[发明专利]一种浮游植物细胞模型及其构建和应用

权利要求书

1.一种浮游植物细胞模型，其特征在于，该模型以浮游植物细胞为模拟对象，基于细胞内部的碳氮磷代谢过程和能量流动，将浮游植物细胞划分为不同的细胞功能单元，确定细胞功能单元的化学计量表达式，根据细胞功能单元之间物质代谢和能量流动关系，建立相应的化学计量方程与过程速率表达式，根据过程-组分矩阵构建矩阵形式表达的浮游植物细胞模型，用以模拟或预测浮游植物细胞对生境变化的生理生态响应；

确定不同细胞功能单元的化学计量表达式时，包括根据生物大分子质量守恒原则、元素守恒原则以及不同细胞功能单元内部生物大分子含量构成的比例关系构造方程组，计算各细胞功能单元中不同生物大分子的含量；

所述不同细胞功能单元内部生物大分子含量构成的比例关系具体为：

光合作用单元中磷脂含量与蛋白质的含量成正比：β₁₀＝ε1β₄，其中，ε1为比例常数；

生化合成单元中蛋白质和磷脂的含量与RNA的含量呈正比：β₅＝ε₂β₇，β₁₁＝ε₃β₇；ε₂为比例常数；ε₃为比例常数；

结构单元中磷脂与碳水化合物的含量呈正比：β₁₂＝ε₄β₁₃，比例常数为ε₄；

β₁₀表示光合作用单元中磷脂的质量百分比；

β₄表示光合作用单元中蛋白质的质量百分比；

β₅表示生化合成单元中蛋白质的质量百分比；

β₇表示生化合成单元中RNA的质量百分比；

β₁₁表示生化合成单元中磷脂的质量百分比；

β₁₂表示结构单元中磷脂的质量百分比；

β₁₃表示结构单元中碳水化合物的质量百分比。

2.一种构建权利要求1所述的浮游植物细胞模型的方法，其特征在于，包括：

步骤1，将浮游植物细胞概化为若干个细胞功能单元，确定不同细胞功能单元之间的物质、能量流动关系；

步骤2，确定不同细胞功能单元的物质构成和化学计量表达式；

步骤3，建立物质和能量流动过程中细胞功能单元之间、细胞功能单元同无机环境之间的化学计量方程，确定其反应动力学与速率表达式；

步骤4，利用“过程-组分”矩阵，将不同细胞功能单元之间的内在关联性、细胞功能单元及其他非生命物质的化学表达式进行组合，形成以矩阵形式表达的浮游植物细胞模型。

3.根据权利要求2所述的浮游植物细胞模型的构建方法，其特征在于，所述步骤2中确定不同细胞功能单元的化学计量表达式，具体为：

步骤2.1，确定各细胞功能单元的生物大分子组成，其中特定细胞功能单元中生物大分子的构成比例固定；

步骤2.2，确定各生物大分子的化学计量表达式；

步骤2.3，构造矩阵S_i,j；其中，S_i,j表示第i种生物大分子在第j类细胞功能单元中的质量百分比，当某种细胞功能单元中不含某种生物大分子时，对应的矩阵元素S_i,j＝0；

步骤2.4，根据生物大分子质量守恒原则、元素守恒原则以及不同细胞功能单元内部生物大分子含量构成的比例关系构造方程组，计算各细胞功能单元中不同生物大分子的含量；

所述质量守恒原则为：浮游植物细胞中某种生物大分子的总含量等于各细胞功能单元中该类生物大分子含量之和；

所述元素守恒原则为：浮游植物细胞中某种元素的总含量等于不同细胞功能单元中该类元素含量之和；

步骤2.5，根据步骤2.4得到的各细胞功能单元中不同生物大分子含量和步骤2.2得到的生物大分子的元素组成，确定各细胞功能单元的化学计量式。