
【化】 Monod growth kinetics
don't; no; no one; nothing
accept; admit; receive
【計】 nano
heart; mind; morals; virtue
【化】 growth kinetics
莫納德生長動力學(Monod Growth Kinetics)是描述微生物在有限底物濃度下生長速率的經典數學模型,由法國生物學家雅克·莫諾(Jacques Monod)于1942年提出。該理論的核心公式為:
$$
mu = mu_{text{max}} frac{S}{Ks + S}
$$
其中,$mu$表示微生物的比生長速率,$mu{text{max}}$為最大比生長速率,$S$為底物濃度,$K_s$為半飽和常數。
理論意義
莫納德方程量化了底物濃度與微生物生長速率的關系,揭示了微生物在低底物濃度時生長受限的規律,為現代發酵工程和環境微生物學研究奠定了基礎。
應用領域
參數解析
該模型因其簡潔性和預測能力,至今仍被廣泛應用于生物工程、環境科學及系統生物學領域。
莫納德生長動力學是描述微生物生長速率與限制性基質濃度關系的經典模型,其核心是莫納德方程。以下從定義、方程形式、參數意義及理論背景等方面進行解釋:
基本定義
莫納德方程由法國生物學家雅克·莫納德(Jacques Monod)提出,用于量化微生物比生長速率(μ)與環境中限制性基質濃度(S)之間的非線性關系。該模型假設微生物生長受單一限制性基質控制,且細胞代謝處于穩态。
方程形式
莫納德方程表達式為:
$$mu = mu_{text{max}} frac{S}{K_s + S}$$
其中:
理論背景與傳質過程
該模型借鑒了酶動力學的米氏方程(Michaelis-Menten),但将其擴展至微生物生長領域。其理論假設包括:
應用領域
莫納德方程廣泛應用于廢水生物處理、發酵工程、生态模型構建等領域,用于優化反應器設計或預測微生物群體動态。
擴展說明:當基質濃度遠高于$K_s$時($S gg Ks$),生長速率趨近$mu{text{max}}$,此時生長受細胞内代謝能力限制;反之($S ll K_s$),生長速率與基質濃度近似成正比,表明傳質效率成為主要限制因素。
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