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轉(zhuǎn)載自“綠色智能肥料”公眾號 土壤微生物在保障糧食安全中起到重要作用，特別是根際微生物被稱為植物第二基因組，根際土壤微生物的數(shù)量是土體微生物的十倍以上(Wang et al., 2020)。    圖1. 微生物促進植物養(yǎng)分吸收及抗病(Trivedi et al., 2020) 微生物具備眾多功能，如何有效發(fā)揮這些功能呢？  目前通常施用微生物肥料或者植物生物刺激素來發(fā)揮微生物功能。但從微生物接種劑產(chǎn)品在 1896 年授予第一項專利至今，其發(fā)展仍然許多限制，尤其是微生物的效果受到地理、土壤、植物種類、氣候等導(dǎo)致的不穩(wěn)定性是最重要的因素之一，原因就在于大部分肥料和菌劑都作用在土壤，而不是關(guān)鍵的根際區(qū)域。 植物根系會在土壤肥料顆粒周圍大量生長，根系密集區(qū)域是植物與土壤及肥料交換的關(guān)鍵場所。綠色智能肥料正是通過這種植物的向肥性作為一個調(diào)節(jié)平臺，可以通過科學(xué)的生物刺激素復(fù)配、碳的比例控制、關(guān)鍵功能微生物信號物質(zhì)添加從而調(diào)節(jié)和調(diào)動根系生長的能力，強化這個區(qū)域中的植物-微生物互作實現(xiàn)四兩撥千斤的作用。 綠色智能肥如何一步一步調(diào)控微生物，又是怎么實現(xiàn)“智能”呢？  肥料對微生物的活化是首要步驟，微生物的活性及功能發(fā)揮，很大程度上依賴于土壤中碳的輸入。土壤中碳含量不足時，大部分土壤微生物處于潛在活性狀態(tài)(Blagodatskaya and Kuzyakov, 2013)。自然條件下，根系分泌物是碳的重要來源，這種碳的輸入對養(yǎng)分周轉(zhuǎn)至關(guān)重要。例如根際一般是處于高碳低磷的微環(huán)境，而微生物對土壤磷的固定與活化與這種碳：磷的比率有關(guān)(Marschner, 2008)。碳：磷的比率高時，細(xì)菌對磷有固定作用，微生物大量儲存磷以備微生物自身的“不時之需”，為自身生長的磷需求作準(zhǔn)備(Spohn and Kuzyakov, 2013)；而在碳：磷的比率降低時，細(xì)菌對磷則是凈活化作用，微生物對碳的需求可以驅(qū)動磷的活化(Spohn and Kuzyakov, 2013)。大量研究表明，通過調(diào)整根際的碳磷比值，可以有效刺激土壤磷酸酶活性，調(diào)控磷的養(yǎng)分活化或者周轉(zhuǎn)(Marschner, 2007 , Zhang et al., 2014 , Wang et al., 2022)。目前發(fā)現(xiàn)通過碳添加，可以顯著刺激微生物的活化能力(Wang et al., 2022)，而且碳源與肥料復(fù)配，刺激微生物活性以提高肥料利用效率已經(jīng)表現(xiàn)出了良好的效果(李金鑫 et al., 2020)。因此，碳添加是綠色智能肥料實現(xiàn)微生物智能化調(diào)控的重要實現(xiàn)途徑。  圖2. 信號物促進土壤微生物磷酸酶活性(Wang et al., 2023) 綠色智能肥料對微生物的組裝與靶向調(diào)控 微生物要想“智能化”調(diào)控，不光用碳調(diào)控細(xì)菌數(shù)量，也應(yīng)考慮實現(xiàn)特定功能的微生物靶向調(diào)控。植物的次級代謝物在植物-微生物的互作中起重要作用。例如乙烯調(diào)控花生根際微生物網(wǎng)絡(luò)中的核心物種（放線菌門Catenulispora sp.）豐度，提高微生物組磷礦化功能。類黃酮、萜烯和苯并惡唑嗪酮類等多種次級代謝物均在根際細(xì)菌群落的組裝過程中發(fā)揮了調(diào)控功能(Wang et al., 2024)。 目前我們通過外源添加這些信號物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了有一些信號物質(zhì)可以顯著提高磷的活化能力，靶向調(diào)控了一些潛在解磷細(xì)菌。因此綠色智能肥料可以通過添加碳和信號物復(fù)配形成“智能”調(diào)控土壤微生物(Wang et al., 2023)。 參考文獻 BLAGODATSKAYA E, KUZYAKOV Y 2013. Active microorganisms in soil: Critical review of estimation criteria and approaches. Soil Biology and Biochemistry [J], 67: 192-211. LING N, WANG T, KUZYAKOV Y 2022. Rhizosphere bacteriome structure and functions. Nature Communications [J], 13. MARSCHNER P. Plant-Microbe Interactions in the Rhizosphere and Nutrient Cycling[C]//P. MARSCHNER, Z. RENGEL. Nutrient Cycling in Terrestrial Ecosystems. Berlin, Heidelberg:Springer Berlin Heidelberg,2007:159-182. 10.1007/978-3-540-68027-7_6. MARSCHNER P. The role of rhizosphere microorganisms in relation to P uptake by plants[C]//P. J. WHITE, J. P. HAMMOND. The Ecophysiology of Plant-Phosphorus Interactions. Dordrecht:Springer Netherlands,2008:165-176. 10.1007/978-1-4020-8435-5_8. SPOHN M, KUZYAKOV Y 2013. Phosphorus mineralization can be driven by microbial need for carbon. Soil Biology and Biochemistry [J], 61: 69-75. TRIVEDI P, LEACH J E, TRINGE S G, et al. 2020. Plant–microbiome interactions: from community assembly to plant health. Nature Reviews Microbiology [J], 18: 607-621. WANG G, JIN Z, WANG X, et al. 2022. Simulated root exudates stimulate the abundance of Saccharimonadales to improve the alkaline phosphatase activity in maize rhizosphere. Applied Soil Ecology [J], 170. WANG S, DUAN S, GEORGE T S, et al. 2023. Adding plant metabolites improve plant phosphorus uptake by altering the rhizosphere bacterial community structure. Plant and Soil [J], 497: 503-522. WANG X, WANG M, XIE X, et al. 2020. An amplification-selection model for quantified rhizosphere microbiota assembly. Science Bulletin [J], 65: 983-986. WANG X, ZHANG J, LU X, et al. 2024. Two diversities meet in the rhizosphere: root specialized metabolites and microbiome. Journal of Genetics and Genomics [J], 51: 467-478. ZHANG L, DING X, CHEN S, et al. 2014. Reducing carbon: phosphorus ratio can enhance microbial phytin mineralization and lessen competition with maize for phosphorus. Journal of Plant Interactions [J], 9: 850-856. 李金鑫, 李絮花, 劉敏, et al. 2020. 海藻酸增效復(fù)混肥料在冬小麥上的施用效果. 中國土壤與肥料 [J]: 153-159. 撰寫：嚴(yán)文輝 編輯：陳路路 審核：黃成東 |
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