摘要：植物虽然不能 “说话”，却能通过地下一张看不见的 “菌丝网” 互相 “预警”—— 当一株植物遭遇病菌侵袭，它会通过这张网给邻居发送 “抗病信号”，帮对方提前做好防御准备。近日，由中国科研团队主导的研究在国际顶级期刊《Cell Host & Microbe》（2
植物虽然不能 “说话”，却能通过地下一张看不见的 “菌丝网” 互相 “预警”—— 当一株植物遭遇病菌侵袭，它会通过这张网给邻居发送 “抗病信号”，帮对方提前做好防御准备。近日，由中国科研团队主导的研究在国际顶级期刊《Cell Host & Microbe》（2025 年 10 月 8 日刊）发表，首次清晰揭示了这张 “地下通讯网” 的运作机制，为解决番茄等作物的灰霉病难题提供了绿色农业新思路。
菌根网络通过改变根际微生物组组装增强植物抗病性
先给大家科普一个冷知识：地球上约 80% 的陆地植物（包括番茄、黄瓜、小麦等作物）都会和一种叫 “丛枝菌根真菌（AMF）” 的微生物交朋友。AMF 的菌丝会钻进植物根部形成共生关系 —— 植物给真菌提供光合作用产生的 “食物”（碳），真菌则帮植物吸收水和养分，还能搭建一张贯穿土壤的 “公共菌根网络（CMNs）”。
这张 “地下菌丝网” 就像植物的 “朋友圈”，能把相邻的植物连接起来。过去研究发现，当一株植物被虫子啃食或病菌感染时，它能通过 CMNs 给周围健康植物 “通风报信”，但科学家一直没搞清楚：这封 “预警信” 到底是什么物质？它又是如何让健康植物增强抗病能力的？
而另一边，农业生产中，由灰霉菌（Botrytis cinerea）引起的灰霉病堪称 “作物杀手”—— 它能侵染番茄、葡萄、草莓等 200 多种植物，导致果实腐烂、叶片坏死，每年造成全球数十亿的经济损失。传统依赖化学农药的防治方式，不仅污染环境，还容易让病菌产生抗药性。因此，破解植物 “地下通讯” 的秘密，对开发绿色抗病技术至关重要。
基于上述背景，研究团队提出了三个关键科学问题，也是本次研究要攻克的核心：
CMNs 传递的 “抗病信号” 究竟是什么分子？这个信号如何改变健康植物（受体植物）的生理状态？信号是否会影响植物根部周围的微生物（根际微生物组），进而帮助植物抗病？为了搞清楚这些问题，团队设计了一套巧妙的 “根箱实验系统”，就像在实验室里搭建了一个 “植物地下通讯观测站”：
实验材料：以番茄为研究对象（易感染灰霉菌，且 CMNs 研究成熟），灰霉菌（Botrytis cinerea）为致病菌，AMF 真菌（Funneliformis mosseae）为 “菌丝网搭建者”。根箱设计：根箱分为两个隔间，中间用 38 微米的尼龙网和空气间隙隔开 —— 这样既能让 AMF 的菌丝穿过（搭建 CMNs），又能阻止番茄根系和土壤水分交流，排除其他干扰因素，确保 “通讯” 只通过 CMNs 进行。关键对照组：设置 “有 CMNs 连接” 和 “无 CMNs 连接”（切断菌丝）两组，还用到了番茄的 JA 突变体（jai1：JA 受体突变，无法感知 JA；spr8：JA 合成突变，无法产生 JA），验证信号分子的作用。检测手段：用 16S rRNA 基因测序分析根际细菌变化，HPLC-MS 检测根分泌物成分，稳定同位素标记（D5-JA）追踪信号分子传递，RT-qPCR 检测植物防御基因表达。当供体番茄被灰霉菌感染后，会大量合成一种叫 “茉莉酸（JA）” 的植物激素。而 CMNs 就像地下的 “光纤”，能将这种 JA 从感染的供体植物，精准传递到相邻的健康受体植物根部。团队用同位素标记的 JA（D5-JA）验证：2 小时内，供体的 JA 就能通过 CMNs 到达受体根部，而切断 CMNs 后，JA 就无法传递了。
受体植物收到 JA 信号后，会主动调整根部向外分泌的物质（根分泌物）—— 比如增加 L - 谷氨酸、L - 赖氨酸、核黄素、吡哆胺、棉子糖这 5 种关键代谢物。这些物质就像 “诱饵”，能精准吸引土壤中的两种有益细菌：链霉菌（Streptomyces）和游动放线菌（Actinoplanes），让它们在根部聚集。
有趣的是，这两种细菌并不是直接 “杀死” 灰霉菌，而是通过激活番茄自身的防御系统发挥作用：它们能诱导番茄叶片中 Lox-D、PI-II 等防御基因的表达，让番茄提前进入 “防御状态”。实验显示，有 CMNs 连接的受体番茄，灰霉病病斑面积比无 CMNs 的减少 47.8%，而如果受体是 JA 突变体（无法感知或合成 JA），这种抗病效果就完全消失了。
未来可以将 AMF 与链霉菌、游动放线菌混合制成 “生物菌肥”—— 通过接种这种菌肥，让作物快速搭建 CMNs，同时富集抗病细菌，从源头减少灰霉病等病害发生，替代部分化学农药。
通过外源添加 L - 谷氨酸、核黄素等关键代谢物，直接优化土壤环境，帮助作物招募有益细菌，即使在 CMNs 不发达的地块，也能增强土壤的抗病能力。
通过育种技术，培育能更高效利用 CMNs、更易合成 JA 的作物品种（比如番茄、葡萄），让作物自身拥有更强的 “地下通讯” 和抗病能力，从根本上降低病害风险。
虽然本次研究取得了突破，但团队也指出，还有很多问题需要进一步探索：
作物普适性：除了番茄，黄瓜、葡萄等其他易感染灰霉病的作物，是否也通过同样的 CMNs-JA - 细菌机制抗病？自然土壤验证：本次实验用的是灭菌土壤加标准化微生物群落，自然田间土壤中，复杂的微生物环境是否会影响 CMNs 的作用？多信号协同：除了 JA，植物是否还通过 CMNs 传递其他信号（如多肽、RNA）来增强抗病性？多物种群落：在自然植物群落中，不同植物之间通过 CMNs 传递信号时，是否会有 “信息干扰” 或 “协同预警”？这项研究让我们看到，植物并非孤立生存，而是通过 CMNs 形成了一个 “命运共同体”，在真菌和细菌的帮助下共同抵御风险。而中国团队的这一发现，不仅为植物互作领域提供了新理论，更给绿色农业带来了可落地的技术方案 —— 未来，或许我们不用再依赖农药，而是通过调控地下的 “微生物朋友圈”，就能让作物健康生长。
正如论文通讯作者周新刚所说：“理解自然界的共生智慧，才能找到更可持续的农业解决方案。” 这张看不见的 “地下菌丝网”，未来可能成为守护粮食安全和生态环境的重要力量。
来源：农科最前线一点号
