其实植物也会“上网”，它们还有自己的“防火墙”

在我们享受高速网络带来的便捷时，可能想不到大自然中的植物和真菌共生的“菌根”也运行着一个信息共享的网络。最近，中国科学家领导的团队发现，这个网络还能传递“预警”：当一株植物受到病原侵袭时，信号会通过菌根传递给邻居，让它提前进入防御状态。其实，大自然早已掌握了信息共享的智慧。

撰文 | 李勃（陕西省生物农业研究所）

亲爱的朋友们，当你坐在桌前专心用电脑浏览网页或是躺在沙发上用手机忘我地刷视频时，可能不会想到，一场悄无声息的网络对话正在脚下的土壤中进行。而这场通讯的“关键参与者”，竟是我们餐桌上常见的老朋友——蘑菇。

说到蘑菇，大家都很熟悉。但为什么松露、松茸、牛肝菌这些美味佳肴几乎都生长在森林里？有人说是因为森林有厚厚的落叶和肥沃的土壤，也有人说是因为湿润的气候条件。而真正的原因可能让你大吃一惊：这些美味真菌实际上与树木建立了一种秘密合作关系，而这场合作的“签约仪式”就发生在“菌根”上。
菌根：既不是菌，也不是根

菌根（mycorrhiza）这个词汇来自拉丁文，由“真菌”（mycors）和“根系”（rhiza）组合而成。但它既不是一种菌，也不是某种植物的根，而是土壤中的真菌与植物根系形成的互惠共生体。

图1 真菌菌丝与油松根系共生形成了菌根丨图源：王琴摄

想象一下：植物通过光合作用制造食物，但它不太擅长从土壤中吸收水分和营养；真菌擅长吸收水分和矿物质，却不会自己制造食物。于是它们决定“搭伙过日子”——真菌用自己四处扩散的菌丝为植物扩大养分吸收面积，植物则回报以碳水化合物。这种合作从奥陶纪至今已经持续了4亿多年，比人类历史久远太多。

如今，自然界中约有34万种陆生植物都与菌根真菌共生，其中包括我们熟悉的树木、灌木、草本，甚至人类的主食作物如水稻、小麦、玉米和土豆。可以说，没有菌根，就没有我们今天看到的郁郁葱葱的陆地生态系统。

图2 据统计地球上有近90%的种子植物可以和真菌共生形成菌根图源：参考文献[2]

菌根网络：地下的“互联网”

科学家们根据形态特征将菌根分为七大类（外生菌根、丛枝菌根、内外生菌根、兰科菌根、浆果鹃类菌根、水晶兰类菌根及欧石楠类菌根），其中外生菌根（占总数2%）、丛枝菌根（72%）、兰科菌根（10%）和欧石楠类菌根（1.4%）是较为常见的四种类型。虽然外生菌根在植物中占比很小，但它们主要是松科、壳斗科等森林建群树种，因此对森林生态系统影响极大。

更有趣的是，真菌的菌丝能够连接不同植物的根系，形成所谓的“共同菌根网络”（Common Mycorrhizal Networks，CMNs）。这就好比植物们早在我们人类发明互联网的亿万年前，就已经搭建起了自己的“网络”。

在这个网络中，一种植物可以同时和多种真菌形成不同类型的菌根，而单个真菌也可以连接周围不同的植物。它们通过这个相互联结的网络实现水分、营养物质的运输，就像我们的物联网一样。

图3 不同植物个体之间通过与真菌形成各种类型的菌根构建起相互联系的地下网络丨图源：参考文献[2]

近期，Cell Host & Microbe上公布了一项由中国科学家主导的开创性研究，揭示了菌根网络的一个惊人功能：根菌能通过传递信息，帮助植物提前做好防御病原侵害的准备！
原来，大自然早在亿万年前就实现了物联网与互联网的融合！
菌根网络如何传递情报？

研究人员设计了一个巧妙的“根箱实验”，他们将两个种植番茄的种植箱相邻放置，中间用仅允许菌丝通过（根系不能通过）的尼龙网隔开。当一侧的番茄被灰霉菌感染后，另一侧的健康番茄虽然没有任何直接接触，却表现出了增强的抗病能力。

进一步的理化分析表明，一组番茄被灰霉病菌感染后，它会通过菌根网络向相邻的健康植物发送“警报”。而这个预警信号是一种叫作茉莉酸（jasmonic acid）的植物激素。

更有趣的是，这种通讯不是单向的。健康植株接收到茉莉酸信号后，会改变其根系分泌的化学成分，增加L-谷氨酸、L-赖氨酸、核黄素等物质的分泌。这些化合物就像是为有益细菌准备的“饵食”，能够吸引链霉菌和放线菌等有益菌群在根部定居。这些有益菌虽然不能直接杀死病原菌，但能够激活植物的系统抗性，相当于给植物打了“疫苗”，使其对病原体攻击具有更强的抵抗力。

图4 菌丝网络传递预警信号示意图丨图源：译自参考文献[1]

你看，这就像抗日战争时候，某个地区有鬼子来扫荡了，游击队员会推倒山顶的歪脖树，看到信号的周边地区立即加强警戒，动员乡亲们提前隐蔽藏好粮食，战士们严阵以待，做好防御敌袭的准备。

研究人员还发现，这种保护效果在有完整土壤微生物群落时更为明显（病害抑制率47.80%），比无菌土壤情况（26.82%）高出近一倍，表明自然土壤中的微生物多样性对系统功能至关重要。
分子对话：菌根网络中的精密通讯机制

更重要的是，这项研究揭示了这种地下通讯的分子机制。通过RNA测序技术，研究团队发现：被感染植株和通过菌根网络连接的健康植株中，茉莉酸合成和信号传导通路的相关基因都显著上调。通过稳定同位素标记实验，研究人员直接观察到了经过标记的茉莉酸分子从感染植株通过菌根网络转移到健康植株的过程，证实了这种信号分子的直接传递。而当使用茉莉酸合成缺陷或受体突变植株时，这种保护效应显著减弱，证明了茉莉酸信号在这一过程中的核心作用。

这项研究不仅揭示了植物间进行通讯的具体机制，还让我们对自然生态系统的运作方式有了全新认识：
1. 森林是一个高度互联的超级有机体：树木之间不是孤立的个体，而是通过菌根网络相互连接、相互支持的命运共同体。
2.植物拥有复杂的“社交生活”：它们能够通过地下网络交流信息，甚至相互警告危险。
3.微生物是植物的关键盟友：植物不是被动地接受微生物的定居，而是主动招募和管理自己的“微生物组”。

图5 森林生态系统中根际生物地球化学循环过程研究框架图丨图源：参考文献[8]

另外，这项发现不仅具有理论意义，还有巨大的应用潜力。现代农业过度依赖化肥农药，导致土壤退化、环境污染。理解并利用菌根网络，可能为我们提供一条更可持续的农业道路。想象一下，如果我们能在农田中重建这种天然的“预警系统”，是否可以提高作物抗病能力，从而减少农药使用？
目前，科学家们正在探索通过联合接种菌根真菌和有益细菌的方式，构建类似的防御网络。这种微生物联合策略可能是未来生态农业的重要方向。
结语

从4亿年前的奥陶纪到今天，菌根共生关系经历了地球环境的巨变和多次物种大灭绝事件的考验，依然保持着旺盛的生命力。这种持久的合作关系告诉我们：合作而非竞争，才是长期生存的关键。
在面临气候变化、生物多样性丧失、地缘冲突频发和粮食安全等挑战的今天，理解并学习自然界的这种智慧，或许能够为人类提供新的发展思路。

致谢：
感谢辽宁林业科学院王琴博士、陕西省微生物研究所田稼博士、中国科学院大学尚雪副教授等师友为撰写本文提供的支持和帮助。感谢河北大学李国杰老师对本文进行的审校。

参考文献

[1] Xianhong Zhang，et al. Common mycorrhizal networks facilitate plant disease resistance by altering rhizosphere microbiome assembly. Cell Host & Microbe, 2025, 33:1–14

[2] 冯邦等. 外生菌根共生：共生真菌多样性及菌根形成的分子机制中国科学：生命科学,2019, 49(4),436-444.

[3] Andrea Genreet al. Unique and common traits in mycorrhizal symbioses. Nature Reviews Microbiology, 2020,18,649-660.

[4] Wu, S.et al. Chromium immobilization by extraradical mycelium of arbuscular mycorrhiza contributes to plant chromium tolerance. Environ Exp Bot, 2016, 122, 10-18.

[5] 梁宇等. 菌根真菌在生态系统中的作用. 植物生态学报，2002，26（6）,739-745[6] 王浩等. 菌根真菌多样性与植物多样性的相互作用研究进展. 微生物学通报，2020，11,3918-3932[7] 陈艳红等. 兰科植物与菌根真菌的营养关系. 菌物学报，2017，07，807-819[8] 尹华军等. 森林根系分泌物生态学研究：问题与展望. 植物生态学报，2018，42（11）,1055-1070

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