大肠杆菌群体的生理异质性对药敏实验的影响

E. coli CVCC249分批培养的过程根据菌群瞬时生长速率的变化分为加速生长期、恒速生长期、减速生长期和衰亡期4个阶段. 各阶段分别取样, 测定抗生素浓度-杀菌曲线(concentration- killing curve, CKC), 结果表明菌群的生理异质性导致菌群个体间的药物敏感性不同, 总体呈现正态分布. 检测表明各阶段中菌群的核酸、蛋白质含量和脱氢酶活力都有明显差别, 这种生理异质性导致各阶段菌群对药物敏感性的差异. 以加速生长期菌群的CKC曲线为参照, 对于庆大霉 素, 恒速生长期和衰亡期菌群敏感性增强; 对于恩诺沙星恒速生长期反而减弱, 其他阶段差别不大. 这是常规药敏实验方法难以显示的, 表明对不同生理状态菌群的药敏实验测定结果可深入反映出药物的杀菌机理. 这有助于常规药敏实验方法的改进, 并可为抗菌药物的合理使用提供理论支持.     

细菌群体异质性对生长动态过程的影响及其表征

在经典的表征群体生长的Logistic方程中, 假定群体中每个个体都是同质的. 解方程时的初值仅限定为N(t₀) = N₀, 因此, 对N₀相同而生理状态不同的接种物的生长动态不能区分. 事实上, 在菌群生长的任一时刻, 只有一定比例的细胞在进行分裂(设为θ), 这样, 不仅由N, 而且实际上由N和θ 共同决定. 因此, 解方程的初值条件还应加入θ (t₀) = θ₀, 而这又被在构建生长方程时所忽略, 但这一附加条件使Logistic方程的求解甚为复杂. 基于细菌生长过程的瞬时生长速率V_inst的时间过程曲线都呈Gauss分布形状这一特点, 在用瞬时生长速率成功地表征限制性条件下区分群体生长阶段的基础上, 进一步用Gauss分布近似函数表达式以求得异质性群体的生长参数, 这些参数可真实地表征不同生理状态细菌群体的生长动态, 为微生物学基础研究和在生物工程等方面的应用提供了一个新方法. 在此基础上提出了一个估算细菌群体生长延迟期和群体倍增时间的新方法.     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌生长动力学

在确定二价铁离子为A.f生长过程中惟一限制性底物条件下,通过考察初始亚铁离子浓度、初始pH值两种影响亚铁离子氧化代谢的主要因素来研究细菌的生长特性,得到以限制性底物亚铁离子浓度为表征的细菌生长曲线。利用基于Monod方程建立的细菌生长动力学方程模型,采用Matlab软件中的Gauss-Newton算法确定了在不同条件下细菌生长动力学参数,包括最大比生长速率μm、Monod常数K及Ro,推导出了不同条件下A.f对数期以底物Fe(Ⅱ)浓度为表征的生长动力学方程。     

分批培养条件下细菌群体生长阶段的区分及生长参数的确定

用样条插值法光滑实测数据后, 再用数值微分法对分批培养条件下细菌群体生长过程进行分析, 由此提出了区分群体生长阶段的新方法: 依据瞬时生长速度和瞬时生长加速度规律性的变化, 把细菌群体生长过程区分为加速生长期、恒速生长期、减速生长期和衰亡期四个阶段. 进一步应用Gaussian函数方程进行拟合, 得到新的生长参数. 测定了群体生长过程中DNA含量, 对其倍性变化的特点进行了讨论. 将新的表征群体生长的建模方法(Spline-Numerical-Gaussian, SNG)与依据Logistic方程划分生长阶段的传统方法作了比较, 并对SNG方法的生物学内涵作了进一步讨论.     

植物瞬时生长速率测定仪的研制

用差动变压器(LVDT)作为传感元件,制成植物延仲生长瞬时生长速率测定仪,具有线性好、测量快速准确、使用方便等优点,是测定植物瞬时生长速率的一种新的仪器和方法。文中介绍了这种测定仪的基本原理和结构,以及作者研制的ZS-Ⅱ型植物瞬时生长速率测定仪的主要性能和实测结果。     

瞬时与延迟叶绿素荧光及820nm光反射动力学同步测量技术在光合作用研究中的应用

在光合作用研究中,通过分析瞬时叶绿素荧光诱导动力学曲线,可以获得围绕光系统Ⅱ(photosystemⅡ,PSⅡ)发生的原初光化学反应的信息。通过分析延迟叶绿素荧光诱导动力学和衰减动力学曲线,可以探寻发生电荷重组而产生延迟荧光的不同基团,从而更加直接地了解PSⅡ的状态。而820 nm光反射可以用来检测发生在光系统Ⅰ(photosystemⅠ,PSⅠ)的原初光化学反应。文章简要介绍了这三种动力学的发生原理及其在光合作用研究中的优缺点,并举例说明了瞬时荧光、延迟荧光及820 nm光反射动力学同步测量技术在光合作用研究中的应用,以及三者之间的互补与印证作用。     

检测大肠杆菌群体生长动力学过程4种方法的比较

用浊度测定、菌落形成数计数（CFU）、流式细胞计数（FCT）,以及MTT还原测脱氢酶活力4种检测方法,测定了E．coliCVCC249群体的生长量,并通过Logistic模型、Sigmoid模型,以及正态分布方程拟合由上述生物量所表征的群体生长动力学过程曲线．结果表明,对浊度和流式检测数据,Logistic和Sigmoid方程可给出较好的拟合度,而对CFU法和脱氢酶活力检测法,仅有正态分布方程能呈现更好的拟合．通过应用有限时域向前差分的方法,消除不能增殖的休止细胞对浊度生长过程曲线的影响,以模拟菌群增殖的过程曲线．在此基础上,求得菌群生长的即时速度（advancingvelocity,Vad。）和即时速度的瞬变率,以此为据将E．coliCVCC249生长过程划分为线性增长期、指数增长期、指数减速期、线性减速期,以及衰亡期5个阶段．此外,对新的划分生长阶段的方法与经典方法的不同,以及R。（拟合决定系数）能否作为确定模型是否拟合的唯一判据,进行了讨论．     

构建大肠杆菌药敏试验新方法的探索

基于对大肠杆菌CVCC249菌株生长动力学过程的分析表明, 导致药敏试验结果不确定性的原因主要是由于不能测计“药物浓度与菌群数量的比值”及“药物浓度及其作用时间的复合作用”对菌群生长动力学过程的影响所致. 依据菌群在一系列不同浓度的庆大霉素及其作用时间下生长受到抑制的动力学过程分析和基于差分方法, 即用简单的差分计算代替复杂的微分方程的数值解法的应用, 提出了一个药敏试验的新方法: 用菌群浊度值的净增量以消除休止细胞存在的影响后, 以菌群浊度数列递推系数值的变化, 表征药物对菌群增殖的影响, 并结合用等值线图直观显示和分析药物浓度及其作用时间复合作用的方法. 抗菌药物的抑菌率可表征为药物浓度及其作用时间的复合函数的动态变化, 表明一类抗菌药物对某一菌株抑菌率的时间或浓度依赖性, 取决于其浓度和存在时间的复合效应. 用属于不同抑菌作用机理类型的恩诺沙星、左氧氟沙星和头孢曲松钠进行对比测试, 检验了这一新方法的有效性.     

动力学接触序: 基于量子跃迁的蛋白质折叠速率参数

把蛋白质折叠看成多肽链上扭转态间的量子跃迁, 依据构象动力学的量子理论, 提出用接触残基间多肽链转动惯量和扭转势能来表征接触特性的动力学接触序, 从而能定量地从动力学角度研究蛋白质折叠速率. 在80个蛋白的数据集上实验, 证实了构象量子跃迁观点的合理性并得到以下结论: (1) 折叠速率与接触转动惯量之间存在显著相关性; (2) 多态蛋白的折叠可以看成在同样转动惯量、温度等条件下的二态蛋白折叠基础上的中间态延迟, 并估计了延迟时间的数量级; (3) 折叠可以分为释能和吸能两类, 蛋白质折叠速率上限由释能折叠决定, 并导出大多数折叠速率大的二态蛋白的量子跃迁过程为释能反应, 而折叠速率小的多态蛋白为吸能反应.     

不同模型对黄山栾树快速光曲线拟合效果的比较

用Li-6400光合仪同时测定了CO2浓度为380和600μmol·mol-1条件下黄山栾树的光响应曲线和快速光曲线,分别采用不同模型进行了拟合.结果表明:直角双曲线模型和双指数方程拟合得到的最大电子传递速率远大于实测值;直角双曲线模型、非直角双曲线模型、单指数方程不能拟合黄山栾树存在PSⅡ动力学下调的快速光曲线,只有双指数方程和直角双曲线修正模型可以拟合黄山栾树存在PSⅡ动力学下调的快速光曲线,且可以计算它的饱和光强.综合拟合结果可知,直角双曲线修正模型不仅可以很好地拟合黄山栾树的快速光曲线,而且得到的最大电子传递速率和饱和光强与实测值相符合.此外,通过拟合植物的快速光曲和光响应曲线,还可以判断在饱和光强时它的电子传递速率与碳同化是否同时达到最大值.     

具有脉冲投放捕食者阶段结构时滞的捕食-食饵模型

讨论了具有阶段结构脉冲时滞的HollinglI功能反应的捕食模型,其中天敌（益虫）进行人工脉冲周期投放,害虫具有阶段结构及成熟期的时滞现象,并进行了系统的数学及生物方面的研究．利用脉冲及时滞微分方程的基本知识证明了该害虫根除周期解的唯一性和全局吸引性．进一步证明了当天敌的投放量或者投放周期在一定的范围内,能够控制害虫在作物的经济危害水平（EIL）运行的情况下使天敌与害虫可以共存．得出的结论为害虫治理提供了策略基础．     

A novel approach for estimating growth phases and parameters of bacterial population in batch culture

Using mathematical analysis, a new method has been developed for studying the growth kinetics of bacterial populations in batch culture. First, sampling data were smoothed with the spline interpolation method. Second, the instantaneous rates were derived by numerical differential techniques and finally, the derived data were fitted with the Gaussian function to obtain growth parameters. We named this the Spline-Numerical-Gaussian or SNG method. This method yielded more accurate estimates of the growth rates of bacterial populations and new parameters. It was possible to divide the growth curve into four different but continuous phases based on changes in the instantaneous rates. The four phases are the accelerating growth phase, the constant growth phase, the decelerating growth phase and the declining phase. Total DNA content was measured by flow cytometry and varied depending on the growth phase. The SNG system provides a very powerful tool for describing the kinetics of bacterial population growth. The SNG method avoids the unrealistic assumptions generally used in the traditional growth equations.     

水分胁迫对茅苍术根茎生长及挥发油含量的影响

通过控制茅苍术[Atractylodes lancea（Thunb．）DC．]不同生长期的土壤含水量,研究了轻度和重度干旱胁迫与涝渍胁迫对茅苍术根茎生长及挥发油含量的影响。结果表明,在不同生长期,茅苍术根茎生长和挥发油成分含量对不同土壤水分条件的反应不同,其中生殖生长期对水分胁迫较敏感,干旱和涝渍胁迫均会导致根茎生长量和挥发油含量下降。水分胁迫对茅苍术根茎生长量和挥发油含量的影响效应是一致的,导致根茎生长量显著下降的水分条件可使挥发油含量下降,对根茎生长量影响不显著的水分条件则有利于挥发油成分的积累。在果后期进行适当的涝渍胁迫（土壤含水量35．5％～38．5％）有利于茅苍术根茎生长和挥发油含量的提高。     

Cell division in Escherichia coli after changes in the velocity of DNA replication

A method of computer analysis was developed to evaluate the kinetic changes in the rate of cell division in non-synchronous cultures of E. coli resulting from changes in the velocity or initiation of chromosome replication. This method takes into account that the cell division pathway in E. coli includes a reaction of indeterminate length described by a probability function that applies to the cell population. The analysis yields a hypothetical cell number kinetics as it would be observed if the stochastic element in the division pathway were absent. Since this derived cell number curve responds to experimentally induced perturbations of replication at defined times whereas the actual cell number curve reflects these perturbations only in a blurred fashion, replication and division events can be precisely correlated with this method. The method was applied to the evaluation of thymine starvation experiments with two Thy- derivatives of E. coli B/r; one of the strains has a mutationally altered (60% increased) cell mass at initiation of chromosome replication. In both strains, the stochastic phase of the cell cycle had the same half-life value of 10 min and began 18 min after each termination of replication. This suggests that the time of cell division is linked to replication, not to cell mass or length. This interpretation is supported by results of experiments in which the rate of cell growth was altered at the time of thymine starvation.     

A novel approach for estimating growth phases and parameters of bacterial population in batch culture

Traditionally, microbiologists divided bacterial growth in batch cultures into lag, exponential, station-ary and death phases[1], following the Logistic equa-tion that has been applied to the growth of human populations. The growth curves can always be ch…     

Influence of intestinal myoelectrical activity on the growth of Escherichia coli

Intestinal bacteria, particularly those adhering to intestinal epithelial cells, are exposed to electric fields and currents generated by the muscular activity of the small intestine. This activity displays a regular pattern known as the myoelectrical migrating complex (MMC). In order to explore the possibility that these endogenous electric fields could affect bacterial growth, a digitised duodenal signal obtained via serosal electrodes from a healthy calf was recorded and then applied via platinum electrodes to Escherichia coli cultures. The culture tubes were placed within a Faraday shield, incubated at 37 degrees C with shaking, and stimulated by the electric current for 5 or 8 h. The growth of E. coli stimulated by the electric current was significantly altered compared to those of non-stimulated controls: after a period of intensive growth, inhibition of cell division was observed. This was not the case when the bacteria with lon mutation were used. Moreover, synchronic bacterial culture could not be achieved in the presence of the MMC-related electric field. These results suggest that the myoelectrical activity of the duodenum, through action on cell membrane, can affect cell division of intestinal bacteria.     

POLYMORPHISM OF THE DIATOM PINNULARIA BREBISSONII IN CULTURE AND A FIELD COLLECTION1,2

Two clones of Pinnularia brebissonii (Kütz.) Rabh. var. brebissonii were established and maintained in logarithmic phase of growth. Initial length of the cells was 37 μm. As cell division occurred, the mean length of cells in each population decreased as predicted by the MacDonald-Pfitzer hypothesis; however, the decrease in mean length was not uniform throughout the growth period. This nonuniformity is probably caused by nonrandom division of cells in the population or by a changing increment of size reduction due to division. The initial increment of size reduction was calculated as 0.7 μm/division. The smallest, cells observed were 8 μm long. As cells decrease in length, cell volume decreases and the proportion of cells with aberrant valve structure increases. More than 90% of the valves were abnormal in a population with mean length of 14 μm. The abnormalities of structure involved the raphe, the central area and the striae.     

寒冷刺激对孕鼠子代生长发育的影响

目的：探讨寒冷刺激对孕鼠子代生长发育的影响。方法：将孕鼠分为正常妊娠组和冷激妊娠组,正常妊娠组25℃饲养,冷激妊娠组每日8：00—12：00置于（4±2）℃环境下寒冷刺激。18d后测量孕鼠血压,剖宫记录胎鼠、胎盘、羊水重量,测量初生仔鼠、内脏器官重及内脏器官与体重比值,绘制1—44d的生长曲线、每日增重率曲线,测量出生8周后子代的血压。结果：冷激妊娠组孕鼠血压高于正常妊娠组（P〈0．05）,胎鼠、胎盘、羊水重量显著低于正常妊娠组（P〈0．01）,冷激妊娠组仔鼠内脏器官重显著低于正常妊娠组（P〈0．05）,两组内脏器官与体重比值比较无统计学意义（P〉0．05）。1～44d的生长曲线表明直到性成熟冷激妊娠组子代的体重仍没有追上正常妊娠组,但两组每日增重率曲线基本吻合。冷激妊娠组子代的血压显著高于正常妊娠组（P〈0．05）。结论：寒冷刺激严重影响子代的生长和发育。     

橡胶草TkAPC10基因的鉴定及其表达模式分析

APC/C是一类泛素连接酶E3复合体,在调控细胞周期过程中发挥重要作用。为了揭示橡胶草APC/C蛋白复合体的功能,鉴定了橡胶草TkAPC10基因,并对其表达模式进行了分析,初步确定了其功能。TkAPC10基因的ORF为579 bp,编码192个氨基酸,其基因组DNA序列为1 092 bp,包含6个外显子和5个内含子。基因组分析发现,TkAPC10以单拷贝的形式存在,其启动子序列除了含有TATA-box和CAAT-box增强子元件外,还有ABA、JA、光以及逆境响应相关的顺式作用元件。系统进化关系分析发现,不同物种的APC10蛋白具有很高的同源性,TKAPC10与莴苣LsAPC10的相似性最高达到99%,而与其他菊科植物的APC10蛋白相似性也达到95%以上。进一步采用qRT-PCR技术对TKAPC10的表达模式进行分析,结果表明,该基因在细胞分裂旺盛的组织（花、叶和根）中的表达量显著高于细胞分裂活动相对缓慢的组织（花梗）。外源ABA处理后,TKAPC10基因转录水平显著下降;而MeJA和ET处理后,该基因显著上调表达。经PEG6000以及甘露醇处理后,TKAPC10表达水平显著下降;而高盐胁迫显著诱导该基因的表达。TKAPC10基因参与橡胶草细胞分裂、激素信号以及非生物胁迫响应过程的调控。