“编者关注到中科院地理所马泽清课题组探究发现获取型根属性映射根系真菌功能模块，特邀该团队为本公众号撰写了该研究的亮点部分，希望该研究成果能给关注者启发，从中获得灵感，促进天然有机质研究工作的开展。”
导读
土壤微生物通过拮抗、竞争和共生等相互作用，形成不同的功能模块，促进资源的有效分配和高效利用。目前，对影响真菌网络模块化形成因素的研究主要集中在土壤养分，忽视了根系的作用。根系不仅是植物与土壤微生物之间的关键接口，还通过分泌新鲜碳和根凋落物等影响真菌群落的组成和多样性。因此，根系特征如何影响真菌群落的组装过程，对于优化土壤微生物的功能和提高树木生产力具有重要意义。本研究旨在定量分析根功能属性和土壤养分对根系真菌(root-associated fungi)和土壤真菌(soil-associated fungi)功能模块形成的相对贡献，探讨关键根系性状与真菌群落结构之间的关系。通过微生物共现网络分析，揭示了根系属性与土壤养分对真菌网络模块的影响机制。这一研究不仅为理解植物与土壤微生物之间复杂的相互作用提供了新视角，也为未来筛选功能微生物、评估土壤微生物多样性及其生态功能提供了理论参考。
本项研究在北京大学塞罕坝生态站落叶松人工林长期施肥平台开展，该施肥平台包括三个林龄落叶松人工林，每个林龄分别设置3个水平的氮添加处理。测定了6个根功能属性包括：根分支强度(BrIntensity)、比根长(SRL)、根直径(Diam)、根组织密度(RTD)、菌根侵染率(MC)和根总酚含量(Phenols)，并且采用高通量测序测定了根相关真菌和土壤相关真菌的群落组成。
研究结果表明，根系真菌中有87%来源于土壤真菌库，其余13%为根内源真菌。每个样地的根系均有独特的真菌群落组成，仅有7个OTU在27个样地的根系之间共享。根系真菌和土壤真菌分别形成了8个和120个网络功能模块。同一模块内，根相关真菌群落在系统发育上更为离散(NTI<0)，而土壤相关真菌则更为聚集(NTI>0)(图1)。
▲图1 根系真菌与土壤真菌群落组成及网络结构特征比较。a，根系真菌和土壤真菌之间OTU数量的差异；b，花瓣图显示了27个根样品和土壤样品中，根和土壤真菌之间共有和不同的真菌OTU数量。不同的颜色代表不同土壤氮水平和林龄的9种处理；c，根系真菌和土壤真菌模块化，其中土壤真菌仅前10个模块显示不同颜色；d，同一模块内OTU系统发育分布，不同颜色的圆圈代表不同的模块（来源：ScienceDirect）
根属性解释了37%的根系真菌网络模块变异，而土壤养分解释了19%的土壤真菌网络模块变异。获取型根属性(BrIntensity、SRL和Diam)是影响根系真菌网络模块群落组成的关键因子，而土壤氮和磷是影响土壤真菌网络模块群落组成的关键因子(图2)。
▲图2 土壤养分和根属性对根系真菌(8个网络模块)和土壤真菌(120个网络模块)网络模块相对丰度的影响。负效应值表明缺乏重要性，图中不显示（来源：ScienceDirect）
根系真菌主要以担子菌门(Basidomycota)的外生菌根真菌为主，在根系真菌形成的8个网络模块中，模块#4（Root module #4）的真菌群落相对丰度最高并且以Tricholoma和Wilconxina菌类为主。土壤真菌中腐生真菌的相对占比较高如子囊菌门(Ascomycota)真菌。在土壤真菌形成的120个网络模块中，模块#2（Root module #2）的真菌群落相对丰度最高并且以Mortierella、Cladophialophora和Penicillium菌类为主(图3)。
▲图3 真菌模块群落组成。由根系真菌形成的8个网络模块和土壤真菌相对丰度最高的前5个模块组成的真菌群落和真菌功能群(外生菌根真菌(Ectomycorrhizal)、腐生真菌(Saprotroph)、病原真菌(Pathogen)和其它共生真菌(Symbiosis)和未知功能群)（来源：ScienceDirect）
根分支强度(BrIntensity)和比根长(SRL)的增加显著提高了模块#4真菌的相对丰度。根直径作为地下组织的关键维度，显著影响了根模块#4。模块#2与土壤氨态氮显著正相关，由Piloderma组成的模块#17的相对丰度与土壤氨态氮呈负相关，与土壤有效磷呈正相关(图4)。
▲图4 真菌模块与根属性和土壤养分之间的关系（来源：ScienceDirect）
以上成果于2024年1月14日以“Root acquisitive traits mirror the functional modules of root-associated fungi”为题发表在Soil Biology and Biochemistry期刊上。中国科学院地理科学与资源研究所博士生丁改改为论文第一作者，马泽清研究员为论文通讯作者。本研究主要受国家重点研发项目(2020YFA0608102)的资助。
联系作者:
马泽清，研究员，中国科学院地理科学与资源研究所，Email：mazq@igsnrr.ac.cn
丁改改，博士后，中国科学院地理科学与资源研究所，Email：gai_gaiding@163.com
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本文编辑：谷婷婷
本文审订：何伟
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