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异养细菌利用有机碳作为能量来源和生长的物质基础。碳在这两个过程之间的平衡分配，即所谓的生长效率，是微生物的一项关键生理特性，因为它连接了能量生成与生物量生产，并决定了以 CO2 形式损失的碳所占比例。然而，我们尚不清楚是什么控制了微生物的生长效率，也不了解其如何与分类地位和资源类型相关联。在此，我们开发了一种定量高通量方法，用于测量细菌生长过程中的 CO2 产生。针对跨越三个门的 23 株细菌菌株，在两种碳底物上培养时，我们通过测量动态 CO2 产生和生物量中的碳积累来量化其生长效率。门内比较表明，与糖异生底物相比，糖酵解底物能够产生更高效率的生长（即单位生物量碳产生的 CO2 更少）。然而，生长效率在不同资源之间的变异程度与其在不同门之间的变异程度相当。一个生理学模型表明，生长效率的变异取决于每呼吸产生一个 CO2 所生成的 ATP 数量，以及在给定底物上每单位生物量所需的 ATP，提示门水平上的能量供给与需求差异决定了生长效率的差异。该理论预测生长速率与生长效率之间不存在全局相关性，而我们的数据支持这一发现。最后，我们报告了不同门在 CO2 产生动态方面的差异，并将其与糖酵解底物上溢流代谢的存在联系起来。本研究修正了我们对分类地位和底物类型如何影响生长过程中碳分配的理解，并为理解群落中的 CO2 产生奠定了基础。
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摘要
异养细菌利用有机碳作为能量来源和生长所需物质的来源。碳在这两个过程之间的平衡分配被称为生长效率，它是微生物的一项关键生理特性，因为它连接了能量产生与生物量生成，并决定了以 CO2 形式损失的碳所占比例。然而，我们尚不清楚是什么因素控制微生物的生长效率，也不了解其如何与分类地位和资源类型相关联。在此，我们开发了一种定量高通量方法，用于测量细菌生长过程中的 CO2 产生。针对跨越三个门的 23 株细菌菌株，在两种碳底物上培养，我们通过测量动态 CO2 产生和生物量中的碳积累来定量生长效率。门内比较表明，糖酵解型底物比糖异生型底物产生更高效率的生长（即每单位生物量碳产生更少的 CO2）。然而，生长效率在不同资源之间的变异程度与其在不同门之间的变异程度相当。一个生理学模型表明，生长效率的变异取决于每呼吸产生一个 CO2 所生成的 ATP 量，以及在给定底物上每单位生物量所需的 ATP 量，这表明门水平上的能量供给与需求差异决定了生长效率的差异。该理论预测生长速率与生长效率之间不存在全局相关性，而我们的数据支持这一发现。最后，我们报告了 CO2 产生动态在门水平上的差异，并将其与糖酵解型底物上溢流代谢的存在联系起来。持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 本文依据 CC-BY 4.0 国际许可协议提供。
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发表于 2026 年 7 月 27 日。 下载 PDF
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底物与分类地位对细菌生长效率的分层控制 Vaibhhav Sinha， Seppe Kuehn
bioRxiv 2026.07.26.740805； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.26.740805
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底物与分类地位对细菌生长效率的分层控制 Vaibhhav Sinha， Seppe Kuehn
bioRxiv 2026.07.26.740805； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.26.740805
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.26.740805v1?rss=1
🏷️ 细菌生长效率 碳代谢分配 CO2产生 底物利用 分类地位 溢流代谢