树木物种非生物胁迫耐受性中菌根功能的差异对比：洞察植物 - 菌根共生关系的奥秘

《Scientific Reports》：Contrasting mycorrhizal functionality in abiotic stress tolerance of woody species

为探究木本植物对非生物胁迫的响应及菌根的缓解作用，研究人员分析 621 种木本植物数据，发现不同菌根类型与多种非生物胁迫耐受性相关，为理解植物 - 菌根共生进化和生物地理模式提供依据。

　　在广袤的大自然中，树木作为生态系统的重要组成部分，时刻面临着各种非生物胁迫的挑战，比如干旱、寒冷、水涝和光照不足等。这些胁迫如同隐藏在暗处的 “杀手”，严重影响着树木的生长、发育甚至生存。而菌根，作为植物与真菌形成的一种古老且特殊的共生体，在植物应对非生物胁迫过程中扮演着至关重要的角色。然而，目前人们对于木本植物如何响应非生物胁迫，以及菌根的相互作用究竟如何缓解这些胁迫的了解十分有限。以往的研究大多聚焦于单一胁迫因素，可现实世界中，木本植物种类繁多，菌根真菌也是五花八门，不同地区的多种胁迫因素在强度和组成上差异巨大，这使得从全球视角研究这种高度功能性的共生关系困难重重。为了深入探索这一复杂的生态现象，来自爱沙尼亚生命科学大学、西班牙塞维利亚大学等机构的研究人员开展了相关研究，研究成果发表在《Scientific Reports》上。这一研究对于揭示植物 - 菌根共生关系的奥秘、理解生态系统的运作机制具有重要意义。

研究人员在此次研究中运用了多种技术方法。首先，通过收集已发表文献中的数据，获取了约 800 种北半球木本植物对遮荫、干旱、水涝和寒冷的耐受性评分，以此构建了木本植物的非生物胁迫耐受性空间（STS）。其次，添加物种特异性菌根相互作用数据，根据植物和真菌的分类学以及植物根中的菌根共生结构，确定主要的木本植物菌根类型为丛枝菌根（AM）和外生菌根（ECM），以及菌根状态为 obligate mycorrhiza（OM）和 facultative mycorrhiza（FM） 。最后，利用主成分分析（PCA）定义 STS，通过多元核密度估计和逻辑广义相加模型（GAMs），分析菌根共生与物种特异性胁迫耐受性策略之间的关系。

研究结果主要从以下几个方面展开：

1. 单一与双类型菌根交互作用：研究发现，单类型菌根交互作用与 STS 的耐荫性尖端相关，而双类型菌根交互作用则与寒冷和水涝耐受性相关。进一步分析发现，这种模式主要由被子植物驱动，裸子植物中的双类型菌根交互作用与耐旱性有关。这表明不同类型的菌根交互作用在应对不同非生物胁迫时具有明显差异，可能是因为单类型菌根可专门应对一种胁迫，而双类型菌根能同时处理多种胁迫。
2. AM 与 ECM 菌根类型：AM 菌根主要聚集在干旱胁迫较高和寒冷胁迫中等的区域，而 ECM 菌根在寒冷和水涝胁迫的周边区域更为常见。不过，这种分布模式在很大程度上取决于植物的生命形式，被子植物对 AM 菌根的中心聚集有一定影响，裸子植物对 ECM 菌根的分布影响虽在统计学上不显著，但也呈现出类似趋势。这反映出不同菌根类型在适应不同非生物胁迫环境方面具有各自的特点，与传统观点中菌根对木本植物的益处相呼应。
3. 菌根的 obligate 与 facultative 状态：Obligate 菌根交互作用在 STS 的周边区域更为丰富，尤其是耐荫性一端，它能通过优化养分吸收和碳保存，使树木更适应低光、养分贫瘠的森林下层环境。Facultative 菌根交互作用则更多地聚集在 STS 的中心区域和寒冷胁迫一端，在寒冷环境中，它能在真菌活动受限的情况下灵活优化养分吸收和碳保存。这说明不同菌根状态在应对不同非生物胁迫时发挥着不同的作用。

综合研究结果和讨论，不同的菌根交互模式与木本植物的非生物胁迫耐受性密切相关，且这种相关性显著依赖于植物的生命形式和菌根特征偏好。木本植物与菌根的共生关系在进化和生物地理历史中有着深厚的根源，位于胁迫维度极端端的木本植物需要与 AM 和 ECM 进行更丰富、更紧密的交互作用以维持生存，而处于 STS 中区域的木本植物则利用共生关系提升竞争优势。在当前气候快速变化的背景下，这一研究成果意义重大。它有助于预测不同木本植物在未来环境变化中的生存能力，为森林生态系统的保护和管理提供科学依据，也为进一步理解植物与菌根共生关系的进化和生态适应性提供了新的视角。