Science | 菌根真菌可以塑造生态系统对环境变化的反应！
在电子显微照片中，菌根真菌（亮灰色）穿透根细胞，为宿主提供水和养分以换取碳
世界植物区系的未来可能更多地取决于地下地情况。90%的植物地下都有一个无形的支持系统--地下的真菌伙伴，它们形成了一个连接植物的丝状网络，将养分和水带到植物的根部。作为回报，植物为真菌提供稳定的碳供应。现在，研究人员了解到，这些隐藏的伙伴可以影响生态系统如何应对气候变化。
根据本月在美国生态学会年会上报告的一项研究，正确的真菌伙伴可以帮助植物在更温暖和更干燥的条件下生存。但会议上的其他研究表明，气候变化也会破坏这些所谓的菌根真菌，甚至加速其宿主植物的消亡。我们确实不能忽视菌根真菌对气候变化的反应。
这些真菌伙伴有两种形式，热带和一些温带森林以及田野和草地上常见的丛枝菌根(AM)侵入根部细胞，并将菌丝的细毛延伸到土壤中。相反，外生菌根真菌(EM)则与针叶树以及橡树、山核桃、桤木和山毛榉有关。它们定居在根的外面，其菌根网络在潮湿的森林地面上长出蘑菇。这两种类型的菌根都能吸收磷和其他营养物质，它们从腐烂的有机物中捕获氮，并帮助在土壤中储存碳。菌根真菌可以说是陆地生态系统中最重要的共生体，因为它们对植物生产力非常重要。
气候变化可能会改变这些共生体。B4WARMED(Boreal Forest Warming at an Ecotone in Danger)项目是一项大规模的工作，旨在监测变暖和干燥对横跨北部纬度的北方森林的影响。该研究还对森林进行人工升温和干燥，科学家们通过对不同区域土壤和根部样本进行测序，研究模拟气候变化对隐藏真菌的影响。
结果发现随着条件变得更加温暖和干燥，EM真菌的多样性下降，"杂草"EM真菌占据了上风。这些 "杂草 "并没有投入大量的精力去构建广泛的地下网络，导致它们的连接性遭到破坏。如果同样的破坏随着气候变化而发生，只有少数植物能与真菌建立共生关系，这可能会剥夺树木的养分。B4WARMED的监测结果已经表明，近年来温暖、干燥的气候正在对北方森林造成伤害。EM真菌的变化起到了什么作用尚不清楚，但菌根真菌群落因气候变化而发生的改变令人深感担忧。未来地上和地下的微生物群落可能会发生一些重大转变，我们现在看到的，可能将来不会再看到了。
美国西南部的松树林是一个不同的生态系统，菌根的变化也会影响树木的复原力。几十年前，飞蛾的侵袭使一些生长在亚利桑那州日落火山口国家纪念碑附近的松树发育不良。受到重创的树木与它们高大的邻居有不同的EM真菌，这表明这两种类型的树木可能在遗传上有所不同。当2002年和2003年特大干旱袭击该地区时，高大树木死亡的数量是原来的两倍。为了研究菌根真菌是否有所区别，北亚利桑那大学的科学家们在温室中进行不同的灌溉处理，并对这两种类型的植物接菌/或不接菌。
结果发现，外生菌根真菌在耐旱性方面发挥了关键作用。洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家将植物幼苗的根部浸泡在重水（作为示踪剂）中观察真菌的作用。结果发现水进入被菌根真菌侵染的耐旱根部的速度比它们不接种时快得多。科学家们在距离火山口不远的地方重新种植松树。因为树木之间的遗传差异似乎决定了两组EM真菌中的哪一组会对它们进行定殖，所以该研究团队小心翼翼地种植具有正确基因型的幼苗，以吸引抗旱真菌。这可能意味着干旱期间植物生与死的区别。
第三项研究表明，菌根真菌可以塑造不仅仅是树木而是整个生态系统对环境变化的反应。由于AM和EM真菌与不同的树种有关，苏黎世联邦理工学院的生态学家想知道真菌本身是否有助于确定哪种森林在特定区域生长。
早先的研究人员曾怀疑真菌确实助于确定不同树木在特定区域生长。科研人员在美国林业局的一组庞大的数据中寻找证据，这些数据追踪了美国东部6965个森林中每一棵树木的种类、生长和死亡情况。他们发现，许多区域要么以与AM相关的树木为主，要么以与EM相关的树木为主；两者混合的情况比较少见。
一项统计分析发现，真菌是造成这种鲜明分裂的关键，研究人员找到了一个可能的原因。主导菌根有助于将森林锁定在一个稳定的状态。在每个区域每隔5年进行一次的树木测量显示，AM树在AM森林中生根的可能性比EM森林中生根的可能性至少高10倍，存活的可能性是EM森林的两倍。同时，EM树更有可能在EM林中茁壮成长。真菌可能会通过改变土壤来实施这种垄断，从而有利于特定物种的生长--例如通过控制氮含量。一个更成熟的真菌网络也可以帮助年轻的树木忍受影响光合作用的浓荫，或者帮助老树抵御干旱或疾病。
这些真菌的控制可能会减缓森林对气候变化等外部胁迫的反应。例如，AM附属的树木往往在较热的温度下生长得更好，但随着气候变暖，它们在EM主导的森林中定殖的速度可能比预期的慢。这些类型的动态可能会变得非常重要，因为我们试图预测全球森林系统在未来将如何变化。