非永久性草原溪流网络中地表水持续梯度下的真菌群落特征及其生态指示意义

本研究针对全球半数以上间歇性溪流中真菌群落认知空白的问题，通过ITS rDNA宏条形码技术，首次系统调查了美国堪萨斯州草原溪流系统中岩石表面、腐烂叶片和沉积物三种基质沿地表水持续梯度（annual percent wet）的真菌群落特征。研究发现溪流连续体位置（drainage area/alpha centrality）对群落组成的影响强于水文 intermittency，其中石生淡水地衣Verrucariaceae可作为水文持续性的生物指示剂（V. humida偏好湿润，V. tallbackaensis适应干旱）。该成果为气候变化下非永久性溪流生态功能预测提供了微生物学依据，发表于《ISME Communications》。

　　

在全球气候变化加剧溪流间歇性的背景下，超过50%的河流每年都会经历干涸，但关于这些生态系统中真菌群落的认识却主要来自永久性森林溪流的研究。真菌作为有机质分解和养分循环的关键驱动者，其在水生生态系统中的作用被严重低估。尤其令人担忧的是，草原溪流正面临木本植物入侵导致的蒸发增加和流量下降双重威胁，而微生物如何响应这种水文与植被的协同变化仍是未解之谜。

为填补这一知识空白，Bond等研究者选择美国堪萨斯州Konza草原的南福克金斯溪流域作为天然实验室。这个具有133公顷集水区的非永久性溪流网络，不仅存在由石灰岩含水层补给形成的水文持续梯度（年地表水存在时间27.5±26.8%），还呈现出从上游草地到下游木本植被的连续体变化。研究团队创新性地结合STIC传感器网络的水文监测与跨50个位点的多基质采样，通过高通量测序揭示了真菌群落的分布规律。

关键技术方法包括：1) 使用STIC传感器记录年度地表水存在时间（annual percent wet）；2) 在44个流动位点、5个干涸位点和1个孤立水坑采集岩石生物膜、腐烂叶片和沉积物样本；3) 采用BITS/B58S3引物对ITS1区域进行扩增，Illumina MiSeq平台测序；4) 通过DADA2流程生成ASV（扩增子序列变体），结合UNITE数据库和DECIPHER算法进行物种注释；5) 使用PERMANOVA和GLLVM（广义线性潜变量模型）分析环境因子与群落的关系。

主要研究结果

真菌β多样性

三维度NMDS分析显示不同基质间存在显著群落更替（PERMANOVA R²=0.13, p<1E-5），沉积物含有最丰富的ASV（图2B）。溪流连续体位置（drainage area/alpha centrality）解释的变异量高于水文持续性，可能与下游网络连通性增强或木本/草本植物输入差异有关（表1）。

α多样性

沉积物的ASV丰富度和Shannon多样性显著高于其他基质（p<0.01）。岩石生物膜的多样性对水文持续性最敏感，其ASV丰富度随annual percent wet增加而显著上升（p<0.05），支持岩石基质真菌对干旱更脆弱的假说（表2）。

分类与功能群

Ascomycota在叶片（85%）和岩石（77%）中占主导，而沉积物中Basidiomycota达30%。淡水地衣Verrucariaceae在岩石基质表现出显著的水文生态位分化：V. humida与高annual percent wet正相关，V. tallbackaensis则偏好干燥环境（图5C-D）。已知耐旱分解菌如Alternaria spp.和Tetracladium marchalianum（AH）在所有基质中均占优势。

讨论与意义

该研究首次在流域尺度揭示了非永久性溪流真菌群落的多维度驱动机制。Verrucariaceae地衣的水文指示作用为监测溪流间歇性提供了新工具，而AH（水生丝孢菌）在参考数据库中的低覆盖率（仅65%ASV可获得功能注释）凸显了水生真菌分子生态学的研究瓶颈。值得注意的是，沉积物中大量外生菌根真菌（如Inosperma rhodiolum）的检出，可能反映干旱期河床根系活动带来的"陆地真菌入侵"现象，这对理解间歇性溪流的碳循环具有重要启示。

这项发表于《ISME Communications》的工作，不仅为预测水文变化下的微生物响应提供了基线数据，其创新的多基质采样策略和STIC水文监测方法，也为全球间歇性水域生态研究树立了新范式。未来需要结合转录组学等技术，区分DNA残留与活性菌群，以更准确评估真菌在干湿交替环境中的功能贡献。