申建波，白 洋，韋 中，儲成才，袁力行，張 林，崔振嶺，叢汶峰，張福鎖?

（1.中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，國家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究院，植物-土壤相互作用教育部重點實驗室，北京100193；2.中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室，北京 100101；3.中國科學院-英國約翰英納斯中心植物和微生物科學聯(lián)合研究中心，北京 100101；4.南京農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，江蘇省固體有機廢棄物資源化高技術(shù)研究重點實驗室，國家有機類肥料工程技術(shù)研究中心，南京 210095）

糧食安全和環(huán)境保護是一個國家賴以生存與發(fā)展的根本。全球新的需求與挑戰(zhàn)將國家糧食安全、生態(tài)環(huán)境健康等問題推到前所未有的戰(zhàn)略高度。當前，中國既要將飯碗牢牢地端在自己手中，又要大力推進生態(tài)文明建設(shè)，就必須依靠科技，大幅度提高作物產(chǎn)量的同時，保護生態(tài)環(huán)境，促進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。化肥作為糧食增產(chǎn)的關(guān)鍵保障，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做出了巨大貢獻。我國化肥年生產(chǎn)和消費量已超過6 000萬t，占全球三分之一多?；实拇罅渴┯秒m然支撐了國家糧食安全，但也引起了土壤酸化、水體富營養(yǎng)化等一系列環(huán)境問題[1-4]。如何協(xié)同糧食安全、資源高效和環(huán)境保護已成為我國乃至全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)，也是未來農(nóng)業(yè)科技革命的突破口和多學科交叉創(chuàng)新的科學前沿。

作為植物營養(yǎng)研究的核心目標，養(yǎng)分高效同時可以協(xié)同作物產(chǎn)量、資源效率和環(huán)境安全，成為破解可持續(xù)發(fā)展難題的金鑰匙。近年來，國際上植物營養(yǎng)學科發(fā)展迅速，尤其在植物營養(yǎng)分子生物學、微生物組學等方面取得了一系列重要突破。我國科學家在植物養(yǎng)分高效分子機理、植物-微生物互作、根際微生態(tài)調(diào)控、根際營養(yǎng)與農(nóng)田養(yǎng)分管理等方面取得重要進展，使我國在該領(lǐng)域躍居國際先進水平。本文系統(tǒng)總結(jié)了植物營養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域的新進展，剖析了協(xié)調(diào)資源、環(huán)境和糧食安全的學術(shù)思路，提出了交叉創(chuàng)新研究領(lǐng)域-根際生命共同體的學術(shù)觀點、理論框架、關(guān)鍵科學問題和未來研究重點，以期引發(fā)思考與討論，推動相關(guān)學科發(fā)展。

1 植物營養(yǎng)研究的主要進展與突破

1.1 植物養(yǎng)分高效生物學機制研究進展與突破

隨著生物學新理論與新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，尤其是分子生物學的快速發(fā)展，植物營養(yǎng)基礎(chǔ)研究全面進入分子時代。傳統(tǒng)研究無法破譯的植物營養(yǎng)機理被逐步闡明，如轉(zhuǎn)運蛋白介導的植物養(yǎng)分吸收與運輸機制、植物感知養(yǎng)分信號途徑與調(diào)控等[5-8]。我國科學家在植物氮、磷、鉀營養(yǎng)信號轉(zhuǎn)導與分子調(diào)控機理研究上做出了一系列開創(chuàng)性工作[9-11]。不同于歐美科學家專注于模式植物擬南芥的基礎(chǔ)性研究，我國科學家堅持圍繞作物開展基礎(chǔ)與應用研究，克隆了多個具有重要育種價值的關(guān)鍵基因，如NRT1.1B、GRF4、OsNR2、ARE1、NGR5、NRT2.3b、OsTCP19，并闡明了其調(diào)控機制[12-18]。在水稻氮營養(yǎng)信號通路與氮高效遺傳改良方面，克隆了秈稻中氮高效基因NRT1.1B，發(fā)現(xiàn)該基因單堿基變異是導致秈粳稻間氮肥利用效率差異的主要原因，并將秈型NRT1.1B導入粳稻，大幅度提高了作物氮利用效率[12]；克隆了NRT1.1A和Ef-cd養(yǎng)分高效基因，可在顯著縮短作物生育期的情況下，大幅提高作物產(chǎn)量和氮肥利用效率，使培育兼具氮高效、高產(chǎn)與早熟作物品種成為可能[15，19]；闡明了硝酸鹽信號從細胞膜受體感知到細胞核內(nèi)響應的主信號通路，揭示了硝酸鹽信號驅(qū)動植物氮磷營養(yǎng)平衡的分子機制[11]。研究成果不僅為遺傳改良作物養(yǎng)分高效性狀提供了創(chuàng)新思路，也為養(yǎng)分高效品種培育提供了優(yōu)異的基因與種質(zhì)資源。然而，盡管在作物自身改良提高養(yǎng)分效率的理論和應用研究方面取得了長足進步，但缺乏對優(yōu)良品種與根際微生物和土壤互作以及養(yǎng)分調(diào)控的全局性理解，限制了高效植物基因型生物學潛力的發(fā)揮。

1.2 根際營養(yǎng)研究主要進展與挑戰(zhàn)：從根際過程到根際生物互作

1.2.1 根際過程與養(yǎng)分高效 養(yǎng)分的高效利用不僅取決于植物本身，而且在很大程度上也取決于其所處的根際環(huán)境。自 20世紀 80年代美國科學家Barber[20-21]提出土壤養(yǎng)分生物有效性概念以來，根系的養(yǎng)分活化作用得到了廣泛重視；德國植物營養(yǎng)學家 Marschner[22]首次揭示植物養(yǎng)分高效的根際作用機理，掀起了根際營養(yǎng)研究的熱潮；以養(yǎng)分高效吸收轉(zhuǎn)運的分子機理和理想根構(gòu)型為代表的關(guān)鍵性突破[23-25]，使植物營養(yǎng)研究進入了新階段。我國科學家在專一性根分泌物活化根際養(yǎng)分[26-27]、菌根菌絲拓展根際范圍[28]、菌絲際生物互作促進養(yǎng)分活化利用[29-30]等方面取得了創(chuàng)新性進展。尤其是深入生產(chǎn)一線，發(fā)現(xiàn)禾本科與豆科作物間作使豆科作物結(jié)瘤固氮能力提高近2倍，認識到玉米吸氮多解除蠶豆“氮阻遏”、玉米分泌的染料木素促進蠶豆結(jié)瘤固氮，從而首次揭示了間套作體系根際互作增產(chǎn)和氮磷養(yǎng)分高效利用的機理[31-32]；證明根分泌物可在土壤中形成增強難溶性養(yǎng)分活化的特殊微域，并能改善根際土壤結(jié)構(gòu)等物理環(huán)境，增強根-土的連接性和養(yǎng)分的傳輸，拓展了根系-根際-養(yǎng)分互作的空間維度[27，33]；發(fā)現(xiàn)根際局部養(yǎng)分調(diào)控可以進一步強化根際互作，促進根系增生和根際酸化，從而改變根系的趨肥性和競爭策略[34-35]；提出可持續(xù)作物系統(tǒng)需要適應異質(zhì)性根際的學術(shù)觀點，闡述了根際科學與可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)系，提出根際物理、化學和生物互作過程及其調(diào)控機制的概念模型[36]；利用菌根真菌雙重培養(yǎng)體系，結(jié)合13C-DNA-SIP示蹤植物光合碳流技術(shù)，闡明菌絲際互作活化土壤難溶性磷的機理：發(fā)現(xiàn)菌絲分泌物能快速被菌絲際解磷細菌利用，同時作為碳源和信號刺激菌絲際解磷細菌的解磷功能，增強土壤有機磷活化[30]；闡明根系形態(tài)、根分泌物、菌根之間養(yǎng)分獲取策略的協(xié)同和權(quán)衡機制，發(fā)現(xiàn)粗根植物更依賴于菌根或根分泌物，而細根植物更依賴于根系形態(tài)變化[37]。盡管我國在根際營養(yǎng)研究上取得顯著成就，但這些研究主要集中在專一性根分泌物和根際化學過程的養(yǎng)分活化機理方面，對數(shù)量巨大的非專一性根分泌物的多樣化功能、以及植物-土壤系統(tǒng)多界面互作增效的潛力仍知之甚少，成為進一步破解養(yǎng)分高效難題的瓶頸。

1.2.2 根際微生物組與養(yǎng)分高效 根際富集了大量各種各樣的微生物，這些微生物作為一個整體統(tǒng)稱為根際微生物組[38]。根際微生物組是植物功能發(fā)揮不可或缺的組成部分，且基因數(shù)量遠大于植物基因組，被稱為植物的第二基因組。多年來，在根瘤菌、菌根真菌、解磷細菌提高養(yǎng)分效率的作用與機理研究方面取得了一系列新突破[39-42]，但這些微生物只是根際微生物組中的很小一部分[43-45]。近年來，微生物組測序、高通量培養(yǎng)、人工重組和功能研究體系等方法的建立極大地推動了根際微生物組功能研究[46-47]。擬南芥、玉米、水稻、小麥等植物根際微生物組構(gòu)成被解析[43，48-50]。根際微生物組及菌群互作關(guān)系促進植物生長、適應逆境、維持植物健康以及幫助植物高效獲取養(yǎng)分的機理也被逐步揭示[51-53]。例如，香豆素參與調(diào)控假單胞菌在擬南芥根系定殖，促進植物對難溶性鐵的吸收利用[54]。根際微生物組不僅受土壤類型、養(yǎng)分供應等因素的影響，而且還受植物基因型的調(diào)控[43-44，55-56]。擬南芥三萜合成途徑顯著調(diào)控根際微生物組組成，52%的擬南芥根系特異細菌受三萜合成基因調(diào)控。通過分離培養(yǎng)的細菌與化合物的共培養(yǎng)試驗，揭示了三萜化合物直接并選擇性調(diào)控根際細菌生長，表明三萜化合物參與植物與根際微生物組的共進化[57]。秈稻根系較粳稻富集了更多與土壤氮循環(huán)相關(guān)的細菌，表明秈稻根系微環(huán)境的氮循環(huán)更活躍，發(fā)現(xiàn)秈稻型NRT1.1B基因在促進氮循環(huán)相關(guān)細菌在水稻根系富集、提高有機氮利用方面起重要作用[57]。因此，植物與其第二基因組的融合為揭示根際生物互作、實現(xiàn)養(yǎng)分高效提供了新的途徑。然而，植物養(yǎng)分高效的根際微生物組功能研究才剛剛起步，參與養(yǎng)分高效的核心微生物及其養(yǎng)分高效的機理、核心微生物與其他微生物互作機制、核心微生物與植物互作機制等仍知之甚少，限制了植物與其第二基因組?微生物組互作增效潛力的發(fā)揮。

2 根際生命共同體的理論框架與學術(shù)思路

2.1 根際生命共同體理論的提出

養(yǎng)分高效是一個從土壤到植物、從微生物到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多界面互作的系統(tǒng)過程。任何單一過程的研究都無法破解整個系統(tǒng)的運行機制，也就難以從整體上大幅度提高植物養(yǎng)分效率。根系作為植物吸收養(yǎng)分的主要器官，將地上和地下連為一體；根際則是控制植物-土壤系統(tǒng)物質(zhì)、能量流動和信息交換的樞紐；菌絲際及其他微生物極大地拓展了植物吸收利用土壤養(yǎng)分的范圍與功能。在“植物-根系-根際-菌絲際-土體及其微生物”系統(tǒng)中，植物將光合產(chǎn)物輸送到地下，驅(qū)動了地下多樣化生命過程的運轉(zhuǎn)。光合產(chǎn)物一部分用于支撐根系生長及其生理活動，另一部分以根分泌物的形式釋放到根際環(huán)境中，極大地改變了根際土壤的物理、化學和生物學性質(zhì)，招募和供養(yǎng)微生物，使根際成為植物-微生物、微生物-微生物互作最活躍的熱點區(qū)域，成倍提升植物對土壤養(yǎng)分的活化與利用效率。根外菌絲和其他土壤微生物又將根際范圍擴展上百倍，并能從距離根系很遠的土體、以及根系難于進入的微團聚體內(nèi)將養(yǎng)分捕獲并傳輸給植物。這種自上而下的能量流與自下而上的養(yǎng)分流形成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)，將“植物-根系-根際-菌絲際-土體及其微生物”連接成一個以根際互作為核心，“牽一發(fā)而動全身”的根際生命共同體（Rhizobiont）（圖1），將植物與其第二基因組——微生物組完美地結(jié)合在一起，控制著植物對養(yǎng)分的活化、吸收和利用。

長期以來，化肥顯著的增產(chǎn)效應，使人們在生產(chǎn)實踐中往往只重視肥料養(yǎng)分的投入，卻忽視了植物-土壤系統(tǒng)巨大的生物學潛力，尤其是沒有認識到根際生命共同體多界面互作增效提高養(yǎng)分效率的作用，因此常常施肥過量，導致根系生長受阻、根際過程減弱、植物-微生物互作紊亂、根際微生態(tài)環(huán)境惡化，從而嚴重制約了養(yǎng)分效率的提高。因此，深入揭示根際生命共同體互作增效機制，建立生物學調(diào)控新途徑，提高養(yǎng)分效率，從根本上改變高投入、高污染的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，既是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的交叉前沿，又是破解我國農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵突破口。

2.2 根際生命共同體的學術(shù)思路

通過植物營養(yǎng)學、土壤學、微生物學、農(nóng)學、生態(tài)學、分子生物學和生物信息學等多學科交叉創(chuàng)新，改變以往過度依賴外部投入的傳統(tǒng)思路，提出根際生命共同體理論模型與學術(shù)思路，從系統(tǒng)角度闡明共同體運行機制，破解多界面互作提高養(yǎng)分效率的科學難題。首先，通過碳和養(yǎng)分的流動軌跡，確定根際生命共同體的整體框架和內(nèi)部脈絡；通過定量各個界面碳流與養(yǎng)分流的通量，揭示分泌物驅(qū)動的界面互作控制物質(zhì)流動的規(guī)律及碳與養(yǎng)分效率的耦合機制，解析共同體系統(tǒng)活化、吸收與利用養(yǎng)分的功能；通過比較植物基因型、匹配核心微生物、及調(diào)控關(guān)鍵環(huán)境因子對系統(tǒng)物質(zhì)和能量流動及其信號交換的影響，解析共同體運行與調(diào)控機制，建立理論模式。其次，針對植物-微生物互作界面，篩選鑒定養(yǎng)分高效的根際核心微生物，闡明植物與核心微生物相互感知、微生物定殖與調(diào)控植物養(yǎng)分效率的機制；針對微生物-微生物互作界面，發(fā)掘增強核心微生物定殖和功能的專性物質(zhì)、靶向抑制有害微生物的有益微生物，揭示微生物-微生物協(xié)同和競爭影響?zhàn)B分效率的機制。在以上兩個關(guān)鍵界面互作機制取得突破的基礎(chǔ)上，闡明從微生物菌群互作到核心微生物-植物互作的級聯(lián)放大作用及其撬動多界面互作增效的聯(lián)動機制，全面提升共同體系統(tǒng)功能與運行效率。最后，在共同體理論創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，從養(yǎng)分高效植物基因型、與其匹配的根際核心微生物、營造理想根際微生態(tài)環(huán)境最大化植物-核心微生物互作潛能的新技術(shù)三個視角協(xié)同突破根際互作調(diào)控瓶頸問題；再從地下根際互作調(diào)控、地上高產(chǎn)群體構(gòu)建和農(nóng)田養(yǎng)分管理三個方面集成創(chuàng)建根際生命共同體互作增效的生物學調(diào)控新途徑，從根本上提高養(yǎng)分效率，推動農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。

3 根際生命共同體的研究內(nèi)容與主要創(chuàng)新

提高養(yǎng)分效率，從根本上改變高投入、高污染的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是我國農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的迫切需求。以往研究多關(guān)注單一過程的解剖，無法從整體上解決植物-土壤系統(tǒng)，尤其是以根際為核心的多組分、多界面的互作增效問題，難以從整體上提高養(yǎng)分效率。圍繞“根際互作與養(yǎng)分高效”這一研究主題，通過多學科交叉創(chuàng)新，聚焦根際生命共同體（圖2）系統(tǒng)研究，闡明根際生命共同體結(jié)構(gòu)、功能、及其在養(yǎng)分活化、吸收與利用中的作用，重點突破植物-微生物、微生物-微生物關(guān)鍵界面互作機制，闡明根際生命共同體運行規(guī)律，創(chuàng)建養(yǎng)分高效的生物學調(diào)控途徑，從根本上提高養(yǎng)分效率，支撐我國農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。

3.1 植物養(yǎng)分高效的根際互作過程與調(diào)控機制

根際互作過程在養(yǎng)分高效中發(fā)揮關(guān)鍵作用。當前研究主要針對單一根際過程，無法破解整個系統(tǒng)的運行機制，難以從整體上提高養(yǎng)分效率。構(gòu)建“植物-根系-根際-菌絲際-土體及其微生物”根際生命共同體理論模式，研究共同體多界面碳流與養(yǎng)分效率的耦合機制，從系統(tǒng)角度深入揭示根際生命共同體關(guān)鍵界面的互作過程與對話機制。主要包括：（1）構(gòu)建養(yǎng)分高效的根際生命共同體模式；（2）闡明植物根分泌物介導的養(yǎng)分高效根際對話機制；（3）闡明菌絲分泌物介導的菌絲際菌根真菌-細菌互作機制及效應。

3.2 根際微生物對植物養(yǎng)分高效的作用機制

植物根系從土壤選擇性招募并供養(yǎng)大量微生物，根際微生物組與作物養(yǎng)分高效密切相關(guān)。然而，當前研究主要關(guān)注根瘤菌和菌根真菌為代表的少數(shù)微生物種類，對參與作物養(yǎng)分高效的其他大量微生物種類與功能缺乏系統(tǒng)性研究，它們與植物的互作機理更不清楚。未來應著重聚焦植物與根際微生物互作過程，篩選鑒定養(yǎng)分高效的根際核心微生物，揭示微生物定殖、調(diào)控植物養(yǎng)分利用通路的機制，以及植物感知與調(diào)控微生物的機理，闡明植物與根際微生物協(xié)同互作提高養(yǎng)分效率的機理，為理解根際生命共同體互作增效機制、創(chuàng)建生物學調(diào)控途徑提供理論支撐。主要包括：（1）植物養(yǎng)分高效的根際核心微生物種類和功能；（2）根際微生物調(diào)控植物吸收養(yǎng)分的機制；（3）植物對根際微生物的感知和調(diào)控機理。

3.3 養(yǎng)分高效的根際微生態(tài)調(diào)控機制

根際微生態(tài)對養(yǎng)分高效至關(guān)重要。高投入的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式造成了根際微生態(tài)失衡，削弱了根際菌群促進養(yǎng)分周轉(zhuǎn)、植物生長和抑制土傳病害的功能，制約著作物養(yǎng)分高效。當前根際菌群與養(yǎng)分高效的研究主要集中在促生微生物資源篩選、產(chǎn)品開發(fā)及應用階段，忽視了根際微生態(tài)與養(yǎng)分高效關(guān)系的系統(tǒng)研究。未來應圍繞根際生命共同體中微生物-微生物以及微生物-環(huán)境生態(tài)互作，闡明根際微生態(tài)與養(yǎng)分高效的定量關(guān)系，建立根際微生態(tài)定向調(diào)控途徑。主要包括：（1）闡明典型根際菌群失衡特征與裝配機制以及與作物養(yǎng)分效率的關(guān)系；（2）探明根際有益菌群多營養(yǎng)級生態(tài)互作與作物養(yǎng)分效率的關(guān)系；（3）建立根際微生態(tài)定向調(diào)控技術(shù)體系，實現(xiàn)作物促生、抑病與養(yǎng)分高效。

3.4 養(yǎng)分高效的地上地下互作調(diào)控機制

調(diào)控根際生命共同體的核心是高效協(xié)同地上地下系統(tǒng)物質(zhì)、能量流動和信息交換。在植株水平，冠根交流能夠協(xié)同地上地下生理過程，調(diào)控植物生長發(fā)育與養(yǎng)分效率。在群體水平，植物-土壤系統(tǒng)地上地下緊密的互作反饋過程決定了整個體系的生產(chǎn)力與養(yǎng)分效率。通過生物學調(diào)控可以發(fā)掘地上地下互作增效潛力，在作物個體、群體與系統(tǒng)水平提高養(yǎng)分效率，實現(xiàn)可持續(xù)集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。未來的研究應重點圍繞養(yǎng)分高效的地上地下互作機制與調(diào)控途徑開展研究，在植株水平上揭示地上地下高效協(xié)同的生理與分子機制；在土壤-作物系統(tǒng)水平上闡明地上地下生物多樣性互作的增產(chǎn)增效機制；依據(jù)根際生命共同體理論及其互作增效機制新認識，建立養(yǎng)分高效的生物學調(diào)控途徑。

4 未來交叉創(chuàng)新方向與展望

綜上所述，在當前植物營養(yǎng)學、微生物學、分子生物學、土壤學、農(nóng)學、可持續(xù)發(fā)展科學等快速發(fā)展與交叉融合的大背景下，新的學科生長點不斷涌現(xiàn)，根際生命共同體理論體系的構(gòu)建是多學科交叉創(chuàng)新的典型案例。這一學術(shù)觀點突破了以往研究多關(guān)注單一過程的解剖，無法從整體上解決植物-土壤系統(tǒng)，尤其是以根際為核心的多組分、多界面的互作增效問題。圍繞“根際生命共同體與養(yǎng)分高效利用”這一焦點，開展以植物營養(yǎng)學為核心的多學科交叉創(chuàng)新，系統(tǒng)深入研究“植物-根系-根際-菌絲際-土體及其微生物”根際生命共同體的結(jié)構(gòu)、功能、及其在養(yǎng)分活化、吸收與利用中的作用，無疑將為新時代植物營養(yǎng)學科的快速發(fā)展提供了新機遇。

未來根際生命共同體交叉創(chuàng)新研究方向主要集中在：

1）創(chuàng)建“植物-根系-根際-菌絲際-土體及其微生物”根際生命共同體理論體系。植物在生長過程中將光合碳分配到地下，驅(qū)動“植物-根系-根際-菌絲際-土體及其微生物”根際生命共同體運行。自上而下的碳流和自下而上的養(yǎng)分流之間的關(guān)系與耦合機制是什么？植物又是如何通過分泌物及信號物質(zhì)來調(diào)控這一系統(tǒng)過程？通過融合多學科理論與技術(shù)，有望突破根際生命共同體的結(jié)構(gòu)、功能及其物質(zhì)、能量和信息交換機制，闡明根際生命共同體的運行規(guī)律及多界面互作增效機制，破解傳統(tǒng)單一過程研究無法系統(tǒng)提高養(yǎng)分效率難題，開創(chuàng)植物-土壤-微生物互作增效的交叉創(chuàng)新領(lǐng)域。

2）破解植物第一基因組與第二基因組（微生物組）協(xié)同提高養(yǎng)分效率的理論難題。植物-微生物、微生物-微生物互作在植物養(yǎng)分高效中發(fā)揮著重要作用。哪些核心微生物參與植物養(yǎng)分高效，如何與植物交換養(yǎng)分，怎樣影響植物吸收利用養(yǎng)分通路？植物如何感知和調(diào)控這些根際核心微生物？同時，根際微生物-微生物競爭與協(xié)同互作如何影響?zhàn)B分效率，如何實現(xiàn)定向調(diào)控？回答這些科學問題，有望闡明植物-微生物信號感知、核心微生物根際定殖以及與植物互作增效的分子機制，揭示根際微生物-微生物協(xié)同與競爭影響?zhàn)B分效率的機制，并將植物-微生物互作從當前定性描述提升到功能解析和系統(tǒng)定量水平。

3）建立根際生命共同體互作增效提高養(yǎng)分效率的生物學調(diào)控途徑。在根際生命共同體理論創(chuàng)新基礎(chǔ)上，從植物基因型、根際核心微生物和根際微生態(tài)定向調(diào)控三個視角協(xié)同突破根際互作調(diào)控瓶頸問題，再從地下根際互作調(diào)控、地上高產(chǎn)群體構(gòu)建和農(nóng)田養(yǎng)分管理三個方面集成創(chuàng)建根際生命共同體互作增效的生物學調(diào)控新途徑，大幅度提高作物養(yǎng)分利用效率。

全球農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，過度依賴外部化學品大量投入難以持續(xù)[58]。創(chuàng)新根際生命共同體界面互作增效理論與生物學調(diào)控途徑，以根際互作為支點，撬動整個植物-土壤系統(tǒng)養(yǎng)分效率的提升，達到“四兩撥千斤”的效果，從根本上實現(xiàn)糧食安全、資源高效和環(huán)境保護多目標協(xié)同，將為我國農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型、乃至解決全球可持續(xù)發(fā)展難題提供新路徑。