丛枝菌根真菌形态结构、物种...落组成对氮沉降响应研究进展_史加勉.pdf

Review 综述 22 January 2023,42(1):118-129 菌物学报 Mycosystema ISSN1672-6472 CN11-5180/Q Doi:10.13346/j.mycosystema.220371 资助项目：国家自然科学基金(32101286,32170129)This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(32101286,32170129).*Corresponding authors.E-mail:; Received:2022-09-29;Accepted:2022-10-31 菌物学报 Copyright 2023 Institute of Microbiology,CAS.All rights reserved.| Http:/journals- Tel:+86-10-64807521 118 郑勇 福建师范大学地理科学学院、碳中和未来技术学院研究员，“闽江学者”特聘教授。现任中国菌物学会菌根及内生真菌专业委员会副主任委员、Pedobiologia 和应用生态学报编委。主要从事真菌生态学与全球变化研究。高程 中国科学院微生物研究所研究员，真菌组学与生态功能课题组长。长期从事微生物组结构与功能研究，在微生物组稳定性研究方法的开发、微生物群落构建理论的拓展、整体论在共生体研究中的应用等方面取得系列进展。丛枝菌根真菌形态结构、物种多样性和群落组成对氮沉降响应研究进展 史加勉1,2,3，王聪3,4，郑勇1,2,5*，高程3,4*1 福建师范大学 湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室，福建 福州 350007 2 福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350007 3 中国科学院微生物研究所 真菌学国家重点实验室，北京 100101 4 中国科学院大学生命科学学院，北京 100049 5 福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站，福建 三明 365002 摘 要：工业革命以来，人类活动输入到生态系统中的氮迅速增加，已突破地球所能承受的氮循环阈值。过量氮沉降会造成生物多样性丧失等一系列危害，严重影响生态系统结构和功能。丛枝菌根(AM)真菌能够与大约 70%80%的陆地植物种类形成共生关系，在宿主植物养分吸收、抵抗外界不良环境压力、群落动态和物种共存、生物地球化学循环等方面具有重要的作用。探究 AM 真菌对氮沉降的响应对认识和把握菌根真菌缓解氮沉降的负面后果，维持生态系统的结构和功能具有重要意义。本文综述了 AM 真菌的形态结构、物种多样性和群落组成等对氮沉降的响应机制。前人研究表明氮沉降通常降低 AM 真菌的根系定殖率，减少根外菌丝密度和土壤孢子密度，改变菌丝生长的时Review 22 January 2023,42(1):118-129 Mycosystema ISSN1672-6472 CN11-5180/Q 菌物学报 119间动态；降低 AM 真菌多样性，改变 AM 真菌群落组成。氮沉降主要通过缓解植物氮限制、降低植物对菌根的依赖性、减少植物对菌根的碳分配、改变根系和土壤中菌根生物量比率、在植物根内维持稳定的菌根真菌组成作为应对未来扰动的“保险”、改变土壤资源有效性及土壤酸度等直接和间接途径影响 AM 真菌结构和功能。我们建议在未来研究中整合多组学手段、开展学科交叉，聚焦复杂的生物互作体系对氮沉降的响应机制，以及 AM 真菌对氮沉降响应的生态后果。关键词：丛枝菌根真菌；氮沉降；多样性；群落组成；形态结构；适应策略 引用本文 史加勉，王聪，郑勇，高程，2023.丛枝菌根真菌形态结构、物种多样性和群落组成对氮沉降响应研究进展.菌物学报，42(1):118-129 Shi JM,Wang C,Zheng Y,Gao C,2023.Research progress on the responses of morphological structure,species diversity and community composition of arbuscular mycorrhizal fungi to nitrogen deposition.Mycosystema,42(1):118-129 Research progress on the responses of morphological structure,species diversity and community composition of arbuscular mycorrhizal fungi to nitrogen deposition SHI Jiamian1,2,3,WANG Cong3,4,ZHENG Yong1,2,5*,GAO Cheng3,4*1 Key Laboratory for Humid Subtropical Eco-geographical Processes of the Ministry of Education,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,Fujian,China 2 School of Geographical Sciences,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,Fujian,China 3 State Key Laboratory of Mycology,Institute of Microbiology,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100101,China 4 School of Life Sciences,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China 5 Fujian Sanming Forest Ecosystem National Observation and Research Station,Sanming 365002,Fujian,China Abstract:Since industrial revolution,ecosystems have received a vast amount of nitrogen from anthropogenic activities beyond the earths nitrogen cycling threshold.Excessive nitrogen deposition severely threatens biodiversity and ecosystem structure,stability,and functioning.Arbuscular mycorrhizal(AM)fungi,as the symbiosis partners of ca.70%80%of terrestrial plant species,are essential for plants nutrient absorption and stress resistance.Thereby,AM fungi play a crucial role in biogeochemical cycles,plant community dynamics,and species co-existence.Research on the response of AM fungi to nitrogen deposition is essential for understanding and harnessing the roles of AM fungi in mitigating the adverse effects of nitrogen deposition of ecosystem structure and function.The recent progress of the responses of AM fungi to nitrogen deposition is herein reviewed,in terms of morphological structure,species diversity,and community composition.In general,nitrogen deposition reduces AM fungal intra-radical colonization,extra-radical hyphal density,spore density,and taxon diversity,and changes AM fungal community composition.The observed changes likely resulted from the combined effects of several inter-dependent pathways,i.e.,alleviation of plants nitrogen limitation,reduction of mycorrhizal dependence,and alteration of carbon and biomass allocation.We suggest blending multi-omic tools,focusing on the response of biotic interaction to nitrogen deposition and the 史加勉 等/丛枝菌根真菌形态结构、物种多样性和群落组成对氮沉降响应研究进展 综述 菌物学报 120 consequences to ecosystems of AM fungi in response to nitrogen deposition in future interdisciplinary research.Keywords:arbuscular mycorrhizal fungi;nitrogen deposition;diversity;community composition;morphological structure;adaptive strategy 氮是维持生命活动的基本元素之一，也是生物生长发育的限制性元素(de Bang et al.2021)。20 世纪中期以来，由于化石燃料的大量开采使用和人工合成氮肥的生产和施用，导致大量活性氮输入生态系统中，目前已突破地球所能承受的氮循环阈值(Rockstrm et al.2009；Liu et al.2013；Song et al.2016)。2016 年全球平均氮沉降水平为每年 183.5 kgN/km2(Ackerman et al.2019)，据估计全球氮沉降水平在 21 世纪中叶将达到 20 世纪末的 2 倍(Galloway&Cowling 2002)。我国是全球氮沉降最集中的国家之一，2016 年中部地区最高氮沉降已达到每年 5 155.6 kgN/km2(Ackerman et al.2019)。过量的氮沉降会造成一系列严重的危害，如土壤酸化和退化、水体富营养化、空气质量恶化、全球气候变化加剧、动植物多样性丧失、生产力下降和生态系统稳态失调等(Bashir et al.2013)。早在 4.5 亿年前，丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌便与植物形成共生关系，曾在植物登陆过程中发挥重要功能(Selosse et al.2015)。AM 真菌广泛分布于全球陆地生态系统(Sturmer et al.2018；Sturmer&Kemmelmeier 2020)，与大约 70%80%的陆地植物形成共生关系(Smith&Read 2008；Martin et al.2018)。在丛枝菌根共生体系