植物可以通过根际反馈改变根际的化学和生物特性，从而影响自身生长，这种影响可能是积极的也可能是消极的（Bever，1994年；Bever等人，2010年；van der Putten等人，2013年）。微生物群落通过根系分泌物、根系特性和菌根关联来调节这些相互作用（Araujo等人，2025年；Eagar等人，2025年）。例如，植物与菌根真菌的关联可以产生促进植物生长和养分吸收的正面反馈（Smith和Smith，2013年；Pena和Tibbett，2024年；Pena等人，2025b）。A. occidentalis与植物的自由菌根共生关系就是一种有益的例子。与丛枝菌根或外生菌根共生不同，这种共生不涉及根系定植和通过真菌结构直接交换养分。其积极作用归因于根际环境的改善，特别是提高了养分的可溶性，使养分更易于被植物吸收（Kariman等人，2014年、2020年、2022年）。这种非侵入性策略为传统肥料和菌根接种剂提供了一种新的可持续替代方案，并已在多种作物中显示出益处（Kariman等人，2014年、2020年）。尽管A. occidentalis与小麦中自由固氮菌的协同作用已有明确记录（Kariman等人，2022年），但它与本地土壤微生物群落的相互作用仍需进一步研究。不同功能组的植物往往支持不同的微生物群落（Burns等人，2015年；Ling等人，2022年；Jayaramaiah等人，2025年），这主要是由于它们的生态特性和生态位差异（Šmilauer和Šmilauerová，2013年；Rana等人，2018年）。例如，杂草和草本植物在根系结构和分泌物方面存在差异（Ravenek等人，2016年）。
**材料与方法** 2023年4月，从雷丁的Sonning农场（坐标51.481933, -0.897911）采集了沙质壤土（常见的农业土壤类型），深度为0-15厘米。该地块过去三年种植草类和三叶草覆盖作物，且20年来未使用化学肥料。土壤pH值为6.5。采集后，通过筛分（3毫米）去除杂质。准备了两种土壤微生物状态处理：未经处理（生物活性）和经过热处理（微生物贫瘠）。对于处理过的土壤，将筛分后的材料在86.6°C下蒸汽灭菌90分钟（使用Camplex Electric Soil Steriliser，34升），然后休息24小时，重复灭菌过程。通过将2毫升土壤悬浮液接种在马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）平板上并在18°C下培养三周来验证灭菌效果；显微镜检查未发现真菌或细菌生长。在盆栽前，将未经处理和经过处理的土壤分别与未经处理的沙子（Sibelco，英国）和TerraGreen®煅烧粘土（American Granules Plain，OIL-DRI，英国）按2:1:1（体积比）混合，以标准化各处理的基质组成。
实验使用了三种广泛种植的农作物：卷心菜、菠菜、生菜和小麦。每种作物至少播种50粒种子，先在漂白剂和去离子水（DI）溶液中浸泡10分钟进行表面灭菌，然后用去离子水彻底冲洗。种子小心转移到铺有湿润Whatman Type 1滤纸的Petri皿中，并在4°C下保存最多10天。待种子发芽后进行播种。
**真菌接种剂的制备** Austroboletus occidentalis（菌株AB1）在马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）平板上无菌培养。采用蛭石基方法制备菌丝接种剂（Douds等人，2010年；Kariman等人，2014年）。接种剂基质由蛭石（2-5毫米）与泥炭藓按5:1（体积比）混合，填充175毫升玻璃罐的一半。这些罐子在121°C下高压灭菌15分钟，然后加入56.25毫升葡萄糖液体培养基并再次高压灭菌（Lambilliotte等人，2004年）。完全冷却后，在层流罩下用直径5毫米的菌丝块接种每个罐子，确保无菌条件。菌丝块从两周大的A. occidentalis PDA培养物的活跃生长边缘取出。轻轻摇晃罐子使菌丝块均匀分布在基质中，并在20°C下培养5周以促进菌丝定植。随后，完全定植的基质作为活菌剂使用。
为了研究土壤处理、真菌接种和植物物种对土壤酶活性的影响，使用PERMANOVA和欧几里得距离矩阵（vegan包，Oksanen等人，2025）进行了多变量统计分析。使用Partial Least Squares Regression（PLSR）在缩放数据上检查酶活性（BG、CB、NAG、PHO、XYL、LAP）与植物功能性状（生物量、叶片中的N和P浓度、SPAD、LSA、茎与根的比例）之间的关联（mixOmics包，Rohart等人，2017）。使用Variable Importance in Projection（VIP）分数根据它们对性状变异的贡献对酶进行排名。为了测试这些关联是否代表因果途径或对处理的间接响应，我们应用了分段结构方程建模（SEM，piecewiseSEM Lefcheck包，2016）。模型包括三个链接的线性模型：（1）PHO活性作为接种、土壤处理和植物物种的函数；（2）叶片P作为PHO和相同预测因子的函数；（3）生物量作为P、PHO和预测因子的函数。使用psem()组合模型。模型拟合使用Fisher’s C进行评估，方差解释使用R2量化。提取了未标准化和标准化的系数，标准化估计值用于连续预测因子。最终SEM使用DiagrammeR包（Iannone和Roy，2024）以路径图形式展示。
此外，为了探索植物性状、酶活性和营养数据的多变量模式，使用base R stats包进行了主成分分析（PCA）。在分析之前，所有数值变量都被提取并使用Spearman相关矩阵筛查多重共线性，使用corrplot包（Wei和Simko，2025）可视化。识别出高度相关的变量对（r > 0.8），并从每对变量中排除一个变量以减少冗余（例如，Cr、B、Fe、Zn、S、BG、CB）。剩余变量在PCA之前进行中心化和缩放。PCA结果使用ggfortify包（Tang等人，2016）可视化，按处理组和植物物种显示分数，并带有68%的置信椭圆。
4.1 A. occidentalis与本土群落的相互作用：竞争占主导 涉及植物根系与担子菌A. occidentalis关联的菌根共生已被证明可以增强从桉树（Eucalyptus marginata）到小麦、大麦或非菌根油菜等作物的生长和养分吸收（Kariman等人，2020）。在我们的研究中，A. occidentalis接种的效果适中，在微生物贫乏的土壤中最为明显，表明A. occidentalis主要与本土微生物竞争，协同作用仅发生在特定的物种-土壤组合中。在存活率方面观察到接种剂与本土微生物组之间的强烈协同作用，这种现象之前已在菌根或细菌（例如Pseudomonas）接种的不利生长条件下报道过（Davidson等人，2016；Mahmoudi等人，2019）。单独使用A. occidentalis仍能获得高存活率（约95%），表明接种剂可以部分替代本土群落的关键功能（例如，移植压力缓冲）。相比之下，没有A. occidentalis的本土微生物导致较低的存活率且变化较大，其中菠菜最为敏感（低至40%）。A. occidentalis的更强效果可能与其应用方式有关。与本土微生物不同，A. occidentalis不需要与植物根系建立物理相互作用或响应植物存在而生长新的菌丝体，因为它是通过预先形成的、未受干扰的蛭石接种剂引入的（Kariman等人，2020）。这种接种剂占基质的近三分之一，使A. occidentalis在定殖和功能上具有即时优势。同时，小麦在所有处理下的持续100%存活率可能反映了其固有的耐受性或快速建立能力。 A. occidentalis的生长益处在没有本土微生物的处理过的土壤中最为明显，其中卷心菜和菠菜的高度增加，生菜的叶面积增大。在小麦中，接种降低了茎/根比率并增加了SPAD值，表明生理状况可能有所改善，尽管这伴随着磷浓度的降低。与我们的发现相反，Kariman等人（2020）报道了在小麦和大麦中菌根和丛枝菌根真菌之间的真正协同作用，当两种真菌类型都存在时，生物量更高。A. occidentalis支持宿主植物的主要机制是通过增强根际中的磷溶解，主要是通过释放有机酸阴离子（Kariman等人，2014）。这种机制在磷缺乏的土壤中特别有利，如Kariman等人（2020）所描述的。然而，我们实验中的土壤磷浓度为157 mg kg-1，这可能被认为是非常高的（Nakayama等人，2024），可能会降低A. occidentalis在其他土壤微生物存在时的潜在益处。 在某些处理中，特别是在处理过的土壤中的生菜和卷心菜以及未经处理的土壤中的小麦中，A. occidentalis的接种损害了植物的养分吸收。这可能反映了真菌与植物之间或真菌与本土土壤微生物之间的竞争相互作用。在田间条件下，已有报道表明本土微生物群落可以影响接种剂的效果，但接种剂也可能对本土群落产生负面影响（Trabelsi和Mhamdi，2013；Martignoni等人，2020）。因此，A. occidentalis 可能会为了自身的生长而转移资源，这可能会以宿主植物或其他有益微生物为代价，这种情况在该物种中尚未有记录，但与竞争性真菌相互作用中观察到的模式一致（Pena 等人，2025a）。4.2. 植物功能群对 A. occidentalis 接种的反应存在显著差异，具有菌根和非菌根草本植物的反应模式与禾本科植物（小麦）不同。这种差异与宿主植物在塑造其根际微生物组以及以物种特异性的方式与微生物接种剂相互作用的作用相一致。对一种植物有益的微生物可能对另一种植物是中性的，甚至是有害的（Singh 等人，2022）。虽然一些微生物类群是被植物选择性招募的，但其他微生物则是机会主义地定植的，导致在不同宿主植物上的结果差异很大（Pantigoso 等人，2022）。根系分泌物模式、根系形态和现有的共生关系等因素都影响着根际微生物组的结构和功能（Galindo-Castañeda 等人，2022）。因此，植物功能群的身份显著影响植物-微生物相互作用，从而影响微生物的组成和功能，这在 C3/C4 禾本科植物和豆科植物中都有体现（Jayaramaiah 等人，2025）。一个令人惊讶的发现是，接种了 A. occidentalis 的小麦其磷（P）浓度低于未接种的对照组，尽管小麦对丛枝菌根的定植有明显的正面反应（Pellegrino 等人，2015）。然而，A. occidentalis 并未影响磷的吸收，因为处理组之间的总磷含量没有差异。已知小麦还寄居着多样的根际微生物群落，包括促进植物生长的细菌（Mahmoudi 等人，2019）。然而，并非所有的丛枝菌根关联都是有益的。例如，某些本地丛枝菌根群落中的类群，如 Glomus 属，与较低的养分效率和较低的小麦产量有关（Dai 等人，2014）。因此，A. occidentalis 与宿主植物的相互作用的功能结果取决于具体环境（例如养分可用性），不能一概而论（Kariman 等人，2020）。与我们的假设相反，非菌根草本植物（即十字花科植物）从接种中获益更多，但它们的反应是养分特异性的且依赖于具体环境，并且与其他草本植物的反应相似。尽管卷心菜不形成丛枝菌根关联，但它已知拥有多样且有益的根际细菌群落，可以增强养分吸收（Lidbury 等人，2022）并抑制病原体（Wei 等人，2023），这可能弥补了缺乏菌根共生的影响。在卷心菜和生菜中，接种后的叶片氮（N）浓度低于未接种的对照组，但总植物氮含量没有差异，表明氮的吸收并未减少。这表明较低的氮浓度可能是由于植物生长或分配的变化导致的稀释效应，而不是氮可用性的减少。或者，A. occidentalis 的接种可能改变了植物内部的氮分配，但没有影响总吸收量。这与接种应增强养分吸收的预期相反，也与之前关于 A. occidentalis 与多种植物物种广泛兼容性的研究结果相矛盾（Kariman 等人，2020）。这可能表明 A. occidentalis 的功能作用取决于与本地微生物群落和植物物种的相互作用。在叶片镉（Cd）浓度方面观察到了一个有趣的模式，突显了物种身份的重要性：接种了 A. occidentalis 的菠菜积累了更多的镉，而在未经处理的土壤中接种的生菜则镉积累较少。这一发现特别重要，因为这两种植物都是因其可食用的叶子而被栽培的。在菠菜中，A. occidentalis 可能通过酸化或有机酸分泌改变根际化学性质（Kariman 等人，2014），从而增加镉的溶解度和吸收（Bao 等人，2011）。相比之下，在生菜中接种可能增强了微生物相互作用（Han 等人，2023），这些相互作用可以固定镉或减少其可用性（Wang 等人，2017）。尽管有报道称 A. occidentalis 对镉胁迫敏感（Rocha Vasconcelos da Silva 等人，2021），但它与宿主植物的相互作用仍可能以物种特异性的方式影响金属动态。4.3. 本地微生物增强了根际酶活性，但并未直接增加植物生物量本地土壤微生物显著增强了根际酶活性，而 A. occidentalis 的接种对这些功能影响甚微。这令人惊讶，因为基于培养的研究表明 A. occidentalis 的水解酶活性与其他真菌物种相当（Rocha Vasconcelos da Silva 等人，2021）。此外，考虑到 A. occidentalis 在外生菌根真菌目 Boletales 中的系统发育位置，以及先前的证据表明其存在可以增强土壤矿物的生物风化和植物氮的吸收（Kariman 等人，2014, 2018），预期它会对根际酶活性产生更强的影响。偏最小二乘回归显示，较高的酶活性与较低的植物表现和养分状况相关。这一模式最初表明微生物活性和植物表现之间存在权衡，这是出乎意料的，因为所有处理组中的植物可利用养分（包括磷）浓度都很高，通常不会促进激烈的竞争（Kuzyakov 和 Xu，2013）。然而，基于多变量关联的这种解释通过结构方程模型得到了进一步细化，该模型区分了直接效应和间接效应。本地微生物群落增强了根际酶活性，以 PHO 为例，PHO 活性与叶片磷浓度呈正相关。相比之下，植物生物量与叶片磷呈负相关，这与稀释效应一致，即快速生长的植物表现出较低的组织养分浓度。因此，在考虑了植物物种、微生物处理和 A. occidentalis 接种后，未检测到酶活性对生物量的直接影响，表明植物表现反映了土壤微生物状况的响应，而不是根际酶活性的直接效应。主成分分析（PCA）进一步支持了这一解释，它整合了植物性状、养分和酶活性，并在第一个两个成分中清晰地区分了生物活性（未经处理的）和生物贫瘠（热处理的）土壤。植物物种形成了不同的簇，卷心菜、生菜和菠菜聚集在一起，而小麦在排序空间中处于相反的位置，表明它们对土壤微生物条件有物种特异性的反应。这些结果部分支持了我们的第三个假设，即未经处理的、生物活性土壤中的酶活性较高，这是由于本地微生物群落的功能贡献（Pantigoso 等人，2022）。然而，假设的第二个部分并未得到支持，因为 A. occidentalis 对酶活性没有可检测到的影响。在解释我们的发现时，应考虑几个限制因素。首先，我们没有评估 A. occidentalis 接种物的建立或持久性，因此无法确认接种是否在所有处理中都始终成功。虽然没有关于 A. occidentalis 田间接种成功的公开数据，但先前的研究表明，真菌接种通常具有挑战性，其结果受到复杂环境和生物因素的影响（Verbruggen 等人，2013）。其次，我们使用蒸汽灭菌方法制备的微生物贫瘠土壤可能改变了土壤的化学性质，除了微生物群落外，还可能独立影响植物表现。第三，酶活性是在 pH 6.0 的单一缓冲液中测量的，这种方法是一种方法上的折中，而不是针对个别酶的最佳 pH 值进行优化（German 等人，2011）。此外，基于浆液的测定方法量化的是总胞外酶活性，并不能区分微生物来源和植物来源的酶（Nannipieri 等人，2012；Burns 等人，2013）。由于没有量化微生物生物量和群落组成，酶活性应被视为功能性的代理指标，不能直接归因于微生物丰度的变化或特定微生物类群。最后，微生物相互作用的生态后果可能涉及栖息地的改变，这些影响可能在较长的时间尺度上显现，我们的实验持续时间可能不足以捕捉长期的植物-微生物动态（Iqbal 等人，2025）。4.4. 实际建议本地微生物群落对 A. occidentalis 的强烈影响表明，在施用接种剂之前应评估土壤微生物状况，因为只有在微生物贫瘠或受干扰的条件下才能获得最大益处。在生物活性土壤中，接种可能会由于微生物竞争或养分固定而产生有限甚至不利的影响。鉴于观察到的物种特异性反应，接种策略应根据植物功能群进行定制，而不是普遍应用。这一发现支持制定特定作物的接种指南并在实际条件下进行田间验证。在政策层面，生物接种剂认证应要求进行与本地微生物群的兼容性测试，以避免生态破坏。未来的研究应优先进行长期田间试验，整合高通量测序技术将酶活性与微生物群落组成和动态联系起来，采用同位素标记方法（例如 15N 和 32P 示踪剂）直接量化微生物和植物之间的养分分配，并开发人工智能辅助模型来预测变化条件下的土壤-微生物-植物相互作用。作者贡献声明Alana Rogers：撰写——审阅与编辑、方法学、调查、正式分析、数据管理。Rodica Pena：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、验证、监督、方法学、调查、数据管理。Mark Tibbett：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、验证、监督、资源管理、项目管理、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。Amin Soltangheisi：撰写——审阅与编辑、监督、方法学、调查。Aysha Hales-Henao：撰写——审阅与编辑、方法学、调查、正式分析、数据管理。未引用的参考文献Pena 等人，2025a；Pena 等人，2025b；Rocha 等人，2021；Wei 和 Simko，2024。
