Biodiversity is a major determinant of ecosystem functioning. Species-rich communities often use resources more efficiently thereby improving community performance. However, high competition within diverse communities may also reduce community functioning. We manipulated the genotypic diversity of Pseudomonas fluorescens communities, a plant mutualistic species inhibiting pathogens. We measured antagonistic interactions in vitro, and related these interactions to bacterial community productivity (root colonisation) and ecosystem service (host plant protection). Antagonistic interactions increased disproportionally with species richness. Mutual poisoning between competitors lead to a ‘negative complementarity effect’, causing a decrease in bacterial density by up to 98% in diverse communities and a complete loss of plant protection. The results emphasize that antagonistic interactions may determine community functioning and cause negative biodiversity–ecosystem functioning relationships. Interference competition may thus be an additional key for predicting the dynamics and performance of natural assemblages and needs to be implemented in future biodiversity models.
摘要
生物多样性是生态系统功能的主要决定因素。物种丰富的群落通常能更有效地利用资源，从而提高群落的功能。然而，多样性群落中的激烈竞争也可能降低群落的功能。我们操纵了荧光假单胞菌群落（一种抑制病原体的植物互惠物种）的基因型多样性。我们在体外测量了拮抗相互作用，并将这些相互作用与细菌群落的生产力（根部定殖）和生态系统服务（宿主植物保护）联系起来。拮抗相互作用随着物种丰富度的增加而不成比例地增加。竞争者之间的相互毒害导致了负面的互补效应，使多样化群落中的细菌密度降低达 98%，并完全丧失了对植物的保护作用。研究结果强调，拮抗相互作用可能决定群落的功能，并导致生物多样性与生态系统功能之间的负面关系。因此，干扰竞争可能是预测自然群落动态和性能的另一个关键，需要在未来的生物多样性模型中加以应用。
表 1 本研究使用的细菌群落组成
图 1 (a) 测试的荧光假单胞菌基因型之间的抑制作用网络。箭头的粗细与体外抑制半径成正比（详见方法）。(b）基因型丰富度对群落中存在的菌株内所有拮抗作用总和的影响，以 TSA 平板上的抑制光晕为基础计算。开放符号和虚线回归线表示基于单培养物毒性的预期抑制作用，封闭符号和平线回归线表示观察到的抑制作用。误差条表示 ±SE；N.S. 表示不显著
图 2 根相关荧光假单胞菌基因型丰富度对其14 天后在紫花苜蓿根中定殖的影响。定殖模式（a）几乎完全归因于负互补性[由于随着基因型丰富度的增加，拮抗作用增加；（b）]，以及微小显著的正选择效应[高产基因型占优势；（c）]。请注意，为了提高可读性，X 轴采用了对数标度。
图 3 荧光假单胞菌群落的基因型丰富度对寄主植物苜蓿（Medicago sativa）抵御根部病原终极腐霉（a）的影响。保护率用接种终极腐霉 8 天后健康植株的比例表示。黑线表示相应的一般线性模型的预测结果；虚线表示对照处理中无荧光假单胞菌的健康植株比例。该效应可分解为负互补效应[竞争者相互抑制；（b）]和负选择效应[低效基因型占优势；（c）]。请注意，为提高可读性，X 轴为对数刻度
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