土壤有机碳是陆地生态系统最大的有机碳库；其储量的微小变化可对大气二氧化碳浓度产生显著影响，进而影响未来气候变化趋势。因此，探究土壤有机碳形成、周转及稳定性维持机制已成为生态学研究的核心科学问题。土壤微生物在土壤有机碳循环过程中的关键作用已得到广泛验证。作为土壤微生物群落中的一类共生真菌，丛枝菌根真菌（AMF）能与大约72%的陆生植物根系形成共生关系。AMF通过广泛分布在土壤中的菌丝网络获取养分并传递给植物以换取植物体内的光合产物。据估算，植物将高达20%的光合产物分配给AMF。分配给AMF的碳一部分用于其根外菌丝生长，另一部分则以菌丝分泌物的形式释放到土壤中。因此，AMF途径被认为是植物源碳流向土壤中的重要途径。与其它类型菌根真菌不同，AMF自身并不具备腐生能力（例如，直接分泌与物质循环相关胞外酶的能力）。因此，AMF-微生物相互作用可能是其调控土壤碳循环的关键机制。此外，AMF与宿主植物形成的共生关系并不是专一的，即同一种AMF能够与多种宿主植物共生。这种宿主特异性共生如何通过AMF-微生物互作调控土壤有机碳循环仍需进一步研究。这对于我们理解由全球变化引起的植物群落组成改变如何通过菌根真菌途径影响土壤碳循环至关重要。
针对上述科学问题，中国科学院成都生物研究所青年研究员唐波以内蒙古典型草原两种优势物种（羊草和大针茅）为研究对象，利用带有不同孔径膜的内生长管装置分离AMF菌丝效应，探究了宿主特异性共生如何通过AMF-土壤微生物互作调控土壤有机碳分解及其组成。结果表明，尽管与资源获取型物种羊草和资源保守型物种大针茅根系形成共生关系的AMF群落没有显著差异，但是由这种宿主特异性共生介导的AMF-微生物互作对土壤有机碳分解及其组成的影响不同。与资源获取型物种羊草共生的AMF主要通过调控革兰氏阳性菌和放线菌群落，进而驱动土壤惰性碳库分解。与资源保守型物种大针茅共生的AMF主要是通过与革兰氏阴性菌互作调控土壤有机碳动态。这可能是由于宿主植物的功能性状决定了通过菌丝途径进入土壤中碳的质量和/或数量（例如菌丝分泌物和菌丝周转），进而改变了微生物群落结构和功能，最终驱动特定碳库的分解。尽管AMF菌丝对总土壤有机碳库无显著影响，但它们加速了土壤与大气之间的碳通量。因此，由全球变化引起的植物群落组成改变可能通过菌丝途径影响草地土壤有机碳动态。该研究强调了植物–AMF–微生物相互作用在土壤循环中的重要性，并提供了机制层面的理解。
上述研究以“Host-mediated interactions between arbuscular mycorrhizal fungi and saprotrophs drive soil organic carbon dynamics”为题发表于国际学术期刊New Phytologist。论文第一作者为中国科学院成都生物研究所唐波青年研究员，通讯作者为中国科学院植物研究所白永飞研究员，德国柏林自由大学Matthias Rillig院士与美国北卡罗来纳州立大学胡水金教授等参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金等项目资助。
文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.71226
图1典型草原优势物种羊草（Leymus chinensis）与大针茅（Stipa grandis）根系内定殖的丛枝菌根真菌（AMF）群落组成（a）；宿主特异性共生介导的AMF-土壤微生物相互作用（b）；AMF菌丝对土壤有机碳分解影响的时间动态（c）；AMF菌丝对室内培养过程中累积CO2释放的影响（d）。