大肠杆菌的生长模型探讨.doc.doc

大肠杆菌的生长模型探讨 小组成员：王雪娇2013214127 王蕾2013214125 薛雪 2013214129 崔静慧2013214091 李云 2013214010 关梦玲2013214 勾倩倩201321410 杜桂月2013214094 1.背景介绍 1.1 大肠杆菌 大肠杆菌是人和动物肠道中最著名的一种细菌，主要寄生于大肠内，约占肠道菌中的1%。是一种两端钝圆、能运动、无芽孢的革兰氏阴性短杆菌。大肠杆菌能合成维生素B和K，正常栖居条件下不致病；若进入胆囊、膀胱等处可引起炎症。在水和食品中检出，可认为是被粪便污染的指标。大肠菌群数常作为饮水、食物或药物的卫生学标准。 　　大肠杆菌革兰氏阴性短杆菌，大小0.5×1～3微米。周身鞭毛，能运动，无芽孢。能发酵多种糖类产酸、产气，是人和动物肠道中的正常栖居菌，婴儿出生后即随哺乳进入肠道，与人终身相伴，其代谢活动能抑制肠道内分解蛋白质的微生物生长，减少蛋白质分解产物对人体的危害，还能合成维生素B和K，以及有杀菌作用的大肠杆菌素。正常栖居条件下不致病。但若进入胆囊、膀胱等处可引起炎症。在肠道中大量繁殖，几占粪便干重的1/3。兼性厌氧菌。在环境卫生不良的情况下，常随粪便散布在周围环境中。若在水和食品中检出此菌，可认为是被粪便污染的指标，从而可能有肠道病原菌的存在。因此，大肠菌群数（或大肠菌值）常作为饮水和食物（或药物）的卫生学标准。根据菌体抗原的不同，可将大肠杆菌分为150多型，其中有16个血清型为致病性大肠杆菌，常引起流行性婴儿腹泄和成人肋膜炎。大肠杆菌是研究微生物遗传的重要材料，如局限性转导就是1954年在大肠杆菌K12菌株中发现的。 1.2大肠杆菌的特点 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。 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、食物或药物的卫生学标准。 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 1.3大肠杆菌生长的影响因素 温度、PH、紫外线、渗透压、营养物质和有毒物质等对大肠杆菌的生长均有影响，通过研究发现温度在35℃~42℃，PH为6.5~8.5，盐浓度为0.9%，BOD：N：P=100：5：1时大肠杆菌生长状况良好。本文选择温度作为变量，其他影响因素为定量，在保证其他因素为大肠杆菌最适生长条件的情况下，研究不同温度下大肠杆菌生长模型的变化。 2. 不同温度区间的大肠杆菌生长模型 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LinearLogistic、Richards模型和Gompertz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曲线，或者说完整S曲线的一个特定部分。 dN/dt= rN 式中：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 图1种群的增长曲线 2.1 生长模型的介绍 2.1.1 Logistic方程 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 ) 2.1.2 Gompertz模型 Gompertz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