《Microbial Ecology》：Metabarcoding Reveals Rich and Diverse Aeromycobiota in Protected Oak Forests
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本研究针对欧洲古老橡树林（Quercus robur）空气真菌多样性未知的问题，开展了北波罗的海地区首次的橡树林空气真菌群（aeromycobiota）调查。研究人员通过在立陶宛三个保护橡木林分设置被动孢子捕获器并结合DNA metabarcoding技术，揭示了高多样性的真菌群落结构、林分间的差异格局及功能类群组成。该工作为森林生物多样性评估与长期监测提供了新视角与方法学范例。
在欧洲的中心，生长着一片片古老而宏伟的橡树林。这些以欧洲无梗花栎（Quercus robur）为主的森林，被誉为陆地生物多样性的“热点”，其中栖息的动植物与微生物共同编织着复杂而稳定的生态网络。在生态学家的视野中，真菌，这些时常隐身于土壤和朽木之下的分解者与共生者，扮演着至关重要的角色。它们驱动着养分循环，与植物根系形成互惠的菌根网络，也引发各类植物病害。然而，当我们将目光从地表抬升至空中，一个长久以来被忽视的维度便显现出来：森林空气中悬浮着大量的真菌孢子，它们是真菌进行繁殖、扩散的关键载体，构成了“空气真菌群”。这片无形的生物王国，其物种组成、群落结构、时空动态及其生态功能，在保护完好的古老橡树林生态系统中，却几乎是一片空白。这种认知的缺乏限制了我们全面理解森林生态系统的生物多样性、功能过程以及对环境变化的响应。
为了填补这一知识空白，一组研究人员将目光投向了位于东北欧波罗的海地区的立陶宛。这里分布着受保护的古老橡树林，为研究原始森林生态系统中空气真菌的“本底”状况提供了绝佳样本。研究人员提出了核心问题：这些保护区的空气真菌多样性究竟有多高？不同地点的真菌群落是相似还是存在差异？这些真菌在生态系统中主要扮演什么角色？解答这些问题，对于评估森林健康、监测生物多样性变化乃至理解真菌传播与潜在病害风险，都具有重要意义。于是，一项聚焦于古老橡树林空气真菌群的研究就此展开，其成果最终发表在《Microbial Ecology》上。
这项研究主要采用了被动式孢子捕获技术与DNA宏条形码（DNA metabarcoding）技术相结合的方法。研究人员在立陶宛的三个古老橡树林分（Punia, Dūk?tos 和 ?ilin?）布设了孢子捕获器。在2022年8月至9月间，他们进行了每周一次的采样，共计获得了75份空气孢子样本。随后，他们对这些样本进行DNA提取，并针对真菌内部转录间隔区（ITS）进行PCR扩增和高通量测序。产生的海量序列数据经过生物信息学流程（包括质量控制、序列聚类等）处理，最终被归类为操作分类单元（Operational Taxonomic Unit, OTU），并基于专业的真菌数据库进行物种注释和功能类群（Functional guild）分析。
研究方法
本研究在立陶宛的三个受保护的古老无梗花栎（Quercus robur）林分（Punia, Dūk?tos 和 ?ilin?）进行。空气孢子样本通过被动式孢子捕获器（被动沉降法）于2022年生长季（8月至9月）每周收集一次，共获得75份样本。真菌群落分析采用DNA宏条形码（DNA metabarcoding）技术，靶向真菌核糖体DNA的内部转录间隔区（Internal Transcribed Spacer, ITS）进行高通量测序。原始序列经过质量过滤和预处理后，使用97%的序列相似性阈值聚类为操作分类单元（OTUs）。OTUs基于UNITE数据库进行物种分类学注释，并利用FUNGuild工具进行生态功能类群（如腐生菌、病原菌、共生菌等）的推断。统计分析包括评估alpha多样性（如物种丰富度）和beta多样性，以比较不同林分间和不同时间点真菌群落的差异，并识别各林分的核心与特异性空气真菌类群。
研究结果
1. 空气真菌群落具有高度的多样性
通过对75份样本的测序分析，研究共获得了262,755条高质量真菌序列，聚类为1,881个OTUs，归属于6个门和36个纲。这一结果直接证实了古老橡树林空气中蕴藏着极为丰富的真菌多样性。在物种丰富度（OTU数目）上，子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）占据主导地位，分别贡献了53.1%和44.3%的OTUs。然而，在相对序列丰度（即各物种的序列数占比）上，担子菌门（62.8%）则显著高于子囊菌门（36.6%）。主要的优势类群包括外担菌科（Exobasidiaceae sp.）、枝孢属（Cladosporium sp.）、栅锈菌属（Melampsora sp.）以及地锤（Thelephora terrestris）。这些发现系统揭示了古老橡树林空气真菌群的基本组成框架。
2. 不同林分的真菌群落存在差异与共性
研究发现，三个橡树林分的空气真菌群落既共享一个相当大的“核心”类群集合，也表现出与林分相关的差异。具体而言，Punia林分显示出最高的物种丰富度，并且拥有最大比例的林分特异性OTUs，表明其空气真菌群落最为独特且多样。虽然时间（从八月到九月）对群落组成也有可检测到的影响，但这种时间上的变异幅度，远小于不同林分之间的空间差异。这提示，地理位置或林分本身的局部微环境因素（如林龄、结构、伴生植物等）是塑造空气真菌群落结构的主要驱动力。
3. 空气真菌的功能类群以腐生菌为主
通过对OTUs进行生态功能分类（Functional guild assignment），研究人员得以透视这些空气中“隐形居民”的潜在生态角色。在已确定功能的OTUs中，腐生菌（Saprotrophs）占据绝对优势，占总数的46.5%。这类真菌主要负责分解枯枝落叶和木质残体，是森林养分循环的关键引擎。其次是病原菌（Pathotrophs，14.5%）和共生菌（Symbiotrophs，13.2%），后者主要包括与橡树根系形成外生菌根（Ectomycorrhiza）的真菌。此外，还检测到一定比例的多重营养模式（如病原-腐生菌）类群。这一功能谱系分析表明，古老橡树林的空气孢子库不仅反映了分解者群落的动态，也包含了与树木健康和共生关系密切相关的功能性类群。
研究结论与讨论
本研究通过将被动孢子捕获与DNA宏条形码技术相结合，首次系统刻画了东北欧波罗的海地区受保护古老无梗花栎（Q. robur）森林的空气真菌群。研究得出以下核心结论：首先，这些森林的空气中蕴藏着极高的真菌多样性，主要由子囊菌和担子菌构成，且担子菌在生物量（以序列丰度衡量）上贡献更大。其次，空气真菌群落结构呈现出“广泛核心类群”与“局地特异性类群”并存的格局，不同林分间的差异显著大于时间季节变化的影响，凸显了空间异质性的关键作用。最后，从功能上看，空气孢子库以腐生真菌为主导，同时包含了相当比例的病原菌和共生菌，全面映射了森林生态系统中关键的分解、致病和互惠共生过程。
这项研究的意义重大。在学术层面，它填补了关于古老温带森林生态系统空气真菌多样性知识的空白，为理解真菌的扩散生态学、群落构建机制及其与森林生态过程（如分解、病害传播、菌根网络扩展）的联系提供了关键基线数据。在方法学上，它成功验证了基于被动采样与宏条形码联用策略，是一种高效、灵敏且能解析复杂群落模式的技术路径，适用于大尺度、长期的真菌生物多样性监测。在应用层面，所建立的空气真菌群落“指纹”和功能图谱，可作为评估森林生态系统健康、生物完整性以及监测气候变化或人为干扰对森林微生物组影响的灵敏生物指标。研究者特别指出，像Punia这样拥有更高特异性和丰富度真菌群落的林分，可能具有独特的生态价值或处于特殊的演替阶段，值得在未来的保护与管理中给予特别关注。总之，这项研究将我们的认知从“脚下的森林”扩展至“呼吸中的森林”，揭示了古老橡树林中一个此前未被看见的、动态且多样的微观世界，为森林生物多样性保护与可持续管理奠定了新的科学基石。
