群体感应系细菌在繁衍达到一定密度时所产生的一种感应现象。细菌在生长地时候会不断向周围的环境分泌出信号分子，这种能够被细菌感应并改变细菌基因表达的信号分子被学者谓之自诱导物（autoinducer，AI）。细菌生长时培养液的菌体密度的不断增加，信号分子的浓度也会随之上升，所以信号分子的浓度也能在一定程度上反应出细菌细胞的浓度。同时，细菌也会根据相应的信号分子浓度的改变，判断环境中细菌的状态改变，而当信号分子的浓度达到阈值时，细菌基因组中一些平时不会表达的基因也会被激活，从而改变生存环境。这种改变大多是正向的，也有负向的基因，如ccd自杀基因。类似于这样的调控系统既群体感应系统（quorum sensing system，QS）。QS最早被发现于海洋发光细菌Vibrio fischeri中，当时发现这种系统系该细菌通过分泌一种可溶性的能透过细胞膜进入环境的信号分子来检测种群的密度并能协调细菌生物功能的信息交流机制。利用这种群体感应的机制构建两个拥有合作关系的种群，用于研究合作生长对细菌种群的生物适合度的影响可以使我们更好的监控各项数值，从而构建出精确的数学模型。这样可以让人们更直观的了解生物不同关系下共同生长对生物适合度的影响。通过这些研究，我们可以更好的建立工程菌培养机制，对微生物生产做出巨大的贡献。

1。1 研究背景

生物种群间的合作（竞争）关系是客观存在于生物生存过程中的，如何利用好这些关系从而改善生物生存环境、促进生物生长、促进生物进化等等，一直以来都是学者们广泛研究的重点，最初由达尔文提出的自然选择学说，自然选择学说强调的是种内竞争，个体行为都是为了自身获得好处，并非群体利益。但是生命体并非完全自私，其中无意识、非主动的利他行为也普遍存在于自然界中，而这个行为就造就了种群间或个体间的合作行为，即使这个行为是被动且无意识的。这种行为侧面说明了生物间的合作是客观存在的，从中我们可以猜测：生物的进化伴随着种群间的合作。这个合作对于进化来说是否有利，与种群间的竞争相比是否有优势就是本课题及现阶段研究的重点。

海洋发光细菌费氏弧菌（Photobacterittm fischeri，曾用名Vibro fiseheri）是最早被发现有群体感应现象的细菌。在液体培养中，费氏弧菌在细胞浓度较低时不会有发光现象；当细菌生长进入对数生长期后，细胞浓度大量增加，这个时候观察到了发光现象，同时检测到培养液中有大量的荧光素酶被合成。Nealson将这个过程称为自诱导（autoinduction）。它的定义系当生长环境中某种自诱导物（AI）达到阈值时，能够诱导对应的基因表达。这种自诱导物（AI）则是细菌生长时自动分泌或是在生长环境中其他生物产生。

首先，QS系统会受到某些因素激活合成相应的信号分子，这些信号分子扩散到细胞外的环境中并且不断的累积，当细胞外环境中累积的信号分子达到其阈值时就会激活QS系统中的靶基因使其变为激活状态。文献综述

1。2 研究目的

生物体间不同的生存关系对于生物来说非常重要，研究这些关系对于培养细菌、植物、动物时能够提供一个很好的依据供其设计出良好的方案提高培养的品质。

一般的细菌种群之间存在的关系并不确定，想要利用确定的关系作出数字化的研究就需要人为的构建出合作关系。LuxR-LuxI群体感应系统是一个很适合作为人为建立合作关系。我们想要利用这种群体感应，让其中一个菌落在生长到一定程度后发出信号物质让另一菌群合成乳糖通透酶，这样让两个原本无法利用乳糖的菌群（人为制造缺乏LacY基因的菌群）能够利用乳糖，从而利于两个菌群的生长达成两个菌群见的合作关系。生物在竞争或合作的环境中会呈现不同的进化趋势，从而表现出有差别的适合度（fitness）的变化规律。本课题利用群体感应原理构建出微生物合作种群，研究在合作环境下两个物种的适合度变化情况。