土壤干扰影响外生菌根真菌群落：地中海圣栎（Quercus ilex L.）下的原位实验

《Mycorrhiza》：Soil disturbance influences ectomycorrhizal fungal communities: an in-situ experiment under Mediterranean holm oak (Quercus ilex L.)

　　

温带森林的功能依赖于树木与种类繁多的外生菌根（ectomycorrhizal, EM）真菌之间的共生关系。尽管干扰是这些生态系统中生物多样性模式的主要驱动因素，但其对EM真菌群落的精细尺度分布和短期动态的影响仍然很大程度上未知。研究人员利用原位实验，结合EM根尖ITS rDNA区域的分析，比较了模拟动物生物扰动的土壤小尺度干扰前后以及一年后真菌群落的组成。干扰导致EM根尖丰度短暂增加，物种丰富度下降56.3%，并发生显著的组成更替。干扰一年后，子囊菌门（Ascomycota）的比例增加了38.5%，占菌根总数的49.3%。这一转变与盘菌目（Pezizales）（块菌科Tuberaceae、马鞍菌科Helvellaceae、盘菌科Pezizaceae和火丝菌科Pyronemataceae）的增加以及红菇科（Russulaceae）、丝膜菌科（Cortinariaceae）和齿菌科（Hydnaceae）的减少有关。结果表明，小尺度土壤干扰促进了高度局部的真菌演替，从晚期定殖的担子菌门（Basidiomycota）谱系到早期定殖的子囊菌门。在温带生态系统中，非同步的小尺度干扰可能通过产生森林内的精细尺度空间异质性，促进外生菌根群落的丰富度（α多样性）和空间周转（β多样性）。

外生菌根（ectomycorrhizal, EM）共生是温带、北方和地中海生态系统中树木与真菌之间最主要的互惠关系，对双方营养交换至关重要。EM真菌多样性极高，在土壤中形成高度异质的群落。干扰是生物多样性模式的重要驱动因素，但以往研究多聚焦于火灾、采伐等大规模干扰，而对动物生物扰动这类小尺度土壤干扰如何影响EM真菌群落的精细空间分布和短期动态，几乎缺乏实证。动物（如野猪）觅食时翻动土壤、混合土层、改变土壤通透性，可能深刻影响EM真菌的栖息环境，但相关研究非常有限。为此，研究人员在法国地中海地区三个圣栎（Quercus ilex）林分开展原位实验，模拟自然生物扰动，检验小尺度土壤干扰对EM真菌群落组成和多样性的影响，并尝试用Grime生态策略框架解释物种更替规律。

研究人员在三个地点（Vic-la-Gardiole、Puéchabon、Les Mages）设置了内生长环（ingrowth core）实验。于2009年2月采集干扰前（BD）土壤核心，去除根系后回填原土；2010年2月再次在中心位置采集干扰后（AD）土壤核心。通过分离EM根尖、提取DNA、扩增ITS rDNA并测序，共获得103个操作分类单元（OTU）。结果显示，干扰后EM根尖密度显著增加约3.5倍，但物种丰富度大幅下降，群落组成发生显著更替。子囊菌门比例上升，担子菌门的红菇科（Russulaceae）、丝膜菌科（Cortinariaceae）等显著减少，而盘菌目（Pezizales）中的块菌科（Tuberaceae）、马鞍菌科（Helvellaceae）等明显增多。该研究揭示了小尺度土壤干扰如何驱动从晚期演替担子菌到早期演替子囊菌的局部真菌演替，并通过产生空间异质性维持EM群落丰富度（α多样性）和空间周转（β多样性）。论文发表于《Mycorrhiza》。

主要技术方法包括：采用原位内生长环实验模拟生物扰动，在三个圣栎林分设置样地，分别于干扰前（2009年2月）和干扰后一年（2010年2月）采集土壤核心。干扰前核心直径9 cm，深度20 cm，分上下两层（0–10 cm和10–20 cm）去除根系并回填；干扰后仅在中心5 cm直径处采样。EM根尖经形态学分层策略选取，提取DNA后PCR扩增ITS rDNA（引物ITS1-F/ITS4）并进行Sanger测序。序列以97%相似性阈值划分OTU，利用FUNGuild判定营养型，结合UNITE和BLAST更新分类注释。统计分析包括广义线性模型（GLM）、Mantel检验、Hill数、Chao1丰富度估计、稀有度曲线及Fisher精确检验。

**土壤干扰对EM丰度的影响**：通过比较BD和AD核心中EM根尖密度，发现干扰后根尖密度显著增加，平均增幅约3.5倍，且下层土壤（10–20 cm）增幅（+533.3%）大于上层（+186.5%），表明干扰刺激了根系或菌根形成。

**土壤干扰对EM群落α多样性的影响**：在103个OTU中，BD有87个，AD有38个，共有22个。干扰后物种丰富度显著下降，标准化后各地点OTU数减少21.7%–54.9%，Chao1丰富度整体下降64.9%。Hill数⁰H、¹H和²H分别下降56.3%、43.9%和33.7%，但均匀度略有增加，说明群落优势度降低。

**土壤干扰对EM群落β多样性的影响**：BD与AD间OTU组成差异显著，地点间共有OTU极少。干扰后子囊菌/担子菌（A/B）比例从平均0.13升至1.0。在科水平，红菇科、丝膜菌科和齿菌科显著减少，而Sebacinaceae、Helvellaceae、Pezizaceae、Pyronemataceae和Tuberaceae显著增加。在属水平，乳菇属（Lactarius）、乳浆菌属（Lactifluus）和红菇属（Russula）在AD中完全消失，而Helvella、Trichophaea、Tuber和Sebacina显著增多。这表明干扰导致群落从担子菌优势转向以子囊菌和部分早期演替担子菌为主的格局。

讨论部分指出，干扰后EM根尖丰度增加可能与土壤孔隙度增大促进根系生长和真菌定殖有关，但无法区分具体机制。干扰主要抑制了对复杂有机质具有降解能力的晚期演替担子菌（如红菇科），这可能与土壤物理化学性质的改变密切相关。子囊菌和Sebacinaceae的快速建立可能得益于土壤孢子库中孢子的高效萌发和菌根形成能力。Thelephoraceae在干扰后保持稳定，但其种内生态策略呈现明显分化，体现了该科高度功能多样性。小尺度干扰通过维持早、晚期演替类群的共存，促进了EM群落的高度异质性和多样性。

结论部分翻译如下：通过将Grime生态策略框架整合到EM群落动态中，本研究将这一最初为维管植物阐述的概念理论的生物学和分类学基础扩展到EM真菌。研究人员展示了为什么成熟森林下的土壤能够承载EM真菌群落的精细尺度镶嵌，这些群落因生物扰动而发生快速物种更替。在成熟林分的郁闭冠层下，一种干扰后的地下EM演替独立于森林老化及相关参数发生。本研究为标志性块菌的生态学提供了新见解，其生活史特征不仅包括操纵传播其孢子的哺乳动物的能力，还包括从其通过操纵动物间接造成的干扰中获益的能力，并以与之竞争的EM物种为代价。