微生物群落构建一直是环境微生物领域研究的核心内容,在环境微生物研究中具有久远的历史。微生物群落构建研究对于解释物种共存和物种多样性的维持是至关重要的。在确定性的过程中,大家主要考虑的因素包括环境选择压力的适应和微生物之间广泛的相互作用。目前对于确定性过程的研究主要集中在自上而下基于测序的方法,而这种方法不能确定确定性过程中相互作用、环境条件这些具体的因素如何影响群落构建。而自下而上基于培养的方法,利用人工合成微生物群落研究群落构建可以把这些因素单独分离出来一一研究,并通过简单的体系对这些因素的影响进行定量分析。本文通过人工合成的微生物群落,研究确定性过程对群落演替的影响。该微生物群落是由从北京大学未名湖畔的同一土壤环境中分离出的20株细菌构成,选择葡萄糖、柠檬酸、乙酸钠和丝氨酸这四种碳源作为该微生物群落的不同环境选择压力。主要结果如下:(1)为了确定各菌株在不同环境选择压力下的生长差异,将20株细菌进行单独培养实验。发现在葡萄糖、丝氨酸和乙酸钠中各菌株的生长差异较小,而在柠檬酸中生长差异较大。在相同的环境选择压力下,不同菌株的适应能力不同,但大部分菌株都能够生长较快,小部分菌株生长较慢。在不同的环境选择压力下,相同的菌株也会呈现出不同的生长速度差异,大部分菌株差异不大,小部分菌株差异较大。(2)通过定义的相互作用系数δ定量分析,在丰富营养条件下(如葡萄糖和柠檬酸),抑制作用主导了两两相互作用,而在相对恶劣的环境条件则诱导微生物之间出现两两的促进关系以应对环境压力。接下来通过定义的菌株相互作用力F分析发现,菌株相互作用力的情况与菌株本身的生长快慢有关,快生长菌抑制性作用更强,但在不同碳源条件下有所差异,在柠檬酸和乙酸钠中,慢生长菌株也有强抑制作用。(3)为研究群落演替过程中物种多样性的变化,将20株细菌构成的完全种子库进行6次传代培养。α多样性和PCA聚类分析结果表明,不同选择压力下群落的多样性变化不同。柠檬酸为强选择压力,其余碳源为弱选择压力。强选择压力加速多样性丧失,弱选择压力下多样性丧失慢。进一步分析发现,群落的多样性更有可能通过相互作用得以维持,群落内部相互作用的结构可能充当物种多样性的稳定力量。(4)进一步研究群落演替过程中相互作用力和环境选择压力对于群落演替影响的相对贡献度。整体相互作用力很强的条件下(葡萄糖和柠檬酸),单菌生长力和相互作用力同时强的微生物有优势;整体相互作用力较弱(丝氨酸),促进较多的情况,相互作用力强弱对群落构建有更重要的驱动作用;整体相互作用力处于中等水平(乙酸钠),或抑制与促进各半时,微生物之间的生长差异对群落构建有更重要的驱动作用。通过以上研究本论文通过人工构建的微生物系统阐述了环境选择压力和物种间的相互作用这两个确定性过程对于群落演替的影响,对理解自然界中微生物群落构建与演替机制,特别是生物多样性的形成机制提供帮助。