Modeling the Effects of the Preculture Temperature on the Lag Phase of Listeria monocytogenes at 25℃
预培养温度对25℃下单核细胞增生李斯特菌延滞期影响的建模研究
来源：Journal of Food Protection, 2019, Vol. 82, No. 12, Pages 2100–2107, https://doi.org/10.4315/0362-028X.JFP-19-117
《食品保护杂志》，2019年，第82卷，第12期，页码2100–2107
摘要
本研究在单细胞与群体水平上，探究预培养温度（0、5、10、15℃）对25℃条件下单核细胞增生李斯特菌延滞期的影响。采用Baranyi模型拟合群体延滞期，通过检测时间法估算单细胞延滞时间。结果显示，随预培养温度升高，群体与单细胞延滞期均呈下降趋势；相同预培养温度下，群体延滞期短于单细胞延滞期；除15℃外，各温度下单细胞延滞时间均符合Weibull分布。预培养温度显著改变单细胞延滞分布，需纳入风险评估以提升准确性。
关键词
单核细胞增生李斯特菌；延滞期；预培养温度；单细胞；群体；Baranyi模型；Weibull分布；预测微生物学
研究目的
比较不同预培养温度对单核细胞增生李斯特菌在单细胞与群体水平延滞期的影响，建立定量模型，提高预测微生物学风险评估精度。
研究思路
1. 将菌株分别在0、5、10、15℃预培养12小时，再转移至25℃生长。
2. 平板计数法获得群体生长数据，用Baranyi模型拟合延滞期与最大比生长速率。
3. 微孔板稀释法获得单细胞体系，用Bioscreen C自动测定OD600生长曲线。
4. 检测时间法计算单细胞延滞时间，拟合概率分布。
5. 比较群体与单细胞延滞规律，分析预培养温度的影响。
研究亮点
1. 首次同时在群体与单细胞水平揭示预培养温度对李斯特菌延滞期的定量影响。
2. 证实单细胞延滞时间服从Weibull分布，可用于概率化风险评估。
3. 明确群体延滞期显著短于单细胞平均延滞时间，修正传统预测偏差。
4. 证明预培养温度不影响最大比生长速率，仅特异性调控适应阶段。
可延伸的方向
1. 探究pH、水分活度、盐度与预培养温度的联合胁迫效应。
2. 拓展至不同血清型与食品分离株的延滞期差异性研究。
3. 建立动态温度变化下的单细胞延滞预测模型。
4. 结合转录组解析低温预适应缩短延滞期的分子机制。
5. 将单细胞分布模型嵌入食品风险评估软件。
测量的数据及研究意义
1. 群体生长动力学数据：预培养温度0~15℃，群体延滞期4.11~0.66 h，最大比生长速率无显著差异，RMSE<0.43，来自图1、表1，意义是证明预培养温度仅影响延滞期，不影响生长速率，模型拟合良好。
2. 单细胞生长曲线数据：不同预培养温度下单细胞检测时间差异极大，0℃时达27.5~33.5 h，来自图2，意义是直观显示单细胞生长异质性，为分布拟合提供原始数据。
3. 单细胞延滞时间数据：中位数随温度升高从7.32 h降至1.93 h，方差同步下降，来自图3、表2，意义是量化温度对单细胞适应能力的提升效应。
4. 概率分布拟合数据：0~10℃时全部符合Weibull分布，15℃时18.52%细胞零延滞，来自图4、图5、表2，意义是建立可用于风险评估的单细胞延滞概率模型。
结论
1. 预培养温度从0℃升至15℃，单核细胞增生李斯特菌群体延滞期与单细胞延滞时间均显著缩短。
2. 相同条件下，群体延滞期明显短于单细胞平均延滞时间，二者不可直接等同。
3. 预培养温度不影响最大比生长速率，仅作用于适应阶段。
4. 除15℃存在零延滞细胞外，单细胞延滞时间均符合Weibull分布。
5. 预培养历史必须纳入预测模型，才能更准确评估食品中李斯特菌风险。
使用芬兰Bioscreen仪器测量数据的研究意义
使用Bioscreen C全自动生长分析仪，在25℃下每15分钟自动读取OD600值，高通量平行监测200个微孔的单细胞生长信号，持续至稳定期。该设备实现长时间、高频率、无干扰的单细胞生长监测，精准捕获检测时间；基于大量重复数据（≥120个/组）可靠计算单细胞延滞时间；客观反映单细胞生长的异质性与分布特征；为Weibull分布拟合提供高质量实验基础，是连接单细胞行为与群体预测模型的核心技术支撑，显著提升预测微生物学的精度与可靠性。