摘要:互养关系(cross-feeding)是微生物物种之间普遍存在的一种相互关系,其中物种利用环境中其他成员的代谢产物以促进自身生长的情形称为代谢互养关系,这种关系对物种间的竞争结果往往有很大影响,甚至会改变种群结构。为了研究代谢互养关系在维持微生物物种多样性中的作用,构建包含不同代谢互养关系的资源竞争模型,这些模型既体现了微生物物种竞争资源时种群密度及资源量的动态,也展示了物种利用其他竞争者的代谢资源对自身生存状况的影响。数值模拟结果显示:(1)考虑微生物中不同的代谢互养关系结构:两物种间单向互养、双向互养以及多物种间的互养,不同的互养关系都可以促进竞争物种稳定共存,竞争中处于劣势的物种通过利用其他竞争成员的代谢产物,打破外界资源量对其生长的限制,改变原本消亡的命运;而处于优势的物种则通过利用其他竞争成员的代谢产物,增大种群密度。(2)多物种竞争同一种有限资源时,不是所有物种都能共存,在四物种模拟中,原本处于最劣势的物种灭绝,其余三者共存。物种产生代谢资源对其本身是"不利"的,如果在模拟中物种利用代谢资源的能力相同,那么物种竞争外界资源的劣势就很可能无法被抵消。通过改变资源利用率发现只有互养关系中代谢资源的利用可以弥补劣势种在竞争外界资源时的不足,多物种才可以全部共存。(3)验证数值模拟结果的普遍性,分析参数变化对共存的影响,结果表明代谢互养关系促进的共存对代谢资源相关参数不敏感,参数的改变只影响平衡态时物种的种群密度。所以,代谢互养关系可以促进相互竞争的微生物物种共存,即微生物之间的互养关系很可能是维持物种多样性的一种机制。
Abstract:Cross-feeding is a common relationship among microbial species, in which species use metabolites of other members in the environment to promote their own growth is called metabolic cross-feeding relationship. Metabolic cross-feeding relationship often has a great influence on the competition between species and even changes the population structure. In order to study the role of metabolic cross-feeding relationships in maintaining microbial species diversity, we constructed the resource competition models with different cross-feeding relationships. These models not only reflect the dynamics of population size and resource quantity when microbial species compete for resources, but also show the influence of species' utilization of metabolic resources from other competitors on their own living status. Then we carried out numerical simulation on the models, and the results show that:(1) we consider different cross-feeding structures in microorganisms:unidirectional cross-feeding and bidirectional cross-feeding between two species and multidirectional cross-feeding between multiple species. The simulation results indicate that different cross-feeding relationships can promote the stable coexistence of competing species. On the one hand, by using the metabolites of other competitive members, the disadvantaged species can break the restriction of external resources on their growth and change the fate of their original extinction. The dominant species, on the other hand, increases population size by utilizing metabolites from competing members. (2) When multiple species compete for the same limited resource, not all species can coexist. In a four-species simulation, the least advantaged species dies out and the remaining three coexist. The generation of metabolic resources by species is disadvantageous to the species itself. If the ability of species to utilize metabolic resources is the same in the simulation, the disadvantage of species in competing for external resources may not be offset. We found that when the utilization of metabolic resources in the cross-feeding relationship can make up for the deficiency of the inferior species in the competition for external resources, multiple species can all coexist. (3) We verified the universality of numerical simulation results by analyzing the influence of changes in metabolic resource-related parameters on coexistence. The results showed that the co-existence promoted by the metabolic cross-feeding relationship is insensitive to the metabolic resource related parameters, and the change of parameters only affected the population density of the species at equilibrium state. It has been found that metabolic cross-feeding relationships can promote the coexistence of competing microbial species, that is, the cross-feeding relationships among microorganisms may be a mechanism to maintain species diversity.
PDF全文下载地址:
https://www.ecologica.cn/stxb/article/pdf/stxb202010222691
删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)
代谢互养关系在维持微生物物种多样性中的作用
本站小编 Free考研考试/2021-12-31
相关话题/资源 微生物 结构 物种 环境
宁夏燃煤电厂周边土壤、植物和微生物生态化学计量特征及其影响因素
摘要:大气酸沉降增加对陆地生态系统的影响已得到了广泛证实,但有关酸沉降累积下工业排放源周边植被-土壤系统元素平衡特征及其影响机制的研究较少。燃煤电厂是主要的工业酸排放源之一。因此,以宁东能源化工基地3个燃煤电厂为观测点,研究了电厂周边土壤-植物叶片-微生物生态化学计量特征,分析了叶片和微生物生物量生 ...中科院生态环境研究中心 本站小编 Free考研考试 2021-12-31吉林省蛟河市针阔混交林林层结构与地形的关系
摘要:探讨不同林层群落结构动态及其与地形因子之间的关系,为群落结构优化和可持续经营管理提供理论支持。基于吉林蛟河30hm2针阔混交林固定监测样地的野外调查数据,以2010和2015年胸径(DBH)≥1cm的木本植物为研究对象,分析了不同林层物种组成、林分密度、群落结构多样性差异及其5年间的动态变化, ...中科院生态环境研究中心 本站小编 Free考研考试 2021-12-31“三生”空间视角下土地利用转型的生态环境效应及驱动力——以甘肃省为例
摘要:中国社会经济快速转型背景下土地利用变化所引发的环境问题被广泛关注。以土地利用现状遥感监测数据和统计资料为数据源,借助ArcGIS和SIMCA-P软件平台,基于"三生"空间视角,通过生态环境质量指数测度了1980-2018年甘肃省土地利用转型的生态环境效应,并运用偏最小二乘法揭示生态环境质量演变 ...中科院生态环境研究中心 本站小编 Free考研考试 2021-12-31武陵山片区城镇化与生态环境耦合协调度时空分异——以六个中心城市为例
摘要:城镇化与生态环境之间是相互联系和促进的唇齿关系,其耦合协调程度对实现地区高质量发展和可持续发展具有重大影响。将物理学中的"耦合"概念引入城镇化与生态环境耦合协调研究中,建立了耦合协调度模型,并构建了城镇化与生态环境耦合协调度评价指标体系和耦合协调度基本类型划分体系,分析了2010-2018年武 ...中科院生态环境研究中心 本站小编 Free考研考试 2021-12-31西南贫困山区路网扩张与生态环境压力的关系
摘要:交通路网建设在促进贫困地区经济发展的同时给生态环境带来了诸多影响,处理好两者之间的关系对实现经济-生态的协同发展具有十分重要的意义。基于重庆市贫困区县奉节县和非贫困区县涪陵区2010年、2014年和2018年3年的道路网络数据和生态足迹数据,构建道路网络通达度与生态环境压力两个指标体系,其中道 ...中科院生态环境研究中心 本站小编 Free考研考试 2021-12-31北方滨海人工湿地水生生物群落快速重建目标及适宜物种清单确定——以天津临港二期湿地为例
摘要:由于滨海湿地的萎缩和退化对全球鸟类迁徙构成了严重威胁,开展自然湿地或人工构建湿地生态恢复已经成为滨海湿地保护与研究的重要内容。以天津临港二期湿地为例,研究北方滨海人工湿地生物群落快速重建目标及适宜物种清单的确定方法。临港二期湿地2019年共检出浮游植物110种、浮游动物28种,而大型底栖动物仅 ...中科院生态环境研究中心 本站小编 Free考研考试 2021-12-31黄河三角洲滨海湿地微生物多样性及其驱动因子
摘要:微生物在湿地的生物地球化学循环和生态功能调节中发挥着重要作用,对全球气候变化具有重大影响,对维持全球生态系统的健康至关重要。以黄河三角洲滨海湿地为研究对象,通过采集代表性植被群落的土壤表层和部分植物根系,探究土壤微生物群落组成、根际微生物、环境因子及其内在的关联性和影响机制。研究结果表明不同植 ...中科院生态环境研究中心 本站小编 Free考研考试 2021-12-31亚热带次级森林演替过程中模拟氮磷沉降对土壤微生物生物量及土壤养分的影响
摘要:氮(N)沉降深刻影响着森林生态系统的生物多样性、生产力和稳定性。亚热带地区森林土壤磷(P)的有效性较低,N沉降将更突显P的限制作用。N、P输入对亚热带次级森林土壤的影响是否依赖于森林演替阶段知之甚少。选取两种不同演替年龄阶段(年轻林:85a)的亚热带常绿阔叶林,设置模拟N和/或P沉降(10gm ...中科院生态环境研究中心 本站小编 Free考研考试 2021-12-31黄土高原草地根系生物量沿环境梯度变化规律
摘要:草地是陆地生态系统的重要组成部分,根系生物量是研究草地生态系统的重要参数之一,研究草地根系生物量沿环境梯度的变化规律对当地的植被建设和恢复具有重要意义。以黄土高原3种不同草地类型(森林草原、典型草原和荒漠草原)为研究对象,沿环境梯度从东到西选择10个样地,每个样地内设置8个1m×1m样方进行根 ...中科院生态环境研究中心 本站小编 Free考研考试 2021-12-31川西亚高山不同林龄粗枝云杉人工林土壤微生物生物量及酶活性
摘要:林分结构随林龄增加发生变化,致使土壤微环境变化,进而对土壤微生物生物量和酶活性产生直接或间接影响。以川西亚高山米亚罗林区25、40、50、60年生粗枝云杉(Piceaasperata)人工林表层(0-20cm)土壤为研究对象,分析不同林龄表层土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)和酶活性的 ...中科院生态环境研究中心 本站小编 Free考研考试 2021-12-31