喻其林, 趙梓潤(rùn), 劉 琳

(南開(kāi)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 分子微生物學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300071)

植物根際是位于植物根表面與植物非根際土壤之間的狹小區(qū)域。該區(qū)域是根際土壤、植物與根際微生物群落發(fā)生緊密相互作用的場(chǎng)所,已成為自然界的一類極為特殊的生態(tài)系統(tǒng)。根際土壤作為植物與根際微生物相互作用的中介體,不僅為植物與根際微生物提供物理支撐場(chǎng)所,而且供應(yīng)水分、氧氣、有機(jī)質(zhì)、無(wú)機(jī)離子等系列營(yíng)養(yǎng)。植物通過(guò)光合作用、有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與分泌,為根際微生物和土壤提供物質(zhì)轉(zhuǎn)化及平衡的能量與原料,同時(shí)通過(guò)分泌植物信息素,調(diào)控根際微生物群落的動(dòng)態(tài)組裝。根際微生物群落通過(guò)復(fù)雜多樣的代謝與互作過(guò)程,參與土壤無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)解離、生物固氮、微生物拮抗、生長(zhǎng)因子供應(yīng)等系列過(guò)程,從而提高植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收與抗逆能力,為植物的健康與高效生長(zhǎng)提供重要保障。近年來(lái),多組學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,以及多學(xué)科的交叉融合,極大推動(dòng)根際微生物群落結(jié)構(gòu)-功能-調(diào)控策略的交互式研究,為綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)提供新的思路。

1 根際微生物群落的結(jié)構(gòu)

鑒于根際微生物群落的極其重要性,其結(jié)構(gòu)與功能一直是微生物學(xué)家、植物學(xué)家、生態(tài)學(xué)家及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业难芯繜狳c(diǎn)。隨著多組學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對(duì)野生植物與農(nóng)作物根際微生物群落結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)日益深入。

1.1 野生植物根際微生物群落結(jié)構(gòu)

野生植物的根際環(huán)境較少受到人為因素的影響,因而其根際微生物群落更能反映根際微生物群落的天然狀態(tài)。Lei等[1]采用16S rDNA測(cè)序分析方法,對(duì)菊目的艾蒿(Artemisiaargyi)、藿香薊(Ageratumconyzoides)、一年蓬(Erigeronannuus)、金盞銀盤(pán)(Bidensbiternata),以及金虎尾目的飛揚(yáng)草(Euphorbiahirta)、犁頭草(Violajaponica)等進(jìn)行根際細(xì)菌群落研究,發(fā)現(xiàn)上述野生植物的根際微生物群落中存在變形桿菌門(mén)(Proteobacteria)的根瘤菌目(Rhizobiales)、鞘單胞菌目(Sphingomonadales)、伯克霍爾德菌目(Burkholderiales)、黃單胞菌目(Xanthomonadales),以及擬桿菌門(mén)(Bacteroidota)的鞘氨醇桿菌目(Sphingobacteriales)等核心微生物類群。南開(kāi)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院喻其林課題組(本課題組)長(zhǎng)期關(guān)注野生豆科植物與苔蘚植物的根際微生物群落結(jié)構(gòu)。在野生豆科植物方面,本課題組通過(guò)16S rDNA及ITS測(cè)序分析,對(duì)華北地區(qū)兩型豆(Amphicarpaeaedgeworthii)、多花胡枝子(Lespedezafloribunda)、二色胡枝子(Lespedezabicolor)、豆茶決明(Sennanomame)、長(zhǎng)萼雞眼草(Kummerowiastipulacea)等多種野生豆科植物的根際微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析,發(fā)現(xiàn)上述植物根際土壤樣品中存在共有的伯克霍爾德菌目、Vicinamibacterales、根瘤菌目、鞘單胞菌目、噬幾丁質(zhì)菌目(Chitinophagales)、芽單胞菌目(Gemmatimonadales)、酸桿菌目(Acidobacteriales)等優(yōu)勢(shì)細(xì)菌類群,以及傘菌目(Agaricales)、被孢霉目(Mortierellales)、格孢腔菌目(Pleosporales)、肉座菌目(Hypocreales)、糞殼菌目(Sordariales)、雞油菌目(Cantharellales)等優(yōu)勢(shì)真菌類群。通過(guò)對(duì)采自我國(guó)東北、華北、華東、華中等地區(qū)的青蘚(Brachythecium)、小石蘚(Weissia)、白葉蘚(Brothera)、柳葉蘚(Hygroamblystegium)、白發(fā)蘚(Leucobryum)、扭柄蘚(Campylopodium)、曲柄蘚(Calohypnum)、長(zhǎng)灰蘚(Herzogiella)等苔蘚植物根際土壤進(jìn)行長(zhǎng)期研究,本課題組發(fā)現(xiàn)其中廣泛存在伯克霍爾德菌目、鞘單胞菌目、酸桿菌目、根瘤菌目等優(yōu)勢(shì)細(xì)菌類群,以及被孢霉目、肉座菌目、刺盾炱目(Chaetothyriales)等優(yōu)勢(shì)真菌類群。

1.2 農(nóng)作物根際微生物群落結(jié)構(gòu)

長(zhǎng)期以來(lái),研究者們對(duì)重要農(nóng)作物根際微生物群落組成進(jìn)行廣泛研究。例如,通過(guò)對(duì)葡萄(Vitisvinifera)、甘蔗(Saccharumofficinarum)、龍舌蘭(Agaveamericana)等作物的根際細(xì)菌與真菌多樣性分析,發(fā)現(xiàn)其中存在的主要細(xì)菌為變形桿菌門(mén)、放線菌門(mén)(Actinomycetota)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteriota)、擬桿菌門(mén)等類群,主要真菌為子囊菌門(mén)(Ascomycota)及擔(dān)子菌門(mén)(Basidiomycota)等類群,并且根際微生物群落組成多樣性遠(yuǎn)高于根內(nèi)生菌及葉內(nèi)生菌中微生物組成多樣性[2-3]。本課題組通過(guò)對(duì)采自我國(guó)多個(gè)地區(qū)生長(zhǎng)期大豆的根際微生物群落進(jìn)行宏基因組學(xué)與代謝組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)該作物微生物群落中存在Vicinamibacteraceae、鞘單胞菌(Sphingomonas)等優(yōu)勢(shì)細(xì)菌類群,以及Russula、Trichocladium等優(yōu)勢(shì)真菌類群。這些微生物與植物生長(zhǎng)代謝、鹽堿土壤耐受性之間存在緊密聯(lián)系。上述發(fā)現(xiàn)為鹽堿土壤豆科作物種植與增產(chǎn)增效提供重要參考。

2 根際微生物群落的功能

隨著根際微生物群落組成成分研究的日益深入,人們對(duì)根際微生物群落功能的認(rèn)識(shí)不斷提高,極大推動(dòng)了微生物刺激劑(microbial stimulant,MST)的理論與應(yīng)用研究。MST是從植物根際土壤、組織等樣品中分離出來(lái)的微生物,與植物直接相互作用建立相互的共生關(guān)系,或通過(guò)提高植物的營(yíng)養(yǎng)利用率間接建立共生關(guān)系,從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)代謝[4]。研究表明,MST主要包括植物生長(zhǎng)促進(jìn)細(xì)菌(plant growth-promoting bacterium, PGPB)、植物促生真菌(plant growth-promoting fungus,PGPF)兩類(圖1)[5]。隨著對(duì)上述兩類MST功能的深入研究,它們?cè)谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土壤改良、環(huán)境污染治理等領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。

圖1 根際微生物群落對(duì)植物生長(zhǎng)與抗逆的調(diào)控機(jī)制Fig.1 The mechanisms by which the rhizosphere microbiota enhances plant growth and stress tolerance

2.1 PGPB的種類與功能

PGPB是能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)的功能細(xì)菌。目前已知的PGPB大多來(lái)源于特定植物的根際,主要包括芽胞桿菌(Bacillus)、根瘤桿菌(Rhizobacter)、節(jié)桿菌(Arthrobacter)、固氮螺旋菌(Azospirillum)、不動(dòng)桿菌(Acinetobacter)、中華根瘤菌(Sinorhizobium)、慢生根瘤菌(Bradyrhizobium)、黃桿菌(Flavobacterium)、腸桿菌(Enterobacter)、醋酸桿菌(Acetobacter)、假單胞菌(Pseudomonas)、紅球菌(Rhodococcus)、鏈霉菌(Streptomyces)等原核微生物[6-7]。PGPB促進(jìn)植物生長(zhǎng)的機(jī)制主要包括:①產(chǎn)生植物激素。大量PGPB可通過(guò)產(chǎn)生植物激素的方式,促進(jìn)作物生長(zhǎng)[8]。植物激素是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵激素[9]。例如,某些PGPB可以產(chǎn)生吲哚-3-乙酸(IAA)等生長(zhǎng)素,這些物質(zhì)可調(diào)控激素合成、組織防御和細(xì)胞壁合成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄,誘導(dǎo)根系伸長(zhǎng),增加根系生物量,同時(shí)降低氣孔大小和密度,促進(jìn)植物生長(zhǎng)[10]。②促進(jìn)難溶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)解離。PGPB可通過(guò)促進(jìn)難溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如磷酸鈣、含鉀礦物)解離、分泌鐵載體等方式,為植物提供可溶性磷、鉀、鐵等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng),促進(jìn)植物生長(zhǎng)[11]。例如假單胞菌可產(chǎn)生鐵載體,螯合鐵并使其溶解,以增加作物對(duì)鐵的吸收[12]。③生物固氮。生物固氮一直是備受研究者們關(guān)注的議題。傳統(tǒng)的生物固氮研究主要集中在豆科作物根瘤中的共生固氮作用[13]。該過(guò)程由根瘤桿菌、中華根瘤菌等細(xì)菌與豆科作物根系相互誘導(dǎo)形成根瘤,進(jìn)而在根瘤中以鐵蛋白、鉬鐵蛋白依賴的方式進(jìn)行厭氧固氮。近年來(lái),隨著根際微生物群落結(jié)構(gòu)與功能解析研究的不斷深入,大量非根瘤菌類型的自生固氮菌被發(fā)現(xiàn),如固氮螺菌、假單胞菌、伯克霍爾德菌等[14]。本課題組通過(guò)對(duì)野生豆科植物以及農(nóng)田豆科作物根際微生物群落研究,分離到一系列新型的自生固氮細(xì)菌,如鞘脂菌、新鞘脂菌(Novosphingobium)、黏液桿菌(Mucilaginibacter)、杜檊氏菌(Duganella)等。這類微生物在豆科植物根際富集并進(jìn)行自生固氮,為豆科植物提供輔助氮源,可被開(kāi)發(fā)出新型的固氮菌劑,促進(jìn)豆科作物及非豆科作物的生長(zhǎng)。④提高植物抗逆性能。PGPB可通過(guò)多種機(jī)制增強(qiáng)植物對(duì)干旱、鹽分等脅迫的耐受性,其提高植物抗逆性能的機(jī)制主要包括[15-16]:?合成1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(ACC)脫氨酶,通過(guò)轉(zhuǎn)化ACC以降低植物乙烯水平,提高植物抗逆能力[17]。?誘導(dǎo)可溶性糖、脯氨酸和甘菜堿的積累,增強(qiáng)植物抗逆能力[18]。?調(diào)節(jié)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、膽堿和甜菜堿的合成以及氣孔關(guān)閉相關(guān)基因的表達(dá),以及誘導(dǎo)揮發(fā)性有機(jī)化合物合成,刺激植物生長(zhǎng)及抵御不良脅迫[19]。?產(chǎn)生抗氧化酶和抗氧化代謝物(如抗壞血酸和酚類化合物),清除根際活性氧,降低氧化脅迫[20]。?增加鉀離子水平,維持離子穩(wěn)態(tài)[21]。?觸發(fā)誘導(dǎo)性系統(tǒng)抗逆,通過(guò)植物激素信號(hào)通路和防御調(diào)節(jié)蛋白,使原生植物抵御病原體攻擊[6]。?形成保護(hù)性生物被膜,為根部組織提供屏障[22]。例如腸桿菌(Enterobacter)、短波單胞菌(Brevundimonas)等在根表面形成以胞外多糖為主要組成成分的保護(hù)性生物膜,增加鷹嘴豆(Cicerarietinum)植株的水分保持和對(duì)滲透脅迫的耐受性[2,23]。

2.2 PGPF的種類與功能

近年來(lái),以PGPF為代表的MST逐漸得到重視[24]。這類MST包括叢枝菌根真菌(AMF)、木霉(Trichoderma)等。它們可通過(guò)改善小麥(Triticumaestivum)、大麥(Hordeumvulgare)、玉米(Zeamays)、水稻(Oryzasativa)、大豆(Glycinemax)、草莓(Fragaria×ananassa)、洋蔥(Alliumcepa)等植物的生理代謝過(guò)程,提高植物的脅迫耐受性[25-26]。

AMF是目前研究得最為透徹的PGPF,包括球囊霉屬、根孢囊霉屬、索形球囊霉屬等[27]。叢枝菌根共生是AMF與植物之間廣泛存在的互惠共生關(guān)系,在養(yǎng)分交換、生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性、增強(qiáng)植物抗逆性和寄主植物發(fā)育等方面發(fā)揮重要作用[28]。此外,AMF可提高植物對(duì)干旱、鹽分等耐受性,其主要機(jī)制包括:?上調(diào)抗氧化酶和抗氧化代謝物,同時(shí)下調(diào)脂氧合酶,以緩解氧化應(yīng)激[29]。?提高氮、磷、鎂等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率[30]。?改變根系形態(tài),增加植物根系表面積,促進(jìn)植物根系對(duì)水分與營(yíng)養(yǎng)的吸收[31]。?調(diào)控脫落酸水平,抵抗非生物脅迫。?增強(qiáng)光合作用,改善植物生長(zhǎng)[32]。?增加脯氨酸、甜菜堿等有機(jī)溶質(zhì)積累[33]。?調(diào)節(jié)根際微環(huán)境的導(dǎo)電性[6,34]。

木霉是一類已成功應(yīng)用于生物肥料領(lǐng)域的PGPF。該真菌可促進(jìn)植物生長(zhǎng),激活植物對(duì)非生物脅迫的防御能力[35]。木霉刺激植物生長(zhǎng)素的運(yùn)輸和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),上調(diào)參與光合作用、代謝和防御的蛋白表達(dá),從而提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量[36]。在抗逆方面,木霉可增強(qiáng)非生物脅迫下的抗氧化防御系統(tǒng),降低活性氧引起的組織損傷;調(diào)控植物防御和發(fā)育相關(guān)基因,激活抗氧化系統(tǒng)和植物激素信號(hào),進(jìn)而提高胡蘿卜對(duì)鏈格孢菌(Alternaria)、鐮刀菌(Fusarium)、絲核菌(Rhizoctonia)等病原體的抗性[37-38]。

除了常見(jiàn)的AMF、木霉等PGPF外,本課題組最近從豆科植物紫云英(Astragalussinicus)根際分離到一株新型的PGPF,該真菌屬于Phialocephala。在與豆科植物相互作用過(guò)程中,該真菌顯著促進(jìn)植株側(cè)根發(fā)育,提高植株對(duì)鹽堿、病原微生物侵染的耐受性。代謝組學(xué)分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),該真菌能夠通過(guò)產(chǎn)生黃酮類物質(zhì),調(diào)控共生植株的細(xì)胞生物學(xué)與生理學(xué)行為。

3 根際微生物群落的調(diào)控策略

鑒于根際微生物群落對(duì)于植物生長(zhǎng)、代謝與抗逆的極其重要性,研究者們長(zhǎng)期致力于根際微生物群落的有效調(diào)控。傳統(tǒng)的根際微生物群落調(diào)控策略包括物理法、化學(xué)法及生物法。物理法主要包括耕作與灌溉模式的優(yōu)化,從而使根際環(huán)境利于根際功能微生物的定植與生長(zhǎng),促進(jìn)微生物群落與植物根系的協(xié)同作用[39]?；瘜W(xué)法是使用各種化學(xué)物質(zhì),如pH調(diào)節(jié)劑、重金屬鈍化劑、腐殖酸、多糖類高分子、蛋白水解產(chǎn)物、無(wú)機(jī)及有機(jī)肥料等,在改善根際微環(huán)境的同時(shí),為根際微生物的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng),促進(jìn)功能微生物與植物生長(zhǎng)[40-45]。生物法是添加固氮菌、解磷菌、解鉀菌、生防菌等微生物菌劑,通過(guò)根際定植過(guò)程,使根際微生物群落結(jié)構(gòu)朝向更有利于植物健康生長(zhǎng)的方向演替[46-47]。然而,上述傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)根際微生物群落的理性調(diào)控,往往存在調(diào)控效果不穩(wěn)定、成本高昂等問(wèn)題。因此,目前亟待開(kāi)發(fā)新型、理性、高效的根際微生物群落調(diào)控策略,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境污染治理等領(lǐng)域提供新的技術(shù)儲(chǔ)備。

近年來(lái),合成生物技術(shù)的發(fā)展為根際微生物群落的理性調(diào)控提供了新的機(jī)遇。人們嘗試植物基因組編輯、合成微生物組設(shè)計(jì)等方式,理性調(diào)控根際微生物群落。在植物基因組編輯方面,研究者們采用TALEN、CRISPR等方法,在植物基因組中引入人工合成的遺傳信息,或者敲除病原菌易感基因,從而重塑植物體的分泌代謝網(wǎng)絡(luò),調(diào)控植物根際微生物群落,以增強(qiáng)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝取,以及對(duì)病原菌的耐受性[48-50]。在合成微生物組設(shè)計(jì)方面,人們嘗試通過(guò)根際核心微生物類群的發(fā)掘、核心微生物相互作用調(diào)控等方式,設(shè)計(jì)針對(duì)特定植物的合成微生物組,以重塑植物根際微生物群落,增強(qiáng)植物的生長(zhǎng)代謝與抗逆能力[51]。例如,基于不動(dòng)桿菌與假單胞菌的合成微生物組,能夠有效提高擬南芥(Arabidopsisthaliana)等植物的干燥耐受性;甲烷代謝相關(guān)合成微生物組能夠優(yōu)化水稻根際微環(huán)境,改善水稻生長(zhǎng)代謝過(guò)程[52]。

本課題組長(zhǎng)期致力于根際微生物群落結(jié)構(gòu)功能解析與理性調(diào)控的研究,基于多學(xué)科交叉技術(shù)與原理,發(fā)掘豆科、禾本科等典型植物根際核心微生物類群,增強(qiáng)核心微生物互作,構(gòu)建高效穩(wěn)定的合成微生物組,以實(shí)現(xiàn)正向重塑根際微生物群落、促進(jìn)植物生長(zhǎng)代謝、提高植物脅迫耐受性的目標(biāo)(圖2)。在核心微生物互作方面,本課題組通過(guò)人工蛋白創(chuàng)制、磁性組裝、生物炭強(qiáng)化等方式,強(qiáng)化核心微生物之間,以及核心微生物與目標(biāo)植物之間的物理連接作用,大幅提高合成微生物組的工作效率和穩(wěn)定性。上述相關(guān)技術(shù)在植物修復(fù)、作物增產(chǎn)增效、土壤改良等方面具有很好的應(yīng)用前景。以下是本課題組創(chuàng)建的物理連接強(qiáng)化策略的應(yīng)用實(shí)例:①人工蛋白創(chuàng)制。本課題組通過(guò)創(chuàng)制基于多糖結(jié)合域的人工蛋白Cmc、LcGC、Syn等,刺激生物被膜形成,增強(qiáng)重金屬捕獲細(xì)菌與修復(fù)植物間的物理連接[53-55]。這種物理連接強(qiáng)化策略一方面提升了修復(fù)植物的重金屬耐受能力與植物生長(zhǎng)量,另一方面大幅提高植物對(duì)重金屬的富集效率,為高效植物修復(fù)提供了重要參考。該類人工蛋白與木霉的高效結(jié)合,同樣有效重塑了白菜(Brassicarapa)、小麥、大豆等作物的根際微生物群落,進(jìn)而提高上述作物對(duì)鹽堿脅迫的耐受性,為鹽堿土壤作物增產(chǎn)增收與土壤改良奠定了重要基礎(chǔ)。②磁性組裝。本課題組通過(guò)表面共價(jià)修飾殼聚糖的方式,賦予四氧化三鐵磁性納米粒子自組裝性能,繼而將修飾的磁性納米粒子和重金屬捕獲細(xì)菌聯(lián)用。通過(guò)磁性組裝方式,成功實(shí)現(xiàn)鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)等修復(fù)植物根表面合成微生物組的原位構(gòu)建。這種原位形成的合成微生物組提高了修復(fù)植物對(duì)高濃度重金屬的耐受性,以及修復(fù)植物的重金屬富集效率[56]。③生物炭強(qiáng)化。本課題組通過(guò)對(duì)苔蘚植物根系微生物群落的功能微生物進(jìn)行分離篩選,得到一株具有高效結(jié)合功能細(xì)菌能力的深綠木霉(Trichodermaatroviride)。通過(guò)對(duì)該菌株進(jìn)行簡(jiǎn)單加熱處理,制備了一種新型的真菌生物炭。在此基礎(chǔ)上,將該生物炭與分離自鹽堿土壤的根瘤桿菌、鞘單胞菌等聯(lián)用,構(gòu)建穩(wěn)定的合成微生物組。盆栽及大田實(shí)驗(yàn)表明,該微生物組能夠通過(guò)重塑修復(fù)植物根際微生物群落結(jié)構(gòu),顯著提升修復(fù)植物的重金屬耐受性能、鹽堿耐受性及重金屬去除能力,為生物炭在植物修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。

圖2 根際微生物群落結(jié)構(gòu)功能與調(diào)控示意圖Fig.2 A schematic illustrating the route to investigate the structure, function and regulation of plant rhizosphere

4 展 望

毋容置疑,根際微生物群落在植物生長(zhǎng)代謝和抗逆過(guò)程中扮演著極為重要的角色。隨著對(duì)野生植物及農(nóng)作物根際微生物群落結(jié)構(gòu)研究的日益深入,研究者們將更加全面地了解典型植物根際微生物群落結(jié)構(gòu)特征,以及特定微生物群落隨時(shí)間及空間變化的規(guī)律。在根際微生物群落功能研究方面,研究者們通過(guò)對(duì)已知的PGPB及PGPF進(jìn)行微生物-植物互作分析,初步揭示了它們?cè)诖龠M(jìn)植物生長(zhǎng)、提高植物脅迫耐受性等方面的作用機(jī)制。然而,關(guān)于這些功能微生物功能的認(rèn)識(shí),都是基于目前已知的少數(shù)微生物類群開(kāi)展研究工作而獲得的。因此,全面、深入揭示根際微生物群落與植物的互作機(jī)制,除了依賴于目前流行的宏基因組、轉(zhuǎn)錄組等分子測(cè)序分析方法以外,還亟待創(chuàng)新發(fā)展微生物培養(yǎng)組學(xué)技術(shù),以建立資源豐富、覆蓋全面的根際微生物物種資源庫(kù),進(jìn)而結(jié)合多組學(xué)分析與人工智能方法,全面、高通量解析微生物群落組成物種之間、群落與植物之間互作的深層機(jī)制。微生物群落結(jié)構(gòu)與功能的深入揭示,必將進(jìn)一步指導(dǎo)根際微生物群落調(diào)控策略的開(kāi)發(fā),尤其是根際微生物群落新型核心微生物類群與關(guān)鍵調(diào)控微生物類群的發(fā)現(xiàn)與作用機(jī)制解析,將為微生物群落的理性調(diào)控提供強(qiáng)有力的理論參考。合成生物技術(shù)與材料科學(xué)技術(shù)的交叉融合,也將為微生物群落理性調(diào)控提供工具與技術(shù)支撐,推動(dòng)群落調(diào)控策略朝向更為便捷、高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展,促進(jìn)其在作物增產(chǎn)、地力提升、污染治理等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,服務(wù)國(guó)家鄉(xiāng)村振興重大戰(zhàn)略。