菌丝途径碳输入对棉花氮素利用的增效机制：根途径的协同与差异化调控

《Plant Physiology and Biochemistry》：Mycelial pathway carbon input enhances nitrogen utilization in cotton more than the root pathway in symbiotic relationships

本研究通过分区生长系统揭示减氮条件下菌丝途径碳输入较根途径更能激发正激发效应（priming effect），通过提升土壤胞外酶（PPO/NAG）活性促进含氮有机质分解，同时增强菌丝对NO3--N的吸收与转运，驱动菌丝-宿主关系从寄生向共生转化，为农业减氮增效提供理论支撑。

　　

Highlight

减氮条件下菌丝途径碳输入通过激发正激发效应，显著提升土壤含氮有机质分解效率，同时增强菌丝对NO₃^--N的吸收能力，最终通过菌丝储存氮的释放及功能转向（寄生→共生）大幅提升宿主氮获取。

根途径与菌丝途径碳输入激发效应比较

如图2所示，在减氮（N1）条件下，根途径的土壤有机碳（SOC）含量显著高于菌丝途径，而菌丝途径的新碳输入量更高（根途径与菌丝途径占比分别为34.09%和65.91%）。菌丝途径的土壤胞外酶活性（PPO、PER、NAG）均显著高于根途径，表明菌丝碳输入对微生物活动的激活作用更强。菌丝碳输入量与土壤原碳含量呈显著负相关（P < 0.05），而根碳输入呈正相关（P < 0.01），印证菌丝途径通过激发效应加速原碳分解。

根途径与菌丝途径对土壤无机氮的响应机制

土壤NO₃^--N和NH₄⁺-N是植物和菌丝吸收的主要氮形态。高氮条件下，根与菌丝途径的土壤无机氮含量均下降；减氮后二者对无机氮的吸收均增强，但菌丝对NO₃^--N的获取能力提升更显著，且菌丝对棉花的氮贡献率与SOC含量呈显著正线性关系（P < 0.05）。这表明减氮促使菌丝通过增强氮转运功能优化宿主氮营养。

结论与启示

研究表明，减氮通过增加植物向地下部分的碳分配，强化菌丝途径的氮贡献功能，并引发强正激发效应，促使根-菌丝关系由寄生转向共生。减氮还能提升菌丝对土壤氮库的活化能力，为通过优化氮肥策略协同提升农业生态系统碳氮效率提供新思路。