微生物肥料：“根”上大有用場

　　近年來，我國微生物肥料產業取得了快速穩定的發展，但也存在整體水平低，技術創新不足等問題，在功能機理、優良菌種、高效優質產品及相關應用的關鍵技術上仍未有重大突破，這些都是影響行業發展的瓶頸難題。

　　在眾多技術方案中，根際微生物與植物的關系不容忽視。根際是一個獨特的環境，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裡發生著廣泛復雜的相互作用。

　　中國農業科學院農業資源與農業區劃所研究員張瑞福認為，從應用角度分析，研究植物與微生物在根際的相互作用對開發生物肥料和生物農藥具有重要的意義。

　　農業發展呼喚微生物肥料

　　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憂。

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

　　中國農業在未來發展中面臨著既要保持高產，又要減少面源污染之時，迫切需要可行的技術方案來降低農業生產中對化肥、農藥的依賴，提高其使用效率。而如何提高其使用效率?

　　在此種情況下，發展新型肥料，增強土壤活力，以可持續提高作物產量顯得尤為重要。

　　農業部微生物產品質量安全評估實驗室和農業部微生物肥料質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與肥料中的重要組成部分，在提高養分轉化利用率、維護植物健康成長、增產提質和保証可持續生產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業可持續發展對微生物肥料的需要不匹配，尤其是在國家關注農業‘減肥減藥’的新形勢下。”張瑞福說。

　　他認為，農業生產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，使農民認為微生物肥料效果不好，導致惡性循環。

　　此外，目前市場上微生物肥料所使用菌種性狀不好，企業在研發時，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，“造成微生物肥料產品質量參差不齊，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

　　如何研究和開發新型肥料，並合理使用，成為我國農業發展的重要課題。

　　“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中菌種的選擇及提高微生物應用效果提供理論指導。”張瑞福說。

　　據了解，根際微生物對宿主植物類似於腸道微生物對人體的重要性，根際微生物在養分轉化吸收、植物促生、污染物降解、有機質分解、土傳病原菌抑制和植物健康維護、協助植物抵抗逆境等方面發揮重要作用。充分發揮根際微生物的有益作用是減少農用化學品投入(減肥減藥)、支撐農業可持續發展的有效途徑。

　　國際上目前倡導的農業“常綠革命”是對過去幾十年“綠色革命”的進一步提升，綠色革命的主要特征是依靠育種技術和農用化學品投入增加糧食產量，而常綠革命倡導通過充分利用植物和微生物的有益互作促進作物增產，並提高產品品質。

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

　　張瑞福介紹，優良菌種是微生物肥料的基礎，由於土著微生物的競爭和土壤環境的復雜，微生物功能的發揮會受到影響，“在菌種篩選收集時，土壤適應性和宿主植物的匹配性要成為考慮因素。”張瑞福說。

　　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定發揮的保障，所以對不同植物要選育在該植物根際競爭定殖能力強的菌株研發微生物肥料，比如利用某種植物的根系分泌物作為營養，生長速度快。

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

　　在此基礎上，受土壤環境影響就較小，從而研制地域廣適性的作物專用微生物肥料，便於推廣應用，因為農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：“絕大多數還未獲得培養，所以對根際微生物群落組成和功能表達的認識還很片面，缺乏整體的認識。”

　　如何通過農業措施調控根際微生物群落，使其結構組成和功能發揮更能滿足植物營養和健康需要，這些都是比較重要而具有挑戰性的課題，“但目前已經有了很多有益的探索”。

　　據介紹，國際上對根際微生物研究非常活躍，已經通過高通量測序等技術探索根際微生物群落組成﹔宏基因組和轉錄組也應用於對根際微生物功能基因表達時空特征的描述﹔還有對根際微生物組成與植物根系分泌物組分的關聯等研究，期望找到能誘導有益微生物到植物根際的根系分泌物組分，然后將其開發成“調控劑”﹔對根際微生物與植物互作的分子機制及信號也研究得非常深入。

　　事實上，科學家們提出應該把增強與有益微生物互作作為植物的育種目標之一，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微生物肥料和微生物農藥作為重要產品開發方向。

　　在我國，中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所是我國微生物肥料研究的主要機構之一，上世紀七八十年代研制出很多國內廣泛應用的微生物肥料產品，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，尤其是在增強促生菌根際定殖以及微生物與根系互作的機理與調控機制上做了很多工作。”張瑞福說，希望能找到增強促生菌根際定殖的調控信號，開發成微生物肥料的“增效劑”。

　　另外，張瑞福介紹，通過高通量測序與生物信息學等技術，對根際微生物群落組成的解析及功能表達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合作共同推廣。”張瑞福說。(秦志偉)

　　延伸閱讀

　　根際包含著復雜的微生物類群，一克根際土壤含有106~1010個微生物。這個復雜的微生物群體對宿主植物的健康和生長發揮著重要的影響。根際是微生物定殖和發揮活性的重要區域，根系與土壤微生物之間的互作是特異的並處於共進化的壓力下。根際微生物可以協助宿主植物抑制土傳病，提高養分的有效性和吸收，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與分子信號。