增温如何影响杉木对AM真菌共生“伙伴”的甄选?

Based on the reciprocal characteristics of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi and the crucial relationship between their community and function, the response to environmental changes has gained more and more attentions. The influences of warming on AM fungi have been studied based on greenhouse experiment and mid- to high- latitude ecosystem. However, there are few reports on soil warming experiments in tropical areas. In this investigation, we will carry out a soil warming manipulation experiment. Firstly, the growth indexes of Cunninghamia lancelata, AM fungal infection rate, external mycelium length and AM fungal spore density will be evaluated, through which to determine the influence of warming on the mutual interaction between Cunninghamia lancelata and AM fungi; Then, we employed the molecular technologies, such as qPCR and high-throughput sequencing, to reveal the temporal and spatial variations of the AM fungal abundance, community and diversity; Finally, 13C-DNA-SIP is used to confirm the active AM fungal community members under warming to figure out the possible mechanisms regarding the effects of warming on Cunninghamia lancelata-AM fungi association. The knowledge will do great help towards the understanding of the response and feedback of AM fungi to global warming and will provide the theoretical basis for further understanding forest management under global change.

鉴于丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal, AM）真菌与宿主植物的共生特性及其多样性与功能的密切关系，AM真菌对环境变化的响应备受关注。增温对AM真菌影响的研究主要基于室内模拟增温和中高纬度的增温平台，热带、亚热带地区的研究尚少。本项目拟基于亚热带野外原位增温平台，从杉木-AM真菌的角度出发，首先通过对杉木形态特征、根系养分以及AM真菌侵染率、菌丝密度和孢子密度的动态测定，评价增温对杉木-AM真菌菌根共生体的影响；然后利用qPCR和Illumina高通量测序技术对AM真菌群落组成、多样性和丰度进行研究，揭示AM真菌对增温的响应特征及季节变化规律；最后应用13C-DNA-SIP技术识别增温条件下活性AM真菌类群，明确增温对杉木-AM真菌的影响机理。本工作的开展及研究结果将有助于理解全球变暖背景下AM真菌的响应和反馈，也可为应对全球变化的森林经营措施提供理论支持。

人类活动的影响导致全球温度和氮沉降量持续增加，对陆地生态系统的产生了一定程度的影响。目前针对全球变暖对AM真菌群落特征影响的研究大多基于温带和纬度较高的区域，亚热带地区的报道尚少。本研究首先选择亚热带地区不同林龄杉木林，通过研究AM真菌与杉木共生关系、AM真菌多样性和群落结构，初步分析了亚热带杉木林AM真菌群落特征；而后，依托亚热带野外增温和氮沉降模拟平台，评估了增温和氮沉降对亚热带杉木与AM真菌共生关系的影响，利用现代分子生物学技术，探究了增温和氮沉降下AM真菌的变化规律及影响因子，并通过分析AM真菌谱系结构揭示了驱动亚热带杉木林AM真菌群落装配的主要生态学过程。（1）亚热带杉木根系与AM真菌建立了良好共生关系，杉木林土壤中的AM真菌Glomeraceae为优势类群。AM真菌群落结构随杉木林龄的增加而发生显著的改变，主要变化的AM真菌类群是Glomus。AM真菌多样性呈现显著增加趋势，但随着杉木林龄的增加，AM真菌多样性增加幅度减小。AM真菌谱系结构分析表明亚热带杉木林AM真菌群落是聚集的，生境过滤的确定性因素是驱动AM真菌群落装配的主要生态过程。（2）无论增温还是氮添加条件下AM真菌与杉木均建立了良好的共生关系，并且增温和高氮添加显著提高AM真菌侵染率，其中增温基础上高氮添加下AM真菌侵染率的增幅最大，低氮添加对AM真菌侵染率的影响较小，表明增温和高氮添加下杉木对AM真菌的依赖性增大，验证了功能平衡模型对植物与AM真菌碳供需关系的预测。（3）增温和氮添加对AM真菌多样性和群落结构产生了不同程度的影响。AM真菌群落结构根据增温与否呈现显著分异，氮添加对AM真菌群落结构的影响较小。与单独增温相比，增温基础上氮添加使得AM真菌群落结构进一步发生分异，表明氮添加加剧了增温对AM真菌群落结构的影响。增温和高氮添加下具有较好吸收磷养分的Gigasporaceae和具有较好抗性的Acaulosporaceae的相对丰度显著增加，Glomeraceae的相对丰度降低，特别是在增温基础上高氮添加下AM真菌类群相对丰度变化幅度更大。