栲属树木外生菌根真菌的群落结构及其维持机制研究

The genus Castanopsis (Fagaceae) that widely distributed in Chinese forest ecosystems, is rich in species diversity and forms ectomycorrhizal (EM) symbiont with soil fungi. As the key linker of aboveground and belowground ecosystems, EM fungi play essential roles in forest succession, biodiversity maintenance, and nutrient recycling in ecosystems. Unveiling EM fungal community structure and the generating mechanism are the premises for further revealing of the ecosystem function of EM fungi, and also these are hotspots in current ecological research. However, little is known about the EM fungal community associated with Castanopsis plant, presently. Therefore, in this project, EM fungi associated with Castanopsis plant will be examined using the high-throughput DNA pyro-sequencing and ITS barcoding techniques. Furthermore, EM fungal community structure, distribution pattern and the maintenance mechanisms will be investigated from the views of host preference and mutualistic network structure, by analyzing of the EM fungal data with plant identity, plant phylogeny, geographic distance, climate and soil. This project trys to understand the coexisted mechanism between aboveground Castanopsis plant and belowground symbiosis fungi from the view of EM, and will have significances in the protection of forest biodiversity and the restoration of disturbed ecosystems.

栲属(Castanopsis)属于壳斗科(Fagaceae)，广泛分布于我国的森林生态系统中，具有丰富的物种多样性，并与土壤真菌形成互惠共生体?外生菌根(ectomycorrhiza, EM)。作为地上与地下生态系统的关键连接者，EM真菌在森林生态系统的演替、多样性维持以及物质循环中发挥重要的生态功能。而揭示菌根真菌的群落组成及其形成机制是深入阐明菌根生态功能的前提。因此，本项目拟以我国栲属的常见植物为对象，利用高通量DNA测序和ITS条形码技术，检测植物根系的EM真菌多样性；通过分析EM真菌群落与植物种类、植物系统发育、空间距离、气候、土壤等因素的关系，从寄主偏好性和共生网络结构的角度揭示EM真菌的群落结构、分布格局及其维持机制。本项目从EM的角度揭示森林生态系统中栲属植物与地下共生真菌之间的共存机制，对我国森林生物多样性保护以及干扰生态系统的生物修复都有重要的理论和实践意义。

本项目以我国栲属的常见植物为对象，研究了外生菌根（EM）真菌多样性、群落结构、分布格局与维持机制。完成了项目计划书的研究内容和预期目标。主要取得如下创新成果：.1）栲属植物EM真菌群落结构：在我国栲属植物主要分布区的14个地点采集了19种栲属植物的样品400余份、挑取外生菌根根尖40000余个。利用Illumina 高通量测序和DNA条形码技术鉴定了隶属于39个进化的1149个EM真菌分类单元。发现/tomentella-thelephora、/russula-lactarius和/sebacina在39个进化分中占优势，说明栲属的外生菌根真菌群落是由少量优势进化分支和大量稀有进化分支构成的。.2）植物种类和系统发育影响EM 真菌群落的机制：方差分析结果表明不同的宿主植物种之间的EM真菌多样性存在显著差异；群落排序结果表明不同宿主植物种的EM真菌群落组成存在显著差异。PERMANOVA结果表明其中宿主系统发育对EM真菌群落结构的影响最大（可解释14%的差异）。.3）EM 真菌与栲属植物多样性的共存机制：利用EM 共生网络结构和特性分析，发现在群落水平上存在的植物-真菌偏好性。其中19种宿主植物中的7种对外生菌根真菌表现出了显著的偏好性，同时有68%的优势EM真菌分类单元表现出了对宿主的偏好性。Checkerboard score分析的结果表明外生菌根真菌之间存在竞争，而这种竞争可能也是影响栲属植物外生菌根真菌群落结构的因素之一。.4）EM 真菌群落组成的分布格局和维持机制：EM真菌多样性在不同样品间存在显著差异，而这种差异主要由土壤因素（土壤pH，总钙，氮磷比，总碳）和宿主植物系统发育所影响，而空间距离和气候因素对其没有显著作用。EM真菌的群落组成差异是由宿主系统发育、空间距离、气候和土壤因素共同决定，其中宿主系统发育影响最大。