文獻(xiàn)解讀| 在不同的植被類型中，基質(zhì)質(zhì)量驅(qū)動(dòng)真菌殘?bào)w腐爛和分解者的群落結(jié)構(gòu)

日期： 2021-09-08

標(biāo)簽:

#01

摘要

真菌菌絲體是土壤生物地球化學(xué)循環(huán)的重要組成部分，但目前對(duì)真菌殘?bào)w分解的生態(tài)控制僅限于單個(gè)地點(diǎn)和植被類型。通過在美國(guó)中西部溫帶橡樹稀樹草原和闊葉林中部署常見的真菌殘?bào)w，評(píng)估了高質(zhì)量和低質(zhì)量真菌殘?bào)w分解的普遍性及真菌殘?bào)w分解者群落的變化。真菌殘?bào)w質(zhì)量對(duì)分解速率的影響在不同的地點(diǎn)和植被類型上差異顯著，在初始階段高質(zhì)量的真菌殘?bào)w比低質(zhì)量的快2.5倍。在不同植被類型中，真菌殘?bào)w的細(xì)菌和真菌群落與土壤微生物群落不同，并受真菌殘?bào)w質(zhì)量的影響。霉菌、酵母菌和富營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌始終主導(dǎo)著高質(zhì)量真菌殘?bào)w。研究表明，無(wú)論分解環(huán)境的差異如何，與低質(zhì)量的殘?bào)w相比，高質(zhì)量的殘?bào)w分解更快，并支持不同類型的分解微生物。

#02

關(guān)鍵詞

真菌菌絲，真菌菌絲體，黑色素，菌根類型，殘?bào)w，橡樹稀樹草原，溫帶森林

#03

研究背景

土壤碳(C)儲(chǔ)量取決于土壤有機(jī)質(zhì)輸入及其隨后的分解和碳損失速率之間的平衡。真菌菌絲體是土壤碳儲(chǔ)量的主要決定因素之一。真菌菌絲生物量?jī)?chǔ)量大，周轉(zhuǎn)快。真菌生物量死亡(即成為殘?bào)w)后迅速腐爛，并融入活微生物生物量。與其他有機(jī)物輸入相比，真菌殘?bào)w的高營(yíng)養(yǎng)含量也使其成為各種分解者的重要資源。已有研究表明，真菌殘?bào)w生化性狀（氮（N）和細(xì)胞壁黑色素含量）是驅(qū)動(dòng)真菌殘?bào)w分解率的重要預(yù)測(cè)因子。與黑色素含量低、氮含量高的真菌組織(高質(zhì)量底物)相比，黑色素含量高、氮含量低的真菌組織(低質(zhì)量底物)的腐爛速度更慢。通過這種方式可以廣泛預(yù)測(cè)分解速率。然而，目前尚不清楚環(huán)境條件如何與初始基質(zhì)質(zhì)量相互作用，以控制真菌殘?bào)w的分解速率。

生態(tài)系統(tǒng)中的分解受土壤的生物和非生物特性的影響，而這些特性受植被類型，菌根共生優(yōu)勢(shì)類型的影響。土壤性質(zhì)的差異又導(dǎo)致AM和EM群落中分解者生物的功能變異。因此，為探索基質(zhì)質(zhì)量和非生物和生物環(huán)境條件的差異如何相互作用來(lái)控制真菌壞死塊腐爛提供了理想的試驗(yàn)平臺(tái)。此外，真菌殘?bào)w分解者群落不同于非根際土壤，并隨著時(shí)間的推移顯示出相當(dāng)大的組成變化。真菌殘?bào)w質(zhì)量能夠顯著影響細(xì)菌和真菌分解者群落組，也可以通過C:N或黑色素含量的變化影響群落組成。然而這些研究都是在單個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行的，其普遍性仍不清楚。這項(xiàng)研究有助于深化影響土壤有機(jī)質(zhì)快速循環(huán)組分和與快速分解相關(guān)的微生物群落的主導(dǎo)因素的理論理解。

#04

研究結(jié)果

真菌殘?bào)w的殘留量受殘?bào)w質(zhì)量和培養(yǎng)時(shí)間的影響顯著，而不受植被類型的影響。高質(zhì)量真菌殘?bào)w平均比低質(zhì)量真菌殘?bào)w分解快2-3倍。然而，殘?bào)w質(zhì)量的影響是由培養(yǎng)時(shí)間調(diào)節(jié)的，質(zhì)量類型之間的差異在14 天時(shí)最大(圖1)。14 d后，低質(zhì)量的殘?bào)w在草原和森林分別增加了60%和80%，但在56 d和92 d后，兩種殘?bào)w的剩余質(zhì)量均達(dá)到了相同的穩(wěn)定值(~80%的重量損失;圖1)。非線性衰變模型顯示了相似的趨勢(shì)，高質(zhì)量真菌殘?bào)w的k1值在兩個(gè)位點(diǎn)都高得多，而k2值在不同位點(diǎn)和殘?bào)w類型之間基本相等(圖1)。

文獻(xiàn)解讀| 在不同的植被類型中，基質(zhì)質(zhì)量驅(qū)動(dòng)真菌殘?bào)w腐爛和分解者的群落結(jié)構(gòu)

圖1：橡樹草原(a)和溫帶森林(b)的AM主導(dǎo)植被(灰色圓圈)和EM相關(guān)植被(棕色三角形)中，高質(zhì)量的Mortierella elongata和低質(zhì)量的Meliniomyces bicolor殘?bào)w的質(zhì)量剩余比例

AM土壤微生物OTU多樣性顯著高于EM主導(dǎo)的植被土壤，尤其是草原土壤真菌群落和森林土壤細(xì)菌群落(圖2a,b)。在兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，殘?bào)w上的細(xì)菌OTU多樣性比周圍土壤低50%(圖2c)，真菌OTU多樣性相對(duì)于土壤也降低了，但僅在草原顯著降低(圖2d)。微生物多樣性平均比低質(zhì)量殘?bào)w高20%，平均而言，高質(zhì)量的殘?bào)w比低質(zhì)量的殘?bào)w顯著，在森林中的細(xì)菌和真菌都顯著(圖2e,f)。植被類型對(duì)微生物OTU多樣性的影響普遍較低，僅AM植被對(duì)真菌的影響顯著較高(圖2g,h)。同樣，培養(yǎng)時(shí)間對(duì)微生物OTU多樣性的影響有限，只有細(xì)菌在森林生境培養(yǎng)92天后顯著提高(圖2i,j)。

圖2：橡樹草原(a)和溫帶森林(b)中真菌殘?bào)w及其周圍土壤的細(xì)菌和真菌群落多樣性指數(shù)

與OTU多樣性一樣，兩地點(diǎn)土壤和殘?bào)w上的細(xì)菌和真菌群落組成存在顯著差異(圖3)。EM植被下土壤以EM真菌和寡營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌為主，但AM植被下土壤有少量AM真菌，腐生真菌和寡營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌的比例較高(圖4)。相比之下，酵母、霉菌和富營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌在兩個(gè)地點(diǎn)的殘?bào)w上更為常見(圖4)。殘?bào)w質(zhì)量顯著影響兩個(gè)地點(diǎn)的細(xì)菌組成和森林的真菌群落組成?？傮w而言，高質(zhì)量的真菌殘?bào)w中，富營(yíng)養(yǎng)菌、霉菌、酵母菌相對(duì)豐度較高，腐生真菌相對(duì)豐度較低。植被類型對(duì)微生物群落組成也有顯著影響，在AM主導(dǎo)的植被中，真菌殘?bào)w上的病原菌營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更豐富，EM和AM真菌在與其匹配的植被類型中分別更豐富(圖4)。培養(yǎng)時(shí)間對(duì)兩個(gè)地點(diǎn)真菌殘?bào)w的細(xì)菌群落組成有顯著影響，但對(duì)真菌群落組成無(wú)顯著影響，隨著時(shí)間的推移，兩個(gè)地點(diǎn)的寡營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌豐度都在增加，特別是在森林的低質(zhì)量真菌殘?bào)w(圖4)

圖3：橡樹草原(a和c)和溫帶森林(b和d)高、低質(zhì)量殘?bào)w以及AM和EM主導(dǎo)植被下土壤中的細(xì)菌(a和b)和真菌(c和d)群落的非度量多維尺度分析

圖4：不同植被類型(AM和EM主導(dǎo)植被)、殘?bào)w質(zhì)量(高和低)和真菌殘?bào)w培養(yǎng)階段(14、28和42天)的細(xì)菌(a)和真菌(b)相對(duì)豐度

一些細(xì)菌和真菌屬豐度的顯著差異取決于殘?bào)w質(zhì)量。在不同地點(diǎn)或不同植被類型之間，高質(zhì)量真菌殘?bào)w上最常見的豐度較高的細(xì)菌屬包括Nocardia、Mesorhizobium、Orchobactrum和Chitinophaga(圖5)。在低質(zhì)量的真菌殘?bào)w上最常見的細(xì)菌屬包括Burkholderia和Mucilaginibacter。Mortierella是兩個(gè)地點(diǎn)內(nèi)高質(zhì)量真菌殘?bào)w共有的屬，盡管Mucor和Pochonia對(duì)高質(zhì)量真菌殘?bào)w的偏好相似(圖6)。與低質(zhì)量真菌殘?bào)w呈正相關(guān)的真菌屬包括Talaromyces、Clonostachys和Chaetosphaeria。

圖5：不同植被類型(AM和EM植被)對(duì)真菌屬有顯著影響

圖6：不同植被類型(AM和EM植被)對(duì)細(xì)菌屬有顯著影響

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