科学家发现促进森林生物多样性的好真菌与坏真菌之间的相互作用

科学家们长期以来一直了解，森林生物多样性在某种程度上是由稀有物种优势驱动的，也就是说，如果周围只有几棵相同物种的其他树木，那么一棵单独的树木就有更好的生存机会。结果，当任何给定物种的树木数量增加时，该物种的单个树木之间的存活率下降。科学家们一致认为，稀有物种优势通过阻止任何一种树种主导森林而促进了森林的多样性，但是稀有物种优势的潜在机制却难以确定。

马里兰大学和中国科学院的研究人员进行的一项新研究表明，土壤真菌和树根之间复杂的相互作用可能是稀有物种优势的原因。研究人员发现，生活在中国亚热带森林树木根部周围的有益土壤真菌的类型决定了树木在生长过程中积聚有害病原真菌的速度。当在同一物种的树木附近生长时，病原真菌的积累速率强烈影响树木的生存状况。该研究发表在2019年10月4日的《科学》杂志上。

该论文的合著者UMD生物学教授内森·斯文森(Nathan Swenson)说：“多年来，人们一直认为食草动物是稀有物种优势的主要驱动力。” “但是真菌病原体的重要作用在最近几年变得很明显。这是第一次有人深入研究这种作用，以研究树木累积致病真菌的速率以及树木与有益真菌之间的关系。两者是如此。这两个因素之间的相关性非常强，可以很好地预测物种密度如何影响生存。我们没有想到如此强烈的相关性。”

在为树根提供营养的各种有益真菌中，有两项在本研究中被证明是有意义的：生长在树根外部的外生菌根真菌和穿入根中的丛枝菌根真菌。研究人员发现，与丛枝菌根真菌相关的树根积累的有害病原真菌比外生菌根真菌更快。

Swenson建议，外部根周围的外生菌根真菌可以保护根免遭病原性真菌侵害，而丛生于根中的丛枝真菌则可能为有害真菌进入树提供途径。

在整个研究过程中，树木的成活率随位置和物种的不同而变化，真菌树的数量与稀有物种优势的强度也相关。这种变化是森林的典型特征，这使得难以找出稀有物种优势背后的机制。通过查看有益真菌和致病真菌，以及树木在同种邻居附近的存活情况，Swenson和他的同事们能够确定清晰的模式。

斯文森说：“在我们的研究中，在高密度组中生长较好的树木具有较高的外生菌根真菌水平。” “此外，我们发现，当种群更密集时，积聚病原真菌的树木遭受的痛苦更大。”

研究人员推测，病原体积累速度更快的树木随着年龄的增长会积累更高的病原体负荷，使它们对附近的任何幼苗和同一物种的较小树木更具感染力。感染从病原体含量高的大树传播到同一物种的幼苗可能是稀有物种优势的潜在原因。

即使靠近被感染的同种邻居，带有外生菌根真菌的树木也可能受到更大的保护，这可以解释为什么它们在较密集的群体中表现更好。

为了进行这项研究，研究人员在中国浙江省古田山国家级自然保护区的一片森林中，从34种物种的322棵树的根部附近收集了土壤。Swenson和他的同事从他们的样本中对真菌的DNA进行了测序，然后将与每种树种相关的真菌的类型与不同年龄树木积累的真菌数量相关联。他们还研究了2006年至2014年同一森林的长期幼苗存活数据，并指出随着同一物种树木数量的增加，每种物种的幼苗存活的状况也很好。

分析表明，物种和位置之间稀有物种优势水平的变化可以用树根周围土壤中的有益真菌类型来解释。与外生菌根真菌相关的树种的病原真菌积累速率较慢，稀有物种优势较弱。与丛枝菌根真菌有关的树木具有较高的致病真菌积累率和较强的稀有物种优势。

斯文森说：“我们都知道稀有物种的优势对森林多样性确实很重要。” “通过这项研究，我们真的开始看到在这些生态系统的微生物组成部分进行了复杂的战斗，以及不同真菌之间的双重作用。”