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综述:微生物组:如果下一次绿色革命是微生物驱动的呢?
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月16日 来源:Physiological and Molecular Plant Pathology 2.8
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这篇综述深入探讨了植物微生物组(PME)在可持续农业中的革命性潜力,提出通过合成微生物群落(SynComs)和多组学技术调控根际-内生菌互作,以应对粮食安全(如水稻Magnaporthe oryzae抗性)和环境胁迫(干旱/盐碱)。核心观点:微生物工程可替代农化品,提升作物抗逆性(如AMF菌根共生)和产量,但需克服从实验室到田间应用的转化挑战。
植物微生物组互作:核心与功能动态解析
植物与微生物的共进化关系构成了农业可持续性的基石。核心微生物组(core microbiome)是指特定植物物种在不同环境中稳定关联的微生物类群,它们通过功能冗余维持植物健康。例如,水稻根际的固氮菌(如Rhizobium)和丛枝菌根真菌(AMF)通过扩大根表面积和溶解磷元素,显著提升养分吸收效率。
信号传导:植物-微生物的化学对话
植物通过分泌根系分泌物(如黄酮类、独脚金内酯)与微生物建立互作网络。例如,Bacillus cereus RBS57通过分泌脂肽激活水稻的系统抗性(ISR),对抗稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)。这种化学通讯在干旱条件下尤为关键,某些微生物可诱导植物产生脱落酸(ABA)响应通路以增强耐旱性。
微生物组工程:从理论到田间实践
合成微生物群落(SynComs)是人工设计的微生物组合,用于精准调控植物功能。例如,将具有ACC脱氨酶活性的Pseudomonas与AMF真菌共接种,可协同缓解盐胁迫对小麦生长的抑制。但挑战在于如何确保工程菌株在复杂土壤环境中的定殖稳定性。
技术革新:揭秘微生物组黑箱
微流控平台(如RootChip)实现了根-菌互作的实时观测,而多组学整合揭示了微生物功能基因与宿主代谢的关联。例如,宏基因组学发现Gaeumannomyces graminisvar. tritici
(小麦全蚀病菌)的致病基因簇与土壤微生物群的拮抗作用直接相关。
未来方向:跨越实验室与农田的鸿沟
当前需解决宿主遗传(如作物品种对微生物的选择性)与环境因子(如pH值)的交互影响。尽管AMF菌剂已在部分地区商业化,但大规模应用仍需优化菌群配伍和递送系统。微生物驱动的农业革命,终将平衡产量需求与生态可持续性的双重目标。
(注:全文严格基于原文事实,未添加非引用结论)
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