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合成生物学是近年来兴起的多学科交叉研究领域,其中合成基因振荡器以其在生物网络中的基础性和重要性以及结构的简单性成为合成生物学研究中的热点方向之一,在理论研究和生物实现方面均已获得许多重要的研究成果。然而,由于复杂振荡器网络结构的多样性以及振荡特性的多变性,对由基本振荡器扩展而成的复杂振荡器网络特性的研究却是比较贫乏。实际的生物网络是庞大且复杂的,实际生物体内振荡器网络的规模也是相对较大的,现存的对规模较小的基本振荡器的研究不能满足合成复杂生物网络的要求,因此,复杂振荡网络的研究对于实际的合成生物应用具有重要意义。本文主要工作是在基本振荡器的基础上,研究基本振荡器经过三种方式：耦合机制、结构线性扩展和结构网络扩展而形成的复杂振荡器的特性。本文主要的研究内容及成果如下：1.针对基本repressilator振荡器通过耦合机制形成的复杂振荡器,研究基本repressilator振荡器周期特性及耦合强度对耦合振荡器同步过渡过程时间特性的影响。结果表明：在线性耦合作用下,耦合强度的增加会减小同步过渡过程所需时间和周期个数；非对称性的耦合强度值对同步过渡过程时间特性的影响取决于较大的耦合强度值；对于周期较大的基本振荡器组成的耦合振荡器,其同步过渡过程所需的周期个数较少,所需的时间变化无明显规律。本章的研究可用于在对repressilator振荡器进行耦合设计时,对同步过渡过程时间特性的定向调整。2.针对基本repressilator振荡器通过结构线性扩展形成的复杂振荡器,研究复杂振荡器振荡行为产生对时延序列结构的要求以及时延序列值对振荡特性的影响。结果表明：对于偶数扩展和奇数扩展的复杂振荡器,振荡行为产生对于时延序列结构有不同的要求,且时延序列与振荡行为之间存在不同的规律性关系。本章研究成果可用于振荡器网络对下游网络中具有复杂时间序列行为的功能网络的调控。3.针对基本repressilator振荡器通过结构网络扩展形成的复杂振荡器,研究不同的多输入结构形式对复杂振荡器网络结构的影响。结果表明：在给定周期要求时,通过优化算法得到满足周期要求的使用不同多输入函数的复杂振荡器,复杂振荡器网络的基本结构模块由于多输入函数形式的不同而不同且随给定周期的变化以及网络规模的变化表现出不同的变化现象。本章的研究有助于对基因振荡器基本功能结构的了解,为实际合成基因振荡器提供一定的指导意义。