些共同的拓扑性质：(1) 它是一个稀疏图：(2) 具有较小的平均路径长度L和比同样节点和边数的随机网络大的聚类系数C，即小世界性质；(3) 许多生物网络在度分布上表现为无标度网络，即它们的度分布满足幂律分布；(4) 几乎所有的生物网络表现出度大的节点趋向于连接度小的节点，即有度的负关联性；(5) 生物网络具有层次结构，大致上分成节点、Motifs、功能模块和网络四个层次；(6) 生物网络具有鲁棒性。从生物进化论理论的角度来看，生物网络是生物体经过长期进化得到的，注意到生物进化包含有复制和变异两个过程，因而可以认为生物网络的拓扑性质是通过复制和变异在进化过程中形成。从这种思想出发，近年来出现了许多依据这两个原则提出了的构造生物网络的工作，每个工作都描述了上述生物网络的部分特点。截止到目前的最新的报道，我们都没有见到解决度的负关联性这个拓扑结构特点的报道，主要的研究工作是如何由进化论来分析生物网络度的负关联这一性质。本文主要就生物网络的构建及其拓扑性质尤其是度的负关联性质进行了研究。 第一章，引言部分。主要对系统生物学、复杂网络以及生物网络做了介绍，着重介绍了描述复杂网络的拓扑参数量以及现有实测结果表明的生物网络的性质。 第二章，根据生物学的复制和变异的基本原理，提出了具有反偏爱复制特性的一种蛋白质作用网络的新的演化模型。数值模拟表明：网络与实测的蛋白质作用网络的某些拓扑性质能够很好的吻合。着重讨论生物网络的一个重要的拓扑性质-度的负关联性。为了弄清楚度的负关联性与基本生物准则的相互关系，并进一步研究生物网络中度的负关联性质的起因，给出了一个随机复制模型和一个反偏爱复制模型。结果表明：通过这两种复制机制，都能从初始的中性网络得到具有度的负关联性质的网络(即负关联网络)，而且随着网络规模的增长负关联性越来越明显。复制能够使得网络朝着负关联网络发展，反偏爱模型会加强这种变化趋势。 第三章则是对本文的一个扼要总结，并同时对进一步的研究做了一些展望。