教科書要改寫了！菌根真菌並非最喜「甜食」，而更中意「紅燒肉」

相關研究成果北京時間6月8日在線發表於國際頂級學術期刊《科學》。

科學探索不僅意味著發現，也是一種顛覆。毫不誇張地說，從1885年真菌與植物共生體被發現以來，「糖」一直被認為是植物為菌根真菌提供碳源營養的主要形式。中科院上海植物生理生態研究所王二濤研究組最近首次揭示，在叢枝菌根真菌與植物的共生過程中，「脂肪酸」才是植物傳遞給菌根真菌的主要碳源形式，這對於理解生態系統的碳氮循環具有重要的意義，還有助於為作物抗真菌病害提供新的思路。相關研究成果北京時間6月8日在線發表於國際頂級學術期刊《科學》。

菌根真菌接種（圖右）明顯比無菌根真菌（圖左）長勢更好

一百多年來，很少有人提出質疑

為了理解這一發現的意義，先來了解一下什麼是菌根？菌根是自然界中普遍存在的一種共生現象，它是由土壤中的真菌與高等植物根系形成的一種共生體。自然界中，80-90%的植物都具有菌根共生現象。1885年，德國植物生理學家弗蘭克首次發現一些真菌菌絲與樹木根系「友好地」共生，並把他觀察到的這種共生體命名為「菌根」。植物可通過與菌根真菌共生高效率地從土壤中獲得磷和氮等營養；同時植物把20%左右的光合作用產物傳遞給菌根真菌供其生長。每年大約有50億噸的光合作用產物正是通過菌根真菌被固定在土壤中，這對整個生態系統的碳氮平衡具有重要的作用。菌根共生，不僅可以促進植物的生長，其對於促進植物的抗旱、抗澇、抗鹽、抗病、耐受重金屬脅迫等方面的作用也已得到普遍認同。

有趣的是，儘管一直未找到糖的轉運蛋白，也就是不知道糖究竟從何而來，許多科學家卻固執地猜想：糖是植物為共生的菌根真菌提供碳源營養的主要形式。一百多年來，也很少有人提出質疑。1999年，有科學家通過標定實驗得出了「糖可能是碳源營養的主要形式」這一結論。雖然並不是直接的證據，科學界對此卻更加深信不疑。

推翻了一百多年來的傳統認識

其實，早在2010年，還在英國從事博士後研究時，上海植物生理生態研究所研究員王二濤在克隆一些共生植物基因時，就發現「糖」理論無法解釋一些現象。他曾經提出了質疑，並大膽假設了另一種可能——脂肪酸是碳源營養的主要形式，卻並未獲得該領域研究人員的認可。畢竟，「糖」理論已經寫進了教科書。一直到2013年，王二濤學成回國組建了自己的研究組，他依然沒有放棄這一想法。

王二濤的想法並非「無源之水」。脂肪酸是最簡單的一種脂，它是許多更複雜的脂的組成成分。脂肪酸在有充足氧供給的情況下，可氧化分解為二氧化碳和水，釋放大量能量，因此脂肪酸是機體主要能量來源之一。

4年來，研究團隊通過穩定同位素標定實驗，發現植物的脂肪酸合成對於菌根真菌共生是必須的，而且有一類特殊的脂肪酸分子通過植物的轉運蛋白能夠直接傳遞給菌根真菌。該研究系統地揭示了脂肪酸是光合作用碳源的主要傳遞形式，推翻了一百多年來被寫進教科書的傳統認識。

「看來，菌根真菌並非最喜歡吃甜食，而更喜歡吃紅燒肉。」王二濤開玩笑說。這是他從事科研工作以來，論文從投稿到接受最快的一次，前後只用了2個多月時間。

由於這一研究首次否定了糖是植物傳遞給菌根真菌碳源的主要形式，《科學》審稿人也給出了高度評價——王二濤及他的團隊面臨的是一個普遍存在的自然界中營養傳遞的方式問題：植物與叢枝菌根真菌直接的碳營養交換。文章提供了共生及寄生過程中碳源傳遞形式的全新見解，打破了長期以來所認為的碳源形式概念。

有助於將來選育抗真菌病害作物

除了改寫教科書的理論，這一發現還有什麼應用價值呢？

王二濤的研究團隊還發現，脂肪酸在植物的白粉病中起著重要作用。白粉病，多見於小麥，自幼苗到抽穗均可發病，葉子表面生有白色粉狀霉層，甚至可以覆蓋全葉，嚴重影響光合作用，產量受到損失。

白粉病危害糧食安全

研究發現，病原真菌和植物爭奪脂肪酸作為其生長的碳源，進而侵染植物，造成作物減產。實驗中，通過降低研究模式植物病原真菌相互作用中脂肪酸的轉運，能夠有效地抑制病原真菌的致病性。該機理的揭示有助於將來選育抗真菌病害作物，提高作物抗性，從而減少農藥使用。

文中圖片採訪對象提供 題圖來源：視覺中國 圖片編輯：笪曦

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