深色有隔内生真菌（DSE）介导高粱植物间普通真菌网络的实验证据：跨植物水分转移与生物量提升的新机制

本研究针对非菌根真菌能否形成跨植物网络的核心问题，以高粱（Sorghum bicolor）和深色有隔内生真菌（Dark Septate Endophyte, DSE）Alternaria alternata为模型，通过可渗透/不可渗透屏障设计（含3 mm气隙隔离），首次在实验室证实DSE可形成跨植物物理连接（H1）。网络连接的受体植物生物量显著高于无网络对照组（H2），且通过水溶性染料（acid fuchsin）示踪验证了水分经DSE菌丝从供体向受体植物的转移（H3）。该发现突破传统"普通菌根网络（Common Mycorrhizal Networks, CMNs）"的认知框架，提出"普通真菌网络（Common Fungal Networks）"概念，为农业生态系统中非菌根真菌的资源调控功能提供新视角。

　　

论文解读

背景：植物地下的隐秘社交圈
长久以来，科学界与公众对植物间通过真菌菌丝形成的"树维网"（Wood Wide Web）充满遐想。这类网络被认为能促进植物生长、提高存活率、传递养分甚至传递抗虫信号。然而，相关研究几乎全部聚焦于菌根真菌（Mycorrhizal fungi）形成的普通菌根网络（Common Mycorrhizal Networks, CMNs）。事实上，许多非菌根真菌（如深色有隔内生真菌Dark Septate Endophytes, DSEs）同样与植物形成重要共生关系。DSEs是一类具黑色素隔膜的根际真菌，广泛分布于苔原、农田等各类生态系统中，与植物形成从互利到寄生的复杂互作关系。若DSEs也能构建跨植物网络，意味着植物间的真菌连接可能远比当前认知更普遍和复杂。

研究设计：空气隔离下的真菌网络验证
为验证这一假说，北亚利桑那大学的研究团队设计了一套精密的实验室系统（图1）。他们将高粱幼苗置于分隔的培养箱中，中间设置三类屏障：

1. 可渗透屏障（Permeable）：含3 mm气隙及双层滤网（内层38微米孔径），允许真菌菌丝穿过但阻断根系和土壤扩散；
2. 不可渗透屏障（Impermeable）：完全阻断菌丝和物质交换；
3. 无菌对照组（Axenic）：无真菌接种。
   供体区接种DSE菌株Alternaria alternata（图3a），通过生物量测定、菌丝显微观察（图2, 3b-c）及叶片注射水溶性染料（acid fuchsin）示踪（图5），验证三个核心假说：

• H1：DSE能否跨越气隙连接植物？
• H2：网络连接能否提升植物生物量？
• H3：网络能否介导水分转移？

关键技术方法

1. 气隙隔离系统：定制培养箱（24.5×9.7×8.2 cm）内置可渗透/不可渗透屏障，3 mm气隙阻断土壤扩散路径（图1-2）。
2. 双阶段实验设计：主实验（Main）含三组处理，补充实验（Follow-Up）增设非共生真菌（Pleurotus ostreatus）对照及无屏障组。
3. 示踪与定量：供体叶片注射0.2 mg/mL酸性品红染料，72小时后通过分光光度计（NanoDrop One）检测受体叶片染料含量，基于标准曲线换算实际转移量（图5）。
4. 生物量验证：收获后测定植株干重，结合显微观察（KOH透明-台盼蓝染色）确认DSE定殖。

研究结果
1. DSE介导的跨植物物理连接（H1）
显微观察清晰显示，DSE菌丝从供体区跨越3 mm气隙（图2b-c），穿透滤网定殖于受体高粱根系（图3b）。菌丝在受体根内形成典型黑色隔膜结构（图3c），而在不可渗透组和无菌组中未见此现象。这首次在实验室证实非菌根真菌可形成跨植物物理网络。

2. 网络连接提升植物生物量（H2）
生物量数据揭示关键规律（图4）：

• 不可渗透组受体植株（无DSE接触）生物量显著低于供体（p<0.001）；
• 可渗透组受体（有网络连接）与供体生物量无显著差异（p=0.28）；
• 无菌对照组因缺乏真菌共生，整体生物量最低。
  这表明DSE网络为受体植物提供了生长增益，可能源于菌丝加速的营养获取或真菌介导的胁迫缓解。

3. DSE网络介导跨植物水分转移（H3）
染料示踪实验提供直接证据（图5）：

• 可渗透组供体与受体叶片染料含量无差异（p=0.57），证实水分经菌丝网络转移；
• 不可渗透组受体染料含量显著低于供体（p<0.01），且无菌组未检出染料；
• 受体叶片可见粉红色染色（图3b），排除气隙冷凝或泄漏干扰。
  该结果首次证明DSE网络可作为跨植物水分运输通道。

结论与意义：重塑真菌网络认知框架
本研究通过严谨的气隙隔离实验，首次提供实验室证据：

1. 非菌根真菌（DSE）可形成跨植物普通真菌网络（Common Fungal Networks），突破传统CMNs理论的边界；
2. DSE网络提升受体植物生物量，为农业应用提供潜在策略，尤其对高粱等非菌根作物；
3. 网络介导水分跨植物转移，拓展了真菌在干旱胁迫响应中的生态功能认知。

研究团队据此提出普通真菌网络（Common Fungal Networks） 新框架（图1），强调：

• DSEs广布于菌根/非菌根植物（如十字花科），可能独立或协同CMNs调控生态系统物质流动；
• 传统病原真菌（如链格孢菌）在特定条件下可转化为共生功能，挑战真菌分类的二元认知；
• 未来需深入解析DSE网络转移的物质类别（碳/氮/信号分子）及田间生态效应。

该成果发表于《Communications Biology》，为理解植物-真菌互作开辟新维度，对设计基于真菌网络的可持续农业（如作物抗逆性提升）具有启示意义。

（注：全文严格依据原文数据，术语如深色有隔内生真菌/Dark Septate Endophyte (DSE)、普通菌根网络/Common Mycorrhizal Networks (CMNs)、链格孢菌/Alternaria alternata等均按原文大小写及格式呈现，实验细节均引自原文图表及方法描述。）