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该特刊“Advances in Microbial Solutions for Sustainable Agriculture”收录十篇高质量论文，共同反映植物相关微生物组（plant-associated microbiome）研究的前沿现状。其涵盖根际生态
该特刊“Advances in Microbial Solutions for Sustainable Agriculture”收录十篇高质量论文，共同反映植物相关微生物组（plant-associated microbiome）研究的前沿现状。其涵盖根际生态学（rhizosphere ecology）与微生物群落动态、生物防治（biological control）、植物生长促进（plant growth promotion）以及基于微生物组的农业生物技术（microbiome-based agricultural biotechnologies）等主题，该文集既突出基础发现，也强调其向可持续作物管理实践（sustainable crop management practices）的转化。化学肥料和农药集约使用带来的环境与农艺成本，提高了研究人员对植物相关微生物作为可持续作物生产体系组分的兴趣。该特刊论文阐明微生物影响植物健康的多种过程，包括养分活化（nutrient mobilization）、根际群落组装（rhizosphere community assembly）、植物生长促进、诱导抗性（induced resistance）、病原抑制（pathogen suppression）以及对环境胁迫的适应。研究涵盖农业与自然生态系统，采用从微生物接种（microbial inoculation）和土壤改良实验到宏基因组学（metagenomics）、微生物组分析（microbiome profiling）、生化表征（biochemical characterization）和植物防御分析（plant defense analysis）等方法。总体而言，这些研究表明，基于微生物组的农业策略必须在其生态与环境情境中考虑微生物功能。单菌株、微生物联合体（microbial consortia）、有机改良剂和微生物代谢物可促进作物生产力与保护，但其效应取决于植物宿主、土壤特征、发育阶段、制剂（formulation）和田间环境。该社论总结该特刊呈现的主要进展，并指出将植物-微生物研究转化为可靠生物肥料（biofertilizers）、生物刺激素（biostimulants）、生物农药（biopesticides）和综合作物管理策略的优先方向。
研究背景与问题：增加作物生产力并减少农业环境负担，是当代植物科学面临的定义性挑战。合成肥料和农药对全球粮食生产贡献显著，但集约或管理不当使用可促进养分损失、环境污染、土壤退化和抗性植物病原选择。基于植物相关微生物（plant-associated microorganisms）的生物途径，可补充常规投入并支持作物生产力与生态系统功能。植物微生物组（plant microbiome）包括根际（rhizosphere，植物根系周围受根系分泌物影响的土壤微域）、根内生圈、叶际、种子和周围土壤中的微生物，其组成和活性受植物基因型、发育阶段、土壤特征、气候、管理实践及微生物种群互作影响。有益微生物可通过固氮、磷酸盐溶解、铁载体生产、植物激素调节、改善水分和养分获取以及保护免受环境胁迫来改善植物表现；也可通过竞争、抗生作用、裂解酶、免疫激活和更广泛微生物群落变化抑制病原。该特刊的贡献表明，植物微生物组研究正从描述性群落调查转向功能研究和农业应用。研究检查土壤性质和改良剂如何重构微生物群落，细菌和藻类接种剂如何影响作物表现，微生物代谢物如何调节植物免疫，以及生物制剂在温室和田间如何表现。其重要意义在于，微生物干预的成功仍强烈依赖环境与生物情境。
关键技术与方法：研究涵盖农业与自然生态系统，采用从微生物接种（microbial inoculation）和土壤改良实验到宏基因组学（metagenomics）、微生物组分析（microbiome profiling）、生化表征（biochemical characterization）和植物防御分析（plant defense analysis）等方法。具体包括土壤理化性质分析、植物表型、酶测定、功能微生物组分析、宏基因组分析、细菌群落分析、温室接种试验、田间制剂评价、跨界共培养、代谢物与挥发物分析、防御基因表达分析及综述。样本来源包括中性、酸性和盐碱土，连作番茄土壤，半干旱河流与湖泊湿地，以及玉米、番茄、黄瓜、辣椒、大豆、甜罗勒和葡萄等作物或生态系统。
研究结果：
1. Introduction（引言）：该特刊汇集十篇贡献，展示植物-微生物研究从描述性调查向功能研究和农业应用转变。通过土壤性质与改良实验、细菌和藻类接种、微生物代谢物与植物免疫、温室和田间生物制剂等研究，得出微生物干预潜力明确，但其成功依赖环境与生物情境。
2. Soil Environment and Microbiome Function（土壤环境与微生物组功能）：Lan et al. 比较中性、酸性和盐碱土中花生生长与细菌群落，发现盐碱土使植物生长和产量下降最明显，并伴随有效磷降低、土壤酶活性降低、微生物丰富度下降以及 Bradyrhizobium 和 Streptomyces 等潜在有益属丰度降低；宏基因组分析显示与土壤修复、肥力提升和胁迫适应相关的微生物途径减少。Li et al. 研究玉米秸秆生物炭（corn-stover biochar）在连作番茄土壤中的作用，发现其改变氮磷转化、细菌多样性和土壤酶活性，但效应依赖施用量，最低测试量产生最有利的整体酶响应。Wen et al. 在半干旱湿地研究微生物与土壤环境因子共同决定生态系统多功能性，发现河流与湖泊湿地在微生物多样性、土壤性质、酶活性、植物群落和多功能性上不同；河流湿地中微生物多样性与多功能性关联更直接，湖泊湿地中盐度和土壤水分环境过滤更强。结论是微生物功能不能脱离栖息地解释，生态依赖性是受控条件筛选微生物进入农田的主要挑战。
3. Microbial Inoculants and Plant Growth Promotion（微生物接种剂与植物生长促进）：Kru??i? et al. 评价含 Bacillus subtilis 和 Microbacterium sp.、家禽粪便及其组合在玉米系统中的作用，发现处理改变根际和根相关细菌群落，但效应随植物发育变化；家禽粪便初期富集若干潜在有益类群，组合处理影响细菌多样性和植物表现。An?elkovi? et al. 在温室测试十株土壤细菌对玉米、番茄、黄瓜和辣椒的影响，发现不同菌株对不同宿主效应最强；Bacillus safensis SCF6 在所有测试植物中尤其有效，Microbacterium testaceum、Bacillus mojavensis 和 Pseudomonas putida 分别在辣椒、番茄和黄瓜中产生显著响应，若干分离株还表现抗真菌活性。Tajti et al. 研究 Chlorella sp. 与 Kocuria rhizophila 跨界共培养在番茄中的作用，发现组合处理比单独施用更有效改善植物生物量、光合性能、果实特性和若干产量相关参数，部分与共培养时藻类胞外聚合物产生增强有关。Yoshida and Teaumroong 综述 Bacillus velezensis S141 在大豆中的作用，指出其具有植物激素生产、干旱适应、大豆异黄酮转化以及与其他根际微生物互作等性状，与 Bradyrhizobium 联合施用可改善结瘤、固氮和大豆产量，但生态稳定性和可重复性仍是限制。
4. Biological Control and Plant Defense（生物防治与植物防御）：Ding et al. 综述 Bacillus、Pseudomonas、Paenibacillus、Burkholderia、Serratia 和 Streptomyces 产生的环状脂肽（cyclic lipopeptides），指出 Surfactins、fengycins、iturins、massetolides 等既可作抗菌化合物，也可作为诱导系统抗性（induced systemic resistance）的激发子；其生物效应取决于化学结构、浓度、产生菌、目标植物、病原和应用方法。Palermo et al. 研究甜罗勒、Bacillus amyloliquefaciens GB03 和蚜虫 Acyrthosiphon pisum 的互作，发现细菌接种在蚜虫取食后改变精油、挥发性有机化合物、植物激素和腺毛密度，但蚜虫偏好接种植物，可能因挥发物排放变化。Ruiz et al. 在田间评估基于 Pseudomonas protegens 的制剂对葡萄白粉病和灰霉病的管理，发现制剂激活防御相关基因 pr1、pr2 和 pr10，并中等降低病害严重度；效果低于常规处理，但可作为综合病害管理计划的补充组分。
5. From Microbiome Characterization to Agricultural Application（从微生物组表征到农业应用）：该部分支持从编目微生物分类向确定微生物功能和设计可预测生物干预转变。基于测序的分析可识别微生物类群、土壤性质和植物表现之间的关联，但仅凭分类学相关性不能建立因果。应结合宏基因组学、转录组学、代谢组学、微生物分离、酶测定、合成群落实验和植物表型，以确定哪些微生物活跃以及哪些机制贡献农艺结果。合成或简化微生物群落有前景，可在定义制剂中组合养分活化、胁迫保护、病原抑制和生态位占据，但增加联合体复杂性不自动改善性能；成员须相互兼容、能定殖目标植物并在波动田间条件下足够稳定。微生物组工程也可通过植物宿主实现，选育有利于有益微生物群的植物性状可能比重复接种更持久。商业转化需同时关注微生物学和应用技术，产品须在生产、制剂、储存、运输和递送中存活，并具可接受保质期、生物安全性、与现有农作实践兼容性以及跨土壤、气候和生长季的可重复性。监管评估和质量控制对区分有效且特性明确的产品与仅由实验室筛选支持的制剂至关重要。
6. Conclusions and Future Perspectives（结论与未来展望）：讨论部分总结认为，植物相关微生物是作物营养、胁迫适应、土壤功能和生物防治的核心参与者，但有益结果高度依赖情境。土壤条件重塑微生物群落，不同作物对同一细菌菌株响应不同，微生物伙伴关系可提供互补功能，防御激活可能产生意外生态效应。未来研究应优先开展纵向和多地点田间试验、微生物组数据的功能验证，以及开发能够预测接种剂表现的指标。应更加关注微生物联合体、跨界互作、宿主介导的微生物组招募、制剂技术，以及与有机改良剂和精准作物管理的整合。植物微生物组研究正转向一个框架，其中植物、微生物、土壤、病原、害虫和农业实践被视为连通生物系统的组成部分。通过将机制研究与生态验证和可扩展产品开发相结合，植物相关微生物可能成为日益可靠的工具，用于高产、韧性和环境可持续的农业。
