Upload
lytuong
View
229
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
1
Metode za določanje mikrobne biomase
in mikrobne aktivnosti v
kompleksnih sistemih
2
morje celinskevode
tekočiodpadki
tla
kemijska analiza(C, N, S, P, . . .) ++ ++ ++ ++KPK - + ++ -
Hranila
BPK - + ++ -mikroskopija- fazni kontrast, barvanja ++ ++ ++ ++- fluorohromi(AO,FDA…) ++ ++ ++ ++
- vrstična el.mikroskopija ++ ++ ++ ++- konfokalna mikroskopijaviabilno štetje ++ ++ ++ ++
Število
pretočna citometrija ++ ++ ? ?
Uporabnost metod
3
Uporabnost metod
morje celinskevode
tekočiodpadki
tla
suha snov- filtriranje ++ ++ + ? -- fotosintetski pigmenti ++ ++ - -- kemijske sestavine(ATP, PHB, LPS, mur. k.) ++ ++ ++ ++- mikrometrija ++ ++ ++ ++
-kemijsko/fiziološkofumigacija-ekstrakcija - - + ++fumigacija- inkubacija - - + ++
Mikrobnabiomasa
SIR (induciranarespiracija)
- - + ++--
4
morje celinskevode
tekočiodpadki
tla
viabilno štetje ++ ++ ++ ++izolacija - gojitev ++ ++ ++ ++
Viabilnost
izotopi ++ ++ ++ ++mikroskopija ob barvilih ++ ++ ++ ++izotopi , autoradiografija ++ ++ ++ ++mikrokalorimetrija - - ++ ++izmenjava plinov(O2, CO2, N2, CH4...)
++ ++ ++ ++
inhibicija : glive/bakterije ++ ++ ++ ++hitrost porabe substrata ++ ++ ++ ++hidroliza fluores.substrata
++ ++ ++ ++
Aktivnost
vgradnja: 3H- TdR, 3H-leu
++ ++ ++ ++
Uporabnost metod
5
Merjenje primarne produkcije
• število celic fitoplanktona
• poraba CO2
• uporaba 14C označenega CO2
• produkcija O2
• vsebnost fotopigmentov
• uporaba satelitskih meritev
6
Merjenje primarne produkcije: 14CO2
• v 250–300 ml transparentno steklenico
dodamo 0.5 ml Na2H14CO (3-10 µCi/ml)
• vzorce dobro premešamo in inkubiramo
2-4 ure
• po inkubaciji vzorce damo v temen
prostor
• vzorce filtriramo skozi 0.45 mm
nitrocelulozni filter, speremo s filtrirano
vodo, posušimo in nato filtre damo v
čašo s koncentrirano HCl, da odstranimo
anorganski 14C ki je precipitiral na
filtrirni material
• filtre prenesemo v scintilacijskotekočino in izmerimo radioaktivnost
• vedno testiramo vsaj tri paralelne vzorce plus temno kontrolo
Al srednja vrednost v vzorcih, Ad je korekcija zaradi napak instrumenta izmerjena v temni kontroli, 12C je skupni anorganski ogljik v mg/l. Faktor 1.06 je korekcijski faktor za izotopno frakcionacijo. Faktor 1000 je upoštevan zaradi pretvorbe iz litrov v m3, 14C je aktivnost dodanega ogljika in t je čas inkubacije.
tC
xCAdAlPP14
100006.112)( −=
7
Merjenje primarne produkcije s kisikom
Uporaba steklenic na svetlobi in v temi za določanje
fotosinteze/respiracije v vodi
- produkcija O2 na svetlobi – neto fotosinteza
- poraba O2 v temi – skupna respiracija
Skupna fotosinteza = neto fotosineza + respiracija
8
Merjenje primarne produkcije s produkcijo O2
• Elektrokemijska metoda: Kisik lahko merimo elektrokemično z uporabo
mini in mikroelektrod. Minielektrode imajo premer od 0.5 do nekaj
milimetrov, mikroelektrode pa imajo premer 5 mikrometrov.
• Wrinklerjeva metoda: Vzorcu dodamo raztopino manganovega klorida
in nato še alkalno jodovico. Vzorec zakisamo kar sprosti jod. Količino
sproščenega joda, ki je ekvivalentna količini kisika v vzorcu, določimo
spektrofotometrično ali titrimetrično.
9
Uporaba satelitov za vrednotenje primarne
produkcije
Satelite uporabljamo za:
• proučevanja vremena
• proučevanja klimatskih sprememb
• proučevanja interakcij vode-zraka
(npr. prenos toplote, momenta in
mase)
• proučevanja hidrološkega cikla
• globalne energijske bilance Zemlje
• proučevanja primarne produkcije
10
Spremljanje primarne produkcije s pomočjo satelitov
• Satelitski posnetek primarne
produkcije okrog Tasmanije v
Novembru (modra barva-nizka
produkcija fitoplanktona, rdeča barva-
visoka produkcija)
• slika kaže kompleksno razporeditev
fitoplanktona, ki je odvisna tako od
bioloških kot od fizikalnih faktorjev
11
Spremljanje fiksacije dušika na daljavo
• glavni fiksatorj dušika v oceanu je Trichodesmium (prostoživeč fiksator
dušika)
• idealen organizem za sledenje,
ker absorbira svetlobo zaradi fikoeritrina in jo ukloni (plinski vezikli)
• problem sledenja na daljavo je ta,
da je optična gostota oceana le 50 m (do tu vidi satelit),
vendar pa so mikroorganizmi tudi precej globje
12
Spremljanje fiksacije dušika na daljavo
• alternativa sledenju s sateliti so avtomatske postaje v oceanu,
ki zbirajo podatke in jih preko satelita sporočajo v centralni center
• možno je tudi sledenje nitrata,
kjer kombiniramo satelitne podatke o primarni produkciji,
s temperaturo oceanov in nato modeliramo kinetike nastanka in porabe
13
Merjenje bakterijske biomase in produkcije
• mikroskopija
• vgradnja TdR v bakterijsko DNA
• vgradnja izotopno označenega leucina v proteine
• epifluorescenčne metode
• BPK
• merjenje lipopolisaharidov (LPS)
• merjenje muramične kisline
• merjenje ATP
• fumigacijsko ekstrakcijske metode
• fumigacijsko inkubacijska
• s substratom inducirna respiracija SIR
14
Mikroskopija v svetlem polju
Za kvaliteto mikroskopa je najpomembnejša ločljivost, sposobnost
ločevanja dveh točk. S povečevanjem objekta ne dosežemo veliko, če je
ločljivost slaba. Ločljivost, D, je odvisna od:
- aperture objektiva, α
- lomnega količnika, n
- valovne dolžine svetlobe, λ
D = 0.61λ / (n x sin α)
Zaradi tehničnih omejitev glede α, λ in n je
meja ločljivosti pri svetlobni mikroskopiji okoli
0.2 µm.
15
Mikroskopija v temnem polju
Arachnoidiscus ehrenbergi,
diatomeja
16
DIC (differential interference contrast) ali Nomarski mikroskopija
Sordaria fimicola, plodno telesce z askusi
17
Fazno kontrastna mikroskopija
18
Epi-fluorescenčni
mikroskop
Olympus BX51
19
Štetje mikroorganizmov
• najbolj uporabna tehnika za štetje bakterij je epifluorescenca
• po vzorčenju vzorce takoj fiksiramo v 2 % (v/v) formaldehid
• najpogosteje uporabljena barvila, ki se vežejo na DNA so: DAPI,
akridin oranž, etidijev bromid, SYBR Green, YoPro
• vzorec prenesemo na polikarbonatni filter z velikostjo por 0.2 mm,
polikarbonatni filtri so zaradi gladke površine bolj primerni
20
Štetje mikroorganizmov
• da lahko določimo biomaso na podlagi preštetih mikroorganizmov
je potrebno določiti biovolumen mikroorganizmov
• ko je določen biovolumen
je potrebno določiti konverzijski faktor za preračun v biomaso
• podatek za biomaso lahko dobimo iz gostote bakterijske kulture,
povprečna gostota bakterijskih celic je 1.1 g/cm3, 80 % bakterije
predstavlja voda, ogljik predstavlja 50 % suhe teže bakterij.
F = 1.1 g/cm3 x 0.2 x 0.5 = 0.11 g C/cm3
m = (ρ x V) x št. celic
21
Določanje biomase
z lipopolisaharidi
(LPS)
22
Merjenje ATP
• ATP koncentracije so relativno stabilne v celici, po smrti celice
koncentracija ATP pade
• uporaba konverzijskega faktorja za izračun biomase (250-286)
• z merjenjem ATP, ADP in AMP lahko določimo energijski naboj celice
AMPADPATPADPATPEC++
+=
2/1
• EC aktivnih celic je med 0.6 in 0.9
23
Fumigacijsko inkubacijska metoda določanja biomase
vzorec tal
kontrolni podvzorec
meritve CO2
podvzorec
fumigacija s CHCl324 ur
inkubacija10 dni
inkubacija10 dni
Izračun: MB-C = (Cf - Cnef)/Kc meritve CO2
MB-C mikrobno biomasni ogljik, Cf in Cnef je količina CO2 v fumigiranem in nefumigiranem vzorcu, Kc je kostanta
24
Fumigacija s kloroformom - inkubacija
CO2-C
fumigiran
MB-C
nefumigiran
dnevi
25
Fumigacijsko ekstrakcijska metoda določanja biomase
vzorec tal
kontrolni podvzorec
ekstrakcija s K2SO4
fumigacija s CHCl3 5 dni (1 dan)
ekstrakcija s K2SO4
podvzorec
meritve skupnega N ali
organskega C v ekstraktu
meritve skupnega N ali
organskega C v ekstraktu
Izračun: MB-N = (Nf - Nnef)/Ken
MB-N mikrobno biomasni dušik, Nf in Nnef je količina mineralnega N v fumigiranem in nefumigiranem vzorcu, Ken je kostanta
26
Merjenje bakterijske respiracije v
odpadnih vodah
KPK - kemijska poraba kisika
BPK - biokemijska poraba kisika(mg O2/L)
27
KPK – kemijska poraba kisika
• potrebna količina kisika za oksidacijo celotne količine organskega
ogljika do CO2 in H2O
• je mera za količino organske snovi v vzorcu vode
1 g ogljikovih hidratov ali 1 g proteinov je približno 1g KPK
• organsko snov oksidiramo s K2Cr2O7 v koncentrirani H2SO4 ob
prisotnosti katalizatorja
• lahko se oksidirajo tudi anorganske snovi
28
BPK – biokemijska poraba kisika
• količina raztopljenega kisika, ki ga mikrobi porabijo za oksidacijo
organske in anorganske (npr. amonija) snovi v vzorcu
• je mera za količino mikrobom dostopne organske (in anorganske snovi),
ki jo lahko oksidirajo
• alikvot vzorca vode v fosfatnem pufru s hranili in ob nasičenosti s
kisikom inkubiramo v namenskih steklenicah,
včasih se doda inokulum ali tudi inhibitor nitrifikacije
• petdnevni test (BPK5) meri količino kisika, ki ga porabi mešana
mikrobna združba med petdnevno inkubacijo pri 25 oC, v temi
29
BPK
končni heterotrofni BPK
heterotrofni BPK
kemolitotrofni BPK
standarniBPK5
0 5 10 15
BPK
(mg/
l)
čas (dnevi)
BPK5 (mg/ml) = D1 - D5 /P
D1 - začetna količina raztopljenega kisikaD5 - količina po 5. DnehP - volumski alikvot vzorca vode
30
Fluorescenčne metode za merjenje aktivnosti mikrobnih celic
• večina testov je zasnovana na predpostavki,
da je intaktna membrana znak za viabilno celico
• običajno uporabljamo dve fluorescenčni barvili,
eno barvilo difundira skozi intaktno plazmatsko membrano,
drugo barvilo pride v celice samo skozi kompromitirano membrano,
(npr. SYTO9/propidijev jodid; SYTO9/heksidijev jodid; DAPI/SYTOX Green)
31
Vgradnja TdR v bakterijsko DNA
Glavne predpostavke pri TdR metodi:
• sistemu dodamo dovolj TdR tako,
da je inhibirana »de novo« sinteza timina
• vnos timina v bakterijsko celico je hiter
• timin ostane med transportom nespremenjen
• znotraj celice je timin hitro konvertiran in vgrajen v kromosom
32
Vgradnja TdR v bakterijsko DNA - prednosti
• visoka specifičnost za heterotrofne bakterije
• visoka občutljivost in natančnost
• enostavna in hitra analiza
• majna količina vzorca
33
Vgradnja TdR v bakterijsko DNA - problemi
• TdR se ne vgradi vedno v DNA, lahko so označene tudi druge
makromolekule
• konverzijski faktorji niso konstantni
• »de novo« sinteza ni vedno inhibirana
• mikroradiografija pokaže, da vse bakterijske celice ne vgradijo TdR
(dormantne celice, celice brez transporterja za TdR)
• sulfatni respiratorji in kemolitotrofi ne inkorporirajo TdR
34
Vgradnja izotopno označenega leucina
• predstavlja alternativo TdR (je bolj občutljiva)
• ker je proteinska frakcija zelo pomembna v vsaki bakterijski celici (~
50 % biomase) in je večji del energije porabljen za sintezo proteinov
• proteinsko sintezo lahko spremljamo tako da gledamo vgradnjo:
- [3H]Leu
- 35SO4
• ker alge lahko inkorporijao 35SO4 in je zlasti v morski vodi veliko
sulfatov, ki redčijo izotop, je preferenčno rabljen [3H]Leu, zaradi
kratkega časa inkubacije (< 1 uro) inkorporirajo [3H]Leu predvsem
bakterije
35
Druge radioizotopne metode za merjenjemikrobne aktivnosti
• sevanje vnešenega radioaktivnega materiala metabolno aktivnih celic
potemni fotografsko emulzijo, s pregledom pod mikroskopom določimo
število temnih (metabolno aktivnih) in svetlih (metabolno neaktivnih) celic
• z radioaktivno označenim substratom lahko določimo kinetiko vnosa
substrata, med najbolj uporabnimi substrati je 3H-acetat
• inkubacijo prekinemo z dodatkom inhibitorja vnosa,
vzorec nato odfiltriramo na filter, speremo ter določimo radioaktivnost
36
Radioizotopne metode merjenja pretoka ogljika
• z radioaktivno označenim substratom lahko določimo hitrost
mineralizacije substrata, npr. 14C označena celuloza
• pretok ogljika po različnih poteh. npr 14C-acetat se lahko oksidira
do CO2 ali gre v metan
• z radioaktivno označenim substratom lahko merimo primarno
produkcijo
37
Uporaba radioizotopov za merjenje aktivnosti
metanogeneza ob acetatu v sedimentu
fotosinteza ob 14CO2 v morski vodi sulfatna redukcija ob 35SO42- v sedimentu
38
Radioizotopne metode redukcija sulfata
• konverzija 35SO42- v 35S reducirane žveplove spojine (npr. H35S,
35So, Fe35S2) v anaerobnih tleh in sedimentih
• uporaba reduciranih oblik radioaktivno označenega žvepla ni
možna zaradi izotopne izmenjave
39
Izotopna frakcionacija
Princip: lažji izotopi imajo šibkejše vezi in so zato bolj reaktivni
Reaktanti postajajo vse težji, produkti pa vse lažji
12C
13C
40
Izotopna sestava ogljika v različnih snoveh pove o biološkem ali nebiološkem izvoru
(13C/12C vzorec)-(13C/12C standard)Izračun: 0/00 = X 1000
(13C/12C standard)
41
Geokemija izotopov žvepla pove o biološkem ali nebiološkem izvoru žvepla v različnih snoveh
(34S/32S vzorec)-(34S/32S standard)Izračun: δ = X 1000
(34S/32S standard)
42
Mikroelektrode
glob
ina
(mm
)
platina
steklo
zlato
mikroprofili kisika, sulfida in pH v mikrobni prevleki iz vročega vrelca.
Trenutno so dostopni mikrosenzorji za O2, H2S, pH, CO2, NO3-, NO2
-, N2O, CH4, Fe2+, Mn2+.
43
Kisikov mikroelektroda
• enostavna kalibracija, kalibriramo glede
na saturirano vodo s kisikom
• če poznamo slanost in temperaturo
vode lahko izračunamo koncentracijo
kisika v vodi
• hiter odgovor aparata, 90% odgovora v
~0.2 sec
44
Merjenje mikrobne aktivnosti z encimi
• mikrobno aktivnost lahko spremljamo preko encimske aktivnosti
• merimo izginevanje substrata ali nastanek produkta
• merimo spektrofotometrično, radioaktivnost, titrimetrično,
manometrično, z elektrodami, kromatografsko
• med bolj uporabnimi encimi so meritve, glukozidazne,
ksilanazne, hitinazne, amidazne, fosfatazne, proteazne, lipazne
in dehidrogenazne aktivnosti
45
Direktno kemijsko določanje mikrobne aktivnosti
Inkubacijski eksperimenti kompleksnih vzorcev, kjer merimo:
• porabo akceptorjev elektronov (npr. O2, NO3-, Fe3+, SO4
2-)
• porabo elektronskih donorjev (npr. acetat, glukoza)
• produkcijo končnih produktov (npr. Fe2+, H2S, CO2, CH4, NH4+)
• redukcija tetrazolijevih soli (oksidirane-brezbarvne, reducirane-
rdeče)
46
Direktno kemijsko določanje mikrobne aktivnosti
Dodajanje inhibitorjev in določanje porabe substrata ali nastanka
končnih produktov:
• acetilen (blokira N2O redukcijo)
• molibdat (blokira SO42- redukcijo)
• bromoetan sulfonska kislina (blokira nastanek CH4)
• nitrapirin (blokira NH4+ oksidacijo)
• kloroacetat (blokira porabo acetata)
47
Merjenje virusne produkcije
• test na plake
• elektronska mikroskopija
• fluorescentna mikroskopija
• pulzna elektroforeza
• PCR analiza
48
Fluorofori za določanje virusov
Večje rumene pike celice, manjše zelene pike virusi (Syber Green-1)
49
Merjenje produkcije gliv
• ergosterolni test
• acetat-ergosterolni test
• dolžina hif
• heksozaminski test (kvantifikacija hitina)
• imuno-testi
50
Ergosterolni test
• ergosterol je prisoten v membrani gliv, vendar ni prisoten v
rastlinskih in animalnih celicah, prisoten predvsem v metabolno
aktivnih celicah, medtem ko v mrtvih celicah zelo hitro oksidira
• zaradi konjugiranih vezi ima absorpcjski maksimum pomaknjen proti
višjim valovnim dolžinam A282, kar omogoča razločevanje ergosterola
od drugih rastlinskih sterolov.
• priprava vzorca zahteva ekstrakcijo ergosterola z meatanolom ali
etanolom (esterifikacija), ločevanje faz ponovimo še s pentanom ali
heksanom
• ergosterole detektiramo z uporabo HPLC ali pa GC
51
“Who eats who” ali študij mikrobne fagotrofije
Bakteriovori- rast plena brez predatorja in ob njegovi prisotnosti - selektivna filtracija- selektivna inhibicija- progresivno razredčevanje
Spremljamo vnos in upad označenega plena (npr. fluorescenčno aliradioaktivno označen plen) ali pa aktivnost kislega lizocima.
Herbivori- progresivno razredčevanje- selektivna filtracija- vnos in upad označenega plena
52
Biosenzorji
Biosenzor je senzor, ki uporablja biokemijsko reakcijo za določitev
specifične spojine v povezavi s kemijsko ali fizikalno detekcijo.
Biosenzorji so visoko selektivni in občutljivi. Biosenzor je lahko:
- imobiliziran encim
- protitelo
- lipidni sloj
- celica
ki je v kontaktu z vodnim okoljem na eni strani in merilno celico ali
elektrodo na drugi strani.
53
Shema biosenzorja
a = biokatalizator vrši reakcijo d = procesiranje signala
b = transducer e = izpis
c = amplifier
54
Princip delovanja trsansducerjev
• količino sproščene ali absorbirane toplote (kolorimetrični biosenzorji)
• sprememba v porazdelitvi naboja povzroči spremembo naboja (potenciometrski biosenzorji)
• premikanje elektronov nastalih pri redoks reakcijah (amperometrični biosenzorji)
• intenziteta sproščene ali absorbirane svetlobe pri reakciji (optični biosenzorji)
• sprememba mase med reakcijo (piezo-električni biosenzorji)
55
Različni načini detekcije z biosenzorji
transdukcijski sistem detekcija
ionsko selektivne elektrode potenciometerska
plinsko selektivne elektrode potenciometerska
efekt na polje tranzistorja potenciometerska
optoelektronski optična
termistorski kalorimetrična
encimske elektrode amperometrična
konduktimeter prevodnost
piezoelektrični kristal akustična
56
Reporterski geni kot biosenzorji
• lac Z (produkcija β-galaktozidaze, barvna reakcija po cepitvi substrata)
• luxCDABE, luxCDABFE (produkcija fluorescence, ni potrebno dodajati substrata, uporabna le za študij aerobnih procesov)
• gfp (zeleni fluorescirajoči protein, ni potreben substrat, potreben kisik)
• cobA (produkcija trimetiliranih spojin, ki fluorescirajo v rdečem delu spektra)
• dsRed (produkcija proteina, ki fluorescira v rdečem delu)
• xylE (katehol 2,3-diokigenaza, razgradnja aromatskih spojin, kromogen substrat)
• phoA (alkalna fosfataza)
57
Nespecifični celični biosenzorji
• uporaba celih celic, ki imajo konstitutivno izražen luxCDABE operon
• merimo vpliv toksične komponente na zmanjšanje luminescence
biosenzorja
• problem takšnih meritev je nespecifičnost,
saj vsako zmanjšanje mikrobne aktivnosti zmanjša luminescenco
58
Reporterski geni kot biosenzorji
59
Semi-specifični celični biosenzorjo inducirani z okoljskim stresom
• delujejo tako, da so geni za lacZ ali luxCDABFE fuzirani z globalnimi
stresnimi promotorji kot so crp, rpoH, soxRS, oxyR, fadR, uspA in recA
• ker obstaja redundanca pri regulaciji odgovora na stres (isti stresni
faktor lahko aktivira več globalnih promotorjev) niso visoko specifični,
uporabni predvsem za študij poznanih toksičnih spojin v laboratoriju in
genotoksičnosti
60
61
Specifični celični biosenzorji
• za razliko od nespecifičnih celičnih biosenzorjev imajo specifični
biosenzorji še transkripcijski regulator,
ki veže detektirano spojino in aktivira promotor z reporterskim genom
• geni, ki so vključen pri razgradnji toksičnih snovi (npr. fenoli, toluen,
rezistenca na težke kovine kot so Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Ni, Hg, Zn),
so običajno regulirani na ta način
• s specifičnimi biosenzorji je mogoče detektirati tudi nitrat, fosfat,
anaerobnost, specifične aminokisline, tetracikline, homoserin laktone
62
63
Uporaba reporterskih genov za proučevanje fiziologije “in situ”
• reporterski geni, ki so fuzirani na izbran promotor omogočajo študij
njegove aktivnosti v naravnih pogojih
• s primerno izbranim promotorjem lahko proučujemo, kdaj je
določena metabolna pot aktivna, kdaj bakterija raste
• za ekološke študije je tovrstno raziskovalno orodje zelo dragoceno.
64
Uporaba imobiliziranih mikrobnih celic in encimov z elektrokemijsko detekcijo
Pri tej vrsti detekcije uporabljamo imobilizirane encime ali imobilizirane
celice, ki zaradi svoje aktivnosti producirajo ali porabljajo spojine, ki jih
lahko elektrokemično merimo
(npr. O2, N2O, H2S, Cl2, CO, NH3, CH4, Li, K, Na, Ca, proton, CO2, vodik, formiat
ali reducirani kofaktorji).
65
Biosenzorji z elektrokemijsko detekcijo
• glukozni senzor (elektroda z imobiliziranimi celicami npr. Pseudomonasa
ali encim glukoza oksidaza meri porabo kisika)
• laktatni senzor (elektroda z laktat oksidazo, meri porabo vodikovega
peroksida)
• alkoholni senzor (imobilizirane celice kvasov ali abkterij, merimo
porabo kisika)
• BOD senzor (imobilizirana kvasovka Trichopsporon cutaneum, merimo
porabo kisika)
66
Glukozni senzor
67
Problemi pri delu z biosenzorji
Težava večine biosenzorjev je:
- ne moremo jih sterilizirati
- reagirajo s substratom ali produktom
- so zelo občutljivi na merilne pogoje
68
Kemijsko profiliranje in modeliranje mikrobne aktivnosti
Izmerjene gradiente uporabmo skupaj z difuzijsko-reakcijskim
modeliranjem za ugotavljanje metabolnih poti in hitrosti reakcij.
∑+∂∂
−⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
∂∂
∂∂
=∂∂ RvC
xxD
xtC )(
difuzija advekcija reakcija
D = difuzija npr. cm2d-1
V = advekcijska konstanta npr. cm d-1
R = reakcijska hitrost npr. mmol cm3d-1
69
Kemijsko profiliranje in modeliranje mikrobne aktivnosti
Uporabljamo izmerjene gradient skupaj s transporton-reakcijskim
modeliranjem za ugotavljanje metabolnih poti in hitrosti reakcij.
0=∂∂
tC
∑=∂∂
+⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
∂∂
∂∂
− RvCxx
Dx
)(
∑+∂∂
−⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
∂∂
∂∂
=∂∂ RvC
xxD
xtC )(
v primeru stacionarnega stanja velja
Če poznamo D in vertikalni profil potem lahko določimo R, analitično ali pa numerično.
70
Kemijsko profiliranje in modeliranje mikrobne aktivnosti
Fe3+ Fe2+
glob
ina
(cm
)
0
5
10
0 50 1000
5
10
0 50 100
µmol cm3 µmol cm3
Iz eksperimentalno izmerjenega profila Fe2+ in Fe3+ lahko s pomočjo
modela dobimo vrednosti za kemijsko reakcijo.