外生菌根真菌调控夏栎内源节律性生长的发育进程及其功能多样性研究

本研究针对外生菌根（ECM）真菌如何影响夏栎内源节律性生长（ERG）这一关键问题展开。研究人员通过比较Piloderma croceum和Cenococcum geophilum两种真菌对夏栎无性系DF159的生长表现、生物量分配和ERG模式的影响，发现P. croceum显著促进植物生长且不干扰内源节律，而C. geophilum虽定殖率高却延缓发育进程并改变生物量分配。该研究揭示了ECM真菌在调控宿主发育时序中的物种特异性功能，为气候变化下栎林生态系统的适应性管理提供了理论依据。

　　

在温带森林生态系统中，夏栎（Quercus robur L.）作为一种具有重要生态和经济价值的长寿树种，通过与外生菌根（ectomycorrhizal, ECM）真菌建立共生关系，显著增强其养分吸收、抗逆能力和生长性能。然而，夏栎表现出一种独特的内源节律性生长（endogenous rhythmic growth, ERG）特性，使其能够根据环境变化反复交替进行根部和茎部的生长爆发以及生长停滞。尽管先前研究表明ERG受内源时钟调控而非直接由外部资源可用性驱动，但不同ECM真菌物种如何影响ERG动态，尤其是对发育阶段进展的调控，仍属未知。

为解决这一科学问题，由Felix Zimmermann领衔的研究团队在《Mycorrhiza》期刊上发表了最新研究成果。该研究选取了两种具有 contrasting 生态特性的ECM真菌：一种是此前被证明能促进夏栎生长但未在天然栎林中发现的担子菌Piloderma croceum；另一种是栎树天然共生且具有广泛生态适应性的子囊菌Cenococcum geophilum。通过利用夏栎无性系克隆DF159这一遗传均一化模型系统，研究人员深入探究了这两种真菌及其混合接种对宿主生长表现、生物量分配和ERG模式的影响。

研究采用体外实验与贝叶斯建模相结合的方法。关键实验技术包括：夏栎无性系DF159的微繁殖和体外生根；土壤样品来自德国哈尔茨山脉栎林的A0和A1/A2层，经γ辐照灭菌；真菌菌株在改良Melvin-Norkrans（MMN）培养基上培养；设立对照组、单接种处理和共接种处理；通过双周发育阶段评估和破坏性采样，系统测量生物量、根参数和菌根定殖率；并采用贝叶斯回归模型分析发育阶段进展的动态变化。

研究结果揭示了几项重要发现：

表型性状响应分析表明，P. croceum接种的植株总生物量最高（干重0.82 g），且菌根定殖率较低（1.87%）；而C. geophilum接种虽定殖率最高（17%），但生物量积累最低（0.42 g）。共接种处理中，C. geophilum在根系定殖中表现出竞争优势，完全排除了P. croceum，但其生长响应与对照组相似。在控制总生物量后，模型估计显示C. geophilum接种使植株的地上生物量分配显著低于对照组和P. croceum处理，表明其诱导了更均衡的根冠分配策略。

发育阶段与生长周期的时间序列分析通过贝叶斯模型显示，P. croceum接种的植株在实验期内完成了最多的发育阶段（预测值6.65），而C. geophilum接种则显著延缓了发育进程（预测值4.02）。特别值得注意的是，C. geophilum接种使植株在稳态发育阶段A（芽休眠期，以净碳同化为特征）的停留时间显著延长，同时缩短了茎伸长阶段C的持续时间。这些变化表明，C. geophilum通过调节发育阶段时序，可能影响了宿主的资源投资策略。

研究结论强调，ECM真菌对宿主发育具有物种特异性影响：P. croceum在促进生长的同时保持ERG节律不变，体现了其高效的营养动员能力；而C. geophilum作为天然共生菌，虽在定殖中具有竞争优势，却导致生长抑制和发育时序改变，这可能与其在胁迫环境下增强宿主韧性的生态策略相关。共接种结果表明，真菌间的竞争动态并不直接转化为宿主生长获益，突显了共生功能与定殖优势之间的潜在权衡。

该研究的深刻意义在于，首次揭示了ECM真菌可通过调控内源节律性生长的发育阶段进展，从而影响宿主的生理和发育可塑性。这不仅深化了对植物-微生物互作功能多样性的理解，而且为森林管理提供了科学依据：在气候变化导致 abiotic 胁迫加剧的背景下，筛选能够协同宿主内源节律、增强生态系统韧性的有益真菌伙伴，将成为栎林保育和恢复的一条创新途径。