微生物群落构建机制是微生物生态学和环境微生物学领域一直以来的重点研究内容,对于开发微生物资源,阐明微生物群落与其生境的关系,揭示群落结构与功能之间的关系以及指导微生物群落功能的定向调控具有重要意义。大量基于高通量测序(自上而下的)的调查分析,揭示了微生物群落构建有两类重要驱动力:一方面是确定性因素,主要包括环境选择压力、不同微生物的环境适应性以及微生物间相互关系等;另一方面则是随机性过程,其中最重要的是群落中的迁入与迁出过程。然而,自上而下的调查研究仅仅给出了两种因素在群落构建中相对重要性,而无法抽丝剥茧地研究单一影响因素对于群落构建的影响。近年来,研究者开始采用构建合成微生物群落,即自下而上的方法,研究单一因素,如微生物两两相互作用,不同环境条件等对微生物群落构建的影响,但这些研究主要关注了确定性的因素,对于随机性因素的关注还很少。因此,本文选取了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,构建人工合成微生物群落,通过现在常用的稀释-传代-生长方法,模拟了微生物群落的演替与构建过程,并重点研究了随机性过程中迁出以及迁入对于群落演替和构建的影响。主要结果如下:(1)以不同稀释度模拟不同的迁出程度,发现迁出会显著影响群落演替中多样性的丧失过程,香农指数由2.2降低至0.5左右。随着稀释度的不断提高,由于瓶颈效应群落多样性的丧失速度不断加快,即迁出会显著降低群落的多样性,且随稀释度的增加,多样性丧失速度也随之增加。在稀释度增加的过程中,一些生长速率快、但竞争力弱的菌株的丰度显著提高,即高强度的迁出会定向富集这类菌株。(2)在每个传代时间节点外源添加不同密度的物种以模拟不同迁入水平,同时以低稀释度进行传代模拟迁出过程较弱的情况,发现迁入可以维持群落的多样性。当迁入量等于迁出量时,群落最终仍保持较高的多样性,香农指数为2.2左右;当迁入量低于迁出量时,群落最终多样性较低,香农指数仅为1.3左右。由此可知等水平迁入会显著减弱群落多样性的丧失,有利于群落多样性维持;低水平迁入时群落多样性仍会随着传代的进行而丧失。将低水平迁入时与不迁入时的情况进行比较,发现此时群落多样性仍高于不迁入时,由此可知迁入可以维持群落的多样性。(3)以高稀释度进行传代模拟迁出过程较强的情况,同时在每个传代时间节点外源添加不同密度的物种以模拟不同迁入水平,发现迁出对群落的影响程度大于迁入。当迁入量高于迁出量时,群落最终仍保持较高的多样性,香农指数范围为1.5～2.5;当迁入量等于或低于迁出量时,群落最终多样性较低,香农指数仅为0.5。即存在迁出时,高水平迁入能显著减弱群落的多样性;但等水平或低水平迁入时,群落的多样性依旧丧失很快。通过比较迁入实验与迁入迁出实验,发现两者在等水平迁入时有明显差异:迁入实验中,等水平迁入可以减缓群落多样性的丧失;迁入迁出实验中,等水平迁入无法减缓群落多样性的丧失,因此迁入对于群落构建的影响程度小于迁出的影响程度。本文借助人工构建的微生物系统,分别阐述了迁出和迁入这两个随机性过程对于群落演替与构建过程的单一影响,有助于进一步了解自然界中微生物群落演替与构建机制以及生物多样性的形成机制,也进一步为合成群落在人类生活生产中应用提供了线索,对环境保护具备一定的指导意义。