广义Schumacher模型的改进及其应用

通过对前人提出的生长方程的具体分析,提出了一种改进的Schumacher生长方程．该模型包含了Gompenz函数、Schumacher方程及广义Schumacher方程,具有很强的自适应性和实用性．采用遗传算法。利用该模型对珍稀植物长苞铁杉和侧柏生长资料分别进行了拟合．结果表明,改进的Schumacher方程的拟合精度明显优于Schumache,方程和广义Schumacher方程,也优于经典的Logistic模型和李新运等自适应模型。可以在林木生长动态模拟及种群增长动态研究中广泛应用．     

球形节杆菌A152产透明质酸酶的发酵优化及动力学模型的建立

以制备高产量的透明质酸酶为出发点,利用5 L发酵罐对球形节杆菌A152发酵生产透明质酸酶的条件进行优化,并对其发酵动力学模型进行研究。研究结果表明,转速400 r/min、通气量3.5 L/min时,生物量和透明质酸酶酶活力最优,分别为5 g/L、16.4 U/mL;同时对发酵过程中菌体生长、产物生成及基质消耗的规律进行研究,应用Logistic方程、Luedeking-Piret方程和底物消耗的物料平衡方程建立了球形节杆菌Arthrobacter globiformis A152发酵过程的动力学模型,并通过MATLAB软件进行最优参数估计和非线性拟合。模型的计算值与实验值能较好地拟合,表明所建的模型能较好地反映发酵过程,可为发酵过程的在线控制和预测提供理论基础。     

Richards方程的数学属性及其在兽类生长过程中的应用

通过对Richards方程数学属性的分析表明 ,该方程具有变动的拐点值 ,因而在描绘兽类多种多样的生长过程时具有良好的可塑性。依据其方程参数n取值的不同 ,Richards方程包含了Spillman ,Logistic,Gompertz以及Bertalanffy方程。为了评估Richards方程对兽类生长过程的拟合优度 ,作者引用 1 0组哺乳动物兽类生长数据 ,将它与一些经典的生长模型如Spillman ,Logistic,Gompertz以及Bertalanffy方程共同进行了拟合比较。结果表明 ,Richards方程具有良好的拟合优度 ,适于描绘多种多样的兽类生长模式。     

生物生长的Richrds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,这一曲线是多样性变化．Richards生长方程当其参数m在数轴上滑动取值时,不仅包含了Mitscherlich,Brody,Bertalanffy,Gompertz,Logistic等生长方程,而且包含了它们的中间过渡类型和更为广义的形状,因而对众多生物物种的多样性生长过程,在细胞、器官、个体与群体等不同层次上具有广泛的适用性．本文中以变形虫、水稻、新疆乌伦古河鲈鱼、福建黄牛与海南坡鹿的Richards生长模型,图示了它的可塑性．     

灵芝胞外多糖分批发酵动力学模型

利用分批发酵研究了灵芝(Ganoderma lucidum)胞外多糖的合成特性,结果表明Ganodermalucidum多糖合成和菌体生长呈部分生长关联型。菌体干重、胞外多糖分别达到15.56g·L-1、3.02g·L-1,胞外多糖对细胞干重得率系数(Yp/x)为0.19。根据分批发酵试验结果采用Logistic方程、Luedeking-Piret方程和类似Luedeking-Piret方程,得到了描述灵芝生长、胞外多糖以及葡萄糖底物消耗分批发酵动力学模型。同时在初始葡萄糖变化较大范围内,试验数据与模型预测值进行了比较拟合,平均相对误差小于5%,表现出很好的适用性。表明该动力学模型对指导灵芝胞外多糖的发酵生产具有实际意义。     

基于渗透压调控的纽莫康定B_0发酵动力学

以海洋丝状真菌Glarea lozoyensis Q45为研究对象,研究不同渗透压条件下Glarea lozoyensis Q45的生长、底物甘露醇消耗以及纽莫康定B_0的生产特性。基于Logistics方程、Luedeking-Piret方程和Luedeking-Piret-Like方程,得到了描述纽莫康定B_0发酵模型的动力学参数。基于发酵动力学模型,提出了在菌体生长稳定期添加1.61 g/L Na Cl的调控策略。在该策略下,纽莫康定B_0的产量达到1.75 g/L,比初始条件的结果提高24.6%。     

灵芝胞外多糖分批发酵动力学模型

利用分批发酵研究了灵芝（Ganoderma lucidum）胞外多糖的合成特性,结果表明Ganoderma lucidum多糖合成和菌体生长呈部分生长关联型。菌体干重、胞外多糖分别达到15.56g·L^-1<、3.02g·L^-1<,胞外多糖对细胞干重得率系数(Y_p/x）为0.19。根据分批发酵试验结果采用Logistic方程、Luedeking-Piret方程和类似Luedeking-Piret方程,得到了描述灵芝生长、胞外多糖以及葡萄糖底物消耗分批发酵动力学模型。同时在初始葡萄糖变化较大范围内,试验数据与模型预测值进行了比较拟合,平均相对误差小于5％,表现出很好的适用性。表明该动力学模型对指导灵芝胞外多糖的发酵生产具有实际意义。     

杨树生长模型的选择

本文选用常用生长模型和4类灰色模型,分别对6个新品系杨树生长动态规律进行模拟;结果表明：在常用的生长模型中,Richards方程模拟效果最好,而不是通常认为的Logistic方程;在灰色模型中．以GM（1,1）模拟效果最好,也可作为杨树生长模型．     

产弹性蛋白酶细菌的发酵动力学研究

基于14L的发酵罐分批发酵实验数据,建立了发酵过程菌体生长、产物生成及基质消耗随时间变化的数学模型。Logistic方程、Luedeking—Piret方程能够很好地分别描述产弹性蛋白酶菌体生长;发酵产酶过程和基质消耗过程。并将3个动力学模型的预测值和实验值进行了比较,所建立的分批发酵动力学模型能较好地反映弹性蛋白酶分批发酵过程。     

无花果曲霉发酵生产β-葡萄糖苷酶的动力学分析

在7L生物反应器的分批发酵中,通过对无花果曲霉UV-29液态发酵茵丝体的生长、基质消耗（以总糖计）及β-葡萄糖苷酶产生的特性研究,发现总糖是无花果曲霉生长的限制性基质;β-葡萄糖苷酶的增长趋势明显滞后于细胞生长的增长趋势,其发酵过程属于部分相关模型,即Ga—den提出的Ⅱ型发酵;基于logistic方程,建立了发酵动力学模型,同时对实验数据与模型进行了验证比较,模型计算值与实验数据拟合良好。在7L生物反应器的最大茵体生物量（干重）达到1．17g／100mL,β-葡萄糖苷酶最高酶活达到22．25IU／mL。     

红松单木高生长模型的研究

１引言生长模型是定量研究树木生长过程的有效手段。它既可对林木生长作出现实的评价,也可用来预估将来各测树因子的变化;既是编制修订各种数表的基础,也是森林经营中各种措施实施的依据。在林学上,生长模型主要包括单木生长模型和林分生长模型,其中单木生长模型是林...     

鼠疫传播动力学模型的构建研究

目的:采用疾病传播动力学模型描述鼠疫的流行特征,为科学地制定鼠疫的防控措施提供理论依据。方法:运用微分方程建立鼠间鼠疫和人间鼠疫的传播动力学模型,分析模型中各参数与疫情发展变化的关系。结果:使用基本繁殖率,平均鼠密度,感染者平均病死率,感染者平均治愈率等参数描述感染率随时间的变化趋势。结论:根据鼠间传播期、疫区传播期和人群扩散期的传播特点,分别开展各项防控工作,能够更好地控制鼠疫疫情。     

生理房室药动学模型

生理药动学模型较ｎ房室模型能更准确地描述药物在体内的处置过程,但在实际应用中由于其计算结果有较大的误差而限制其应用和推广．在生理模型中,某一组织器官中血液分布容积相对于单位时间的血流量来说,如果太大,就去给计算结果带来较大的误差．本文提出的生理房室模型可以减小这种误差,从而更准确地模拟药物在体内的处置过程．文中对一组模拟的生理和生化参数分别求出了生理房室模型和生理模型的数值解．通过两组解的比较,说明生理房室模型可以描述药物在体内处置过程中的细微变化．     

Predicting biofilm deformation with a viscoelastic phase-field model: Modeling and experimental studies

Biofilms commonly develop in flowing aqueous environments, where the flow causes the biofilm to deform. Because biofilm deformation affects the flow regime, and because biofilms behave as complex heterogeneous viscoelastic materials, few models are able to predict biofilm deformation. In this study, a phase-field (PF) continuum model coupled with the Oldroyd-B constitutive equation was developed and used to simulate biofilm deformation. The accuracy of the model was evaluated using two types of biofilms: a synthetic biofilm, made from alginate mixed with bacterial cells, and a Pseudomonas aeruginosa biofilm. Shear rheometry was used to experimentally determine the mechanical parameters for each biofilm, used as inputs for the model. Biofilm deformation under fluid flow was monitored experimentally using optical coherence tomography. The comparison between the experimental and modeling geometries, for selected horizontal cross sections, after fluid-driven deformation was good. The relative errors ranged from 3.2 to 21.1% for the synthetic biofilm and from 9.1 to 11.1% for the P. aeruginosa biofilm. This is the first demonstration of the effectiveness of a viscoelastic PF biofilm model. This model provides an important tool for predicting biofilm viscoelastic deformation. It also can benefit the design and control of biofilms in engineering systems.     

具有两个吸收部位的药物动力学

本文提出较为简单的双部位吸收模型,不仅导出了单剂量药动学方程,而且导出了多次给药下的稳态药动学方程。     

稻纵卷叶螟种群系统动态模拟

本文组建了稻纵卷叶螟种群系统模似模型,它由系统亚模型和总模型二个部分组成.系统亚模型包括发育、死亡和繁殖三个子模块.系统总模型是作者提出的新模型,它综合了前人所提出的种群模型的优点,以差分方程形式给出,以生理时间为单位,考虑了种群内个体间发育速率的差异,不仅能模拟种群数量动态,而且能模拟种群年龄结构,同时能预测发生期.模型有效性检验表明,模拟结果基本上能吻合实测结果.文中还对5个影响因子进行了灵敏性分析.     

Epidemiological Models with Non-Exponentially Distributed Disease Stages and Applications to Disease Control

SEIR epidemiological models with the inclusion of quarantine and isolation are used to study the control and intervention of infectious diseases. A simple ordinary differential equation (ODE) model that assumes exponential distribution for the latent and infectious stages is shown to be inadequate for assessing disease control strategies. By assuming arbitrarily distributed disease stages, a general integral equation model is developed, of which the simple ODE model is a special case. Analysis of the general model shows that the qualitative disease dynamics are determined by the reproductive number , which is a function of control measures. The integral equation model is shown to reduce to an ODE model when the disease stages are assumed to have a gamma distribution, which is more realistic than the exponential distribution. Outcomes of these models are compared regarding the effectiveness of various intervention policies. Numerical simulations suggest that models that assume exponential and non-exponential stage distribution assumptions can produce inconsistent predictions.     

基于Penman-Monteith方程模拟青海云杉生长季日蒸腾过程

青海云杉（Picea crassifolia）作为我国黄土高原与青藏高原地区的主要造林树种,对其林分蒸腾耗水特征的研究,能够更合理的指导该地区植被重建与林分调控,以加强林分的稳定性,提高水分利用效率。为了揭示青海云杉在生长季内的冠层蒸腾规律以及冠层整体气孔阻力与环境因子的响应,评价Penman-Monteith方程在青海云杉冠层尺度上的适用性,采用探针式热扩散茎流计（TDP）进行测定,同步长期监测了环境数据,利用反推法建立冠层整体气孔阻力（r_sT）与环境因子之间的回归模型,结合Penman-Monteith方程模拟出青海云杉生长季的日蒸腾量,采用均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差对蒸腾量的实测值与模拟值进行误差分析,以验证模型的准确性。得出的主要结论有：（1）生长季内青海云杉日蒸腾量随月份变化呈先增高后降低的趋势;各月蒸腾量占潜在蒸散量的比例为7月（79.68%） > 8月（72.71%） > 6月（72.53%） > 5月（67.08%） > 9月（66.48%） > 10月（64.29%）;（2）树干液流对气象因子的滞后时间为0.5 h;（3）不同月份云杉冠层整体气孔阻力（r_sT）与空气相对湿度（RH）呈正相关关系,与大气温度（T）、饱和水汽压差（VPD）呈负相关关系;（4）应用所建立的多因素回归模型结合Penman-Monteith方程对青海云杉蒸腾量进行模拟验证,累计平均相对误差为14.381%,平均绝对误差为0.160 mm,均方根误差为0.2。综上所述,Penman-Monteith方程在林分冠层尺度上有较好适用性根据所建立的多因素回归模型并结合Penman-Monteith方程,可以利用饱和水汽压差、温度和空气相对湿度三个气象因子较好地模拟日蒸腾过程。     

斑马鱼模型在药物筛选中的应用

斑马鱼具有子代数量多、体外受精、胚胎透明、可以做大规模遗传突变筛选等生物学特性, 因此成为一种良好的脊椎动物模式生物。随着研究的深入, 斑马鱼不仅应用于遗传学和发育生物学研究, 而且拓展和延伸到疾病模型和药物筛选领域。作为一种整体动物模型, 斑马鱼能够全面地检测评估化合物的活性和副作用, 实现高内涵筛选。近年来, 科学家们不断地发展出新的斑马鱼疾病模型和新的筛选技术, 并找到了一批活性化合物。这些化合物大多数在哺乳动物模型中也有相似的效果, 其中前列腺素E2(dmPGE2)和来氟米特(Leflunomide)已经进入临床实验, 分别用来促进脐带血细胞移植后的增殖和治疗黑素瘤。这些成果显示了斑马鱼模型很适合用于药物筛选。文章概括介绍了斑马鱼模型的特点和近年来在疾病模型和药物筛选方面的进展, 希望能够帮助人们了解斑马鱼在新药研发中的应用, 并开展基于斑马鱼模型的药物筛选。     

Global asymptotic stability of a periodic solution to an epidemic model

In this paper a periodic delay differential equation with spatial spread is investigated. This equation can be used to model the growth of malaria which is transmitted by a mosquito. Using monotone techniques, it is shown that the following bifurcation holds: either the disease dies out or the density of infectious people tends to a spatially homogeneous, time periodic and positive solution.Research partially supported by NSF Grant MCS 810-4837