在看似寂靜的土壤之下，植物正通過一個神秘的社交網絡“竊竊私語”。
當一株番茄被病原菌侵染時，它并非孤軍奮戰，而是通過地下真菌構成的“互聯網”向鄰居發出警報，觸發一系列連鎖反應，幫助整個植物社區增強抵抗力。
這并非科幻小說，而是南京農業大學教授韋中和東北農業大學研究員周新剛聯手揭示的自然奧秘。他們發現，叢枝菌根真菌形成的菌根網絡（Common Mycorrhizal Networks, CMNs）能夠傳遞茉莉酸（JA）防御信號，改變受體植物根系分泌物組成，從而招募有益微生物增強抗病性。
雙室根箱裝置中間用僅允許菌絲通過的尼龍網隔開。受訪者供圖相關研究成果發表于《細胞—宿主和微生物》（Cell Host & Microbe）。該成果首次完整解析了菌根網絡介導的植物間互作機制，深化了人們對植物間互作的理解，更為綠色農業的發展提供了新思路。
從現象到信號的謎團
“菌根網絡這個概念已經提出幾十年了。2013年就有研究發現，植物通過菌根網絡相連后，一株受病原侵害的植物能將抗性信號傳遞給鄰近植株，但信號物質是什么一直不清楚。”論文共同通訊作者周新剛告訴《中國科學報》，早期研究觀察到類似“植物疫苗”的現象，即受侵害植物通過地下網絡使健康植物產生防御反應，然而其背后的化學信號機制始終成謎。
周新剛與韋中的合作源于共同的研究興趣——“土壤—植物系統健康”。2018年，有研究提出植物受病原侵染后能主動從根際招募有益微生物，他們就思考：通過菌根網絡相連的另一株植物，是否也能獲得這種招募能力？這一疑問成為研究的起點。
菌根網絡由叢枝菌根真菌（AMF）形成，這類真菌能通過菌絲連接不同植物根系，充當植物間信息交流的渠道。然而，生態學觀察與植物生理機制的割裂，使得信號物質的鑒定停滯不前。
“現象是生態的，找化合物是植物生理的，可能因此沒搞到一塊去。”周新剛坦言，“我們研究的一個創新之處，正是找到了關鍵信號化合物——茉莉酸。”
雙室根箱中的信號傳遞鏈
實驗設計是研究的關鍵。團隊采用雙室根箱系統這一經典方法，將番茄植株分置兩室，中間用僅允許菌絲通過的尼龍網隔開，這樣就創造了一個理想的研究環境：兩株植物之間只能通過菌根網絡進行“交流”，排除了其他干擾因素，從而模擬了自然條件下菌根網絡的形成。
“菌根網絡的存在形式是極細的菌絲，它能穿過一定孔徑的網，而根系不能。”論文共同通訊作者韋中解釋道，“這樣就能確保兩株植物間只有菌絲連接，排除了根系直接接觸的干擾。”
論文共同第一作者、東北農業大學園藝園林學院博士生張鮮紅介紹，當供體植物被灰霉病菌侵染后，他們觀察到與之通過菌根網絡相連的受體植物，葉片病斑面積顯著減小，顯示出更強的抗病性。隨后，團隊通過多組學分析揭開了信號傳遞的鏈條。
首先，轉錄組測序顯示，受體植物中茉莉酸（JA）信號通路被激活；高效液相色譜-質譜（HPLC-MS）檢測證實，受體植物根系中茉莉酸及活性衍生物JA-Ile含量增加。“這說明茉莉酸可能參與了信號傳遞。”周新剛說，進一步實驗證實，茉莉酸是必需的信號。
最關鍵的證據來自穩定同位素標記：在受侵染供體葉片施加氘標記的茉莉酸，隨后在受體根系中檢測到了該物質。“這直接證實了菌根網絡能夠轉移茉莉酸。”韋中強調，“但茉莉酸可能不是唯一信號，還有其他物質或電信號參與，我們目前只證明了茉莉酸的作用。”
信號傳遞后，受體植物如何響應？團隊發現，其根系分泌物組成改變，如L-谷氨酸、核黃素等化合物增加，這些物質能促進特定有益菌——鏈霉菌和游動放線菌的生長和根際定殖。
盆栽試驗中，這些細菌能夠激活植物防御基因，增強抗病性。“受體植物通過改變分泌物從而‘招募’微生物援軍，提前布防。”周新剛形象地比喻。
從根際到田間：綠色農業的新曙光
研究成果不僅揭示了自然奧秘，更蘊含廣闊應用前景。當談到未來價值時，韋中表示：“我們推測，聯合接種形成菌根網絡的真菌（AMF）和特定有益細菌（如鏈霉菌），或可作為一種生防策略，減少農作物對化學農藥的依賴。”
該團隊發現，茉莉酸甲酯（MeJA）處理能模擬菌根網絡介導的互作效應，激活植物茉莉酸通路，改變根際微生物組，富集有益菌。這提示，在農業中施用類似信號物質或直接引入有益微生物，可增強作物抗性。
對此，韋中提出了“根際益生元”概念，即通過分泌物調控植物根際的益生菌。基于此可以開發類似于腸道“合生元”的產品，用于田間生產。
該研究首次勾勒出了菌根網絡介導抑病微生物組裝配的較完整路徑：從病原侵染到供體植物產生茉莉酸，菌根網絡傳遞茉莉酸，再到受體植物改變分泌物，招募有益微生物，從而增強抗性。這為理解植物-微生物互作提供了新視角，證實植物群落可通過地下網絡實現“群體免疫”。
未來，該團隊將深入探索其他潛在信號物質及不同植物間的互作。“自然生態中，土壤微生物介導的植物‘社交’遠復雜于實驗室，解密這些關系為可持續農業打開了新窗口。”韋中說。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.chom.2025.08.016
本文鏈接：地下“社交網絡”幫作物“傳遞情報”http://m.sq15.cn/show-11-28380-0.html
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