科学家发现好真菌和坏真菌之间的相互作用推动了森林生物多样性

马里兰大学公园城——科学家们早就知道，森林生物多样性在某种程度上是由稀有物种的优势所驱动的——也就是说，如果只有其他几棵相同物种的树，那么单棵树生存的机会会更大。因此，当任何给定物种的树木数量增加时，该物种的个体树木之间的存活率就会降低。科学家们一致认为，稀有物种的优势通过阻止任何树种主宰森林来促进森林的多样性，但稀有物种优势的潜在机制很难确定。

马里兰大学和中国科学院的研究人员的一项新研究表明，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，在中国亚热带森林中，生活在树根周围的有益土壤真菌的类型决定了树木在生长过程中积累有害病原真菌的速度。当生长在同种树木附近时，病原真菌的积累速度强烈影响树木的成活率。该研究发表在2019年10月4日的《科学》杂志上。

论文合著者、UMD大学生物学教授内森斯文森说：“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。”“但近年来，真菌病原体的重要作用已经变得显而易见。这是第一次有人深入研究这一作用，以了解树木积累致病真菌的速度以及树木与有益真菌之间的关系。它们之间有很强的相关性，这两个因素之间的关系可以很好地预测物种密度如何影响生存。我们没想到会有这么强的相关性。”

在为根提供营养的各种有益真菌中，有两种在这项研究中被证明是重要的：生长在根外的外生菌根真菌和渗透到根中的丛枝菌根真菌。研究人员发现，丛枝菌根真菌根部积累的有害病原真菌比外生菌根真菌快。

斯文森认为，外根周围的外生菌根真菌可以保护根系免受病原真菌的侵害，而丛枝菌根真菌聚集在根系中可以为有害真菌进入树木提供途径。

在整个研究过程中，树木的成活率随着位置和种类的变化而变化，真菌树的数量也与珍稀物种优势的强弱有关。这种变化是森林的典型特征，这使得我们很难找出稀有物种优势背后的机制。通过观察有益真菌和致病真菌，以及同一物种附近树木的存活情况，斯文森和他的同事能够确定清晰的模式。

斯文森说：“在我们的研究中，在高密度组中生长良好的树木外生菌根真菌水平更高。”“此外，我们发现种群密度越大，树木积累病原真菌所遭受的损失就越大。”

研究人员推测，病原体积累更快的树木会随着年龄的增长积累更高的病原体负荷，使它们对附近的幼苗和同一物种的较小树木更具传染性。病原体含量高的树木将感染传播给同一物种的幼苗可能是稀有物种具有优势的潜在原因。即使靠近受感染的邻居，带有外生菌根真菌的树木也可能受到更多保护，这可能解释了为什么它们在高密度种群中表现更好。

为了这项研究，研究人员从中国浙江省古田山国家级自然保护区的一片森林中采集了34种322棵树的根部土壤。斯文森和他的同事从他们的样本中对真菌的DNA进行了测序，然后将与每个树种相关的真菌类型与不同树龄树木积累的真菌数量进行了关联。他们还研究了2006年至2014年同一森林的长期幼苗存活数据，指出了随着同一物种树木数量的增加，每个物种的幼苗是如何存活的。

分析表明，珍稀物种优势度在种间和地点间的变化可以用根部周围土壤中有益真菌的类型来解释。与外生菌根真菌相关的树种病原真菌积累速度较慢，珍稀物种优势较弱。与丛枝菌根真菌相关的树木，病原真菌积累率高，珍稀物种优势强。

斯文森说：“我们都知道，稀有物种的优势对森林多样性真的很重要。”“通过这项研究，我们真正开始看到这些生态系统中的微生物成分之间的复杂斗争，以及不同真菌之间的双重作用。”

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