根際微生物：農業綠色發展中大有作為的植物第二基因組

張瑞福

（中國農科院農業資源與農業區劃研究所，100086）

根際的概念是1904年由德國科學家 Lorenz Hiltner 提出的，指的是受植物根系活動影響，在物理、化學和生物學性質上不同于土體的微域環境。定殖在該微域環境中的微生物稱為根際微生物。與生活在根際外土壤中的微生物群落相比，根際微生物群落受到植物凋落物和根系分泌物的富集作用，盡管其種類低于非根際環境，但其數量和活性卻遠遠高于土體土壤，可達1010-1011細胞/克土壤。根際微生物能進行活躍的物質轉化和相互作用，這些過程直接影響植物的生長發育、養分吸收、有益與有害微生物的定殖或侵染、耐受逆境脅迫等，使根際微域成為土壤-根系-微生物互作的關鍵微區，所以根際微生物組也被看作植物的第二基因組，類似于腸道微生物對人體的功能，是實現農業綠色發展的關鍵調控區域。

目前，我國農業生產由于化肥農藥的過量施用導致土壤質量下降、土傳病害頻發和農田環境污染等問題，嚴重威脅農產品產量和安全，阻礙農業綠色發展。根際微生物中的益生菌具有活化根區養分、促進植物生長、增強植物抗逆、抑制土傳病害等功能，在促進化肥減施增效和農業綠色發展中具有巨大應用潛力，是微生物肥料和微生物農藥的主要菌種來源。隨著國內外土壤微生物組研究的開展，根際微生物組的整體功能倍受關注，充分挖掘根際微生物組的功能，促進作物增產提質是農業綠色發展的研究熱點之一。

根際微生物是根際的功能核心，根際微生物組的研究亦方興未艾。目前國內外學者已在根際微生物研究新技術方法、根際微生物資源篩選與應用、植物-微生物根際互作信號與調控、根際微生物與養分活化、根際微生物與植物促生、根際微生物與植物耐逆、根際微生物與植物健康、根際微生物與土壤修復、根際微生物組結構與功能、根際微生物組裝配、根際微生態，以及根際合成菌群學等方面取得了重要進展。近年來，在科技部、國家自然科學基金委等機構的大力支持下，我國學者在根際微生物方面的研究取得一系列具有國際先進水平的成果，特別在菌根真菌與植物互作、根際微生物組促進水稻氮素利用、根際噬菌體組合防控土傳病害等方面取得了突破性進展，彰顯了我國根際微生物領域的國際影響力。

隨著分子生物學技術在土壤環境領域的應用，以及基因組學、合成生物學等前沿技術的不斷發展，根際微生物的研究越來越受到重視，已經連續兩年被中科院科技戰略咨詢研究院的報告列為國際重點研究前沿（《2018研究前沿》報告）。2019初美國國家科學院、工程院和醫學院聯合發布了題為Science Breakthroughs to Advance Food and Agricultural Research by2030的研究報告，描述了美國科學家眼中農業領域亟待突破的五大研究方向，農業微生物組技術對認知和理解農業系統運行至關重要。

根際微生物組在農業綠色發展中的潛力還未被充分利用。根際微生物物種組成和功能發揮受到土壤性質、宿主植物類型、環境條件和種群互作等多種因素的復雜影響，目前我們對根際益生菌的植物益生機理缺乏深入理解，難以在生產上建立起科學的菌種選育標準；根際益生菌在復雜根際環境的競爭定殖是決定其田間作用效果穩定性的關鍵因素，對根際益生菌的根際定殖過程和調控機制缺乏深入認識，難以為穩定其田間作用效果提供理論指導和技術支撐；基于充分挖掘根際微生物組功能的作物育種策略和田間管理措施還處于探索階段；根際功能菌群裝配/穩定性機制及其作用機理的研究正逐漸成為熱點，但相關理論基礎薄弱，生產應用中缺乏技術指導。

在此背景下，《生物技術通報》邀請了國內一批知名科研團隊，就根際微生物主題撰寫綜述9篇、研究論文12篇，形成了本專題。內容包括植物-微生物根際互作信號與調控、根際微生物與植物促生、根際微生物與植物耐逆、根際微生物與植物健康、根際微生物組結構與功能、根際微生物資源篩選與應用、根際微生物與土壤修復等研究方向。值此專題刊出版之際，謹向所有提供稿件的同行及審稿專家致謝；向《生物技術通報》編輯部致謝，感謝他們為我國根際微生物研究的成果展示和交流作出的貢獻。