土壤生态学团队在真菌岛屿生物地理学与群落构建研究领域取得重要进展

发布者:金圣圣 发布时间:2021-05-14 浏览次数:417

岛屿生物地理学理论是生态学中最具影响力的理论范式之一,认为岛屿物种数量取决于物种迁入和灭绝速率之间的动态平衡,即近距离的大岛上拥有较多物种;基于该理论的研究过去主要集中在动物和植物群落。得益于免培养分子生物学技术(如高通量测序)的发展,验证岛屿生物地理学理论是否适用于微生物群落成为可能。真菌是多样性仅次于昆虫的第二大生物类群,土壤真菌在生态系统物质分解和生产力维持等方面发挥着重要的生态功能。因此,研究土壤真菌的多样性及群落构建能够促进和加深我们对土壤系统的生物结构、生态功能及其维持机制的综合理解。

我院土壤生态学研究团队与中科院微生物所等多个研究机构合作,以采自南中国海万山群岛和西沙群岛所属的两种类型(非珊瑚岛和珊瑚岛)、共18个海岛的203份土壤为研究对象,运用分子条码结合高通量测序(Illumina MiSeq)技术检测了土壤中真菌的物种多样性,结合多元统计分析和基于零模型的修正随机性比率指数(MST)表征方法,分析了真菌的多样性、群落组成及构建模式。研究发现,近大陆的非珊瑚岛其真菌物种丰富度(α-多样性)显著高于远大陆的珊瑚岛;土壤真菌群落组成在两种类型岛屿之间差异显著,但均主要由确定性过程主导(MST < 50%);对比珊瑚岛屿,在非珊瑚岛屿中,植物群落对真菌群落组成的影响更强。尽管真菌α-多样性与岛屿面积大小无显著相关性,但真菌的β-多样性(群落相异性)随着岛屿面积变大而显著增加。这些研究结果对于更好地预测真菌群落动态变化和破碎化生境的生物多样性保护与管理具有重要科学意义。

该研究成果以“Soil fungal diversity and community assembly: Affected by island size or type?”为题,近日在线发表于欧洲微生物学会联合会主办的旗舰刊物FEMS Microbiology Ecology,郑勇研究员为第一作者和通讯作者

文章链接:https://doi.org/10.1093/femsec/fiab062


1.土壤真菌的物种丰富度(α-多样性, A)和群落相异性(β-多样性, B)与海岛面积之间的关系


微生物的群落构建机制是群落生态学研究的核心问题之一,通常认为可由确定性或随机性过程主导。作为土壤微生物的重要组分,菌根真菌具有丰富的物种多样性并能与80%以上的陆地植物形成互惠共生体,在促进植物生长、增强植物抵抗环境胁迫、维持森林生态系统生产力与稳定性等方面发挥着重要的生态功能。前期研究表明,纬度梯度下森林土壤中细菌的群落构建主要受确定性过程影响,呈趋异性(divergent)格局(Zheng et al. 2020, SBB)。但是,对于大的空间尺度下,土壤(菌根)真菌物种多样性(α-多样性)分布格局和群落变化(β-多样性),特别是真菌群落构建与宿主植物群落之间的关系等仍不清楚。

我院土壤生态学团队与国内外多家科研机构合作,基于中国森林生物多样性监测网络平台,从分布在我国热带、亚热带及温带地区的12处森林大样地中,采集了240份表层土壤样品。采用分子条码技术检测了土壤中总真菌、丛枝菌根(AM)真菌及外生菌根(EM)真菌的多样性与群落组成;使用零模型和多元统计分析的方法分析了土壤真菌的群落构建模式及其影响因子。结果表明,三类真菌群落一致地呈现出显著性趋异模式,且EM真菌群落趋异度更小;局域尺度下,真菌群落和植物群落的趋异程度无明显的关系。在大尺度纬度梯度下,三种真菌群落在热带、亚热带和温带气候区呈现明显的差异性;土壤真菌的β-多样性与环境异质性显著正相关。该研究强调在局域尺度下,由于真菌群落构建具有强的趋异性,将限制真菌群落构建结果的可预测性。

以上结果以“Assembly processes lead to divergent soil fungal communities within and among twelve forest ecosystems along a latitudinal gradient”为题,在线发表于植物学著名期刊New Phytologist (IF = 8.512)。郑勇研究员为论文第一作者,贺纪正教授和胡行伟研究员参与了本项研究。研究得到了科技部基础性工作专项、中科院先导科技专项、国家自然科学基金等项目的支持。

2.针对不同类群和气候区对真菌和植物群落组成的趋异(divergence)或趋同(convergence)强度的估计


文章链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.17457