菌根真菌，與植物是敵是友？

健康 07-09

在我們大多數人的印象中，植物的基本生長模式，無非是憑藉著根系，從土壤中汲取水分和養料，供給地上的綠色部分進行光合作用。

植物的理想生長模式。圖片：筆者提供

菌根真菌，與植物是敵是友？

然而，事實並非這麼簡單，如果沒有一群古老的盟友，植物可能根本無法適應陸地險惡的環境，而這些盟友長久以來一直被人們所忽視，直到最近，科學家才逐漸揭開他們的面紗。

早在19世紀中葉，人們偶然發現，在很多植物的根系中，都生活著一些很特別的微生物，這些微生物往往存在於植物根系的內部，卻能向外伸出密密麻麻的菌絲。當時，人們還不清楚這些微生物到底是什麼，也不知道這些微生物對植物而言是敵是友。後來，人們稱這種微生物為菌根真菌。

圖片：bigblogofgardening.com

菌根真菌，與植物是敵是友？

顯微鏡下染色後的菌根真菌的泡囊和孢子。圖片：筆者提供

菌根真菌，與植物是敵是友？

一個多世紀過去了，人們驚奇地發現，菌根真菌在植物界的存在竟是如此廣泛，大約80%的陸地植物根系中，都感染有菌根真菌，不僅如此，化石記錄顯示，早在4億多年前，植物的根系中就已經存在菌根真菌了。因此，可以肯定的說，菌根真菌伴隨著植物走出海洋、征服陸地，一步步發展至今。如此古老而廣泛的存在，必定不是偶然現象，可是，菌根真菌對於植物而言到底意味著什麼呢？

4.5億年泥盆紀星木（Asteroxylon）化石中的菌根真菌菌體。圖片：Winfried Remy 等

菌根真菌，與植物是敵是友？

經過大量的研究，科學家終於得出了結論：菌根真菌和植物之間建立了對相互都有利的共（jiao）生（yi）關係，這種關係非常微妙，菌根真菌無法進行光合作用，只能從植物體內獲取碳水化合物，但同時，作為回報，菌根真菌能幫助植物吸收土壤中的營養元素和水分，並分泌激素調控植物的生長和發育。這種契約般的關係經歷了無數的挑戰和自然選擇的打磨，已然變得牢不可破。對於植物而言，有的甚至已經離不開菌根真菌，比如很多蘭科植物，如果沒有菌根真菌，是不能正常生長發育的。

然而，菌根真菌僅僅是在植物生長過程中發揮作用嗎？當然不是，還記得電影《阿凡達》中，潘多拉星球上的植物都通過根系彼此相連嗎？

電影《阿凡達》中眾多植物通過根系與靈魂樹相連。圖片：diyitui.com

菌根真菌，與植物是敵是友？

這真的不只是存在於人們的想像中。最近幾年，科學家發現了一個非常有趣的現象：看似沉默的植物之間能通過菌根真菌相互溝通和交流。這是如何發生的呢？原來，菌根真菌從根內向外所伸出的菌絲接觸到鄰近的植物根後，能再次侵染進去。這樣無形中，菌絲就將兩株植物的根系聯繫在了一起，俗稱菌絲橋，而千千萬萬的菌絲橋就編織出了一張巨大的菌絲網路。

菌根真菌在植物根系周圍形成龐大的菌絲網路。圖片：M. Brundrett等

菌根真菌，與植物是敵是友？

有實驗表明，當兩棵彼此相連的植物中，其中一棵被草食昆蟲取食，那麼，與這棵鄰近的另一棵植物也會激發起身體內的免疫反應，儘管這棵鄰近的植物還沒有真正遭受到草食昆蟲的取食。這就好比是被蟲咬過後，植物通過菌絲橋告訴旁邊的植物，有敵人來了，你們得趕快做好防禦準備！

菌絲橋在植物根系之間傳遞抗蟲信號的模式圖。圖片：D. Johnson等

菌根真菌，與植物是敵是友？

不但如此，植物還能通過菌絲橋相互輸送養料和碳水化合物，在熱帶雨林中，擁有高大冠層的大樹對陽光造成強烈阻擋，這直接導致很多靠近地面的小樹苗無法獲取足夠的陽光。這時，母樹能通過菌絲橋向周邊的小樹輸送碳水化合物，以維持小樹苗的存活，這種現象和存在與高等動物中的「哺育」行為很像。

但是，對於這一對古老的跨種合作，人們的認識還只是冰山一角，還有很多問題沒有解決，包括，菌根真菌在植物之間傳遞物質和信息的機制是什麼，會不會存在信息傳遞有誤這樣的事情，是不是所有菌根真菌對植物都有利等等！同時，正是這些疑問激發人們浮想聯翩，不斷探索一個又一個新的空間。

參考文獻：

[1] Remy W., Taylor T.N., Hass H. and Kerp H. 1994. Four hundred-million-year-old vesicular arbuscular mycorrhizae.Proc. Natl. Acad. Sci. 91: 11841-11843.

[2] Brundrett M., Bougher N., Dell B.et al. 1996. Working with mycorrhizas in forestry and agriculcure. Canberra.ACIAR Monograph: 120-290.

[3] Johnson D. and Gilbert L. 2014. Interplant signaling through hyphal networks.NewPhytologist205: 1448–1453

END

要是沒有菌根真菌，我們連茭白都吃不到。不知道為什麼？戳下圖！

菌根真菌，與植物是敵是友？