丛枝菌根真菌群落组装从随机到确定的转变：揭示初级演替中的生态驱动机制

研究人员针对人工岛Peberholm上丛枝菌根真菌(AMF)群落的初级演替过程，通过7年动态监测和代谢条形码技术，揭示了AMF群落从早期扩散驱动(随机性)向环境过滤和生物互作驱动(确定性)的转变规律，为理解微生物群落演替机制提供了新视角。

　　

在生态学领域，理解群落如何从无到有建立是一个核心问题。丛枝菌根真菌(AMF)作为陆地生态系统中关键的共生微生物，其群落构建机制直接影响植物群落的演替进程。然而，关于AMF在初级演替早期的定殖过程、群落动态变化规律及其驱动因素，长期以来缺乏系统研究。传统观点认为AMF的扩散受限会导致植物群落演替延迟，但这一假说缺乏实证支持。更关键的是，现有研究多采用"空间代替时间"的方法，难以区分随机扩散和确定性过程对群落构建的相对贡献。

丹麦哥本哈根大学等机构的研究团队创新性地利用1998年建造的人工岛Peberholm作为天然实验室，在2010-2016年间对AMF群落进行了四次系统采样。通过高通量测序和生态学分析，首次揭示了AMF群落从扩散主导的随机组装向环境过滤和生物互作主导的确定性组装的转变过程。相关成果发表在《Fungal Ecology》上，为理解微生物群落演替机制提供了新范式。

研究采用多项关键技术：1)基于NDVI的植被覆盖动态监测；2)Glomeromycota特异性引物(NS31/AML2)的SSU rRNA基因 metabarcoding；3)DADA2算法进行序列质量控制；4)LULU算法校正假阳性OTU；5)MaarjAM数据库进行虚拟分类单元(VT)注释；6)β多样性分解(nestedness vs turnover)；7)系统发育多样性分析(sesMPD)。所有样本来自Peberholm岛4个固定位点的20个采样点，并以邻近自然岛Saltholm为对照。

3.1 植被动态
NDVI数据显示植被覆盖度随时间显著增加，南侧(远离Saltholm) colonization更快。植物群落组成变化显著(p=0.001)，但β离散度在2016年更高，表明空间异质性增强。土壤pH保持碱性(约8)，有机质含量低。

3.2 AM真菌α多样性
VT丰富度从2010年的66.7%可培养物种降至2016年的39.0%(p<0.001)，Shannon指数边际显著上升(p<0.1)。2016年Peberholm的α多样性(15.25 VT/样本)仍低于Saltholm(21.10 VT/样本)，显示演替尚未达到稳定状态。

3.3 群落β多样性
Bray-Curtis相异性随时间显著增加(p<0.001)，位点间差异比位点内更明显。与预期相反，nestedness未随演替降低，表明早期colonizers未被完全替代。Rank-abundance分析显示Peberholm更符合pre-emption模型，而Saltholm符合lognormal分布，反映不同组装机制。

3.4 功能性状与系统发育
可培养VT比例从66.7%降至39.0%(p<0.001)，孢子大小变异(MPD)增加(p<0.05)。系统发育聚类(sesMPD)随时间增强(p<0.05)，但与Saltholm(-0.771)相比仍呈过度分散(0.116)，提示环境过滤作用逐渐强化。

4.1 定殖模式
早期优势种Rhizoglomus VTX113/VTX115和Entrophospora VTX056普遍存在，与城市气溶胶研究结果一致，支持风媒扩散假说。特有VT如Diversispora VTX062和Paraglomus spp.的出现，表明种库不限于邻近岛屿。

4.2 群落构建机制
早期质量效应(mass effect)导致同质化，随演替进展，β多样性增加反映确定性过程增强。与次生演替不同，未观察到明显的优先效应(priority effect)，这与基质完全灭活的特性有关。

4.3 性状权衡
孢子大小与扩散能力的权衡在早期演替阶段尤为关键。后期演替中，功能兼容性等性状可能更为重要，这解释了uncultured VT比例增加的现象。

这项研究首次在微生物尺度验证了群落构建从随机到确定性过程的连续体理论。发现AMF群落的演替并非简单替代，而是通过新物种持续加入和空间分化实现的。特别重要的是，研究揭示了扩散限制并非AMF定殖的主要障碍——即使在初级演替早期，适宜宿主植物的存在下，AMF也能快速建立。这对退化生态系统的恢复实践具有指导意义：无需等待AMF自然扩散，通过引入宿主植物即可加速微生物群落重建。

研究还提出了新的科学问题：uncultured VT的生态功能、孢子性状与定殖成功的定量关系、以及多营养级互作对群落组装的影响等。未来研究可结合稳定同位素标记和功能基因分析，进一步揭示AMF功能性状与群落动态的关联。这项工作为微生物群落生态学提供了范式转变，证明即使在微生物尺度，生态位过程也能驱动显著的群落空间分化。