外生菌根真菌Piloderma croceum在枯木中的腐生-共生双栖生活策略及其对森林生态系统生产力的潜在影响

本研究针对外生菌根（EM）真菌能否兼具腐生和共生功能的长期争议，通过实验证实Piloderma croceum可高效定殖栎树枯木并分解木质纤维，同时利用14C标记和酶活性分析证明其碳同化能力。更重要的是，枯木中生长的菌丝体能作为EM真菌繁殖体库，促进栎树根系形成哈蒂氏网（Hartig net）结构并显著提升植物生长。该研究揭示了枯木通过维持EM真菌多样性间接影响森林生态系统生产力的新机制，为菌根真菌生态功能研究提供了关键证据。

　　

在森林生态系统中，外生菌根（Ectomycorrhizal, EM）真菌与树木根系形成的共生关系是维持养分循环和生态系统生产力的关键。这些真菌通过扩展的菌丝网络帮助植物获取水分和矿物质，同时从宿主获得碳水化合物。然而，长期以来学界存在一个争议：EM真菌是否仅能依赖活体植物生存，还是也具备腐生（saprotrophic）能力？传统观点认为，EM真菌缺乏完整分解有机质所需的酶系统，但近年来越来越多的野外调查发现，EM真菌广泛存在于枯木（deadwood）和植物残体中，暗示其可能具有双栖生活策略的潜力。

枯木作为森林碳储库的重要组成部分，其分解过程涉及复杂的微生物互作。尽管已知白腐菌等专性腐生真菌主导木质降解，但EM真菌在枯木中的频繁检出引发了新的科学问题：它们究竟是偶然定殖还是主动参与分解？若能证明EM真菌确实具备腐生能力并可从枯木中获取碳源，将彻底改变我们对菌根真菌生态功能的认知，同时揭示枯木作为EM真菌繁殖体库（propagule bank）的潜在价值。

针对这一前沿问题，德国亥姆霍兹环境研究中心的Witoon Purahong等研究人员在《Communications Biology》发表了题为“Plasticity of symbiotroph-saprotroph lifestyles of Piloderma croceum associated with Quercus robur L.”的研究论文。该工作以栎树（Quercus robur L.）及其专性EM真菌Piloderma croceum为模型，通过一系列精巧实验首次提供了EM真菌腐生-共生生活方式可塑性的直接证据。

研究团队主要运用了以下关键技术方法：

1. 1.

   真菌-枯木共培养系统：在稀释的改良Melvin-Norkrans（MMN 1/10）培养基上构建无菌培养体系，模拟自然条件下真菌定殖枯木的过程；

2. 2.

   酶活性微孔板检测：通过荧光底物（如4-MUB）定量分析β-葡萄糖苷酶、N-乙酰葡萄糖胺酶和酸性磷酸酶等水解酶活性；

3. 3.

   稳定同位素示踪：利用¹⁴C标记的枯木材料追踪碳从木质基质向菌丝体的转移过程；

4. 4.

   显微结构观察：采用激光共聚焦显微镜验证哈蒂氏网（Hartig net）等共生结构形成；

5. 5.

   高通量测序：对栎树根际土壤进行ITS扩增子测序，精准鉴定P. croceum的定殖状态。

Saprophytic ability of P. croceum

通过分析P. croceum对不同枯木组分（树皮、边材、心材）的定殖能力，发现该真菌对树皮的 colonisation success 最高（可达100%），而对心材的定殖率较低（约40%）。酶活性检测显示，菌丝体分泌的β-葡萄糖苷酶（588.4 ± 54.7 nmol h^?1 g dry wood^?1）、N-乙酰葡萄糖胺酶（717.2 ± 157.5）和酸性磷酸酶（603.7 ± 95.1）活性显著高于对照组，但木质素降解相关氧化酶（漆酶和过氧化物酶）未被检测到。这表明P. croceum主要通过水解酶系统分解纤维素/半纤维素等多糖组分，而非直接降解木质素。

Corticrocin production and its association with available glucose

研究人员通过调控培养基葡萄糖浓度（0.15–10.0 g L^?1）发现，P. croceum的特征性黄色色素corticrocin的产量与葡萄糖可用性呈正相关。在低葡萄糖条件下（0.15 g L^?1），菌落直径和色素合成均受到抑制，证实葡萄糖是维持真菌生长和次级代谢的关键碳源。这一结果间接支持了真菌从枯木中获取葡萄糖的能力。

Carbon assimilation from wood

利用¹⁴C同位素示踪技术，比较接种真菌的枯木系统与对照组的碳同化效率。数据显示，生长于枯木附近的菌丝体¹⁴C含量（Δ¹⁴C = 148.6 ± 3.5‰）显著高于初始菌丝体（?133.6 ± 7.9‰）和纯培养基组（p < 0.01），证明P. croceum确实同化了来自枯木的碳。

Role of deadwood as a propagule bank

将预培养于枯木的P. croceum接种至栎树微扦插苗根际，14周后观察到典型黄色菌丝体覆盖根系。显微结构分析证实哈蒂氏网的形成，且接种植株的主根、侧根、地上部及总生物量均显著高于对照组（p < 0.01）。Illumina测序进一步验证了根际土壤中P. croceum的高丰度存在（相对丰度 >50%）。

本研究通过多维度证据链证实：

1. 1.

   P. croceum具备独立于宿主植物的腐生能力，可通过水解酶系统分解枯木组分并同化碳源；

2. 2.

   枯木中生长的菌丝体可作为功能性繁殖体库，在遇到适宜宿主时迅速启动共生程序；

3. 3.

   这种生活方式可塑性显著提升植物养分获取效率和生长性能。

该研究突破了传统对EM真菌营养模式的认知框架，为理解森林生态系统碳-养分耦合机制提供了新视角。枯木不再仅是分解过程的被动参与者，而是维持菌根真菌多样性、促进森林再生和生态系统稳定的关键载体。未来研究需通过转录组学等手段进一步解析腐生-共生转换的分子调控网络，并拓展至其他EM真菌类群的验证。这一发现对森林管理（如保留枯木以增强菌根接种潜力）和气候变化背景下的碳循环模型修订均具有重要启示意义。