种群内的相互作用

一、种群内的相互作用

单一种群中的相互作用有正相互作用和负相互作用，正相互作用是使种群生长率增加，而负相互作用则使生长率降低(图3-1)。一般正相互作用(协同作用)主要发生在低群体密度，而负相互作用(竞争)发生在高群体密度。在合适的低种群密度条件下种群密度增加直至达到某一临界值，然后高密度又导致强烈的负相互作用而减少速率(图3-2)。

3-1在一个密度不断增加的种群中对生长速率所产生的正和负的相互作用效应

3-2　一个种群中正和负相互作用的综合效应，生长速率指示种群密度的适合性

正相互作用的实质是一种协同作用。在微生物培养和工业发酵中具有适宜的初始种群密度的培养物的生长明显优于初始种群密度较低的培养物。较低种群密度时会有较长的迟缓期，如果密度很低微生物可能不能生长。这对于在合成培养上不易生长，有复杂生长生理需要的微生物尤其如此。中间密度种群一般要比单个生物在自然生境中更易成功定殖，微生物感染中的“最小感染剂量”也说明了这个问题，一般成千成万个病原体才能引起疾病，而单个病原体是不能够克服宿主的防御的。微生物生长对协同作用的需要主要源于微生物生长过程中的相互需要，微生物半透性的细胞膜需要不断把分解代谢产物排出，又要不断吸收代谢产物进行新的合成。而一个细胞或非常低浓度的种群是做不到的。

正相互作用有助于微生物利用营养资源、适应和抵抗恶劣环境以形成菌落。种群的协同相互作用对微生物利用不易利用的基质(如纤维素、木质素等)尤其重要，在很低种群密度条件下，微生物产生的胞外酶和酶解基质的产物会迅速在环境中稀释，不能为种群所利用。而较高种群密度则可以使基质被高效利用。生物膜中的微生物种群对抗微生物剂的抗性比悬浮的高出一个数量级。微生物种群之间的遗传信息交换也被看成是一个协同相互作用，微生物对抗生素、重金属的抗性、利用不常见有机物的能力可以从种群中的一个个体转移到其他个体中，但这种遗传交换需要较高的种群密度(大于10⁵个/ml)才能进行，低密度条件下的遗传交换是很罕见的。

负相互作用的实质是一种竞争关系。微生物种群占据同样的生态位，利用同样的基质。在自然生境中，由于可利用的基质的低浓度，增加种群密度对可利用资源的竞争增加，寄生微生物会对可利用宿主产生竞争。除了对可利用基质的直接竞争外，广泛意义的竞争还包括其他的负相互作用，例如种群产生的毒物、代谢产物积累到一定浓度对种群产生的作用。微生物的生理遗传特性中也提供明显的负相互作用的例证。在一些细菌中有质粒编码切割DNA的限制性酶和使敏感DNA位点甲基化以阻碍切割的DNA甲基化酶。限制性酶比DNA甲基化酶更加稳定。在先去质粒后，DNA甲基化酶衰减，不受保护的DNA被限制性酶的切割，造成细胞死亡，说明了负种内作用。