近年來，我國微生物肥料產(chǎn)業(yè)取得了快速穩(wěn)定的發(fā)展，但也存在整體水平低，技術(shù)創(chuàng)新不足等問題，在功能機(jī)理、優(yōu)良菌種、高效優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品及相關(guān)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)上仍未有重大突破，這些都是影響行業(yè)發(fā)展的瓶頸難題。

　　在眾多技術(shù)方案中，根際微生物與植物的關(guān)系不容忽視。根際是一個獨特的環(huán)境，是受植物根系和根系分泌物直接影響的薄層土壤，植物和土壤微生物在這里發(fā)生著廣泛復(fù)雜的相互作用。

　　中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃所研究員張瑞福認(rèn)為，從應(yīng)用角度分析，研究植物與微生物在根際的相互作用對開發(fā)生物肥料和生物農(nóng)藥具有重要的意義。

　　農(nóng)業(yè)發(fā)展呼喚微生物肥料

　　土壤是作物賴以生長的基地，而作物所需的營養(yǎng)元素主要是依靠土壤中生活的、每克土以億計的微生物的作用。然而，目前的土壤問題讓人擔(dān)憂。

　　在糧食十一連增的背后，化肥、農(nóng)藥的使用量不斷提升，牲畜糞便、秸稈等廢棄物也大量增加，已造成了農(nóng)村和農(nóng)田的廣泛面源污染和土壤肥力下降等嚴(yán)重問題，惡化了生態(tài)和城鄉(xiāng)人民的生活環(huán)境。

　　中國農(nóng)業(yè)在未來發(fā)展中面臨著既要保持高產(chǎn)，又要減少面源污染之時，迫切需要可行的技術(shù)方案來降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對化肥、農(nóng)藥的依賴，提高其使用效率。而如何提高其使用效率?

　　在此種情況下，發(fā)展新型肥料，增強(qiáng)土壤活力，以可持續(xù)提高作物產(chǎn)量顯得尤為重要。

　　農(nóng)業(yè)部微生物產(chǎn)品質(zhì)量安全評估實驗室和農(nóng)業(yè)部微生物肥料質(zhì)檢中心主任李俊曾向記者介紹過，微生物肥料已成為植物營養(yǎng)與肥料中的重要組成部分，在提高養(yǎng)分轉(zhuǎn)化利用率、維護(hù)植物健康成長、增產(chǎn)提質(zhì)和保證可持續(xù)生產(chǎn)能力等方面具有不可替代的作用。

　　近年來，我國微生物肥料增長速度比較快，“每年有20%的增長，但總量還是偏小，不到肥料總量的3%。”張瑞福告訴《中國科學(xué)報》記者。

　　而歐美及南美的巴西、阿根廷等國家這一比例要高得多，“這與我國對微生物肥料的重視及我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展對微生物肥料的需要不匹配，尤其是在國家關(guān)注農(nóng)業(yè)‘減肥減藥’的新形勢下?！睆埲鸶Ｕf。

　　他認(rèn)為，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的化肥不合理使用，化肥過多會掩蓋甚至抑制微生物的肥效，使農(nóng)民認(rèn)為微生物肥料效果不好，導(dǎo)致惡性循環(huán)。

　　此外，目前市場上微生物肥料所使用菌種性狀不好，企業(yè)在研發(fā)時，對微生物肥料的核心要素——菌種的選育投入少，菌種來源雜亂，“造成微生物肥料產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，影響了微生物肥料的推廣。”張瑞福告訴記者。

　　根際微生物：植物的第二基因組

　　如何研究和開發(fā)新型肥料，并合理使用，成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要課題。

　　“對根際微生物和植物根系互作的研究，可以為微生物肥料開發(fā)中菌種的選擇及提高微生物應(yīng)用效果提供理論指導(dǎo)?！睆埲鸶Ｕf。

　　據(jù)了解，根際微生物對宿主植物類似于腸道微生物對人體的重要性，根際微生物在養(yǎng)分轉(zhuǎn)化吸收、植物促生、污染物降解、有機(jī)質(zhì)分解、土傳病原菌抑制和植物健康維護(hù)、協(xié)助植物抵抗逆境等方面發(fā)揮重要作用。充分發(fā)揮根際微生物的有益作用是減少農(nóng)用化學(xué)品投入(減肥減藥)、支撐農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

　　國際上目前倡導(dǎo)的農(nóng)業(yè)“常綠革命”是對過去幾十年“綠色革命”的進(jìn)一步提升，綠色革命的主要特征是依靠育種技術(shù)和農(nóng)用化學(xué)品投入增加糧食產(chǎn)量，而常綠革命倡導(dǎo)通過充分利用植物和微生物的有益互作促進(jìn)作物增產(chǎn)，并提高產(chǎn)品品質(zhì)。

　　目前微生物肥料普遍面臨的共性問題是大田應(yīng)用效果不穩(wěn)定，張瑞福指出，其主要原因是環(huán)境因素復(fù)雜多樣，對施入土壤中的微生物肥料菌株的存活、競爭、定殖及功能發(fā)揮影響巨大。

　　張瑞福介紹，優(yōu)良菌種是微生物肥料的基礎(chǔ)，由于土著微生物的競爭和土壤環(huán)境的復(fù)雜，微生物功能的發(fā)揮會受到影響，“在菌種篩選收集時，土壤適應(yīng)性和宿主植物的匹配性要成為考慮因素?！睆埲鸶Ｕf。

　　事實上，微生物肥料菌株在植物根際的競爭定殖能力是微生物肥料功能穩(wěn)定發(fā)揮的保障，所以對不同植物要選育在該植物根際競爭定殖能力強(qiáng)的菌株研發(fā)微生物肥料，比如利用某種植物的根系分泌物作為營養(yǎng)，生長速度快。

　　“菌種選育時，應(yīng)以植物匹配性好、土壤適應(yīng)性廣為目標(biāo)，微生物肥料菌種如果與植物匹配性能好，則該菌株的功能發(fā)揮受宿主植物影響較大。”張瑞福說。

　　在此基礎(chǔ)上，受土壤環(huán)境影響就較小，從而研制地域廣適性的作物專用微生物肥料，便于推廣應(yīng)用，因為農(nóng)民對作物類型的判斷要比對土壤類型的判斷容易。

　　求突破重推廣

　　根際微生物種類繁多，張瑞福也指出了其中存在的問題：“絕大多數(shù)還未獲得培養(yǎng)，所以對根際微生物群落組成和功能表達(dá)的認(rèn)識還很片面，缺乏整體的認(rèn)識。”

　　如何通過農(nóng)業(yè)措施調(diào)控根際微生物群落，使其結(jié)構(gòu)組成和功能發(fā)揮更能滿足植物營養(yǎng)和健康需要，這些都是比較重要而具有挑戰(zhàn)性的課題，“但目前已經(jīng)有了很多有益的探索”。

　　據(jù)介紹，國際上對根際微生物研究非?；钴S，已經(jīng)通過高通量測序等技術(shù)探索根際微生物群落組成;宏基因組和轉(zhuǎn)錄組也應(yīng)用于對根際微生物功能基因表達(dá)時空特征的描述;還有對根際微生物組成與植物根系分泌物組分的關(guān)聯(lián)等研究，期望找到能誘導(dǎo)有益微生物到植物根際的根系分泌物組分，然后將其開發(fā)成“調(diào)控劑”;對根際微生物與植物互作的分子機(jī)制及信號也研究得非常深入。

　　事實上，科學(xué)家們提出應(yīng)該把增強(qiáng)與有益微生物互作作為植物的育種目標(biāo)之一，很多跨國公司如孟山都、杜邦、諾維信等都把利用根際有益微生物開發(fā)微生物肥料和微生物農(nóng)藥作為重要產(chǎn)品開發(fā)方向。

　　在我國，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所是我國微生物肥料研究的主要機(jī)構(gòu)之一，上世紀(jì)七八十年代研制出很多國內(nèi)廣泛應(yīng)用的微生物肥料產(chǎn)品，獲得了多項國家獎勵。

　　“我也從事多年根際微生物與微生物肥料研究，收集建立了根際促生菌菌種資源庫，尤其是在增強(qiáng)促生菌根際定殖以及微生物與根系互作的機(jī)理與調(diào)控機(jī)制上做了很多工作?！睆埲鸶Ｕf，希望能找到增強(qiáng)促生菌根際定殖的調(diào)控信號，開發(fā)成微生物肥料的“增效劑”。

　　另外，張瑞福介紹，通過高通量測序與生物信息學(xué)等技術(shù)，對根際微生物群落組成的解析及功能表達(dá)等方面也做了很多工作。

　　“我們研制的一些微生物肥料也通過與企業(yè)合作共同推廣?！睆埲鸶Ｕf。

　　延伸閱讀

　　根際包含著復(fù)雜的微生物類群，一克根際土壤含有106~1010個微生物。這個復(fù)雜的微生物群體對宿主植物的健康和生長發(fā)揮著重要的影響。根際是微生物定殖和發(fā)揮活性的重要區(qū)域，根系與土壤微生物之間的互作是特異的并處于共進(jìn)化的壓力下。根際微生物可以協(xié)助宿主植物抑制土傳病，提高養(yǎng)分的有效性和吸收，以及通過提高宿主植物的免疫力抵抗生物和非生物逆境，從而促進(jìn)植物的生長。反過來，植物為根際微生物提供根系分泌物作為生長基質(zhì)與分子信號。