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在森林生态系统中,外生菌根(ECM)真菌间关系复杂。为探究牛肝菌(S. bovinus)与玫瑰红铆钉菇(G. roseus)的关系,研究人员通过多种分析发现二者在物候、微生物组和代谢组有异同,G. roseus 子实体生成依赖 S. bovinus 但并非寄生。该研究为理解真菌共生提供依据。
在神秘的森林地下世界,树木根系与土壤真菌形成的外生菌根(ECM)共生体,就像一个庞大而复杂的网络,对森林生态系统的稳定和可持续发展起着关键作用。其中,一些外生菌根真菌还能产生可食用的子实体,兼具生态和经济价值。牛肝菌(Suillus bovinus)和玫瑰红铆钉菇(Gomphidius roseus)就是这样两种备受关注的食用外生菌根真菌,它们常常在马尾松(Pinus massoniana)林中共同出现。
然而,长期以来,它们之间的相互作用却如同迷雾一般,让人捉摸不透。过去有研究推测 G. roseus 可能是 S. bovinus 或宿主植物的寄生虫,但这一假设缺乏足够的证据支持,而且如果是寄生关系,那么 G. roseus 的存在很可能会影响 S. bovinus 子实体的产量以及马尾松的生长。同时,由于二者关系密切,它们子实体的微生物组和代谢组是否存在相似之处也不得而知。为了揭开这些谜团,更好地维护森林健康和满足菌根造林的需求,贵州大学的研究人员开展了一项深入的研究。
研究人员在贵州省孟关国有林场的马尾松纯林中展开研究工作。该林场的马尾松林林龄为 22 年,土壤具有特定的理化性质,当地属于湿润亚热带气候。研究人员通过多种关键技术方法,全面深入地探究了 S. bovinus 和 G. roseus 之间的关系。在技术方法上,主要包括:一是对采集的子实体和外生菌根进行形态学分析,通过显微镜观察其宏观和微观特征;二是进行微生物多样性分析,提取样本 DNA,扩增特定基因区域后进行测序和生物信息学分析;三是开展代谢组分析,利用液相色谱 - 质谱联用技术检测子实体中的代谢物 。
研究结果如下:
- 形态特征:G. roseus 子实体总是与 S. bovinus 子实体相伴出现,反之则不然。G. roseus 子实体颜色、形态有其独特特征,S. bovinus 子实体也有相应特点。与 S. bovinus 子实体相关的 ECM 呈珊瑚状,类似长距离探索类型;与 G. roseus 子实体相关的 ECM 呈不规则二叉分支状,类似接触探索类型,且在 G. roseus 子实体相关的 ECM 中发现了孢子状和吸器状结构。
- 微生物群落:在真菌群落方面,不同样本类型中真菌相对丰度不同,S. bovinus 和 G. roseus 子实体样本主要包含各自菌丝,但也有对方菌丝存在。在 ECM 和根际土壤样本中,也检测到多种真菌。在细菌群落方面,不同样本类型中优势细菌种类不同,S. bovinus 子实体样本主要由 Ralstonia pickettii 和 Alcaligenes faecalis 主导,G. roseus 子实体样本主要由 Janthinobacterium svalbardensis 和 Novosphingobium rosa 主导 。
- 代谢相似性:共检测到 683 种代谢物,S. bovinus 和 S. luteus 的代谢谱更为相似。与 S. bovinus 相比,G. roseus 子实体中差异积累代谢物(DAMs)主要为脂质、氨基酸及其衍生物、酚酸和有机酸,且这些 DAMs 主要参与代谢途径。
- 物候特征:S. bovinus 子实体在 1 - 5 年到 30 年以上树龄的林分中均有出现,而 G. roseus 子实体主要出现在树龄大于 10 年的林分中,其 fruiting season 比 S. bovinus 短,且 G. roseus 子实体的出现对 S. bovinus 子实体生长和马尾松生长影响较小。
综合研究结果和讨论部分可知,研究表明 G. roseus 子实体的形成在很大程度上依赖于 S. bovinus,但并非寄生关系,二者可能存在共生关系,即 G. roseus 从 S. bovinus 处受益但不影响它。不同的 ECM 探索类型可能反映了两种真菌在养分吸收和转移能力上的差异,且它们之间可能存在功能互补。此外,研究还发现不同的优势细菌种类在不同外生菌根真菌的子实体和菌根中存在,这可能与它们在共生真菌生命周期中的特定作用有关。该研究成果发表在《BMC Microbiology》上,为深入理解外生菌根真菌之间的复杂相互作用提供了重要依据,有助于推动森林生态系统中真菌共生关系的研究,同时也为食用蘑菇的营养和风味研究提供了新的视角,对森林资源管理和食用蘑菇开发具有重要意义 。