丛枝菌根真菌在两种一枝黄花属植物获取资源中的作用

Plant-soil feedbacks (PSFs) may play an important role in driving population dynamics, community compositions, and ecosystem functions, especially in enhancing the invasiveness of exotic plant species. In a previous study, we found that fungal invader-soil interaction showed significantly positive feedbacks, while how soil fungi drive such positive feedbacks is still not clear. In this program, an invasive plant species Solidago canadensis and its congeneric native plant species Solidago decurrens will be selected. During the experiment, we will firstly cultivate two target Solidago species, respectively, to acquire invaded and uninvaded soils, or directly collect cultured soils from S. canadensis-invaded and nearby uninvaded paired plots in the field. Then propagules of arbuscular mycorrhizal fungi (i.e., AMF cultures) will be abstracted and isolated from the cultured soils through the wet-sieving method. Two target Solidago species will be planted alone, and with 1:1 mixture receiving two treatments of 1) inoculating AMF cultures, 2) adding nitrogen or phosphorus in organic and inorganic forms. The differences of the performance, competition, and nutrient acquisition of two target Solidago species in different treatments will be compared, in order to clarify the role of AMF in S. canadensis nutrient acquisition during plant-soil feedbacks. This research will enhance our understanding of two hypotheses: enhanced mutualism hypothesis and increased resources availability hypothesis, and will also provide some new evidence for mechanisms of successful plant invasion.

植物-土壤反馈是理解植物种群动态、群落组成以及生态系统功能的重要概念，更是提高入侵植物入侵性的重要机制之一。我们在过去的研究中发现，植物-土壤真菌反馈对入侵植物有显著的促进作用，但不清楚其内在机制如何。本项目选择入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)和其同属本地植物一枝黄花(Solidago decurrens)为研究对象，通过人工培养和自然培养土壤，提取入侵和非入侵的培养丛枝菌根真菌(AMF)，在接种和不接种培养AMF，以及添加不同形态氮或磷处理下，分别单种和混种(1:1)两种一枝黄花属植物，比较它们在不同处理下的生长、竞争和对碳、氮、磷的吸收差异，从而揭示入侵植物-土壤真菌反馈过程中，AMF对入侵植物获取资源的作用。通过本项目的研究，可以增强人们对互利共生假说和增强资源有效性假说的理解，为进一步揭示入侵机制提供参考和依据。

入侵植物能通过改变土壤真菌群落直接或间接地促进自身生长。氮含量高低影响植物与丛枝菌根真菌（AMF）共生关系，进而影响植物生长。然而，入侵植物如何改变AMF群落缺乏分子学证据，氮形态是否会改变入侵植物-AMF相互作用也尚未可知。鉴于此，本研究以加拿大一枝黄花（Solidago canadensis）为研究对象，结合野外驯化和室内接种实验，首先探究了群落水平上该入侵植物生长和入侵植物-AMF相互作用对不同形态氮添加的响应，即选择30对加拿大一枝黄花入侵群落和临近非入侵群落，用湿筛法从根际土壤中获取入侵和非入侵AMF孢子，接种至两种人工群落：加拿大一枝黄花群落和本地植物群落；在生长期间分别供应三种形态氮（NO3-N, NH4-N, Gly-N）。然后采用AMF功能基因测序分析探究加拿大一枝黄花入侵前后根际、非根际AMF群落变化。结果发现加拿大一枝黄花未表现出显著的氮形态依赖性，本地植物则表现出较弱的氮形态依赖性；但入侵AMF可消除氮形态对本地植物的影响。无氮源供应时，AMF不影响两种植物生长，而提供任一形态氮源时，入侵AMF均显著促进该入侵植物地下和总生物量而不改变本地植物生长。加拿大一枝黄花-AMF的正相互作用强度显著大于本地植物，且这种正相互作用是通过直接或间接调节入侵植物的表型特征来实现的。高通量测序结果显示加拿大一枝黄花根际、非根际的AMF群落多样性与本地植物相比，均没有发生显著变化，但结构和组成变化显著，且其根际AMF群落变化明显多于它的非根际AMF群落变化。在该入侵植物根际AMF群落中，类球囊霉科类球囊霉属Paraglomus的物种显著增加，是加拿大一枝黄花根际的标志物种；而双型囊霉属Ambispora是本地植物根际的标志性物种。有趣的是，本地植物和加拿大一枝黄花的根际AMF群落多样性均显著高于非根际AMF群落多样性，群落结构和组成也显著变化。该研究确定了植物入侵对本地AMF群落结构和组成的影响，根际和非根际AMF群落差异，并强调了植物-AMF相互作用在入侵中的重要性，揭示了加拿大一枝黄花特殊的氮获取策略。