模型和共培养实验评估了浮游植物与细菌相互作用的四种机制

蓝藻Prochlorococcus与异养细菌的四种相互作用机制通过数学模型验证，发现有机碳氮循环（胞外酶或overflow代谢）和活性氧解毒两种模式主导生态互作，模型未完全抑制蓝藻提示存在其他机制如化感作用，强调细胞死亡和生物质循环对生态过程的关键影响。

摘要

浮游植物的生长和死亡依赖于与异养细菌的相互作用，但其背后的机制仍大多不为人所知。在这里，我们探讨了是否可以通过数学模型明确地表示四种假定的相互作用机制（溢出代谢、混合营养、外酶作用以及活性氧物质的解毒），来再现实验室中蓝细菌Prochlorococcus与八种异养细菌共培养时观察到的多种动态现象。我们的模型揭示了两种不同的相互作用模式：(1) 通过外酶或溢出代谢实现有机碳和氮的循环利用，这种模式下两种生物的高生物量会带来更高的生产力以及更难以降解的有机物质；(2) 活性氧物质的解毒，其中少数被“利用”的异养细菌就足以支持Prochlorococcus的生存。在实验室共培养环境中，循环利用可能是主要过程。然而，模型无法完全解释Prochlorococcus的完全被抑制现象，这表明可能还存在其他机制（如化感作用）在起作用。这些模型强调了细胞死亡和生物量循环这两个不受限制的关键过程，有助于我们更好地理解这些相互作用如何影响生态和生物地球化学过程。