非宿主植物不參與菌根網絡嗎？菌絲也會侵染非宿主植物

“與此類似，我們發現當與37個月大的‘冬青櫟-黑孢菌’菌根幼苗為鄰時，十字花科非菌根植物擬南芥的生長也會受到顯著抑制。”中國西南野生生物種質資源庫副主任、昆明植物研究所高級工程師于富強說，但需要注意的是，并非所有的塊菌種都能形成“火燒圈”或類似現象。

于富強、汪延良等人以菌塘現象為切入點，發現很多叢枝菌根和外生菌根菌絲在宿主存在的前提下可以侵染非宿主植物根系，但不形成特征性菌根結構。

“迄今為止，許多研究表明，叢枝菌根菌絲會侵染非宿主植物的根系。”于富強說，但叢枝菌根入侵擬南芥等非菌根植物的根部需要叢枝菌根宿主植物并存，這表明單獨的叢枝菌根真菌菌絲可能無法定殖非宿主植物的根部。只有少數研究表明，宿主植物不是必需的，菌根菌絲侵染非宿主植物根系可能是由宿主植物驅動的。

而一些外生菌根真菌菌絲也可以在非外生菌根植物的活根上定殖，比如塊菌“火燒圈”內植物根系內部能夠檢測到塊菌菌絲。這些外生菌根真菌可能以松散的方式定殖于非外生菌根植物的根部，但不形成外生菌根結構，類似于植物根系內生菌。

“總的來說，許多研究表明，非菌根植物可以通過宿主支持的菌根菌絲連接，這是建立菌根網絡的先決條件。”汪延良說，雖然沒有形成典型的菌根結構，但定殖的菌根菌絲可以在非宿主植物的根部存活，并具有一定的功能。

菌根菌絲顯著抑制非宿主植物生長

人們早就知道，叢枝菌根植物對非菌根植物“鄰居”的生長，具有明顯的不利影響，尤其是對于十字花科而言。當菌根菌絲存在時，非菌根植物“鄰居”的根分枝、根毛發育和地上生物量均受到抑制。

“實驗數據直接證明，宿主支持的菌根菌絲可以穿透或定殖非宿主植物根部，而不會形成典型的菌根結構。”于富強說，非宿主植物最容易受到宿主支持的菌根真菌的不利影響，寄主的生長也受到不同程度的影響。叢枝菌根和外生菌根真菌在“宿主植物-菌根真菌-非宿主植物”三方系統中，對宿主和非宿主植物生長和養分獲取有一些不同的影響。“宿主植物-菌根真菌-非宿主植物”形成的三方體系，對非宿主植物生長和營養吸收有顯著抑制作用;而有趣的是，非宿主植物的存在可以顯著提高黑孢塊菌—冬青櫟菌根苗根際塊菌菌絲量，并促進冬青櫟的氮吸收。

以叢枝菌根-擬南芥為模型的研究發現，菌根菌絲侵染非宿主植物根系誘導了早期的真菌-宿主識別信號機制，但后期啟動防御機制。這一過程不同于致病菌和植物內生真菌侵染植物的過程，也不同于菌絲侵染宿主植物的分子應答機制。同時，菌根菌絲侵染非宿主植物根系，可以增強非宿主植物系統免疫。

基于以上事實，研究團隊提出非宿主植物也能夠參與菌根網絡調控的觀點，并列出了該研究方向上一些亟待回答的科學問題：菌根真菌能否通過菌絲定殖從非宿主植物中獲取和或轉移碳、氮和其他礦質營養素?宿主支持的菌根菌絲是否總是對非宿主植物的生長產生負面影響?對宿主植物本身的生長發育有哪些影響?“宿主植物-菌根真菌-非宿主植物”三方體系對宿主和非宿主植物生長和養分獲取的影響背后的機制是什么?……

“目前，農作物間作因可以較低的投入，獲得高產并抑制病蟲害而備受關注。”于富強說，菌根植物谷物或豆類植物與非菌根作物油菜間作的影響值得關注。未來，禾本科谷物和十字花科作物間種，將是研究菌根介導宿主與非宿主植物相互作用的良好系統。二次離子質譜、碳氮穩定同位素、轉錄組、代謝組等多組學新技術的應用，將促進這個方向的研究。(科技日報記者 趙漢斌)