从枝菌根真菌通过调控土壤养分驱动植物-土壤反馈对生物量生产的持续影响

《European Journal of Soil Biology》：How arbuscular mycorrhizal fungus alters plant-soil feedback affecting biomass production in conspecific and heterospecific plants

本文通过两阶段植物-土壤反馈（PSF）实验，揭示从枝菌根（AM）真菌通过繁殖体遗留持续调控土壤养分，进而影响同种/异种植物生物量生产的动态机制。研究发现AM真菌增强草本植物的正反馈而加剧禾本科的负反馈，其促生效应随时间递减，为解析植物-菌根-土壤互作机制提供新视角。

　　

研究亮点

本研究揭示从枝菌根（AM）真菌在植物-土壤反馈（PSF）过程中的持续贡献：前期AM繁殖体遗留显著促进反馈阶段的菌根定殖、菌丝长度和孢子数量；草本植物比禾本科表现出更高的菌根合作强度；AM真菌通过调控土壤养分驱动生物量生产的PSF效应，但其促生作用随反馈过程递减。

丛枝菌根对植物生长在植物-土壤反馈过程中的持续贡献

本实验发现，在土壤培养阶段，草本植物条件下的AM繁殖体数量高于禾本科植物条件，且土壤培养阶段的AM繁殖体与反馈阶段的AM真菌表现呈正相关（图2、图S1、表S3）。这一结果与Hopkins和Bever [43]的研究一致，他们报道草本植物的孢子总密度高于禾本科植物。孢子形成速率可能与植物与AM真菌的互惠碳投资策略相关[44]。具体而言，草本植物通常与AM真菌建立更紧密的共生关系，通过更高的碳分配激励真菌获取养分，从而导致更高的孢子产量[8,9]。此外，土壤培养阶段的AM繁殖体密度（孢子数量和菌丝长度）与反馈阶段的菌根定殖、菌丝长度和孢子数量呈正相关（图2、S1）。这可能是因为较高的AM繁殖体密度增加了与植物根系的接触机会，促进了后续的菌根感染[16,17]。这些结果表明，AM真菌的繁殖体遗留能够持续影响后续的菌根表现。

在反馈阶段，草本植物的菌根定殖和菌丝长度显著高于禾本科植物（图2）。这种差异可能与植物功能型相关的共生策略有关[8,45]。例如，草本植物通常表现出更高的菌根依赖性，通过扩大菌丝网络来增强养分获取，而禾本科植物可能更依赖直接养分吸收途径[4,9]。因此，草本植物在反馈阶段维持了更高的菌根合作水平。

AM真菌显著促进了植物生物量生产（图3）。同时，AM真菌增强了草本植物的正反馈和禾本科植物的负反馈（图4），但AM诱导的生物量生产促进作用在反馈过程中随时间的推移而减弱（图3、4）。具体而言，在反馈阶段，AM真菌的促生效应在培养后期（反馈阶段）低于培养前期（土壤培养阶段），且同种和异种土壤中的促进作用均呈现下降趋势。这种下降可能与土壤养分消耗或共生效益随时间的递减有关[32]。此外，AM真菌改变了PSF中的土壤养分遗留（图5）。结构方程模型进一步表明，AM真菌的表现主要受前期AM繁殖体的影响，而AM真菌的表现和后续土壤养分对生物量生产的PSF产生直接和间接的促进作用（图6）。

结论

本研究显示，土壤培养阶段的AM繁殖体促进了反馈阶段的AM真菌表现。反馈阶段草本植物的菌根定殖和菌丝长度显著高于禾本科植物。AM真菌显著改善了植物表现。同时，AM真菌增强了草本植物的正反馈和禾本科植物的负反馈，且AM诱导的生物量生产促进作用在反馈过程中减弱。反馈阶段的土壤养分主要受AM真菌和植物功能型的调控。结构方程模型揭示了AM繁殖体通过AM真菌表现和土壤养分驱动PSF的途径。我们得出结论，AM真菌通过调控土壤养分促进生物量生产的PSF，且对同种和异种植物生物量生产的持续贡献随时间推移而减弱。