Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) form symbiotic associations with 80% of surveyed land plant species and are well-recognized for accessing and transferring nutrients to plants 1 . Yet AMF also perform other essential functions, notably improving plant-water relations 2 . Some research attributes the role of AMF in plant-water relations solely to enhancing plant nutrition and osmoregulation for plants partnered with AMF 3,4,5 , while indirect evidence suggests AMF may transport water to plants 1,6,7 . Here, we used isotopically-labeled water and a fluorescent dye to directly track and quantify water transport by AMF to plants in a greenhouse experiment. We specifically assessed whether AMF can access water in soil unavailable to plants and transport it across an air gap to host plants. Plants grown with AMF that had access to a physically separated 18 O-labeled water source transpired twice as much, and this transpired water contained three times as much label compared to plants with AMF with no access to the separated labeled water source. We estimated that water transported by AMF could explain 46.2% of the water transpired. In addition, a fluorescent dye indicated that water was transported via an extracytoplasmic hyphal pathway.

A bstract Climate-smart land management practices that replace shallow-rooted annual crop systems with deeply-rooted perennial plants can contribute to soil carbon sequestration. However, deep soil carbon accrual may be influenced by active microbial biomass and their capacity to assimilate fresh carbon at depth. Incorporating active microbial biomass, dormancy and growth in microbially-explicit models can improve our ability to predict soil’s capacity to store carbon. But, so far, the microbial parameters that are needed for such modeling are poorly constrained, especially in deep soil layers. Here, we investigated whether a change in crop rooting depth affects microbial growth kinetics in deep soils compared to surface soils. We used a lab incubation experiment and growth kinetics model to estimate how microbial parameters vary along 240 cm of soil depth in profiles under shallow- (soy) and deeply-rooted plants (switchgrass) 11 years after plant cover conversion. We also assessed resource origin and availability (total organic carbon, 14 C, dissolved organic carbon, specific UV absorbance, total nitrogen, total dissolved nitrogen) along the soil profiles to examine associations between soil chemical and biological parameters. Even though root biomass was higher and rooting depth was deeper under switchgrass than soy, resource availability and microbial growth parameters were generally similar between vegetation types. Instead, depth significantly influenced soil chemical and biological parameters. For example, resource availability, and total and relative active microbial biomass decreased with soil depth. Decreases in the relative active microbial biomass coincided with increased lag time (response time to external carbon inputs) along the soil profiles. Even at a depth of 210-240 cm, microbial communities were activated to grow by added resources within a day. Maximum specific growth rate decreased to a depth of 90 cm and then remained consistent in deeper layers. Our findings show that > 10 years of vegetation and rooting depth changes may not be long enough to alter microbial growth parameters, and suggest that at least a portion of the microbial community in deep soils can grow rapidly in response to added resources. Our study determined microbial growth parameters that can be used in microbially-explicit models to simulate carbon dynamics in deep soil layers.

Abstract Drought disrupts soil microbial activity and many biogeochemical processes. Although plant-associated fungi can support plant performance and nutrient cycling during drought, their effects on nearby drought-exposed soil microbial communities are not well resolved. We used H 18 O quantitative stable isotope probing (qSIP) and 16S rRNA gene profiling to investigate bacterial community dynamics following water limitation in the hyphospheres of two distinct fungal lineages ( Rhizophagus irregularis and Serendipita bescii ) grown with the bioenergy model grass Panicum hallii . In uninoculated soil, a history of water limitation resulted in significantly lower bacterial growth potential and growth efficiency, as well as lower diversity in the actively growing bacterial community. In contrast, both fungal lineages had a protective effect on hyphosphere bacterial communities exposed to water limitation: bacterial growth potential, growth efficiency, and the diversity of the actively growing bacterial community were not suppressed by a history of water limitation in soils inoculated with either fungus. Despite their similar effects at the community level, the two fungal lineages did elicit different taxon-specific responses, and bacterial growth potential was greater in R. irregularis - compared in S. bescii - inoculated soils. Several of the bacterial taxa that responded positively to fungal inocula belong to lineages that are considered drought-susceptible. Overall, H 18 O qSIP highlighted treatment effects on bacterial community structure that were less pronounced using traditional 16S rRNA gene profiling. Together, these results indicate that fungal-bacterial synergies may support bacterial resilience to moisture limitation.