《Current Opinion in Food Science》：From soil health to food quality: a review of microbiome-mediated interactions across the soil-plant-food continuum
土壤微生物组是农业生态系统中土壤健康的基础，调控初级生产力和养分循环。越来越多的证据表明，土壤微生物组还介导食品质量性状，包括感官属性、次生代谢物和营养含量。本综述综合了当前关于土壤微生物组介导的土壤健康与食品质量之间联系的知识，并评估了能够同时改善二者的农业管理策略。我们指出了建立机制途径、推进田间转化以及促进可持续农业食品系统微生物组信息化方法所需的关键研究空白和优先事项。总体而言，现有证据支持一个概念框架，在该框架中，食品质量被视为微生物组介导的土壤健康与功能的生态学结果。研究人员提出，土壤微生物组作为连接农业管理、土壤健康、作物表现与食品质量的机制性桥梁。研究人员主张，食品质量应明确纳入现有的以生产力、土壤健康和温室气体减排为重点的农业食品框架中。
引言
食品质量是一个复杂且多维的概念，涵盖对食品行业、消费者和政策制定者具有重要意义的食品特性或属性。土壤是地球生物圈的重要组成部分，提供由生态系统功能直接支持的生态系统商品和服务。“同一健康”概念强调土壤、植物、环境、动物和人类的健康是相互关联的。尽管土壤健康在“同一健康”概念中具有核心作用，但长期以来在很大程度上被忽视，直到最近才因粮食安全、气候变化、碳中和和环境退化等全球性挑战而受到更广泛关注。目前，欧盟约有60%–70%的土壤被认为已退化。这促使了政策行动，包括欧盟于2025年通过的《土壤监测法》，以评估、监测和保护土壤健康。土壤微生物组是农业生态系统中土壤健康的核心，影响维持初级生产力、实现高效养分循环以及由此支持食品质量的关键过程。本综述聚焦于土壤微生物组在塑造土壤健康和食品质量中的作用，涵盖感官属性、次生代谢物和营养含量。食品质量的其他维度，包括技术和功能特性、安全性和真实性，不在本综述范围内。研究人员综合了当前认识，强调了关键知识空白，并概述了未来研究的优先事项。此外，研究人员提出了一个概念框架，其中食品质量被视为由微生物组过程介导的土壤健康与功能的生态学结果。具体而言，研究人员提出，土壤微生物组作为连接农业管理、土壤健康、作物表现与食品质量的机制性桥梁。该框架超越了传统的以生产力为中心的观点，将食品质量视为可持续和气候韧性农业生态系统的一个组成部分。
微生物组介导的土壤健康效应
尽管关于土壤微生物组的许多方面仍属未知，但其巨大的遗传和功能多样性是维持健康土壤的基础。欧洲尺度的评估显示，土壤微生物组成与土壤健康之间存在密切联系，并将微生物组确定为生态系统功能的关键指标。除细菌和真菌外，原生生物和噬菌体日益被认为是土壤功能和土壤健康的重要调节者。值得注意的是，微生物组网络复杂性或稳定性已被证明比多样性和群落组成本身对维持生态系统多功能性更为重要。虽然已知植物通过释放根系分泌物和化学信号影响根际微生物组及相关功能，但土壤微生物也以多种方式反向影响植物生长和土壤健康。重要的是，包括自由生活的细菌和真菌以及共生固氮细菌和菌根真菌在内的微生物类群，通过介导氮转化、磷溶解、硫和微量营养元素循环以及有机质分解，驱动植物可利用养分的释放。此外，土壤微生物还通过将植物来源的易分解输入转化为更稳定的土壤有机质库来调节土壤碳动态，从而支持长期肥力和气候韧性。微生物多样性的丧失已在机制上被联系到土壤碳排放增加和微生物碳利用效率降低。土壤微生物组对于调节影响植物健康和病害抑制的生物相互作用也至关重要。多样的微生物群可以在资源竞争中胜过病原体或产生抗微生物化合物，从而形成自然抑制性土壤。真菌（包括丛枝菌根真菌以及腐生和内生真菌）进一步促进土壤团聚体形成，从而提高孔隙度、水分入渗和抗侵蚀能力。全球变化因子，特别是气候变暖，威胁着土壤健康的微生物基础。土壤微生物组在调节温室气体通量、碳循环和生态系统韧性方面发挥着核心作用。
微生物组介导的食品质量性状效应
土壤微生物组的调控可诱导植物代谢和防御的变化。越来越多的证据表明，这些微生物组互作也在调节食品质量方面发挥重要作用，包括感官特性（风味、香气、质地和颜色）、次生代谢物和营养含量（表1）。哥伦比亚咖啡的特征性红糖感官风味与土壤和咖啡果细菌类群相关，包括Acidothermus、Chujaibacter和Sphingomonas。微生物群与次生代谢物产生的关联也在其他粮食作物和药用植物中显现。例如，芥菜籽中的芥子油苷（主要是烯丙基）浓度与根际类群相关，特别是Pseudomonadales、Rhizobiales、Xanthomonadales和Mortierella。类似地，在朱草中，紫草素的浓度被发现与特定微生物类群的存在相关，包括Labrys、Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium和Penicillium spp.。这些研究共同强调了与食品质量性状相关的强烈微生物特征，尽管其潜在机制往往仍未明确。
表1. 土壤微生物组与农业生态系统中食品质量性状之间的机制途径。
植物/作物：咖啡；选择性招募的微生物类群/微生物组特征：Acidothermus、Chujaibacter和Sphingomonas的细菌组成；特定根系分泌物/机制途径：未说明（侧重于空间风土/海拔相关性）；受影响的食品质量性状：感官特性（风味）：调节咖啡豆化学成分；证据类型和水平：相关性；水平1
植物/作物：芥菜；选择性招募的微生物类群/微生物组特征：细菌（Pseudomonadales、Rhizobiales、Xanthomonadales）和真菌（Mortierella）组成；特定根系分泌物/机制途径：推定硫代谢途径；受影响的食品质量性状：收获种子的感官特性（风味）：主要芥子油苷（烯丙基）塑造辛辣和苦味特征；证据类型和水平：机制推断；水平2
植物/作物：朱草；选择性招募的微生物类群/微生物组特征：细菌（Labrys和Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium）和真菌（Penicillium）组成；特定根系分泌物/机制途径：萘醌类/初生和次生根系代谢物（受植物发育阶段严格控制）；受影响的食品质量性状：次生代谢物：果期根部药用紫草素/紫草宁衍生物的积累；证据类型和水平：相关性；水平1
植物/作物：茶；选择性招募的微生物类群/微生物组特征：氨态氮代谢微生物（主要属于Pseudomonadota）；特定根系分泌物/机制途径：有机酸（主要是柠檬酸和苹果酸）；受影响的食品质量性状：叶片感官特性（风味）：促进L-茶氨酸合成并改善“鲜味”茶品质；证据类型和水平：因果性；水平3
植物/作物：番茄；选择性招募的微生物类群/微生物组特征：Lysobacter物种；特定根系分泌物/机制途径：黄酮类化合物（由SlMYB12途径驱动）；受影响的食品质量性状：果实营养含量：刺激细菌亚精胺生物合成，上调植物代谢途径以积累维生素C和B6；证据类型和水平：因果性；水平3
植物/作物：柑橘；选择性招募的微生物类群/微生物组特征：耐盐Streptomyces物种；特定根系分泌物/机制途径：胁迫代谢物（由土壤盐度、Mg、Mn和K驱动）；受影响的食品质量性状：诱导系统免疫启动，上调植物萜烯合成酶以富集果皮中的单萜；证据类型和水平：因果性；水平3
植物/作物：花生；选择性招募的微生物类群/微生物组特征：分泌铁载体的Pseudomonas物种；特定根系分泌物/机制途径：未说明（由共享间作根系的微环境变化驱动）；受影响的食品质量性状：营养含量：通过分泌铁载体pyoverdine增加生物可利用铁的量；证据类型和水平：因果性；水平3
植物/作物：小麦；选择性招募的微生物类群/微生物组特征：细菌类群的招募（Rhizobium、Sphingomonas和Pseudomonas）以及真菌类群（AMF）的根系定殖；特定根系分泌物/机制途径：未说明（由高锌品种的根-土壤生理界面介导）；受影响的食品质量性状：营养含量：增强籽粒锌生物强化；证据类型和水平：相关性；水平1
证据水平：水平1 = 基于观察性研究、调查或共现分析的相关性证据；水平2 = 由功能分析（包括多组学或网络分析）支持的机制推断；水平3 = 来自实验操作（例如，确定的微生物群落接种、微生物组转移实验或基于突变体的方法）的因果证据，有或无多组学支持，并在受控条件（例如，温室条件）下验证；水平4 = 在多种环境或环境背景下经田间条件验证的因果证据。
通过高通量组学方法（如鸟枪法宏基因组学、代谢组学和转录组学）以及还原论方法（如使用确定微生物群落）越来越多地产生微生物组影响食品质量的机制见解。这些研究表明，微生物功能性状通过调节养分获取、微生物代谢产物产生和植物代谢途径来驱动食品质量结果。例如，根相关DMC通过调节氮稳态增强茶中茶氨酸积累，而黄酮介导的细菌亚精胺生物合成刺激增强了番茄果实中的维生素积累。类似地，DMC应用，特别是Streptomyces物种，通过激活植物免疫反应和提供代谢中间体，增强了柑橘果皮中的单萜积累。
微生物组还可促进生物强化，即通过微生物功能性状（如铁载体产生、养分获取和微生物维生素生物合成）富集作物中的必需微量营养元素、氨基酸和维生素。铁和锌的富集已与微生物功能相关联。例如，在花生/玉米间作系统中，花生铁营养的改善是由根际微生物组趋同和Pseudomonas介导的铁载体pyoverdine产生所介导的，这增加了铁的生物可利用性。类似地，高锌小麦品种通过招募与养分获取相关的有益细菌类群（包括Rhizobium、Sphingomonas和Pseudomonas），以及稳定的AMF定殖和优化的根系生长，缓解了磷-锌拮抗并增强了地上部锌吸收。除微量营养元素外，微生物还能富集植物、动物或人类自身无法合成的某些氨基酸和维生素。例如，在芦笋、黑豆、小麦和燕麦种植的土壤中接种AMF，提高了土壤中天然抗氧化氨基酸麦角硫因的吸收。某些细菌菌株还能使生菜中积累维生素B12。在此背景下，微生物生物刺激剂和生物肥料代表了增强食品质量的潜在可持续策略。另一个有趣的机会是，不采用微生物生物产品，而是利用农业实践来改善土壤微生物组特征、土壤健康和食品质量。
通过微生物组特征的变化将土壤健康与食品质量联系起来
土壤微生物组在农业生态系统中发挥关键作用，通过改善土壤结构、促进植物养分获取和利用、诱导植物对病原体的抗性，以及保护植物免受非生物胁迫，所有这些都是土壤健康的核心组成部分。越来越多的证据进一步表明，土壤微生物组还调节作物相关微生物组，包括根际、内圈、叶圈和果圈，以及植物代谢途径，从而影响食品质量性状。尽管存在大量共享类群，但关于微生物从根际土壤直接转移到植物不同可食用部分的证据正在积累，但仍局限于少数植物物种的少数特定研究。因此，一个关键问题是理解由土地利用强度和农业管理驱动的土壤微生物组特征变化如何转化为食品微生物组和食品质量的变化。
在农业生态系统中，土壤微生物组结构、稳定性和功能的变化与作物感官性状、营养组成和次生代谢物谱的变化相关。这些效应通过多种常常相互作用的机制产生。首先，微生物组介导的养分加工影响植物养分可利用性的数量、形式和时机，从而塑造养分向可食用部分的分配。增强的微生物矿化、固氮和磷溶解可提高作物和畜牧产品的养分密度。其次，微生物群组成和功能类群的变化改变植物激素信号、胁迫反应和防御代谢，这些与氨基酸、脂肪酸、维生素和次生代谢物等品质相关化合物的合成密切相关。第三，土壤微生物组影响作物相关微生物组的组装，包括根、叶和果实微生物群，这些微生物群可通过微生物代谢直接促进食品质量，或通过调节植物生理间接促进食品质量。
重要的是，最近的研究表明，食品质量和作物产量通常由部分不同的微生物组介导过程控制。例如，在马铃薯系统中，覆盖作物身份主要决定产量结果，而块茎质量与土壤微生物组成更密切相关。类似地，有机管理下种植的Tritordeum谷物相对于传统系统产量降低，而谷物养分密度和蛋白质质量提高，表明产量和质量响应脱钩。相反，在同时增强与养分获取和代谢调控相关的微生物功能的系统中，可以支持产量和质量的同步提高（例如，可溶性糖和维生素C浓度），如在结合有机和无机施肥的黄瓜生产中观察到的那样。在这些系统中，食品质量和产量通常响应不同的生态驱动因素，并且不是作为投入强度的直接函数出现，而是作为土壤-植物系统内微生物组介导的养分加工和分配的结果。
微生物组网络属性（如复杂性和稳定性）日益被认为是土壤健康的关键决定因素，并对食品质量产生下游影响。稳定且连接良好的微生物网络和复杂的食物网与更高的土壤多功能性相关，因为它们促进互补性资源利用，并促进微生物之间的生态相互作用和信息传递。这类网络已被联系到增强的养分循环和更大的环境胁迫抗性，从而促进更稳定的植物养分供应并支持品质相关化合物的积累。此外，稳定的微生物网络可能在极端环境干扰下维持这些益处。这些发现强调了在将土壤健康与食品质量联系起来时，需要考虑基于网络和相互作用的微生物组指标。
尽管取得了这些进展，但我们对如何在维持产量的同时优化食品质量的理解仍然有限，因为大多数研究依赖于相关性证据。特定微生物类群、功能或相互作用网络与明确食品质量性状之间的因果关系仍不清楚，特别是在区分微生物直接贡献与植物介导的间接效应方面。此外，微生物组介导的食品质量结果高度依赖环境，可能随土壤性质、气候、作物基因型和管理历史而变化，这对基于微生物组的策略的可重复性和田间转化构成了重大挑战。研究人员呼吁使用受控条件和微生物多样性操作进行机制研究，以确定土壤生物多样性的哪些组分影响植物品质，以及使用GFP或稳定同位素结合长读长测序的研究，以评估微生物从土壤向植物可食用部分的转移。
改善土壤健康进而改善食品质量的农业管理策略
农业管理策略可用于有意引导土壤微生物组结构和功能向改善食品质量结果的方向发展（表2）。富集土壤养分、保护和重建土壤有机质、保护土壤结构、增加水分入渗和增强土壤多功能性的策略可以改善土壤健康、作物表现和食品质量，同时减少温室气体排放。研究人员承认，这些方法大多依赖于土壤类型、作物、种植制度和气候区域，因此这里仅提供关于已知改善土壤健康和作物品质的一般机制的非详尽指南。
表2. 引导土壤微生物组改善土壤健康和食品质量的农业管理实践和策略。
农业管理实践或策略：作物轮作；微生物组特征：对微生物群落组成和多样性的影响；土壤健康结果：刺激土壤微生物活动，土壤有机碳储量增加8%，土壤健康提高45%；受影响的食品质量性状：提高蛋白质产量
农业管理实践或策略：间作；微生物组特征：Bacillus物种组成；土壤健康结果：增加土壤有机质和全氮；受影响的食品质量性状：改善茶叶品质指标（氨基酸、多酚和咖啡因）
农业管理实践或策略：覆盖作物；微生物组特征：对微生物多样性（特别是细菌多样性）的影响；土壤健康结果：对土壤结构、土壤活性和土壤氮循环的影响；受影响的食品质量性状：未确定
农业管理实践或策略：有机改良（粪肥施用）；微生物组特征：增加微生物生物量和群落（细菌、真菌和放线菌）；土壤健康结果：改善土壤有机碳和磷有效性，并维持土壤功能；受影响的食品质量性状：未确定
农业管理实践或策略：有机改良（粪肥施用）、作物残体和生物肥料；微生物组特征：可能由于增强的微生物活动；土壤健康结果：增加有机碳含量、土壤速效氮、磷和钾；受影响的食品质量性状：提高稻米籽粒营养含量（例如，铁、锌、锰和铜）
农业管理实践或策略：富碳改良剂；微生物组特征：刺激真菌生物量（主要是Sordariomycetes）；土壤健康结果：对矿物氮固定-再 mobilization动态的影响；受影响的食品质量性状：未确定
农业管理实践或策略：DMC与生物炭和AMF；微生物组特征：不影响原生根际微生物群落生物多样性；土壤健康结果：对全氮、磷、有机碳含量、电导率、干物质以及钙、铁、锌和钾含量的影响；受影响的食品质量性状：改善玉米籽粒代谢组学谱，包括营养相关和抗胁迫化合物
作物多样化实践，包括作物轮作、间作和覆盖作物，可通过刺激与养分循环、固氮、有机质分解和碳固存相关的微生物功能来改善土壤健康。覆盖作物还提供时间上的土壤覆盖，减少侵蚀和养分淋溶，通过残体和根系分泌物增强保水性，并改善土壤水热条件，从而刺激有益微生物组并增加土壤多功能性和碳循环。例如，用豆科植物（花生和大豆）多样化小麦-玉米系统可使产量提高高达38%，土壤健康提高45%，而免耕下多年生物种的间作改善了土壤结构、水分和养分有效性以及生态系统功能。豆科植物促进生物固氮，而禾本科和混合物种通过维持现金作物季节之外的活跃根际来增强碳输入和土壤团聚。这些策略还可以改善食品质量。例如，夏季茶与大豆间作和冬季与毛叶苕子间作增强了土壤肥力并改善了茶叶品质。
有机改良剂（粪肥、堆肥和难降解碳源）和生物肥料以缓释形式供应养分，同时刺激微生物生长和活动，提高养分利用效率和土壤多功能性。与化学施肥相比，长期施用粪肥通过维持pH和增强团聚、养分有效性、微生物生物量和多样性以及酶活性来改善土壤健康。这些实践也与改善食品质量相关。例如，施用粪肥增加了土壤氮和氨基酸库，提高了玉米籽粒蛋白质含量、营养品质和氨基酸含量（白蛋白和球蛋白积累），而大豆的影响主要限于氨基酸含量增加。类似地，有机改良剂和生物肥料的长期联合施用增强了巴斯马蒂水稻-小麦-田菁系统中的土壤肥力、籽粒品质和生产力。富碳改良剂，包括作物残体、秸秆衍生材料和生物炭，可改善理化条件、持水能力，并有利于有益细菌和真菌，同时抑制某些植物病原体。例如，施用难降解物质（如木材）通过促进腐生真菌改善土壤健康和抑制性，从而增加土壤氮保留。
一个新兴前沿是通过DMC引导微生物群以增强养分获取、胁迫耐受性和品质相关化合物。将DMC与生物炭和AMF结合的田间试验改善了土壤微生物组功能、玉米生长和籽粒代谢组学谱，同时对原生微生物多样性的干扰有限。将靶向的基于微生物组的解决方案整合到可持续农业实践中，为同时增强土壤健康和食品质量提供了一条有前景的途径。
基于最少或免耕、作物残体保留或覆盖作物以及多样化作物轮作的保护性农业，可通过保护土壤团聚体、维持土壤碳和保护微生物栖息地来增强土壤健康。与传统农业相比，保护性农业增强了关键土壤健康指标，包括团聚体稳定性和水分入渗与储存、碳和养分循环以及微生物活动，同时保持相当的作物产量。最近的证据进一步表明，保护性农业增强了气候变暖下小麦的氮获取。与有机和保护性系统互补，再生农业旨在构建土壤有机碳和改善土壤质量、增加生物多样性、促进植物-土壤相互作用，并促进经济可持续性。然而，更好地理解如何最有效地管理根-土壤-微生物组可能是再生系统成功的关键因素。重要的是，尽管在这些系统下土壤微生物组组成和功能发生了一致的变化，但将特定微生物组特征与可重复的作物产量和食品质量改善直接联系起来的因果证据仍然有限。同样，如表2所示，将农业实践与食品质量结果联系起来的证据仍然有限，凸显了一个主要的研究空白和对综合研究的需要。
未来展望与研究空白
推进微生物组信息化方法以改善土壤健康和食品质量所需的关键研究优先事项总结在框1中。未来的研究必须采用整体和综合的方法，明确连接土壤健康指标、微生物组特征和食品质量结果，跨越土壤-植物-食物连续体。一个主要优先事项是建立特定微生物功能和网络与食品质量性状之间的因果关系，超越分类学关联和相关性证据。这将需要整合多组学（鸟枪法宏基因组学、代谢组学、（meta）转录组学和宏蛋白质组学）、DMC或微生物组移植、多样性操作以及基于突变体的方法。长期、多点研究对于评估基于微生物组的策略在不同环境条件下的稳健性、环境依赖性和可扩展性也至关重要。
框1
关键研究优先事项和未来方向。
以下优先事项从基础机制理解（优先事项1-2），通过生态泛化和可扩展性（优先事项3-4），到气候韧性农业食品系统中的实施和应用（优先事项5-6）进行组织。
优先事项1：建立连接土壤微生物组与食品质量的机制途径
•使用综合多组学（鸟枪法宏基因组学、（meta）转录组学、代谢组学和宏蛋白质组学）、DMC或微生物组移植、基于突变体的方法，以及温室和田间条件下的植物体内实验，识别并实验验证直接调节食品质量性状的关键微生物类群、微生物功能性状和相互作用网络。
•使用同位素示踪、代谢组学、转录组学、基于突变体的方法和植物体内验证，区分直接微生物效应（如微生物代谢产物产生、养分动员和维生素生物合成）与间接植物介导效应（如改变养分分配、植物信号和防御代谢）。
•通过结合综合多组学、预测建模和实验性微生物组操作，确定微生物功能性状、功能多样性和功能冗余是否比分类组成更能稳健地预测跨作物和环境背景的食品质量结果。
优先事项2：解析土壤-植物-食物连续体中微生物组的动态、组装和传播
•使用纵向采样和菌株分辨的鸟枪法宏基因组学和宏转录组学，研究土壤-植物-食物连续体（包括根际、内圈、叶圈、果圈和种围群落）中微生物组特征的时间和空间动态，以跟踪从土壤到采后食品产品（储存和加工）的微生物持久性、演替和功能活动。
•使用长读长测序或标记方法的菌株分辨追踪、来源追踪和生态建模、多组学整合以及实验性微生物组操作，阐明控制土壤、植物和食物区室间微生物组组装和传播的生态机制，并识别直接影响食品质量性状的微生物类群、功能性状和相互作用网络。
•通过纵向监测研究，确定与食品质量相关的微生物特征是否在生长季节、作物物种、环境条件和采后阶段中保持稳定。
优先事项3：理解环境依赖性和可扩展性
•识别在对比土壤类型、气候、作物基因型和管理历史中一致改善土壤健康和食品质量的农业管理策略。
•通过整合协调的多点数据集和元分析，使用标准化测序流程、生态网络分析和预测模型，测试哪些微生物功能、相互作用网络和生态指标在不同土壤类型、气候、作物基因型和管理历史中保持一致，从而识别土壤健康和食品质量的稳健微生物组预测因子。
•通过协调的长期、多点田间试验，评估基于微生物组的应用的可重复性、可扩展性和田间转化潜力。
优先事项4：解析土壤微生物组中未充分探索的组分
•使用病毒组学、原生生物宏条形码（18S rRNA基因）、单细胞基因组学、宏基因组学和长期田间试验，阐明噬菌体、原生生物和其他研究不足的微生物组成员在调节土壤健康、作物表现和食品质量中的生态和进化作用。
•通过生态网络分析、稳定同位素探针、受控微观世界实验和多组学方法，确定营养互作如何塑造微生物群组装、养分循环和品质相关植物代谢物的产生。
•使用靶向噬菌体和原生生物接种或排除实验、DMC以及温室和田间条件下的微生物组移植，测试对这些未充分探索的微生物组成员的操作是否能增强土壤健康、作物表现和食品质量。
优先事项5：开发气候韧性和以碳为中心的管理策略
•通过长期田间试验和农场尺度试验，识别同时增强或平衡土壤健康、食品质量、作物产量、气候韧性和温室气体减排的农业管理实践，包括综合方法（例如，保护性和再生农业）。
•使用长期田间试验、综合土壤健康评估、多组学方法、稳定同位素示踪和因果建模方法，测试以碳为中心的实践（例如，消化物回收、覆盖作物、残体保留和土壤微生物组干预）是否通过微生物组介导的土壤健康和功能增强来改善食品质量。
•使用长期气候操作实验、生态系统建模、生命周期评估和数字孪生方法，量化未来气候情景下生产力、食品质量、碳固存、生物多样性保护和温室气体减排之间的权衡和协同效应。
优先事项6：将微生物组知识转化为预测性和实用性解决方案
•开发能够从土壤健康和微生物组指标预测、解释和优化食品质量结果的机器学习、系统生物学和数字孪生方法。
•识别可纳入土壤健康评估框架和决策支持工具的基于微生物组的生物标志物和功能指标。
•通过综合土壤-食物-健康研究，将基于微生物组的解决方案扩展到初级生产之外的更广泛农业食品链，包括食品加工、储存和人类营养。
与“同一健康”框架一致，应系统评估综合农业管理实践（包括有机、保护性、再生和基于微生物组的方法）对土壤微生物组、土壤健康、作物产量和食品质量的长期和同步影响，以及它们通过可食用微生物组和膳食微生物群消耗等途径对人类肠道微生物组的下游影响。未来的研究还应解析土壤-植物-食物连续体中微生物组的动态、组装和传播，并提高对未充分探索的微生物组成员（包括噬菌体和原生生物）及其在土壤健康和食品质量中作用的理解。与此同时，识别维持土壤健康、食品质量和作物生产力同时减缓温室气体排放的气候韧性和以碳为中心的管理策略仍然是一个关键研究优先事项。最后，机器学习工具代表了将微生物组数据转化为土壤健康和食品质量结果预测指标的 largely 未开发前沿。早期研究表明，基于微生物的模型可以识别与小麦籽粒品质相关的关键功能类群，例如氨氧化微生物。
结论
本综述提供了汇聚的证据，表明土壤微生物组在农业生态系统中连接土壤健康与食品质量方面发挥核心作用。除了其对初级生产力和养分循环的既定贡献外，微生物组还 emerged 作为食品质量性状的关键调节者，包括感官属性、次生代谢物和营养含量（图1）。总体而言，本文综合的证据支持一种范式转变，即不再主要将食品质量视为植物遗传和农艺投入的结果，而是将其理解为微生物组介导的土壤健康与功能的涌现属性。改善全球土壤健康提供了双重机会，即提高农业生产力并改善食品质量，同时减少环境压力。例如，到2050年，全球土壤健康改善可使作物产量增加780万吨，同时减少810万吨氮盈余。所提出的“三重目标”农业食品框架，即同时增强食品生产、改善土壤健康和减缓温室气体排放，为可持续食品生产系统提供了重要一步，然而它并未明确涉及食品质量。因此，研究人员建议重新构建该框架，强调“更多更好的食物”，将食品质量与生产力和环境可持续性明确整合。总体而言，理解和利用土壤微生物组为发展可持续和气候韧性的农业食品系统提供了一条现实途径，这些系统不仅能够生产更多的食物，而且能够生产更健康、更富含营养和化合物、更美味的食物。
