【摘 要】
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甘油连续发酵经克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)歧化生成1,3-丙二醇(1,3-PD)的过程相当复杂.考虑到微生物细胞内9种物质的浓度无法通过实验测得、以及反应中可能存在的
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甘油连续发酵经克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)歧化生成1,3-丙二醇(1,3-PD)的过程相当复杂.考虑到微生物细胞内9种物质的浓度无法通过实验测得、以及反应中可能存在的其他代谢路径,本文将这个复杂的过程由14维的基因调控非线性混杂动力系统表示出来.该动力系统还考虑了还原路径上3-羟基丙醛(3-HPA)对dha调节子基因表达的阻遏作用以及对两种关键酶的抑制作用.本文主要做了三方面的研究工作,具体如下:1.考虑基囚调控的机制及3-HPA可能存在的抑制机理,并假设甘油以及1,3-PD是以主动运输与被动扩散相结合的方式进行的跨膜运输,我们以路径识别与参数识别为目标,建立了十四维的基因调控非线性混杂动力系统,并论证了一些系统的基本性质.2.对细胞外的物质,我们提出新的相对误差的定义来计算,对细胞内的物质我们通过生物系统固有的鲁棒性进行分析.将两者之和作为性能指标,以连续发酵的近似稳定性、非线性混杂动力系统等为主要约束条件,全面考虑了各种可能存在的路径,建立了代谢系统的路径与参数识别模型,并论证了其最优解的存在性.3.辨识问题中同时存在连续变量和离散变量,且这两类变量是完全相互独立的.由于数值计算量巨大,直接求解十分困难,因此可以将参数辨识问题分解为两个子问题,并证明了分解后的两个子问题与原问题的等价性.构造相应的并行粒子群优化算法,并对不同路径下的各个代谢子系统进行鲁棒性分析,得到辨识问题的最优解.最后,我们对几组不同条件下的甘油初始浓度和流加速度的实验数据进行了数值模拟,给出了十四种物质的浓度随时间变化的模拟图.
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