综述：合成微生物群落助力可持续农业：改善土壤健康与提高作物产量

《Critical Reviews in Environmental Science and Technology》：Harnessing synthetic microbial communities for sustainable agriculture: Enhancing soil health and crop yields

（编辑推荐）本综述系统阐述合成微生物群落（SynComs）在可持续农业中的应用价值，通过模拟自然微生物组的结构与功能，显著提升作物抗逆性（如干旱/盐碱）及土壤肥力，其构建策略包括自上而下（top-down）功能筛选和自下而上（bottom-up）分离培养技术，为减少化学农药依赖提供创新解决方案。

　　

Abstract

合成微生物群落（SynComs）正成为应对人口激增和土地退化的关键生物技术策略。通过精确调控微生物组成，SynComs可模拟自然生态系统的功能网络，在提升农作物产量和修复土壤微环境方面展现出双重优势。

功能机制

SynComs通过三重核心机制发挥作用：

1. 1.

   营养循环强化：固氮菌（如Rhizobium）与解磷菌（Pseudomonas）协同促进氮磷元素转化，使作物对养分的吸收效率提升30-50%；

2. 2.

   植物激素调控：产吲哚乙酸（IAA）的芽孢杆菌（Bacillus）刺激根系分枝，而产ACC脱氨酶的菌株可降低乙烯胁迫；

3. 3.

   生物防御体系：链霉菌（Streptomyces）分泌抗菌肽（如surfactin）抑制土传病原菌（Fusarium oxysporum），同时激活植物系统抗性（ISR）。

构建策略

Top-down方法依托宏基因组测序技术，从复杂土壤微生物组中筛选功能标记基因（如nifH固氮基因），再通过机器学习预测最优群落组合。Bottom-up方法则采用微流控芯片分离单细胞，结合转录组分析（RNA-seq）验证菌株互作效应。

挑战与展望

当前SynComs的田间稳定性不足（存活率<60%），未来需开发包埋缓释技术。长期生态风险需关注基因水平转移（HGT）可能性，建议建立微生物“白名单”数据库。将合成生物学（如CRISPR-Cas9编辑）与生态理论结合，有望设计出第四代智能SynComs。