底物复杂度与物种数量对人工合成几丁质降解细菌群落微生物相互作用及功能的调节

《ISME Communications》：Substrate complexity and species number jointly shift the balance between competition and facilitation in a chitin-degrading bacterial consortium

　　

摘要

降解生物聚合物的微生物群落表现出复杂的相互作用，如劳动分工、公共物品共享和资源竞争，这些作用导致其多样成员之间产生复杂的社会动态，从而影响它们所执行的功能。随着物种数量增加，这些相互作用如何随底物复杂度的变化而改变仍很大程度上未解决，尤其是底物类型可能发生波动。在此，我们研究了这些因素如何调节人工合成的三物种几丁质降解土壤细菌群落的微生物相互作用和群落功能。所有单培养、双培养和三联培养均在混合良好条件下进行，培养基为易利用底物（N-乙酰氨基葡萄糖，NAG）、复杂聚合物（几丁质）或两者的组合。我们量化了呼吸量、最终生物量与群落结构、几丁质酶活性、降解产物和交叉喂养响应，并将这些数据与消费者-资源模型相结合。

底物复杂度改变了相互作用模式。在NAG上，我们经常观察到竞争排斥；而在几丁质上，竞争力较弱的物种在实验结束时仍可检测到。这表明从竞争向促进作用转变。三联培养在NAG上表现出显著的最终生物量增加，可能与交叉喂养效应以及几丁质上增强的聚合物降解和呼吸作用有关，表明存在多物种促进作用。模型与实验结果之间的差异表明，仅靠对初级资源的竞争和分解产物共享无法解释观察到的群落动态，提示还存在其他代谢和行为相互作用。

尽管我们的研究结果能否推广到此处研究的混合良好条件之外仍有待检验，但它们展示了该群落中正负相互作用之间的平衡如何随底物复杂度和物种数量而变化，从而塑造群落结构和功能。