在看似寂静的土壤之下，植物正通过一个神秘的社交网络“窃窃私语”。

当一株番茄被病原菌侵染时，它并非孤军奋战，而是通过地下真菌构成的“互联网”向邻居发出警报，触发一系列连锁反应，帮助整个植物社区增强抵抗力。

这并非科幻小说，而是南京农业大学教授韦中和东北农业大学研究员周新刚联手揭示的自然奥秘。他们发现，丛枝菌根真菌形成的菌根网络（Common Mycorrhizal Networks, CMNs）能够传递茉莉酸（JA）防御信号，改变受体植物根系分泌物组成，从而招募有益微生物增强抗病性。

双室根箱装置中间用仅允许菌丝通过的尼龙网隔开。受访者供图

相关研究成果发表于《细胞—宿主和微生物》（Cell Host & Microbe）。该成果首次完整解析了菌根网络介导的植物间互作机制，深化了人们对植物间互作的理解，更为绿色农业的发展提供了新思路。

从现象到信号的谜团

“菌根网络这个概念已经提出几十年了。2013年就有研究发现，植物通过菌根网络相连后，一株受病原侵害的植物能将抗性信号传递给邻近植株，但信号物质是什么一直不清楚。”论文共同通讯作者周新刚告诉《中国科学报》，早期研究观察到类似“植物疫苗”的现象，即受侵害植物通过地下网络使健康植物产生防御反应，然而其背后的化学信号机制始终成谜。

周新刚与韦中的合作源于共同的研究兴趣——“土壤—植物系统健康”。2018年，有研究提出植物受病原侵染后能主动从根际招募有益微生物，他们就思考：通过菌根网络相连的另一株植物，是否也能获得这种招募能力？这一疑问成为研究的起点。

菌根网络由丛枝菌根真菌（AMF）形成，这类真菌能通过菌丝连接不同植物根系，充当植物间信息交流的渠道。然而，生态学观察与植物生理机制的割裂，使得信号物质的鉴定停滞不前。

“现象是生态的，找化合物是植物生理的，可能因此没搞到一块去。”周新刚坦言，“我们研究的一个创新之处，正是找到了关键信号化合物——茉莉酸。”

双室根箱中的信号传递链

实验设计是研究的关键。团队采用双室根箱系统这一经典方法，将番茄植株分置两室，中间用仅允许菌丝通过的尼龙网隔开，这样就创造了一个理想的研究环境：两株植物之间只能通过菌根网络进行“交流”，排除了其他干扰因素，从而模拟了自然条件下菌根网络的形成。

“菌根网络的存在形式是极细的菌丝，它能穿过一定孔径的网，而根系不能。”论文共同通讯作者韦中解释道，“这样就能确保两株植物间只有菌丝连接，排除了根系直接接触的干扰。”

论文共同第一作者、东北农业大学园艺园林学院博士生张鲜红介绍，当供体植物被灰霉病菌侵染后，他们观察到与之通过菌根网络相连的受体植物，叶片病斑面积显著减小，显示出更强的抗病性。随后，团队通过多组学分析揭开了信号传递的链条。

首先，转录组测序显示，受体植物中茉莉酸（JA）信号通路被激活；高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）检测证实，受体植物根系中茉莉酸及活性衍生物JA-Ile含量增加。“这说明茉莉酸可能参与了信号传递。”周新刚说，进一步实验证实，茉莉酸是必需的信号。

最关键的证据来自稳定同位素标记：在受侵染供体叶片施加氘标记的茉莉酸，随后在受体根系中检测到了该物质。“这直接证实了菌根网络能够转移茉莉酸。”韦中强调，“但茉莉酸可能不是唯一信号，还有其他物质或电信号参与，我们目前只证明了茉莉酸的作用。”

信号传递后，受体植物如何响应？团队发现，其根系分泌物组成改变，如L-谷氨酸、核黄素等化合物增加，这些物质能促进特定有益菌——链霉菌和游动放线菌的生长和根际定殖。

盆栽试验中，这些细菌能够激活植物防御基因，增强抗病性。“受体植物通过改变分泌物从而‘招募’微生物援军，提前布防。”周新刚形象地比喻。

从根际到田间：绿色农业的新曙光

研究成果不仅揭示了自然奥秘，更蕴含广阔应用前景。当谈到未来价值时，韦中表示：“我们推测，联合接种形成菌根网络的真菌（AMF）和特定有益细菌（如链霉菌），或可作为一种生防策略，减少农作物对化学农药的依赖。”

该团队发现，茉莉酸甲酯（MeJA）处理能模拟菌根网络介导的互作效应，激活植物茉莉酸通路，改变根际微生物组，富集有益菌。这提示，在农业中施用类似信号物质或直接引入有益微生物，可增强作物抗性。

对此，韦中提出了“根际益生元”概念，即通过分泌物调控植物根际的益生菌。基于此可以开发类似于肠道“合生元”的产品，用于田间生产。

该研究首次勾勒出了菌根网络介导抑病微生物组装配的较完整路径：从病原侵染到供体植物产生茉莉酸，菌根网络传递茉莉酸，再到受体植物改变分泌物，招募有益微生物，从而增强抗性。这为理解植物-微生物互作提供了新视角，证实植物群落可通过地下网络实现“群体免疫”。

未来，该团队将深入探索其他潜在信号物质及不同植物间的互作。“自然生态中，土壤微生物介导的植物‘社交’远复杂于实验室，解密这些关系为可持续农业打开了新窗口。”韦中说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chom.2025.08.016