《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Integrated Multi-Omics Analysis of Ghanjivamrit, Jivamrit, and Beejamrit Reveals Their Potential Roles in Sustainable Agriculture
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•采用整合代谢组和宏基因组方法表征天然农业投入品•鉴定出多种与农业相关的代谢物，包括去铁胺Et2、表没食子儿茶素和雷帕霉素•NF投入品表现出独特的微生物群落，以不动杆菌属、乳杆菌属和伦布特菌属为主导•研究结果凸显了NF投入品在可持续农业中的潜在生物催化作用引言土壤为多种基本生
• 采用整合代谢组和宏基因组方法表征天然农业投入品
• 鉴定出多种与农业相关的代谢物，包括去铁胺Et2、表没食子儿茶素和雷帕霉素
• NF投入品表现出独特的微生物群落，以不动杆菌属 、乳杆菌属 和伦布特菌属 为主导
• 研究结果凸显了NF投入品在可持续农业中的潜在生物催化作用
引言 土壤为多种基本生态系统服务提供了基础，包括气候调节、养分循环、水分过滤和粮食生产（Withers等，2020）。它还为植物的正常生长发育提供了稳定的基质和营养供给。因此，维持这些基本功能依赖于土壤健康的保护（Ukale等，2016）。然而，自绿色革命以来，含有单一或复合形态的氮（N）、磷（P）和钾（K）的化肥施用大幅增加，导致土壤退化，具体表现为盐分升高、有机质下降、pH平衡破坏以及微生物群落急剧减少（Wang等，2008；Ukale等，2016）。此外，过量使用化学农药和化肥，特别是含有镉（Cd）、铜（Cu）、铅（Pb）和锌（Zn）等重金属的农药和化肥，会导致这些元素在生态系统中积累，从而造成污染（Alengebawy等，2021）。同时，这些重金属会被植物吸收并在其生物量中长期留存，食用这些植物产品可能对人体健康产生不良影响（Barabasz等，2002；Alengebawy等，2021）。世界卫生组织称，超过50%的食品中检出了致癌化学残留物（Bishnoi和Bhati，2017）。此外，农药和化肥的生产也增加了温室气体排放和环境退化（Arora和Mishra，2016）。为应对这些挑战并养活不断增长的人口，迫切需要探索可持续的替代方案。
天然农业（NF）——一种有数百年历史的传统方法——已在印度重新成为解决上述问题的可行选择（Saharan等，2023）。通过使用牛粪、牛尿等自然资源代替化学投入品，NF已成为一种经济高效的可持续农业方法（Khadse和Rosset，2019）。Berger等（2025）证明，与农业化学品种植相比，NF使经济利润提高了123.6%，同时保持了相当的作物产量。该研究还报告了生态系统服务的改善，包括鸟类生物多样性、害虫控制和种子传播等方面，从而凸显了天然农业的生态和经济效益。同样，Khadse等（2018）报告了与天然农业相关的显著成本效益，而Duddigan等（2022）记录了NF与传统农业相比在短期内没有产量损失。此外，Smith等（2020）认为NF可能减少土壤退化，并为低投入农民提供产量效益。
Ghanjivamrit（堆肥活力素）、jivamrit（活力素）和beejamrit（种子活力素）是NF方法中使用的三种主要投入品（图1）。由于以前的研究中报告了这些投入品命名的细微差异（Smith等，2020；Duddigan等，2022；Kumar等，2023a；Warghane等，2025），我们采用了Warghane等（2025）使用的术语，以在整个研究中保持一致性。Ghanjivamrit是一种固体NF制剂，在播种前通过撒播施用，而jivamrit是一种液体制剂，用于灌溉水或与叶面喷洒配合使用。此外，beejamrit专门用于种子处理目的，即用这种不可或缺的投入品对种子进行包衣（Kumar等，2023a）。先前的研究表明，这些投入品的使用可以增加作物产量（Duddigan等，2022）、蚯蚓丰富度（Duddigan等，2023）以及叶圈和土壤中微生物的活动（Choudhary等，2022；Kumar等，2023a）。
尽管先前的研究已对NF投入品进行了表征，但大多数研究主要关注个体制剂，如jivamrit（Duraivadivel等，2022；Saharan等，2023；Mukherjee等，2025；Jain等，2026）或beejamrit（Mukherjee等，2022；Panchal等，2026）。此外，评估NF投入品的研究主要依赖于培养依赖技术（Choudhary等，2022；Patel等，2024；Sagar等，2026），而培养非依赖的宏基因组方法则提供了更广泛、更全面的微生物群落组成评估。因此，为了填补这一研究空白，我们假设ghanjivamrit、jivamrit和beejamrit具有不同的代谢物和微生物群落组成，这些组成可能对土壤健康、植物生长和作物生产力有所贡献。为验证这一假设，我们在单一实验框架内对三种主要天然农业投入品进行了整合代谢组和宏基因组表征，同时尝试将其不同的代谢物和微生物特征与其报告的农业用途联系起来。
各章节摘要 NF投入品的制备 Ghanjivamrit、jivamrit和beejamrit在印度北古吉拉特邦的三个不同地点制备[Keliya Vasna（22°46'14.0"N 72°27'12.4"E）、Kankrej（24°02'15.8"N 71°43'29.8"E）和Imanpura（23°54'01.9"N 73°00'18.2"E）]。选择这些地点是为了最大限度地减少与本地牛种相关的偏差，因为这些投入品依赖于当地牛的粪便和尿液。用于投入品制备的牛属于Kankrej品种（Bos indicus ）。NF投入品的制备时间为第二周
NF投入品的化学特性和养分含量 对NF投入品样品进行了pH、EC、OC、N、P、K、S及微量营养素（Fe、Mn、Zn和Cu）含量的分析。在三种NF投入品中，ghanjivamrit的pH值显著最高（7.88；beejamrit除外），OC（46.62%）、N（1.10%）、P（0.47%）、K（0.48%）、S（0.34%）、Fe（1573.67 ppm）、Mn（58.72 ppm）、Zn（39.93 ppm）和Cu（8.58 ppm）含量也显著最高。然而，beejamrit的EC值显著较高（8.45 dS m-1 ）。NF投入品的化学特性和养分含量的详细情况
讨论 Ghanjivamrit、jivamrit和beejamrit是天然农业的关键组成部分。本研究采用组学方法在单一实验框架内对这些投入品进行了代谢组和宏基因组表征，并根据现有文献将鉴定出的代谢物和微生物属与其农业重要功能进行了关联分析。
结论 Ghanjivamrit、jivamrit和beejamrit表现出不同的代谢物和微生物群落组成，从而支持了我们的假设，即不同的NF投入品具有独特的代谢物和微生物特征，这些特征可能与各自报告的农业用途相关。整合代谢组学分析揭示了多种与农业相关的代谢物，属于羧酸及其衍生物、异戊二烯脂类和脂肪酰类，以及多种独特化合物
作者贡献声明 Himanshu A. Pandya： 写作——审阅与编辑、验证、监督、资源、项目管理、调查研究、资金获取、概念化。Rakesh M Rawal： 写作——审阅与编辑、验证、监督、资源、项目管理、调查研究、资金获取、概念化。Kartik Gajjar： 写作——审阅与编辑、可视化、软件、方法论。Aditya P. Rathore： 写作——初稿、可视化、软件、方法论、形式
利益冲突声明 作者声明，不存在可能影响本文所报告工作的已知经济利益冲突或个人关系。
生成式AI和AI辅助技术在写作过程中的使用声明 在本文准备过程中，作者使用了ChatGPT（GPT-4o；
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资金支持 本研究获得了印度古吉拉特邦政府科学技术部科学技术部 （DST ）古吉拉特邦生物技术使命（GSBTM）的财政支持，资助编号为GSBTM/JD(R&D)/661/2022-23/00172582。
未引用参考文献 Gajjar等，2026；Li等，2014；Shen等，2022。
利益冲突声明 作者声明，不存在可能影响本文所报告工作的已知经济利益冲突或个人关系。
Smit K. Patel|Aditya P. Rathore|Kartik Gajjar|Rakesh Rawal|Himanshu A. Pandya
