蒙古白环菌仙环土壤真菌群落结构与生态功能研究：新疆巴音布鲁克草地的氮循环与漆酶活性驱动机制

本研究通过高通量测序和功能预测技术，系统揭示了蒙古白环菌（Leucocalocybe mongolica）仙环不同区域土壤真菌群落的组成差异、互作网络及生态功能分化。研究发现仙环中心区（ON）由蒙古白环菌主导，真菌多样性降低，微生物网络简化，但漆酶（laccase）活性和氮素有效性显著升高；冗余分析（RDA）表明真菌群落结构与NH4+-N、NO3?-N含量及pH密切相关。功能预测显示各区域营养策略分化，中心区腐生营养（saprotroph）富集，外围区以外生菌根真菌为主。该研究为理解大型真菌驱动土壤微生物区系空间分异的机制提供了新视角。

　　

1 引言

蒙古白环菌（Leucocalocybe mongolica）作为中国草原特有的代表性真菌物种，因其独特的香气、大型子实体和肉质质地被广泛视为重要的种质资源。该真菌富含生物活性肽和多糖等成分，具有护肝、抗癌、抗氧化及免疫调节等多种药用功效。在自然草原生态系统中，蒙古白环菌常形成Ⅱ型仙环，其特征为同心圆状的深绿色草带和呈带状密集分布的蘑菇圈，与周围植被形成鲜明对比。与导致草皮坏死的Ⅰ型仙环或仅促进植物茂盛生长但不形成明显蘑菇带的Ⅲ型仙环不同，Ⅱ型仙环在天然草原中最具视觉辨识度。仙环通过真菌、土壤微生物和植物根系之间的复杂互作，在生态系统层面影响生物多样性，但其蘑菇带区域因环状真菌的强势主导常出现微生物多样性降低的现象。仙环内的真菌通过分解有机质参与养分循环，提升土壤肥力，并协助植物吸收水分和养分，增强植物抗逆能力。在退化生态系统中，真菌菌丝网络有助于稳定土壤结构、减少侵蚀并促进植被恢复。作为优势腐生菌，蒙古白环菌在草原生态系统的物质和能量流动调控中发挥关键作用。

近年来，针对蒙古白环菌的研究主要集中在内蒙古地区，重点关注其种群遗传结构、土壤微生物群落组成及代谢功能。同时，在青藏高原的高寒草原生态系统中，对黄绒盖乳菇（Floccularia luteovirens）等近缘真菌形成的仙环开展了系统研究，揭示了其遗传变异、代谢组学特征和微生物群落结构。然而，对新疆地区蒙古白环菌种群的研究仍十分有限。作为该物种分布西缘的边际种群，新疆种群可能具有独特的生态适应性和菌-微互作模式。鉴于新疆与内蒙古、青藏高原在气候、土壤类型和植被组成等方面的差异，该种群可能在真菌群落结构、功能性状及对环境因子的响应上表现出特异性。

本研究以新疆和静县巴音布鲁克草原的蒙古白环菌种群为对象，结合高通量测序技术与传统生态调查方法，重点探究以下科学问题：巴音布鲁克草原仙环土壤真菌群落的组成与结构特征如何？仙环土壤微生物群落存在怎样的互作模式？蒙古白环菌如何影响关键土壤因子和真菌群落的功能性状？本研究旨在填补该地区蒙古白环菌研究的空白，并为制定区域保护策略提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

研究区位于以仙环资源丰富著称的和静县巴音布鲁克草原。该草原地处新疆维吾尔自治区天山山脉东、南、西段交汇处，属典型的温带大陆性干旱气候，年均温-4.8?°C，年均降水量约276?mm。研究区以典型的高寒沼泽草甸为主，山坡及山前洪积扇发育大面积的高寒针茅草原，湿润谷底则分布以苔草、嵩草和灯心草为主的沼泽草甸和沼泽植被。于2024年8月至9月蘑菇产孢期，采集了4个蒙古白环菌仙环样本。

2.2 土壤采样与测定

根据仙环生态特征，将每个采样点划分为三个代表性区域：外部区（OUT，距蘑菇带5米，未受菌丝影响）、蘑菇带区（ON，子实体分布区）和内部区（IN，环状结构几何中心）。采用五点采样法采集OUT和ON区土样，IN区围绕中心点采集三个平行样本，共获得52份原状土样。经2?mm筛网过筛后，将同一环内同区域样本混合形成复合样本，最终得到12份复合样本。为保障分析可靠性，每份复合样本设3个生物学重复，共36份样本用于后续分析。所有样本采集后立即液氮速冻，-80?°C保存。

2.3 土壤理化性质表征

采用pH计测定水土比1:2.5的土壤悬液pH值；通过重量法测定土壤含水量；使用全自动凯氏定氮仪定量铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^?-N）；参考标准方法测定全氮（TN）、全磷（TP）和全钾（TK）；使用商业化检测试剂盒测定土壤有机碳（SOC）和速效钾（AK）。土壤酶活性通过Grace Biotechnology公司的试剂盒检测，包括土壤蔗糖酶（S-SC）、纤维素酶（S-CL）、漆酶（SL）、脲酶（S-UE）、FDA水解酶（FDA）和几丁质酶（SJ）活性。

2.4 DNA提取与PCR扩增

采用CTAB法提取土壤基因组DNA，通过1%琼脂糖凝胶电泳评估DNA纯度与浓度。使用引物ITS1-1F-F和ITS1-1F-R对ITS1区进行PCR扩增，反应体系为15?μL，包含Phusion?高保真PCR预混液、各2?μM的正反向引物及约10?ng模板DNA。扩增程序为：98?°C预变性1?分钟；98?°C变性10?秒、50?°C退火30?秒、72?°C延伸30?秒，共30个循环；72?°C终延伸5?分钟。扩增产物经2%琼脂糖凝胶电泳后切胶纯化。

2.5 文库构建与Illumina测序

使用NEB Next? Ultra DNA文库构建试剂盒制备文库，经Agilent 5,400系统质控和Q-PCR定量后，在Illumina平台上进行测序。原始序列通过QIIME2中的DADA2插件进行质控、去噪、合并及去嵌合体处理，生成扩增子序列变异（ASV）。代表性ASV序列基于UNITE数据库8.2版进行物种注释。

2.6 统计分析

使用IBM SPSS Statistics 27.0进行单因素方差分析，以p?4.0）；利用QIIME2计算Chao1、Shannon指数和Simpson倒数等α多样性指数；基于Bray-Curtis和加权UniFrac距离进行β多样性分析，并通过主坐标分析（PCoA）可视化；使用R包构建共现网络并分析拓扑性质；通过冗余分析（RDA）探索微生物群落与环境因子的关系；借助PICRUSt2和FUNGuild预测真菌群落功能。

3 结果

3.1 蒙古白环菌仙环不同区域土壤真菌多样性及群落结构差异

高通量测序共获得2,640,608条高质量序列，对应12,371个ASV。物种注释显示子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和被孢霉门（Mortierellomycota）在所有区域占主导地位。蘑菇带区（ON）担子菌门相对丰度达52.06%，显著高于内部区（IN，36.66%）和外部区（OUT，35.53%）。属水平上，蒙古白环菌（Leucocalocybe）为蘑菇带区最具特征性的类群，而丝盖伞属（Inocybe）、地孔菌属（Geopora）和枝孢属（Cladosporium）也是重要贡献者。Venn图显示三个区域共享555个核心ASV，但各区域均含有大量独有ASV（IN：1026；ON：997；OUT：1331），表明真菌群落结构存在明显空间分异。

LEfSe分析揭示了各区域的差异化真菌标志物：IN区富集粪壳菌纲（Sordariomycetes）及多个腐生类群；ON区以伞菌纲（Agaricomycetes）尤其是蒙古白环菌为主导；OUT区则支持多种子囊菌门和被孢霉门谱系（如被孢霉属Mortierella和 Hirsuella）。多样性分析显示，真菌丰富度和均匀度表现为OUT?>?IN?>?ON的趋势（p?

3.2 土壤真菌共现网络特征

共现网络分析揭示各区域真菌互作模式迥异：IN区网络（196节点，1241边）具有最高连接密度（平均度12.663）和聚类系数（0.533），显示高度互联的群落结构；ON区网络（201节点，770边）平均度（7.662）和聚类系数（0.433）最低，但模块性最高（0.416），反映其由蒙古白环菌主导的专化性互作模式；OUT区网络（198节点，945边）拓扑特征介于二者之间。与蒙古白环菌直接关联的ASV包括节旋孢属（Thelebolus，正相关）、小脆柄菇属（Coprinellus）、青霉属（Penicillium）、球囊霉属（Claroideoglomus）和厚壁孢属（Chalara，均负相关）。其中小脆柄菇属与青霉属、球囊霉属及厚壁孢属呈强正相关。

基于模块内连接度（Zi）和模块间连接度（Pi）的节点角色分析表明，ON区网络均质化程度高，所有ASV均为边缘节点；IN区出现一个连接器节点（子囊菌门Elasticomyces属）；OUT区则存在一个模块枢纽节点（担子菌门Hyphodontia属）。这些关键节点可能对IN和OUT区的生态功能协调具有重要贡献。

3.3 土壤因子与真菌群落的关系

仙环不同区域土壤性质呈现显著空间异质性。ON区土壤pH显著低于IN和OUT区（p?

冗余分析（RDA）前两轴累计解释变异度的46.86%（RDA1：26.77%；RDA2：20.09%）。样本在排序图上明显分离（置换检验p?

3.4 土壤真菌功能预测

基于PICRUSt2的MetaCyc代谢通路预测显示，PWY-3781（芳香化合物降解）和PWY-7279（支链氨基酸生物合成）为三区共同优势通路（相对丰度约6%）。ON区特有性显著：多环芳烃降解通路（PWY-5083）和几丁质降解通路（PWY-6351）丰度显著高于其他区（p?

FUNGuild功能预测提示明显营养功能分化：ON区未定义腐生菌（Undefined Saprotrophs）相对丰度达28.13%，显著高于IN和OUT区（p?

4 讨论

4.1 蒙古白环菌仙环真菌群落结构与生态策略

蘑菇带区（ON）担子菌门相对丰度显著优势（52.06%），主要由蒙古白环菌（毛鞭菌科Tricholomataceae）驱动，其LDA得分>4.0，成为该区关键生物标志物。枝孢属（Cladosporium）作为另一优势属，其分泌的赤霉素等次生代谢物可能促进植物生长，并对其他真菌萌发产生抑制，在仙环形成中扮演积极角色。与青藏高原黄绒盖乳菇（Floccularia luteovirens）仙环研究相比，本研究发现蒙古白环菌蘑菇带区真菌多样性锐减、微生物网络简化、漆酶活性升高，呈现以腐生营养调控为主策略，与外生菌根共生机制驱动的黄绒盖乳菇形成鲜明对比，反映腐生型与菌根型大型真菌在营养竞争、生态位修饰及微生物互作方面的差异化路径。

尽管三区共享555个核心ASV，但各区域独有ASV数量庞大，表明仙环生态系统空间异质性强烈塑造真菌群落结构。α多样性OUT?>?IN?>?ON的趋势与既往研究一致，β多样性则清晰呈现区域间空间分离。蒙古白环菌通过旺盛菌丝生长优先利用土壤碳氮源（尤其是占据根际生态位），限制其他真菌营养获取，产生竞争排斥效应。此外，其分泌抑制性次生代谢物及改变土壤微生境物理性质等机制，共同促进蘑菇带区独特真菌组合的形成。

4.2 微生物网络拓扑特征揭示蒙古白环菌群落重构机制

ON区网络较高模块性（0.416）和较低连接密度（平均度7.662）与低Shannon多样性、β多样性聚类及腐生菌主导现象吻合，表明蒙古白环菌通过重构真菌互作网络重塑土壤微生态。共现网络中蒙古白环菌与节旋孢属（Thelebolus）正相关，后者嗜冷特性可能增强二者在土壤环境中的适应能力；与小脆柄菇属（Coprinellus，同属担子菌门腐生菌）、球囊霉属（Claroideoglomus，丛枝菌根真菌）等的负相关则源于相似营养资源竞争。值得注意的是，小脆柄菇属与青霉属、球囊霉属及厚壁孢属的强正相关，提示这些类群可能形成功能协作或生态位互补以应对蒙古白环菌的环境压力。

结合拓扑特性推断，蒙古白环菌可能通过三条途径重塑本地微生物互作网络：激烈资源竞争淘汰大量敏感物种，降低网络连接性；其次，其次生代谢物选择性促进特定耐受物种生长，形成更专化互作模块；再者，蒙古白环菌通过建立与耐受类群（如节旋孢属）的协同关系维持群落稳定，同时利用竞争排斥机制抑制竞争类群扩张。ON区网络未检测到关键类群，所有ASV均作为边缘节点，支持蒙古白环菌作为绝对优势种对群落结构的“自上而下”控制假说，即通过抑制种间互作形成以自我为中心的网络简化结构。

4.3 蒙古白环菌仙环氮富集与漆酶活性协同效应

仙环土壤铵态氮和硝态氮含量升高，与既往研究一致。氮素是大型真菌菌丝生长和子实体发育的必需营养，参与蛋白质和核酸等关键细胞组分生物合成。较低pH促进有机氮矿化为NH₄⁺，较高NH₄⁺浓度刺激硝化微生物增殖，从而提升氮素利用效率。与既往研究不同，本研究发现仙环土壤纤维素酶活性显著低于外围区，而漆酶活性显著高于其他两区。漆酶可催化木质素和腐殖质生物降解，促进土壤有机质周转；木质素降解产生的芳香化合物可能被某些硝化细菌利用，进而强化硝化过程，这部分解释了仙环区较高硝态氮水平。RDA明确仙环区真菌群落与铵态氮、硝态氮及漆酶活性显著正相关，进一步阐明环境因子与真菌群落构成的关联。

4.4 土壤真菌群落功能分化与生态适应

通过MetaCyc代谢通路和FUNGuild功能预测，系统阐明了蒙古白环菌仙环不同区域土壤真菌群落的功能分化特性与生态适应策略。代谢通路分析显示，PWY-3781（芳香化合物降解）和PWY-7279（支链氨基酸生物合成）等基础代谢功能在三区保持相对稳定（约6%），反映土壤真菌核心代谢功能保守性。ON区多环芳烃降解（PWY-5083）和几丁质降解（PWY-6351）通路显著富集（p?

FUNGuild预测进一步确认此功能分化：ON区高丰度未定义腐生菌表明其在有机质分解和养分循环中的重要角色，与该区增强的有机质降解代谢特征一致，提示蒙古白环菌可能通过重塑腐生营养功能群优化碳源利用效率。相比之下，IN和OUT区以外生菌根真菌为主，反映这些区域更接近自然状态的植物-真菌互作网络。值得注意的是，ON区兰花菌根真菌丰度显著降低可能源于蒙古白环菌的化感抑制作用，与真菌间化感生态位竞争机制相符。此类“酶降解–化感作用”协同互作为理解大型真菌生态竞争优势提供了新视角。

5 结论

本研究系统阐明了新疆巴音布鲁克草原蒙古白环菌仙环不同区域土壤真菌群落的结构、多样性及生态功能。研究结果表明，蒙古白环菌可能通过提升漆酶活性和调控氮素有效性，在蘑菇带区建立代谢优势，进而重塑微生物网络并抑制竞争功能群。仙环土壤漆酶活性升高与氮循环的关联性，为大型真菌影响地下功能分区的作用机制提供了初步证据。这些发现不仅深化了生态学认知，亦对草地管理具有直接实践意义：通过限制过度放牧和减少人为干扰保护真菌多样性及仙环微环境，有助于维持生态系统功能；蒙古白环菌及其共生真菌在养分循环和植物抗逆性方面的功能作用，显示其在退化草地生态修复中的巨大潜力。考虑到新疆独特的气候土壤条件，区域特异性监测和适应性管理对保障保护成效至关重要。未来工作需结合宏基因组学和代谢组学等手段，揭示这些互作的分子基础，并将其转化为实际恢复措施，同时关注蒙古白环菌与相关微生物群落间的生态平衡，实现共生微生物与植物功能群的协同保护。