獨特的菌根共生是瀕危樹種保育的難題

摘要

林木健康是穩定森林結構與功能運作之核心。影響樹木生長與存活的因子眾多，其中，外生菌根真菌為提供林木營養源、對抗逆境和病原菌的必要共生真菌。然而，對於受威脅樹種與外生菌根真菌的共生關係研究仍有限。本研究以被IUCN列為易危的台灣雲杉為標的，調查其關鍵的共生菌種，並同時調查其鄰近優勢的台灣鐵杉林與台灣冷杉林的共生真菌多樣性。我們從台灣3個主要山脈的10個高海拔森林調查這三種特有的松科林木的根系和土壤，以高通量定序分析其外生菌根真菌相。結果顯示，台灣雲杉林木根系與森林土壤的外生菌根真菌群落組成，和台灣鐵杉林與台灣冷杉林顯著不同。台灣雲杉共生的優勢共生菌種，在另外兩種松科森林中極稀少。環境缺乏相容的共生菌種可能限制台灣雲杉的播遷與族群擴張。本研究強調台灣雲杉就地保育的重要性，不僅保護樹種本身，亦保護台灣雲杉林的特殊菌庫。在評估台灣雲杉的異地保育和移植策略，需將其關鍵真菌菌種及其空間分布納入考量。

方法與執行步驟

本研究以分子生物學方法調查台灣高海拔特有的台灣雲杉、台灣鐵杉和台灣冷杉，三種松科林木之根系與森林土壤之外生菌根真菌多樣性與分布。從臺灣北部雪山山脈、中部中央山脈及南部玉山山脈中，共設置10個森林樣區。於2020年8月至2021年4月進行採樣，每個樣區隨機選取3株相距至少10公尺的健康植株 (圖一)，以確保樣本獨立性。所獲根系樣本和土壤樣本萃取總體核酸，並以真菌通用性引子增幅目標真菌之序列，以Illumina MiSeq平台進行高通量定序，所獲序列資訊供以比較樹種間的外生菌根真菌多樣性和群落組成。藉以探討氣候變遷下，評估氣候變遷對受威脅樹種共生真菌多樣性之潛在影響，作為高山森林保育與復育之參考。

創新作為與跨域合作

受威脅樹種之保育研究，主要在族群遺傳多樣性、氣候條件和地形之棲地評估及潛在分布預測，較少考量土壤微生物與植物共生之影響。本研究在森林生態與生物多樣性保育上具高度原創性，為全球首次揭示受威脅雲杉的外生菌根真菌群落組成。

預期成果與貢獻

本研究建立了台灣高山森林之外生菌根真菌多樣性與生態資料，並將相關資料上傳至公開台灣生物多樣性平台和全球生物資訊資料庫，以供台灣雲杉之保育以及其他受威脅樹種保育策略研擬與氣候變遷影響評估之研究。本研究證實易危的台灣雲杉有高度專一的外生菌根真菌菌相，其共生菌種在鄰近台灣鐵杉林與台灣冷杉林中稀缺 (圖二)，顯示共生真菌資源可能成為限制其族群擴張與播遷的重要因子。