真菌木材内生菌的持续监测揭示其在木材分解中的成功与影响

本研究通过长达5年的重复测量实验，揭示了木材内生真菌（endophytes）作为潜在腐生菌（saprotrophs）在分解过程中的关键作用。通过对比纸桦（Betula papyrifera）和红松（Pinus resinosa）在不同处理（地表接触/悬空、去皮/带皮）下的微生物演替动态，发现内生菌通过"守门人"机制主导群落演替，其竞争成功率可作为预测木材分解速率的新性状（trait），为地球系统模型（Earth Systems modeling）中木质碳释放的精准预测提供了新思路。

　　

研究背景

全球森林死木储存着约8%（73 Pg）的陆地碳，每年通过分解释放10.9±3.2 Pg碳，相当于化石燃料燃烧的碳排放量。传统预测模型受限于微生物演替的局部变异，尤其是木质素降解策略（白腐/褐腐/软腐）的差异。本研究创新性地聚焦健康木材中潜伏的内生腐生菌（endophytic saprotrophs），通过重复测量设计追踪其从内生到腐生的转化过程，揭示其作为"植物性状"对分解过程的调控机制。

实验设计

在明尼苏达州Cloquet森林中，选取10株健康纸桦和红松，将每棵树制成4组50cm木段（A-D），分别设置：A组地表接触带皮（对照）、B组地表接触去皮、C组悬空于桦树、D组悬空于松树。通过连续5年（2011-2015）采集3cm内部圆盘，结合DNA测序（ITS2/16S rRNA）和木材理化分析（密度、木质素/碳水化合物比例L:D），比较400个样本的微生物动态。

关键发现

木材分解速率与腐烂类型

纸桦分解显著快于红松（P<0.0001），带皮处理加速地表接触木段的分解（桦树P<0.0001，松树P=0.039）。L:D比值显示白腐真菌（white rot）占绝对优势（L:D>0.8），仅少数悬空样本出现褐腐特征。木质素选择性降解模式（桦树L:D 1.216±0.088，松树1.099±0.103）与子囊菌门（Ascomycota）/担子菌门（Basidiomycota）的演替动态吻合。

真菌群落演替

3,750个真菌OTUs中，1,168个（31.1%）从健康木持续存在。优势菌属呈现处理特异性：桦树地表去皮组以Xenasmatella（平均相对丰度23.6%）为主，悬空组则被Stereum hirsutum（Russulales目）主导。值得注意的是，褐腐菌Fomitopsis betulina虽在健康桦木中预占领地（个别样本达55%），但在分解过程中均被白腐菌替代，印证其作为"应激耐受型"初级定殖者的生态策略。

内生菌的持久性影响

74.2%（桦树）和76.8%（松树）的分解期真菌OTUs可追溯至健康木中的低丰度内生菌。去皮处理显著降低内生菌持久性（桦树53.1% vs 对照79.1%），但悬空处理因微气候差异产生特异性选择。优势菌如Lenzites betulina（桦树地表带皮组主导菌）在健康木中仅检测到197条reads，却在分解期成为绝对优势种，揭示内生策略的竞争优势。

细菌群落动态

18,931个细菌OTUs呈现与真菌相反的收敛模式：初期树种差异（R²=0.079）随分解减弱（R²=0.046），γ-变形菌（Gammaproteobacteria）和酸杆菌（Acidobacteria）成为共性优势类群。共现网络分析显示真菌-细菌直接互作极低（桦树/松树均为零），支持"真菌特化菌驱动细菌泛化菌"的分解模式。

研究意义

该研究首次通过纵向实验证实：木材内生真菌通过提前占据三维空间获得优先效应（priority effects），其竞争结果主要受树木"守门人"机制调控，而非外部定殖者历史。这一发现将难以预测的微生物组装历史转化为可量化的宿主性状参数，为改进全球碳循环模型提供了新维度——将内生菌丰度及其木质素降解策略纳入预测变量，有望显著提升对8%陆地碳库动态的模拟精度。