《International Biodeterioration & Biodegradation》：Reconstruction of soil microbiome and elemental cycling by a synthetic microbial community: A sustainable strategy for improving paddy soil fertility and rice production under agrochemical reduction
编辑推荐：
•一种合成微生物群落（SynCom）在将农用化学品减少50%的同时，提高了水稻产量和籽粒品质。•施用SynCom后，土壤微生物群落结构发生了重组。•微生物之间的协同作用可能调控土壤碳、氮、硫和磷的循环。引言水稻田是世界上最广泛分布的农业生态系统之一，具有农业供给服务和生态系统
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一种合成微生物群落（SynCom）在将农用化学品减少50%的同时，提高了水稻产量和籽粒品质。
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施用SynCom后，土壤微生物群落结构发生了重组。
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微生物之间的协同作用可能调控土壤碳、氮、硫和磷的循环。
引言
水稻田是世界上最广泛分布的农业生态系统之一，具有农业供给服务和生态系统服务功能（K?gel-Knabner等，2010），包括水稻产量和生产以及调节服务（如碳封存、水质净化）（Liu等，2021；Jiang等，2025）。在水稻田生态系统中，土壤微生物群落是物质循环和能量流动的核心驱动力，直接调控水稻的生长发育、养分吸收和土壤环境质量（Aminurrasyid等，2025）。然而，集约化水稻生产往往依赖大量的化肥和农药投入来维持作物产量，引发了对资源利用效率和环境可持续性的担忧（Guo等，2021；Saud等，2022）。因此，在减少农用化学品投入的同时保持土壤养分供应和水稻生产力，仍然是稻田可持续管理面临的主要挑战（Edwards等，2019；Coban等，2022；Sun等，2025）。鉴于土壤微生物在养分循环和植物养分获取中的关键作用，微生物调控为在减少农用化学品投入的条件下提高养分利用效率和维持水稻生产提供了有前景的策略。
传统的微生物调控策略通常依赖单一功能菌株（如固氮菌或聚磷菌），但农业环境复杂多变。单一菌株无法实现促进水稻生长和改善土壤环境的协同效应，且难以适应稻田动态微环境，导致实际应用效果不佳（Hao等，2026）。在此背景下，SynCom作为一种新型微生物调控工具应运而生（Grosskopf和Soyer，2014）。SynCom通过人工筛选、设计和组装构建，由一组功能特征各异且分类明确的微生物组成。其核心优势在于能够根据特定需求精准匹配功能菌株（Johnston等，2020；Li等，2024a）。通过群落成员之间的分工与功能互补，SynCom能够实现比单一菌株更稳定、更高效的生态功能（Li等，2024b；Wang等，2025a）。同时，SynCom具有优异的环境适应性和抗干扰能力，为应对稻田生态系统面临的众多瓶颈提供了新的思路（Jing等，2024）。
SynCom与水稻和土壤环境之间存在复杂而密切的相互作用（Aminurrasyid等，2025）。SynCom可以通过分泌代谢物（如生长素、铁载体、抗菌物质等）、养分转化（如固氮、磷钾活化、硫循环调控）和缓解胁迫（如耐盐、重金属固定）等多种途径，直接促进水稻种子萌发、根系生长和养分吸收，增强水稻的抗逆性，从而提高水稻产量和品质（Fernández-Baca等，2021；Vassileva等，2022）。此外，SynCom还能降解土壤污染物、调控土壤理化性质、促进土壤有机质积累、维持土壤微生物多样性，改善稻田土壤质量，恢复退化土壤。同时，通过与水稻根系的相互作用，可以形成稳定的根际微生态系统，进一步增强协同效应（Tian等，2017；Wang等，2022；Ye等，2024）。尽管SynCom在农业和环境领域的研究已取得一定进展，但在农业生态系统的特殊栖息地中，SynCom与水稻之间的相互作用、群落的组装规律以及功能基因的调控机制仍有待进一步阐明。
本研究聚焦于稻田中合成微生物群落与水稻之间的相互作用，以"合成微生物群落的构建—水稻生长的调控—稻田土壤环境的改善"为主线。本研究的主要目标为：（1）测定水稻品质和土壤理化指标的输出，评估SynCom的应用潜在价值。（2）基于宏基因组分析，从物种和功能水平解析所构建的SynCom与水稻及稻田土壤之间的相互作用机制。本研究旨在为合成微生物群落在稻田生态系统中的精准应用提供理论基础和技术支撑。
章节摘要
试验点、SynCom及农业试剂
在中国四川省崇州市（103°38′5.88″E, 30°35′1.61″N）选取了两块土壤理化性质相近的相邻稻田作为试验点。每块田内部通过田埂分隔为三个独立的小区，作为对应处理的三个小区重复（n = 3）（图S5）。其中一块田按照正常栽培方式进行种植（命名为CG组，7956 m2），另一块田则采用了一种种植模式
SynCom提高了水稻产量和品质
选取土壤条件相近的相邻稻田，我们研究了SynCom对水稻产量和品质的影响。观察水稻植株生长情况发现，与正常种植模式（CG组）相比，施用SynCom（TG组）能够显著促进水稻生长。具体而言，CG组和TG组水稻的平均株高分别为126 cm和131 cm，且TG组的分蘖度更高（图1A）。通过
结论
本田间试验评估了在农用化学品减少50%的条件下，水稻、稻田土壤、微生物群落和功能基因对SynCom施用的响应。TG处理使水稻产量提高了3.4%，籽粒蛋白质含量提高了5.87%，同时倒伏率降低了78.07%。此外，TG处理促进了水稻生长期间土壤有机质的积累，成熟期速效氮含量达到287.53 mg/kg，而CG组为194.37 mg/kg；全磷含量也
CRediT作者贡献声明
曾小迪：撰写——原稿、正式分析、数据整理、构思。吴燕：撰写——审阅与编辑、监督、方法学、构思。李怡辉：撰写——审阅与编辑、监督、资源、正式分析。肖奎：撰写——审阅与编辑、验证、方法学、调查研究、正式分析、数据整理。谢宇澄：撰写——审阅与编辑、调查研究、正式分析、构思。钟少义：撰写——审阅与编辑，
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究得到成都市科技创新研究项目（2025-YF05-00457-SN）和四川省科技研究项目（2025YFNZH0032）的资助。
曾小迪|吴燕|李怡辉|肖奎|谢宇澄|钟少义|詹南|赵闯
