菌根真菌是一类广泛分布在自然界中可与大多数陆生植物共生的真菌, 对植物的生理过程和生态功能的维持起到了关键作用。在菌根真菌与植物根系形成的共生体系中, 植物为菌根真菌提供必要的有机碳源, 而菌根真菌则帮助植物提高养分吸收和抗逆境的能力。近年来, 随着分子生物学和生物信息学的快速发展, 人们对菌根真菌的认识和研究都取得了显著进展。为反映菌根真菌生理生态功能研究取得的重要进展, 该文综述了丛枝菌根(AM)和外生菌根(ECM)真菌的进化史差异及其对宿主植物生理生态功能的不同影响, 并进一步论述这些差异对全球陆地生态系统养分循环以及植物群落结构和功能的影响。研究表明, AM和ECM真菌的起源与进化是与陆生植物长期相互适应和选择的结果, 菌根真菌在进化中逐渐完善了依赖植物的养分获取机制, 而植物则进化出与菌根真菌共生的生存策略。此外, 菌根真菌与植物根系形成的共生体不仅改善了植物的营养吸收与利用, 提高了植物在应对生物和非生物胁迫时的抵抗力, 还参与了生物地球化学循环, 维持了陆地生态系统的平衡和稳定。最后, 该文对未来研究方向进行了展望, 包括菌根真菌应对全球变化的响应、在多营养级关联和城市生态系统中的作用以及在生产实践中的应用和多样性保护, 旨在为解决诸多生态学和社会问题提供新的思路和途径。

丛枝菌根真菌(AMF)广泛分布于陆地生态系统中, 可与大多数植物形成共生关系, 并通过根外菌丝网络介导植物-土壤互作, 在提升陆地生态系统生产力、维持生物多样性和土壤健康方面发挥着不可替代的作用。尽管AMF在植物营养吸收与逆境响应中的生理功能已被广泛证实, 但其在生态系统尺度上的功能仍缺乏系统评估, 而且缺乏有效的AMF群落调控技术。该文从生态系统生产力、生物多样性和系统稳定性、元素生物地球化学循环和土壤健康四个方面系统总结了AMF的生态功能。针对当前AMF群落定向调控的技术瓶颈, 提出构建“土著菌群激活—外源菌剂增效—管理技术适配”三位一体的生态调控框架, 旨在构建以AMF为核心的土壤生态调控技术体系, 促进菌根技术在应对全球变化与支撑农业可持续发展中的规模化应用。考虑到AMF群落定向调控面临的多重挑战, 未来研究亟需解析AMF-植物-环境多维互作体系, 研发菌群调控技术和多功能复合菌剂, 通过长期定位实验优化田间管理方案, 实现菌根技术在生态恢复工程和可持续农业中的体系化应用。

菌根真菌是植物地下共同网络的核心调控者, 通过“碳-养分/水分”交换与多物种互联, 在维持物种共存及生物多样性方面发挥着关键作用。随着菌根生态学的发展, 关于菌根真菌对植物-植物相互作用的影响及内在机制的相关研究不断深化。为系统总结菌根真菌在维持植物物种共存中的作用及其调控机制, 该文基于对菌根真菌影响植物物种共存研究现状的综述, 分析了本领域的发展趋势。菌根真菌主要通过: (1)驱动植物水分和养分吸收与利用策略的分化, 促进水分和养分高效利用; (2)共同菌根网络介导养分再分配, 缓解植物间的竞争强度; (3)通过物理屏障、诱导抗性及防御信号传递, 增强植物对生物与非生物胁迫的抗性; (4)招募辅助细菌通过构建协同互惠网络、维持土壤生态系统稳定等途径维持植物物种共存。同时, 菌根真菌也受到物种共存的影响, 共存植物的种类和共存情景可调控菌根真菌多样性, 促进菌根真菌资源获取途径多样化, 进而增强植物-菌根共生体的稳定性。未来可从原位实验与多因子耦合研究、菌根共生中分子信号与养分交换机制的解析、菌根网络功能量化与作用机制验证等方面开展深入研究, 同时加强对特殊类型菌根的关注。

森林作为陆地生态系统的主体, 其养分内循环机制是维持植物个体发育和生态系统功能的核心驱动力。丛枝菌根(AM)和外生菌根(ECM)作为森林生态系统最常见的两种菌根共生类型, 通过调控养分在“土壤-植物-凋落物”之间的循环路径, 深刻影响森林养分循环与功能稳定性。尽管已有大量研究探讨了菌根类型对森林养分循环关键过程的影响, 但大多聚焦单一过程, 缺乏从整体视角探究菌根类型如何调控森林养分内循环。该文回顾了近30年来的相关研究, 系统解析了AM植物与ECM植物在养分矿化与活化、菌-根系统养分吸收、衰老器官养分重吸收、凋落物分解驱动的养分归还等关键过程中的作用及相应机制, 阐释了不同菌根类型树种主导的森林生态系统的养分自维持规律, 以期为深入理解不同菌根类型树种养分内循环对森林经营与全球变化的响应与适应机制提供参考。最后, 该文展望了未来研究趋势并建议: 关注不同菌根类型(AM vs. ECM)主导的林分下共有菌根网络(CMNs)在养分内循环中的作用, 以及特殊菌根类型(双菌根植物、固氮植物)与杜鹃花科菌根(ERM)在养分内循环中的作用; 基于AM与ECM策略分异, 开发“菌根-立地”匹配模型及“菌根类型-功能性状”数据库, 以优化不同立地条件下人工林的树种配置和林分结构; 在全球变化背景下, 重视AM与ECM类型格局变化对养分内循环的调控作用; 开展长期、多维监测, 解析菌根类型-环境-微生物的协同演化对养分内循环的驱动作用。

磷作为植物生长发育所必需的营养元素, 其生物有效性深刻影响着生态系统的结构与功能。绝大多数植物通过与丛枝菌根(AM)或外生菌根(ECM)真菌建立共生关系, 显著增强其获取与利用磷的能力。然而, 尽管大量研究探讨了AM和ECM植物在磷获取与利用策略上的差异, 但鲜见有研究对此进行系统总结。该文通过梳理国内外研究进展, 从根系形态与构型、根系生理性状、根系与微生物相互作用以及磷重吸收效率4个方面, 系统综述了AM和ECM植物磷获取与利用策略研究进展。结果表明, AM和ECM植物在磷获取与利用策略上呈现显著差异: AM植物通常与快速矿化有机物的微生物形成互利关系, 胞外酶分泌能力有限, 偏好吸收无机磷, 采用“获取型”策略; 而ECM植物分泌胞外酶等分泌物的能力较强, 能够利用有机磷, 采取“保守型”策略。最后, 针对当前研究中存在的不足, 该文提出了未来需要重点关注的研究方向。该文有助于深化对菌根介导的磷循环过程、物种共存及生产力维持机制的理解, 并为农林业生产与生态修复实践中的物种选择与配置以及养分管理提供理论依据。

高寒生态系统是高纬度、高海拔、气候寒冷、冻土广泛分布的地区, 也是全球变化的敏感区。外生菌根真菌是高寒生态系统优势植物的主要共生微生物类群, 通过独特的外生菌根结构与宿主植物建立互惠关系, 促进幼苗生长, 提升植物对水分和养分的吸收, 增强植物对生物和非生物胁迫的抗性。外生菌根真菌通过“碳输入-固持”和“氮矿化-吸收”双路径调控高寒生态系统的物质循环过程, 是高寒生态系统碳氮循环的关键驱动者。该文综述了外生菌根真菌在高寒生态系统碳氮循环方面的关键作用和全球变化下的响应特征, 强调了在全球变化背景下, 保护外生菌根真菌多样性及其关键类群以维持高寒生态系统碳氮循环过程和生态系统稳定的重要价值, 为高寒生态系统脆弱生境的保护和应对全球变化威胁提供了科学参考。未来需进一步加强外生菌根真菌功能性状与多样性特征对多重全球变化因子的响应与反馈调节机制研究, 并将菌根生态学的研究纳入“One Health”框架, 更好地服务于生态系统与人类健康。

菌根真菌是植物根际微生物的重要组成部分, 是陆地生物地球化学循环的重要参与者。其中, 丛枝菌根(AM)真菌能够与70%以上的陆地植物形成共生关系。AM真菌起源于约4.6亿年前的泥盆纪, 在植物由水生到陆生的生态转型过程中起到关键推动作用, 并深刻影响植物的生长发育及生态系统的功能。在AM共生体的环丛枝空间内, 宿主植物通过提供光合碳换取AM真菌传递的矿质养分, 尤其是磷和氮。AM真菌菌丝表面及菌丝际定殖的多种细菌, 一方面利用菌丝分泌的碳源维持生长, 另一方面通过矿化有机物质增强土壤中矿质养分的可利用性, 进而促进植物-AM真菌共生体的建立。因此, 植物、AM真菌和菌丝际细菌构成了一个连续体, 形成自上而下碳流和自下而上养分流的双向交换模式。该文首先介绍了植物、AM真菌及土壤细菌如何交换宿主植物来源的碳和土壤来源的矿质养分等相关的最新研究进展, 这种跨界养分交换不仅为微生物提供物质和能量, 还为宿主植物提供生长发育所必需的养分; 其次, 分析了植物-AM真菌-细菌连续体维持跨界合作的潜在机制, 有助于更好地理解植物、AM真菌和土壤细菌之间复杂的生态关系及其进化意义, 并为农业可持续生产提供基于植物-微生物互作的理论基础和技术路径。

微塑料是全球性分布的一类新污染物, 常见于包括农田在内的陆地生态系统。已有证据显示, 微塑料会改变土壤理化性质, 影响土壤生物、植物性状及生态系统功能。作为土壤中最常见的植物共生真菌, 丛枝菌根(AM)真菌通过多种机制增强宿主植物的抗逆能力, 对于维持生态系统稳定具有重要作用。结合当前最新研究进展, 该文综述了土壤微塑料与AM真菌的相互作用。一方面微塑料可以通过吸附固持作用, 以及释放所携带的污染物直接影响AM真菌, 也可以通过改变土壤性质(如pH、养分有效性)、污染物形态及毒性、土壤微生物群落组成及其活性、植物性状等间接影响AM真菌的侵染能力和群落结构。另一方面, AM真菌对微塑料具有较强的耐性, 可能通过多种途径缓解微塑料对植物和土壤环境的不利影响, 包括改善土壤结构、缓解微塑料引起的植物营养限制、通过菌根结构(如根外菌丝)固持微塑料, 减少植物对微塑料的吸收和转运等。总体上, 微塑料与AM真菌之间的相互作用依赖于微塑料的特性(如种类、剂量、尺寸、形状)、植物种类、土壤性质及暴露条件, 难以得到统一的结果。最后, 基于对当前研究中存在问题和不足的分析, 展望了未来研究方向, 提出建立可靠的土壤植物体系中微塑料定量分析方法, 加强微塑料代谢产物和复合污染对AM真菌的生态毒理效应研究, 揭示AM真菌对微塑料环境行为的影响及其生态效应, 从而为应用菌根技术解决土壤微塑料污染问题提供理论和技术支撑。

探究三江源国家公园黄河源园区高寒湿地丛枝菌根真菌(AMF)群落结构变化及其驱动因素, 可为该区域生态系统的保护和可持续管理提供科学依据。该研究以黄河源园区内的高寒河流湿地和高寒沼泽湿地为研究对象, 采用野外调查取样、室内样品分析和高通量测序相结合的方法, 系统探究了不同湿地类型及优势植物种间AMF群落结构的变化及影响群落变化的关键因子。结果表明, 沼泽湿地的植被盖度显著低于河流湿地, 土壤电导率、全碳和全氮含量显著高于河流湿地。该研究共鉴定出2 799个球囊菌门的扩增子序列变体, 隶属于9科10属, 其中近明球囊霉属(Claroideoglomus)和球囊霉属(Glomus)为主要优势类群。沼泽湿地与河流湿地的AMF群落α多样性无显著差异, 但β多样性存在显著差异。方差分解分析表明, 湿地类型与非生物因子的总解释力为4.67% (非生物因子独立解释3.39%，高于湿地类型独立解释的1.04%), 而植物物种与非生物因子共同解释了AMF群落结构变异的5.00% (非生物因子独立解释2.04%，略高于植物物种的1.38%)。曼特尔检验与典型对应分析进一步表明, 植物丰富度、土壤含水量、养分含量及海拔是驱动AMF群落结构的关键因子。综上, 高寒湿地AMF群落结构主要受非生物因子驱动, 同时受生物因子协同影响。

磷(P)是植物生长的必需营养元素, 也是制约森林生产力的重要因素。陆地上大部分植物可与丛枝菌根(AM)或外生菌根(ECM)真菌形成共生关系, 以增强其对磷的吸收。AM和ECM在磷的利用策略上存在差异, 影响生态系统磷循环过程。了解不同菌根类型下森林土壤磷有效性的变化, 对于理解亚热带森林的生产力维持机制和指导森林管理具有重要意义。该研究以湖南省八大公山自然保护区内35个森林样地(ECM树种优势度呈梯度变化)为研究对象, 测定表层土壤4种生物有效磷(氯化钙-P、酶-P、柠檬酸-P、盐酸-P)的含量, 分析土壤有效磷随ECM树种优势度变化而变化的规律, 并探究影响土壤磷有效性的主要因素。结果表明, 氯化钙-P、柠檬酸-P、盐酸-P含量与外生菌根优势度无显著相关关系, 但酶-P含量随ECM树种优势度的增加而显著增加。氯化钙-P含量与凋落物磷含量呈显著正相关关系; 柠檬酸-P和盐酸-P含量与土壤有机碳、总氮、微生物生物量碳含量呈显著正相关关系; 而酶-P含量与土壤有机碳、可溶性有机碳含量呈显著正相关关系, 与土壤pH呈负相关关系。此外, 土壤酸性磷酸酶活性与ECM树种优势度呈显著正相关关系。综上, 以ECM树种为主的森林土壤具有更高的酶可水解磷含量和酸性磷酸酶活性, 可通过有机磷的矿化, 释放更多的磷, 进而促进亚热带森林ECM树种的快速生长。

研究还原态氮增加背景下东北主要造林树种水曲柳(Fraxinus mandshurica, 阔叶, 具丛枝菌根)和兴安落叶松(Larix gmelinii, 针叶, 具外生菌根)苗木对干湿还原态氮沉降的生长响应, 有助于深入了解不同类型苗木生长与大气氮沉降形态的关系, 为苗木培育精准养分管理提供理论依据。该研究以水曲柳和兴安落叶松播种苗为试验材料, 模拟不同浓度的干湿氮沉降, 即0 (CK)、35 (ND-35)、70 (ND-70)、35 (NW-35)、70 (NW-70) kg N·hm^-2·a^-1, 观测两种苗木生长、光合能力、吸收根发育及菌根侵染率的变化。主要结果: 大气干湿氮沉降下, 两种菌根类型的苗木均逐渐减少对菌根真菌的依赖性, 以提高自身光合性能或根系吸收能力作为主要响应形式。(1)具有丛枝菌根的水曲柳在氮干沉降时, 主要通过改变光合能力促进叶片及总生物量的积累, 在ND-70处理下, 净光合速率、总叶绿素含量和叶片生物量比对照分别增加49.61%、76.29%和53.84%。氮湿沉降时主要通过增加吸收根与土壤的接触面积, 在NW-35和NW-70处理下, 吸收根表面积比对照增加14.96%和16.17%, 提高了氮利用效率。(2)具有外生菌根的兴安落叶松对氮湿沉降响应更明显, 主要通过吸收根变长变细来促进根系的吸收能力, 在NW-70处理下, 吸收根长度比对照增加20.70%, 吸收根平均直径和皮层厚度比对照减少10.14%和27.25%。研究有助于深入分析菌根类型与大气还原态氮沉降之间的关系, 为不同菌根类型苗木精准养分管理提供借鉴。

干旱是全球范围内森林生态系统面临的主要胁迫之一, 直接影响植物生长和土壤微生物活性, 并间接改变土壤碳循环过程。温带森林在全球碳储存和气候调节中发挥了重要作用, 但针对其土壤碳动态在干旱胁迫下的响应机制研究仍显不足, 尤其对菌根介导的土壤碳过程缺乏理解。该研究利用河南宝天曼长期模拟干旱实验平台结合不同孔径(0.001、0.053、1.45 mm)原位微宇宙培养实验, 探讨了暖温带锐齿槲栎(Quercus aliena var. acuteserrata)林土壤中细根、菌根真菌与非共生微生物在干旱胁迫下分别对碳循环相关的土壤酶活性和颗粒有机碳(POC)及矿物结合有机碳(MAOC)这两种有机碳组分含量的影响。结果显示, 植物通过增加地下碳分配来应对水分胁迫。水解酶活性由于细根与菌根真菌分泌物提供了关键碳源支持而增强, 与此不同, 氧化酶活性主要受水分和pH调控。过氧化物酶活性在干旱处理中显著下降, 其通过抑制复杂化合物的分解促进了0.001、0.053 mm微宇宙中POC的积累。此外, 细根与菌根真菌生物量形成的碳输入也是POC的重要来源。相比植物地下生物量的影响, MAOC更多受干旱条件下微生物代谢活动和土壤环境变化的影响。该研究首次阐明了暖温带锐齿槲栎林中细根、菌根真菌及非共生微生物在干旱胁迫下的功能分化及其协同作用。研究结果表明, 干旱通过改变土壤环境与地下碳分配调控酶活性及碳组分的动态, 进而显著影响土壤碳库的稳定性。这些发现为预测气候变化下森林土壤碳循环提供了新的理论依据, 同时为土壤管理和碳库优化提供了科学支撑。

植物-丛枝菌根真菌(AMF)共生体系构成了陆地生态系统关键的养分传递网络, 在维持生态系统功能方面发挥着重要作用。然而, 目前对于AMF群落组成及其生态功能如何响应全球气候变化仍知之甚少。该研究依托黄土高原半干旱草地的全球变化长期控制实验平台, 利用野外原位样方调查和高通量测序技术, 探讨了降水增加背景下植物水分和养分获取策略及AMF群落组成的响应特征及其潜在关联。研究结果表明, 降水增加提高了半灌木和杂类草的生物量, 降低了禾草的生物量。相较于禾草, 半灌木和杂类草通常具有更加粗短的根系, 这可能增强了AMF的定殖潜力。高通量测序结果显示, 降水增加显著改变了AMF群落组成: 提高了巨孢囊霉科和类球囊霉科的相对丰度, 降低了球囊霉科相对丰度, 并显著提升了AMF群落网络的复杂性, 可能增强了植物对水分和养分的获取能力。综上, 该研究揭示了降水增加背景下植物功能群生长、根系性状、AMF群落组成及植物水分和养分获取策略之间的潜在联系。这些结果表明降水增加可能通过调控植物-AMF互作网络, 对草地生态系统的养分循环产生深远影响。

丛枝菌根真菌(AMF)与植物根系的共生合作关系改善了植物群落的养分吸收效率, 对维持草地生态系统关键的功能和过程起到至关重要的作用。然而, 不同放牧强度下AMF群落的变化规律仍存在争议, 特别是在放牧干扰下AMF群落对土壤多功能性(SMF)的驱动作用仍未被明确解析。该研究选取新疆天山北坡的未放牧、轻度放牧和重度放牧的山地草甸草原为研究对象, 采用高通量测序技术分析AMF群落并构建共现网络。采用基于聚类分析的加权平均值法系统评估SMF, 探究不同放牧强度下AMF群落特征及其对SMF的驱动作用。结果表明, 3个放牧强度的AMF优势属均为球囊菌属(Glomus)和多样孢囊霉属(Diversispora)。随着放牧强度增加, AMF群落的多样性和共现网络的稳定性、复杂性、内聚力以及SMF均呈现先增加后降低的单峰曲线趋势。线性回归和结构方程模型的结果表明, 放牧可通过调控AMF群落多样性、网络复杂性和稳定性驱动SMF。AMF群落多样性对SMF的驱动效应主要依靠其网络复杂性和稳定性来实现, 且群落多样性的直接效应低于复杂性和稳定性。该研究强调AMF群落网络复杂性和稳定性放大了群落多样性对SMF的驱动效应, 强化了群落多样性与SMF的联系。研究结果为实现退化草地生态系统的恢复和可持续管理提供理论参考。

镁肥施用对茶(Camellia sinensis)产量和品质形成具有重要作用, 其作用与丛枝菌根真菌(AMF)和土壤有机碳(SOC)密切相关。然而, 目前对于茶园AMF群落组成及SOC积累对镁肥的响应机制尚不清晰。该研究依托福建省安溪县铁观音茶园长期定位试验基地连续7年镁肥施用实验, 设置4组七水合硫酸镁施用梯度处理: Mg0 (0 kg·hm^-2, 对照)、Mg50 (17.5 kg·hm^-2)、Mg100 (35 kg·hm^-2)和Mg200 (70 kg·hm^-2), 旨在揭示茶园AMF群落和SOC含量对镁肥的响应。结果显示: 与Mg0相比, Mg50、Mg100和Mg200显著提高SOC含量(7.8%、11.7%和14.8%)、交换性Mg²⁺含量(1 370%、2 351%和2 746%)、土壤pH(2.3%、2.8%和4.2%)、土壤可溶性有机碳含量(3.5%、3.3%和4.0%)、修剪凋落物量(6.1%、13.9%和20.2%)和球囊霉属(Glomus)相对丰度(59.5%、75.4%和37.3%)。结构方程模型表明, 镁肥主要通过两条路径协同促进SOC固存: 一是通过改善土壤理化性质, 促进作物生长增加碳源输入, 该路径占比约54%; 二是通过优化AMF群落结构并增强球囊霉属的生态功能, 该路径占比约33%。该研究阐明了镁肥通过调控土壤理化性质和优化AMF群落结构提升茶园碳固存的双路径机制, 为茶园生态系统实现“碳中和”提供了理论依据和技术途径。

植物入侵往往引起本地物种多样性的丧失, 造成巨大的经济损失。用于解释外来植物成功入侵的“共生促进假说”提出: 入侵植物往往可以与具有促进作用的共生微生物形成良好的共生关系。为探究不同营养条件下丛枝菌根真菌(AMF)与凋落物互作对入侵植物生长策略的贡献, 该研究以恶性入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)为研究对象, 通过接种AMF菌剂幼套球囊霉(Claroideoglomus etunicatum)并添加其叶片凋落物, 探讨AMF和凋落物的互作在加拿大一枝黄花响应不同营养条件中的作用。结果显示: 添加凋落物显著提高加拿大一枝黄花的菌根侵染率及侵染丰度; 在低营养情况下, AMF及凋落物都能显著促进植株的茎长、叶面积及地上生物量, 但植株的根冠比显著降低, 且AMF与凋落物互作的效果最为显著; 在正常营养情况下, 仅AMF与凋落物互作对植物的部分指标有显著影响——抑制了根的发育但提高了地上生物量。相对作用强度(RII)分析表明, AMF和凋落物的添加都对加拿大一枝黄花地上部分的生长有显著促进作用, 且在低营养条件下的促进作用显著强于正常营养条件。研究结果表明, 加拿大一枝黄花可以通过AMF与凋落物的互作调整地上地下资源分配策略以应对低营养胁迫。研究结果有助于从共生微生物AMF与凋落物互作的视角解释外来入侵植物如何通过地上地下部分的资源分配策略响应不同营养胁迫, 加深对入侵植物成功入侵机制的理解。

丛枝菌根真菌(AMF)与入侵植物的共生能显著影响其对于本地植物的竞争力, 且不同形态的氮对入侵植物竞争力的影响也存在差异。在氮沉降日益严重的背景下, 探讨不同形态的氮添加条件下AMF对入侵植物生长与竞争的影响, 能更好地理解入侵植物对土壤氮形态的适应性。该研究采用同质园种植实验, 选择常见入侵植物白花鬼针草(Bidens alba)与伴生本地植物一点红(Emilia sonchifolia), 设置单独种植与混合种植两种种植方式及3个氮处理(铵态氮添加、硝态氮添加、不加氮)和2个微生物处理(有AMF、无AMF), 通过比较不同处理间植物生物量、菌根生长响应和植物总生物量竞争响应, 探究不同形态氮与AMF对入侵植物白花鬼针草竞争力的影响。结果表明: 所有氮处理条件下AMF均显著提高了本地植物一点红的生物量, 且单种时添加硝态氮和AMF对其生物量的促进作用最大, 说明本地植物一点红存在显著的AMF依赖性, 这种依赖性也受土壤氮形态的影响。无论单种还是混种, AMF对入侵植物白花鬼针草均未表现出显著的影响, 在不添加氮时AMF对白花鬼针草竞争响应的提升作用最大, 但并未发现AMF能够帮助入侵植物白花鬼针草适应不同形态的氮来维持其竞争力, 这可能与其具有较强的菌根自调节能力有关。该研究证明植物-AMF共生作用受氮添加与氮形态的影响, 强调了氮形态影响入侵植物菌根响应的重要性, 有助于加深理解氮沉降背景下AMF对入侵植物生长与竞争的影响。

外生菌根树木既通过细根直接吸收土壤中的氮(根途径), 也通过外生菌根真菌菌丝吸收土壤氮(菌丝途径)后转移到细根中。然而, 目前对于菌丝途径对外生菌根树木氮获取的相对贡献(f_fungi)的量化估算仍具有较大的不确定性, 其关键影响因素亦不甚明确。该研究以青藏高原东缘岷江冷杉(Abies fargesii var. faxoniana)和糙皮桦(Betula utilis)为对象, 采用¹⁵N自然丰度法量化了菌丝途径对其氮获取的相对贡献, 并进一步分析了f_fungi的关键影响因素。研究发现, 岷江冷杉和糙皮桦通过菌丝途径获取的氮在总氮吸收中的贡献与根途径相当, 菌丝途径对岷江冷杉总氮吸收的贡献率为33.6%-71.8%, 对糙皮桦的贡献率为41.6%-63.0%。此外, 土壤碳氮比、年平均温度及土壤pH是f_fungi的关键影响因素。该研究为深入理解自然生态系统中外生菌根树木氮获取策略及其影响因素提供了新的思路和见解。

盐碱地是解决中国耕地紧缺的重要现实和潜在农业资源, 高效利用盐碱地资源, 实现盐碱地花生(Arachis hypogaea)绿色高效种植是当前保障花生生产的迫切需求。在盐碱胁迫生境下, 丛枝菌根真菌(AMF)能够有效发挥宿主植物在盐碱土壤中的生产潜力, 提高植物耐盐性。尽管AMF提高盐胁迫下花生耐盐性已得到证实, 但有关盐碱耐受型和敏感型花生的生长发育对AMF的响应机制还不清楚。该研究以耐盐花生品种‘花育25’ (‘HY25’)和盐敏感品种‘花育22’ (‘HY22’)为试验材料, 在非盐碱地和盐碱地2种土壤环境下设置AMF花生种子包衣处理, 分析不同耐盐程度花生生长发育和根际土壤环境对AMF的响应机制, 为AMF在盐碱地花生高效生产中的应用提供理论依据和技术支撑。结果表明: 在2种土壤环境下盐耐受型花生和敏感型花生的生长发育和根际土壤特性对AMF的响应机制不同。2种土壤环境下, AMF改善‘HY25’植株地上部分农艺性状, 优化光合参数, 显著增加荚果产量; AMF虽对非盐碱地上‘HY22’地上部分农艺性状有部分抑制作用, 但能增强叶片光合性能, 提高荚果产量和品质。2个品种根系的生长发育对AMF的响应差异显著: 1)在非盐碱地上, AMF对‘HY25’根系生长的促进作用始于花针期, 且促进效果持续至成熟期; 在盐碱环境下AMF主要增加荚果期‘HY25’的根系总长、总表面积和总体积; 2) ‘HY22’根系对AMF的接种更为敏感, 2种土壤环境下, AMF对花针期和/或荚果期根系均有抑制作用, 且盐碱环境下抑制作用>非盐碱地。AMF对根际土壤特性的影响表现为: 1) 2种土壤环境下, 2个品种的土壤有效磷含量显著增加; 2)盐碱环境下, 显著增加2个品种根际土壤过氧化氢酶、磷酸酶、蔗糖酶活性; 3)在非盐碱地上, 对‘HY22’根际土壤酶活性有显著的抑制作用。结果表明, 相较于盐敏感型花生, 盐耐受型花生可能是AMF更为高效的共生品种, AMF能更好地促进其生长发育, 且在盐碱环境下AMF更能有效地发挥其微生物调控的协同作用。

豆禾混播是修复西南退化草地及提升生产力的重要措施。丛枝菌根真菌(AMF)在其中发挥关键的养分调控作用。但AMF如何调控不同根系深度植物构建的混播群落氮吸收与分配机制仍不明晰。该研究根据植物的固氮特性和根系深度差异, 选取深根型豆科植物苜蓿(Medicago sativa)和浅根型豆科植物白三叶(Trifolium repens), 与两种禾本科植物鸭茅(Dactylis glomerata)和黑麦草(Lolium perenne)单播及混播, 设置不同的AMF接种处理(接种和不接种), 利用¹⁵N同位素示踪技术(分别标记3 cm浅层与25 cm深层土壤), 探究AMF对不同根系深度植物氮获取策略及群落功能的影响。结果表明, 混播显著提高了植物群落总生物量, 尤其以“白三叶+鸭茅+黑麦草”混播组合为最佳, 较白三叶或黑麦草单播分别显著增产54.78%和76.58%, 表明浅根型豆科植物与禾本科植物形成了显著的地下生态位互补, 增强了资源利用效率; 相反, 深根型豆科植物苜蓿与禾本科植物因根系空间布局重叠, 种间竞争加强, 混播优势不显著。接种AMF显著促进菌根依赖性较强的白三叶和苜蓿的生物量积累, 削弱了依赖性较弱的禾本科植物鸭茅和黑麦草的竞争优势, 从而提高了豆科植物在群落中的比例; 此外, AMF诱导了植物根系形态的可塑性, 显著增加了白三叶和黑麦草的根系长度。¹⁵N示踪结果发现, 两种混播较单播促进了豆科植物的固氮率, 接种AMF进一步强化了这一过程并降低了豆科植物对土壤¹⁵N的吸收。同时AMF缩小了禾本科植物在不同土层的¹⁵N吸收差异, 促进了其对深层土壤氮的高效利用。AMF通过增强豆科植物固氮效率和促进禾本科植物对深层土壤氮的获取, 实现了群落水平的资源优化配置。该研究验证“浅根型豆科+禾本科”混播并接种AMF是实现地下空间对接与地上高产的最佳策略, 为西南地区人工草地建植提供了理论借鉴。

鄂尔多斯半干旱煤矿区长期以来面临着土壤养分贫瘠、植株定植困难等问题。微生物与植物是生态系统中紧密关联的两大类群, 丛枝菌根真菌(AMF)可与植物互惠共生, 促进土壤生态系统间的养分循环, 但是关于AMF联合不同功能细菌对土壤和草本植物的影响还鲜有研究。该研究将AMF与3种功能细菌多元组合对苜蓿(Medicago sativa)根系进行侵染, 探究了其对鄂尔多斯煤矿区半干旱土壤理化性质的改良以及对该地区植株的促生效应。结果表明, 与只种植苜蓿(CK2)相比, AMF+根瘤菌+巨大芽孢杆菌(ARB)体系使得苜蓿根系土壤中的养分水平显著提升, 土壤有机质、全氮、速效磷含量分别提高了93.7%、117.6%、215.6%。此外, 还提高了植物的抗逆性, 促进了植物的生长, 苜蓿根系的AMF侵染率提高了76.9%, 增加了53.2条一级新根, 侧根长增加8 cm, 地上生物量提升了168.0%。高通量测序结果显示, ARB组中鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、节杆菌属(Arthrobacter)等菌属的相对丰度上升, 成为优势菌属。综上所述, 在ARB微生物体系下真菌与细菌的联合作用对土壤理化性质的改善及苜蓿的促生效果较好, 研究为解决半干旱矿区土壤贫瘠、植物定植困难等问题提供了科学参考。