真菌菌丝球与子实体同位素数据揭示天麻属植物菌异养互作机制

这篇研究通过整合真菌菌丝球（peloton）和子实体的稳定同位素数据（δ13 C和δ15 N），验证了菌丝球提取法在菌异养（mycoheterotrophic）营养模式研究中的可靠性。以完全菌异养兰花Gastrodia pubilabiata及其腐生真菌Cyanotrama gypsea为模型，首次在自然条件下证明菌丝球与子实体的同位素特征高度一致，且兰花组织表现出预期的营养级富集效应（trophic-level fractionation），支持菌丝球数据可替代子实体作为真菌同位素特征的可靠指标。

　　

Abstract
菌异养营养模式——植物通过真菌获取碳源的现象——长期吸引着植物学家和真菌学家的关注。尽管近期从根系分离真菌菌丝球的稳定同位素分析推动了该领域发展，但关于同位素偏差（尤其是¹⁵
N在裂解或提取过程中的损耗）的争议仍未解决。本研究以完全菌异养兰花Gastrodia pubilabiata及其腐生真菌伙伴为对象，利用其菌根与真菌子实体直接接触的独特特性，首次在自然条件下验证了菌丝球组织的同位素可靠性。

Introduction
所有兰花在萌发和幼苗期均依赖菌根真菌提供碳源（初始菌异养）。部分种类成熟后转为自养，另一些则保持部分或完全菌异养。通过δ¹³
C和δ¹⁵
N分析可评估菌异养程度，但传统方法依赖真菌子实体作为参照存在局限：许多真菌不产子实体，或时空分布与兰花不同步。近期虽发展出菌丝球提取技术，但其是否真实反映真菌整体同位素特征（尤其¹⁵
N）仍存疑。例如Epipactis leptochila的叶片与菌丝球δ¹⁵
N差值达12.6‰，远超营养级预期值，可能源于提取过程中几丁质（¹⁵
N贫化组分）的选择性滞留。

Materials and methods
研究在日本静冈县富士市的温带森林进行，选取与Cyanotrama gypsea子实体直接接触的G. pubilabiata个体。通过高通量测序确认真菌优势种，采用超声震荡-筛分法提取菌丝球，对比分析兰花地上部、菌丝球、子实体及周边自养植物的δ¹³
C和δ¹⁵
N值。同位素比率通过质谱仪测定，数据经CERKU系列标准品校准。

Results
显微观察显示C. gypsea菌丝从子实体穿透兰花根皮层形成菌丝球。分子鉴定证实该真菌占菌群总量的99.98%。同位素分析显示：

1. δ¹³
   C：菌丝球（-21.7‰）与子实体（-21.6‰）无显著差异（P>0.8），二者均显著高于自养植物（-34.9‰）；
2. δ¹⁵
   N：菌丝球（-3.9‰）略高于子实体（-5.4‰，P=0.06），兰花地上部（-3.3‰）则显著富集¹⁵
   N。兰花相对于菌丝球的营养级富集幅度为δ¹³
   C +0.7‰、δ¹⁵
   N +0.6‰，符合消费者-资源模型的预期。

Discussion
本研究首次通过自然共生系统验证了菌丝球同位素数据的可靠性。G. pubilabiata对木材分解真菌的依赖反映在其高δ¹³
C值（13.9‰富集），这与木材基质¹³
C富集特性一致。菌丝球未表现¹⁵
N贫化，反而略高于子实体，表明先前报道的极端¹⁵
N差异更可能源于兰花生理选择（如优先吸收¹⁵
N富集化合物）而非方法学偏差。该发现支持菌丝球提取法在缺乏子实体时的应用价值，为菌异养植物营养策略研究提供了新范式。