活立木心材腐朽进程中真菌群落演替规律研究——以Serpula himantioides感染Chamaecyparis pisifera为例

《Forest Pathology》：Changes in the Wood Fungal Community Composition in Living Chamaecyparis pisifera Trees During the Progression of Heart Rot Caused by Serpula himantioides

本研究通过扩增子测序技术揭示了活立木Chamaecyparis pisifera心材受Serpula himantioides感染腐朽过程中真菌群落组成的动态变化。研究发现随着腐朽程度加剧，S. himantioides相对丰度可达极端水平（100%），并通过非层次聚类将腐朽进程划分为四个特征性阶段。与枯落木研究不同，木材密度与真菌多样性无显著相关性，凸显活立木心材微环境的独特性。该成果为阐明木材腐朽真菌侵染活立木的生态机制提供新视角。

　　

引言

Serpula himantioides作为全球分布的木材腐朽真菌，在日本导致^{Chamaecyparis pisifera}心材腐朽，但活立木心材腐朽进程中真菌群落的动态变化尚不明确。本研究通过扩增子测序分析感染^{S. himantioides}的活立^{C. pisifera}心材DNA样本，阐明心材腐朽过程中的真菌群落组成变化，并依据非层次聚类表征腐朽进程模式。

材料与方法

样本采集与木材密度计算

于东京大学秩父森林选取三棵活立^{C. pisifera}（CP1、CP2、CP3），通过横向冲击振动法诊断心材腐朽程度。沿心材中心纵向切割设立A-E采样柱，以20-30cm间隔采集心材样本。使用火焰灭菌电钻获取DNA样本，并通过水置换法测定木材密度。

DNA提取与扩增子测序

冻干心材样本后研磨，使用NucleoSpin Plant II试剂盒提取DNA。以gITS7/ITS4ngs为引物进行两步PCR建库，MiSeq平台测序。利用PIPITS流程处理数据，以97%相似度定义操作分类单元（OTU），通过FUNGuild注释OTU功能（营养模式、 guilds、性状）。

实时PCR与统计分析

使用FR1/FF390引物定量真菌18S rDNA拷贝数。通过线性混合效应模型分析木材密度与真菌多样性关系，非度量多维尺度分析可视化群落差异，分区围绕中心点聚类划分腐朽阶段，并采用IndVal法提取各聚类指示OTU。

结果

木材密度、真菌拷贝数与S. himantioides组成

共检测5964个真菌OTU，35个OTU鉴定为^{S. himantioides}。CP1中^{S. himantioides}组成最高达100%，CP2低密度区域（0.14-0.17 g/cm³）其组成仅1.0%-12.6%，CP3未超过44.8%。

真菌多样性变化与群落差异

线性混合效应模型显示木材密度与Shannon-Wiener多样性指数无显著相关性。非度量多维尺度分析表明三棵树真菌群落结构显著差异，木材密度与真菌拷贝数是主要驱动因子。

真菌群落聚类分析

聚类分析将样本划分为4类：Cluster 1（预腐朽期）以白腐菌为主；Cluster 2（腐朽初期）出现^{S. himantioides}指示OTU；Cluster 3（中期）^{S. himantioides}占比100%，真菌拷贝数最高；Cluster 4（晚期）木材密度最低，以软腐菌^Scytalidium spp.为主。Cluster 4仅分布于CP1、CP2底部，支持腐朽自下而上扩展假说。

讨论

S. himantioides在活立木中的优势

CP1中^{S. himantioides}极端优势与枯落木研究一致，但活立木心材被功能完整边材包裹的独特微环境可能强化其 dominance。

木材密度变化与真菌多样性关系

与枯落木研究相反，活立木心材真菌多样性未随密度下降而升高，可能源于心材高抑制物含量、低氧环境及边材物理屏障对真菌定植的限制。

活立木心材腐朽进程中的真菌群落演替

聚类结果对应腐朽四阶段：预腐朽期（Cluster 1）以内生真菌为主；腐朽初期（Cluster 2）^{S. himantioides}侵入；中期（Cluster 3）其独占资源导致多样性下降；晚期（Cluster 4）软腐菌替代褐腐菌，符合枯落木晚期湿度升高利于子囊菌定植的规律。

结论

活立木心材腐朽真群群落动态与枯落木既有相似性（如优势种演替模式），亦存在显著差异（如多样性-密度关系），这源于心材微环境的选择压力。研究为解析木材腐朽真菌侵染活立木的生态机制奠定基础。