發(fā)布時間：2018-01-04 15:06

  本文關(guān)鍵詞：生物膜生長動力學(xué)建模研究　出處：《武漢大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 生物膜 生長動力學(xué) 瓊脂表面 連續(xù)介質(zhì)模型 擴(kuò)展有限元

【摘要】：生物膜是由多種細(xì)菌積聚在潮濕物體表面而形成復(fù)雜空間結(jié)構(gòu),生物膜的形成是微生物通過相互作用來實現(xiàn)共同保護(hù)的普遍策略。生物膜的形成有利于微生物的生存,同時也是造成許多社會危害原因,如管道內(nèi)微生物淤積、設(shè)備腐蝕、慢性感染以及植入醫(yī)療器械感染等；同時生物膜在污水處理,土壤修復(fù)和微生物燃料電池等方面有重要應(yīng)用。因此生物膜生長動力學(xué)的研究有助于人類控制和利用生物膜生長。本文通過建立枯草芽孢桿菌生物膜在瓊脂表面生長動力學(xué)模型來量化生物膜生長動力學(xué)受微環(huán)境的影響和揭示生物膜生長過程中各種生物物理過程間的關(guān)系。在瓊脂表面分別培養(yǎng)野生型和不產(chǎn)生表多糖的突變型枯草芽孢桿菌生物膜,通過圖像處理的方法來得到實驗中枯草芽孢桿菌生物膜隨時間變化的生長曲線。建立基于反應(yīng)—擴(kuò)散理論的連續(xù)介質(zhì)模型來描述枯草芽孢桿菌生物膜在瓊脂表面生長過程,采用擴(kuò)展有限元與水平集結(jié)合的方法來實現(xiàn)模擬過程。數(shù)值實驗得到生物膜形貌與限制性營養(yǎng)物質(zhì)消耗的定量關(guān)系,數(shù)值結(jié)果與實驗對比發(fā)現(xiàn),以谷氨酸為限制性營養(yǎng)物質(zhì)的生物膜模擬結(jié)果與實驗中不產(chǎn)生表多糖的突變型枯草芽孢桿菌生物膜的生長曲線一致,表明谷氨酸是瓊脂表面生長的枯草芽孢桿菌生物膜生長的限制性營養(yǎng)物質(zhì),同時也說明了該生物膜處于擴(kuò)散限制機(jī)制。數(shù)值實驗表明瓊脂表面生物膜的生長的最大半徑、最大厚度與其初始營養(yǎng)物濃度成線性關(guān)系,與其最大營養(yǎng)吸收速率成非線性負(fù)相關(guān)。在野生型枯草芽孢桿菌生物膜內(nèi),隨著表多糖的產(chǎn)生,其內(nèi)部滲透壓增加而從瓊脂表面吸收更多的水溶液,加速了生物膜的生長和在瓊脂表面上的擴(kuò)張,該生物物理過程有利有生物膜的生存。本模型框架也可以用于研究生物膜內(nèi)的細(xì)菌表現(xiàn)型轉(zhuǎn)化與營養(yǎng)條件的關(guān)系以及細(xì)胞膜褶皺內(nèi)的營養(yǎng)輸運(yùn)等生物物理現(xiàn)象。
[Abstract]:A continuous medium model based on reaction - diffusion theory has been used to describe the growth kinetics of Bacillus subtilis biofilm on agar surface .

【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q73

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