微生物影响着全球生物地球化学循环。尽管单一微生物可以发挥多种代谢功能,但是自然界中许多重要的物质转化过程是由多种微生物分工合作完成的。这一现象称之为“代谢分工”,其群落构建与功能相关机制的研究对了解地球生物化学过程具有重要意义。微生物在物体表面形成的生物被膜是自然界中微生物的重要生存形式。微生物通过相互作用在物体表面形成了特殊空间结构,并对群落的多样性、稳定性和效率产生重要影响。虽然在液体均质环境中,代谢分工群落的构建原理已有一定研究,但是代谢分工群落的空间组装特征及其影响机制仍不清楚。因此,本文选取了萘降解研究的模式菌株——施氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri AN10为出发菌株,构建了一株能够可控降解水杨酸钠的菌株P.stutzeri AN0000-PBAD-nahG,通过不同浓度的鼠李糖诱导rhaSR-PrhaBAD启动子系统,调控水杨酸羟化酶基因nah G的表达。文章对改造菌株的功能进行了验证,并构建了合成微生物群落,探究微生物群落空间结构特征,重点分析了底物转化速率对代谢分工合成微生物群落空间组装的影响。主要结果如下:（1）通过对P.stutzeri AN0000菌株的分子改造,成功构建了P.stutzeri AN0000-PBAD-nah G菌株,并对改造菌株进行Ⅳ型菌毛功能基因敲除以及荧光标记,得到实验菌株。对菌株的功能分析进一步得知:添加不同浓度诱导剂鼠李糖能够实现PBAD启动子对基因的可控诱导表达,并且当鼠李糖浓度介于0%-0.2%时,诱导能力与鼠李糖浓度成正相关关系。酶表达测定结果显示,随着诱导剂鼠李糖浓度的升高,使得nah G酶活提高,酶表达量上升;与此同时,菌株P.stutzeri AN0000-nah GΔpil AB可以实现对水杨酸钠的降解,底物的转化速率与酶表达量呈正相关,30 min内可以实现87%的水杨酸转化。液体均质环境中对P.stutzeri AN0000-nah GΔpil AB和P.stutzeri AN0001Δpil AB菌株在丙酮酸钠下的竞争实验表明:鼠李糖浓度的升高不会使菌株之间产生相对适应性代价,群落处于稳定的状态,物种多样性保持较高的水平。（2）P.stutzeri AN0000-nahGΔpilAB-mCherry2和P.stutzeri AN0001ΔpilAB-eGFP2菌株在水杨酸钠和丙酮酸钠下分别模拟合成代谢分工和竞争关系的微生物群落。共培养结果显示,不同浓度的鼠李糖诱导下,合成菌落的中央两菌株完全混合;而在群落的扩张区,菌株逐渐分离,形成了一种更为均匀的混合结构。通过对菌株的酶表达量分析,鼠李糖诱导nah G基因表达,使得nah G酶活和酶量逐渐提高,根据酶促反应动力学方程,酶促反应速率与酶浓度成正比。因此,P.stutzeri AN0000-nah GΔpil AB菌株的反应速率会随着鼠李糖的添加而逐渐增大,使菌株对底物水杨酸的转化速率增大。已有文献报道,水杨酸1-羟化酶是水杨酸钠降解途径的限速步骤,因此这种差异对群落的空间组装产生一定的影响。在竞争条件下,菌株之间相对适应性不会随着底物转化速率的变化而变化,相对丰度也不发生变化;合成群落在扩张区形成了红绿相间的条形结构,并且在条形结构的边缘产生了新的类似于锯齿状边界,微生物群落仍具有稳定性。而在代谢分工条件下,菌株对于底物的转化速率对群落的空间组装产生影响,使合成群落在扩张区形成次级演替,生产者先扩张占据外圈,消费者随后扩张产生凸起状的结构,这种结构会随着转化速率差异的增大向生产者占据的空间延伸,形成稳定的混合结构。（3）通过gro平台构建了基于个体的模型Individual-based model（IBM）,模拟了代谢分工在固体表面合成微生物群落空间动态。对合成群落中物种的相对丰度、中间代谢物以及最终产物的浓度分析表明:酶量变化所带来的底物转化速率的差异对群落的空间组装产生影响。其主要原因是第一步反应菌株对底物的转化速率增大,中间代谢物生成量提高,参与后一步反应的0001菌株能够生成更多的丙酮酸钠用于生长,相对丰度增大。本文通过实验探究和模型模拟构建合成微生物群落,结果表明代谢分工合成微生物群落中底物的转化速率对群落结构的构建有重要影响,并且可以通过模型进行预测,这为理解自然群落的组装提供了新的视角,也为如何管理合成微生物系统提供了见解。