成都生物所在揭示氮沉降下高寒森林根系和外生菌根菌丝养分获取策略权衡中获新进展

　　

 地处高纬度/高海拔地区的高寒针叶林常与外生菌根（ECM）真菌形成共生关系，并通过产生大量的外延菌丝（简称菌丝）在土壤中形成庞大、功能多样的菌丝网络。ECM植物在长期适应进化过程中，主要通过根系自身与菌丝来获取土壤养分，这两种养分获取途径在维持多变环境下高寒针叶林群落结构和功能稳定性中具有重要的生态学意义。考虑到菌丝生长和功能性状深刻地受植物、土壤和ECM真菌之间更为复杂的养分供求关系所调控，在多变环境条件下菌丝可能采取与根系截然不同的养分获取策略或模式。然而，以往以“菌根”为核心的养分获取策略研究大多将根系和菌丝视为一个整体，关于多变环境下根系和菌丝养分获取策略响应模式差异及其权衡关系仍知之甚少，很大程度上限制了对全球变化下森林ECM菌根独特作用功能及其生态重要性的科学认知水平 。 

 针对上述科学问题，中国科学院成都生物研究所尹华军研究员团队以ECM高度共生的西南山地针叶林为对象，系统探究了持续氮添加下根系和菌丝养分矿化策略【由根系/菌丝源C输入和根际/菌丝际N-P养分循环相关酶活性表征】-觅食策略【由细根直径、比根长、根系分枝结构、菌丝生物量和ECM真菌探测类型表征】之间的权衡变化。研究发现：随着N供给增加，处于不同养分限制状态的针叶树种均降低根系C投入导致根际N矿化能力下降，而细根形态变得更加细长且分枝结构更加复杂，表明根系养分获取策略由有机氮矿化为主转变为无机氮觅食为主；相反，随着N添加诱导的森林养分状态由N限制向P限制转变，菌丝养分获取策略由N获取（高菌丝C输入、高菌丝际N循环酶活性，以接触-短-中距离探测ECM真菌类群为主）转为P获取（高菌丝际P循环酶活性，中-长距离探测ECM真菌类群增加）（图1A）。上述研究表明在持续氮沉降背景下， 与根系途径相比，ECM菌丝养分获取策略的可塑性和适应性更强（图1B）。本研究为深入理解ECM共生的高寒针叶林地下养分维持机制及其对环境变化的适应性提供了新的见解。 

　　图 1 氮沉降下根系/外延菌丝养分矿化与觅食策略的权衡变化 

 研究成果近期以“Extraradical hyphae exhibit more plastic nutrient-acquisition strategies than roots under nitrogen enrichment in ectomycorrhiza-dominated forests”为题发表在全球变化生态学领域权威期刊Global Change Biology (2023)上。该论文第一作者为中科院成都生物研究所特别研究助理朱晓敏博士（现中科院华南植物园副研究员），通讯作者为尹华军研究员和美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校张子良博士。此外，西澳大学Hans Lambers教授、中科院华南植物园刘占锋研究员等也参与了部分工作。本研究得到了国家自然科学基金、中国科学院“西部之光”交叉团队项目、四川省自然科学基金等项目的联合资助。 

 本论文与研究团队前期另一成果“More soil organic carbon is sequestered through the mycelium pathway than through the root pathway under nitrogen enrichment in an alpine forest”（Zhu et al., 2022, GCB），共同赋予了ECM菌丝在调控高寒森林土壤C-养分循环中作用与功能的新认识，并充分强调了未来应将菌丝功能及其生态重要性纳入多变环境下高寒森林结构和功能稳定地下维持机制研究理论体系之中。 

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