1、大肠杆菌的生长模型探讨,组员：李云 王雪娇薛雪王蕾关梦玲崔静慧勾倩倩杜桂月,目录,大肠杆菌,大肠杆菌,大肠杆菌特点,1.大肠杆菌属于原核生物，它的代谢类型是异养兼性厌氧菌，具有由肽聚糖组成的细胞壁，只含有核糖体简单的细胞器，没有细胞核，有拟核；细胞质中的质粒常用作基因工程中的运载体。2.人体与大肠杆菌的关系：在正常栖居条件下大多数大肠杆菌不致病，还能竞争性抵御致病菌的进攻，还能合成维生素B和K2，与人体是互利共生的关系；但在机体免疫力降低、肠道长期缺乏刺激等特殊情况下，进入胆囊、膀胱等处可引起炎症，与人体是寄生关系。因此，大部分大肠杆菌通常被看作机会致病菌。并且大肠菌群数常作为饮水、食物或药物
2、的卫生学标准。,3.大肠杆菌在生物技术中的应用：大肠杆菌作为外源基因表达的宿主，遗传背景清楚，技术操作和培养条件简单，大规模发酵经济，倍受遗传工程专家的重视。目前大肠杆菌是应用最广泛，最成功的表达体系，因此，常用做高效表达的首选体系。,大肠杆菌特点,影响因素,BOD：N：P=100：5：1,生物的生长过程若用图形来描述将是一条S曲线,随生物物种、生态环境等因素不同，这一曲线呈多样性变化。,对生物生长过程的数量化描述较为知名的Linear 、 Logistic 、 Gompertz 、Bertalanffy和Mitscherlich等方程.由于它们具有固定的拐点,都只能准确描述一种特定形状的S曲
3、线，或者说完整S曲线的一个特定部分。,Logistic 方程介绍,理想条件下种群表现为指数式地增长 dN/dt= rN r为该种群的内禀增长率，N为种群数量也可以写为： Nt=N0ert 此增长曲线为“J”型,考虑到食物环境竞争等问题，对模型进行了修正Verhulst模型: dN/dt= rN (1 N/K) 这就是描述种群增长的Logistic方程其中K称为环境容纳量, (1 N/K) 代表环境阻力。此增长曲线为“S”型 “S”型曲线的数学模拟模型为： N=K/(1+Be-rt ) 用于表征微生物的数学模型表示为：log (Nt/N0) = a/(1+be-ct ),2、1216条件下用Lo
4、gistic模型,Logistic 方程,图2 16条件下的生长拟合曲线,图1 12条件下的生长拟合曲线,Logistic 方程,数据出自：唐 艳,黄 薇,张 宾等.鲐鱼中大肠杆菌生长预测模型的建立J.食品科技,2012,37(5),R2=0.9822,R2=0.9932,图3 12条件下的生长拟合曲线比较,结论,在 1216用Logistic方程进行拟合，所得的回归相关系数R较高，均在0.99以上，方程拟合均较好，说明所建立的模型具在此温度区间有良好的适应性。,Logistic 方程,Nt：t 时刻的生物量；a、b、c 为只有数学意义而没有生物学意义的参数,Gompertz 方程,Gompe
5、rtz模型适用于大肠杆菌S型生长的可靠性分析，它是从时间序列中引用来的，其特点是：开始增长较慢，中间逐渐加快；到某一点后，增长速度又逐渐减慢。由于Gompertz模型中含有三个未知参数，其适应性较强，能拟合出许多细菌的可靠性增长试验数据，因此引用相当广泛。 但Gompertz模型的应用也存在一定的局限性，其要求把试验数据分成三个等时间段进行参数估计，对于很多细菌的增长试验数据，模型参数估计并不是特别准确。因此提出一种优化拟合的方法对Gompertz模型进行改进，即修正的Gompertz模型。,Gompertz 方程,修正的Gompertz 方程,图4 10、15、20和25条件下的生长拟合曲线
6、,修正的Gompertz 方程,数据出自：王力卫，雷晓凌，彭镜林等.冷冻鱼糜制品中大肠杆菌生长动力学模型的构建J.食品工业科技,2012,33(10),图5 10条件下的生长拟合曲线比较,R2=0.9582,R2=0.9582,R2=0.9582,R2=0.9582,R2=0.9582,R2=0.9582,R2大于0.98,修正的Gompertz 方程,结论,在 1025温度条件下，修正的Gompertz方程能很好的拟合大肠杆菌的生长过程，所得的回归相关系数R较高，均在0.98以上，方程拟合均较好，说明所建立的模型具在此温度区间有良好的适应性。,修正的Gompertz 方程,Richards方
7、程,Richards生长方程建立在Bertalanffy生长理论的基础上, Bertalanffy通过分析动物的生长,发现在动物生长期间,动物的体重增长速率为同化速率与消耗速率之差,而后两者分别和同化器官的大小以及动物体重成比例,即: dW/dt=Ra-Rt=F-W 式中:F一同化器官重,W体重, Ra同化速率, Rt消耗速率. 由相对生长关系,有F=Wm,因此: dW/dt= Wm W 积分可得： W=a(1-be-kt)1/(1-m） 式中: a=(/)(1-m)-1，b=1-(/)*Wo（1-m）, k=-(l-m)* ， Wo为W的初值 当m=2时为Logistic方程, W= a/(
8、1+be-Kt ) 当m1时为Gompertz方程,W =a*exp-exp(b-kx),最佳温度37条件下用 Richards模型,Richards方程,图6 37条件下大肠杆菌的生长拟合曲线比较,Richards方程,R2=0.9995,R2=0.9995,数据来源：温度生长预测模型在大肠杆菌O157_H7控制中的应用_朱英莲,结论,在 37温度条件下拟合方程为Richards 方程，标准差S=0.390，相关系数R=0.999，拟合较好。,Richards方程,4，低、高温条件下用Linear失活模型,Linear方程,图 7 4条件下，大肠杆菌的生长曲线,图 8 高温条件下(85)的生长拟条件拟合曲线,Linear方程,数据出自：王力卫，雷晓凌，彭镜林等.冷冻鱼糜制品中大肠杆菌生长动力学模型的构建J.食品工业科技,2012,33(10),结论,在 85、25s时，大肠杆菌几乎全部死亡，生长曲线不具有S型的特点，宜用Linear方程，拟合较好。,由上图，我们可以得出低温条件下，大肠杆菌的生长曲线为一条直线，大肠杆菌基本上没有生长。,Linear方程,结论,THANKS!,
