3.結(jié)果與討論
3.1.光密度生長(zhǎng)曲線
圖1顯示了蠟樣芽孢桿菌INRA-AVTZ 415在30°C BHI中(a)、單核細(xì)胞增生李斯特菌CECT 4031在37°C TSB+YE中(b)和大腸桿菌CECT 515在37°C pH 5 TSB+YE中(c)以102,10?和10?CFU mL?1初始濃度開始的光密度生長(zhǎng)曲線，繪制了每個(gè)采樣時(shí)間的平均OD值。這些平均生長(zhǎng)曲線各對(duì)應(yīng)25-30條個(gè)體生長(zhǎng)曲線。對(duì)應(yīng)于一種微生物的所有生長(zhǎng)曲線在指數(shù)生長(zhǎng)階段的斜率是平行的；即，生長(zhǎng)率應(yīng)相似，因?yàn)樗鼈儜?yīng)代表相同微生物在完全相同的條件下生長(zhǎng)的不同培養(yǎng)物。然而，隨著初始濃度的增加，觀察到延遲期持續(xù)時(shí)間逐漸減少。這種延遲時(shí)間的減少可以很容易解釋，因?yàn)榕囵B(yǎng)物花費(fèi)更少時(shí)間達(dá)到吸光度增加的濃度。實(shí)際上，一些作者最近使用簡(jiǎn)單方程從OD測(cè)量推導(dǎo)真實(shí)延遲時(shí)間，并提供了微生物的初始濃度和觀察到的延遲時(shí)間[24-26]。獲得的相對(duì)較低的標(biāo)準(zhǔn)偏差值，特別是對(duì)于以10?和10?開始的生長(zhǎng)曲線，表明生長(zhǎng)曲線的可重復(fù)性?？梢宰⒁獾剑S著初始濃度的降低，誤差條更大，這是由于小種群細(xì)胞間變異性增加的結(jié)果[2]。
表2顯示了三相線性、Gompertz、logistic、Richards和Baranyi模型對(duì)圖1(a)所示蠟樣芽孢桿菌平均OD生長(zhǎng)曲線提供的生長(zhǎng)參數(shù)。所有測(cè)試的模型都提供了這種微生物三種選定生長(zhǎng)曲線預(yù)期的生長(zhǎng)參數(shù)值。圖1(a)顯示蠟樣芽孢桿菌的所有三條平均生長(zhǎng)曲線在指數(shù)生長(zhǎng)階段大致平行。盡管以10?CFU mL?1開始的曲線斜率略低，但只有l(wèi)ogistic和Richards模型顯示該曲線與以較高初始濃度開始的其他兩條蠟樣芽孢桿菌曲線之間存在顯著差異（表2）。當(dāng)比較不同模型給出的生長(zhǎng)率值時(shí)，三相線性模型給出最低值（0.27-0.30 OD單位h?1），其次是Baranyi模型（0.28-0.31 OD單位h?1）、logistic和Gompertz（0.31-0.35 OD單位h?1）以及Richards模型（0.30-0.42 OD單位h?1）。此外，所有模型在較高初始濃度下提供較短的延遲期，如圖1(a)所示。初始吸光度（y0）對(duì)于所有生長(zhǎng)曲線和模型的值在0.071和0.180之間。從初始到最終光密度的吸光度增加（C）對(duì)于所有生長(zhǎng)曲線和模型的值在0.975和1.107之間。因此，所有模型似乎都表現(xiàn)良好，為這些生長(zhǎng)曲線提供了預(yù)期的生長(zhǎng)參數(shù)值。r2值對(duì)于所有生長(zhǎng)曲線和所有模型均高于0.995，除了三相線性模型，其值低至0.989，因此是數(shù)據(jù)擬合最差的模型，正如由三條直線組成的模型所預(yù)期的那樣。所有模型的RMSE值均低于0.035。
表3顯示了五種模型對(duì)圖1(b)所示單核細(xì)胞增生李斯特菌生長(zhǎng)曲線提供的生長(zhǎng)參數(shù)。獲得了類似的結(jié)果，盡管在這種情況下，唯一對(duì)三種測(cè)試初始濃度的三個(gè)生長(zhǎng)率值沒有提供顯著差異的模型是三相線性。再次，獲得了相同的順序，三相線性模型給出最低值（0.15-0.17 OD單位h?1），其次是Baranyi模型（0.15-0.20 OD單位h?1）、logistic和Gompertz（0.17-0.22 OD單位h?1）以及Richards模型給出最高值（0.18-0.32 OD單位h?1）。此外，所有模型在較高初始濃度下提供較短的延遲期。y0值在0.119和0.149之間，C值在0.712和0.784之間。再次，r2值對(duì)于所有生長(zhǎng)曲線和所有模型均高于0.990，除了三相線性模型，其值低至0.930。三相線性模型也給出了高達(dá)0.061的RMSE值。
表4顯示了五種研究模型對(duì)圖1(c)所示大腸桿菌生長(zhǎng)曲線提供的生長(zhǎng)參數(shù)。在這種情況下，獲得了一些意想不到的結(jié)果。三相線性、Gompertz、logistic和Baranyi模型的行為如前所述用于蠟樣芽孢桿菌和單核細(xì)胞增生李斯特菌。每個(gè)模型為三條生長(zhǎng)曲線的生長(zhǎng)率提供了非常相似的值，它們之間只有輕微差異。然而，只有l(wèi)ogistic和Baranyi模型沒有提供顯著差異。對(duì)于這種微生物，再次，三相線性模型給出了生長(zhǎng)率的最低值（0.10-0.11 OD單位h?1），但這次與Baranyi模型一起，而logistic和Gompertz模型給出了較高的值（0.12-0.13 OD單位h?1）。然而，Richards模型意外地給出了生長(zhǎng)率的低值（<0.001 OD單位h?1）。所有模型在較高初始濃度下提供較短的延遲期。y0值對(duì)于所有生長(zhǎng)曲線和模型在0.060和0.176之間，除了logistic模型，其對(duì)以10?CFU mL?1開始的生長(zhǎng)曲線給出了異常低的y0值0.000（固定在邊界）。Logistic模型對(duì)所有三條大腸桿菌生長(zhǎng)曲線的SSE值高于0.1，這幾乎是表2、3或4中任何其他生長(zhǎng)曲線獲得值的兩倍。在這種情況下，所有生長(zhǎng)曲線和所有模型的r2值均高于0.99，包括三相線性模型。
根據(jù)圖1和表2、3、4所示的結(jié)果，研究中選擇的生長(zhǎng)模型是三相線性、Gompertz和Baranyi。選擇的三種模型為生長(zhǎng)參數(shù)提供了預(yù)期值，并正確擬合數(shù)據(jù)，如分析的統(tǒng)計(jì)量所示，即使是三相線性模型，其擬合優(yōu)度最差，即r2最低和RMSE最高。Richards和logistic模型被disregard，因?yàn)樗鼈儫o法正確擬合所有這些典型生長(zhǎng)曲線；即，它們有時(shí)給出生長(zhǎng)參數(shù)的異常值。
每種模型都有提供較高或較低值的趨勢(shì)，三相線性模型一致給出最低值，其次是Baranyi和Gompertz模型，按此順序，對(duì)于生長(zhǎng)率和延遲期。在先前比較這三種模型時(shí)，Buchanan等[2]已經(jīng)注意到并基于每種模型的性質(zhì)解釋了這種效應(yīng)。這些作者還強(qiáng)調(diào)了延遲期持續(xù)時(shí)間與比生長(zhǎng)率值之間存在的相關(guān)性。這解釋了這些預(yù)測(cè)模型之間生長(zhǎng)率和延遲期值的差異。
因此，似乎取決于選擇的預(yù)測(cè)模型，生長(zhǎng)率和延遲時(shí)間的值將一致地較高或較低。那么問題是哪種生長(zhǎng)模型可以被認(rèn)為是描述真實(shí)種群生長(zhǎng)的最佳模型以及為什么。這可以通過對(duì)模型的解析方面、機(jī)制元素、參數(shù)數(shù)量、擬合特性等進(jìn)行深入分析來回答。然而，這樣的分析已經(jīng)在過去進(jìn)行過[3]，但研究人員繼續(xù)使用和比較不同的生長(zhǎng)模型[5,12]，可能是因?yàn)樯形吹贸鼋Y(jié)論性結(jié)果。
在這種背景下，我們的觀點(diǎn)是，性能最佳的模型是那種對(duì)于一種微生物菌株在完全相同的條件下且具有相同預(yù)培養(yǎng)歷史的不同培養(yǎng)物的生長(zhǎng)參數(shù)，給出更接近值的模型。
相關(guān)新聞推薦
1、基于介孔WO3氣體傳感器選擇性檢測(cè)單核增生李斯特菌的生長(zhǎng)情況
2、共生微生物調(diào)控TOR信號(hào)通路影響昆蟲脂質(zhì)代謝（三）
3、生長(zhǎng)曲線試驗(yàn)：槲皮素通過抑制PPK1酶活性降低鮑曼不動(dòng)桿菌耐受性
4、光合細(xì)菌菌株HP-1生長(zhǎng)曲線、甲胺磷耐受能力、降解能力測(cè)定（三）
5、人參外泌體改變巨噬細(xì)胞極化狀態(tài)，抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)的分子機(jī)制（二）