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青海省寒区恢复生态学重点实验室研究发现黄绿蜜环菌调节高寒草甸植物的生长并影响土壤代谢产物的积累

        青藏高原高寒草甸在亚洲乃至整个地球环境中都扮演着重要的角色,高寒草甸作为青藏高原最主要的植被类型,其生态过程为全球环境提供了多种生态维持功能,如在水土保持和植物多样性维持方面发挥作用,以及在全球碳循环中扮演"碳汇"的角色。然而,高寒草甸的高海拔、低温和缺氧条件使得这些生态系统容易受到过度放牧和气候变化的影响。植物与微生物的关系是生态系统的重要组成部分,为适应高寒的气候环境,高寒草甸已经发展进化出与微生物协同互惠的生存策略,以提高生产力和环境适应能力。黄绿蜜环菌(俗称"黄蘑菇")作为食用腐生生物真菌广泛生长于青藏高原高寒草甸上,极大地影响了土壤pH值、水分、质地和土壤的营养成分,同时也改变着土壤微生物群落。微生物可以通过分解土壤有机质,增加植物对氮(N)、磷(P)、钾(K)和微量元素的吸收,改善高寒草甸的土壤环境。然而,黄绿蜜环菌对高寒草甸植物生长和抗逆性的潜在生理和分子机制尚不清楚。因此,中科院西北高原生物研究所青海省寒区恢复生态学重点实验室与山西农业大学、青海师范大学等高原生态领域专家进行合作,展开了黄绿蜜环菌对两种常见的高寒草甸植物生长代谢的生理和分子机制研究。

        结果表明:黄绿蜜环菌增加了高寒草甸植物养分元素的积累,改善了地上部分组织的生长,但抑制了高寒草甸植物根系的生长。黄绿蜜环菌通过调节矮嵩草和蓝花棘豆对营养元素的吸收和积累以及重组碳/氮代谢,进而影响植物生长。代谢组学分析显示,黄绿蜜环菌能重组碳水化合物和氨基酸代谢,影响有机酸和类黄酮的水平,从而调节植物的生长以适应环境。总之,黄绿蜜环菌通过调节植物对养分的吸收和代谢促进地上部分的生长,这些发现有助于进一步阐明食用真菌对高寒草甸植被的影响。黄绿蜜环菌与植物之间、黄绿蜜环菌与其他土壤微生物之间以及植物之间均存在着复杂的竞争和相互作用,可能会导致植物体内代谢反应变量向相反的方向发展,其潜在的生理和分子机制需要进一步阐明。这些结果为黄绿蜜环菌调节青藏高原高寒草甸植物生长和环境适应过程中的生理和分子变化提供了新的认识。

图1 黄绿蜜环菌内外兰花棘豆叶和根的养分积累对比

图2 黄绿蜜环菌通过调节植物体内营养元素的积累和代谢谱来影响矮嵩草和兰花棘豆的生长。

        该研究结果于2020年9月以"Floccularia luteovirensmodulates the growth of alpine meadow plants and affects soil metabolite accumulation on the Qinghai-Tibet Plateau"为题在线发表在Top一区期刊《Plant and Soil》上(2018-2019年最新影响因子3.299)。青海省寒区恢复生态学重点实验室周华坤研究员为共同通讯作者。

        论文链接:https://doi.org/10.1007/s11104-020-04699-7。该研究得到了国家自然科学基金(31772383,31960268,41761107)、国家重点研发计划(2016YFC0501901)、第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0302)和青海省创新平台建设项目(2017-ZJ-Y20)等项目的资助。