2025年第1期（总第55期） 往期回顾
沈其荣院士团队：根际微生物组功能补偿装配的概念、内涵和展望
点击次数：170 更新时间：2025-01-04
作者：荀卫兵，张瑞福，沈其荣
单位：南京农业大学资源与环境科学学院/江苏省固体有机废弃物资源化高技术研究重点实验室
卷期：《土壤学报》2024年61卷第6期
根际微生物组对促进作物生长和健康具有重要作用，系统解析作物根际微生物组的装配过程、作用机制和调控机理是支撑农业绿色发展的重要途径。植物在不同环境中均能招募特定的对自身生长有利的功能微生物定殖，本文将这种根际微生物组通过其特定功能“补偿”作物应对环境压力所“需求”的功能，称为根际微生物组“功能补偿”装配，重点梳理了根际微生物组装配理论的发展过程，在此基础上提出根际微生物组功能补偿促进作物健康高产和农业资源高效的研究方向，为推动我国农业绿色转型提供新思路（图1）。
图1 根际微生物组功能补偿装配的概念框架
根际微生物组装配理论的发展阶段
根际微生物组的结构装配模型经历了三个发展阶段。2013年Bulgarelli等首先提出了“两步选择”模型（Two-step selection model），随后Edwards等在此基础上提出了“多步选择”模型（Multistep selection model）。前两个阶段仅从微生物的物种多样性和相对丰度角度进行了总结和描述，但是忽视了根际微生物绝对数量的优势，因此王二涛等进一步提出了根际微生物装配的“扩增-选择”模型（Amplification-selection model）。根际微生物组的结构特征和功能特征
根际微生物组的物种组成受到土壤性质、土地利用方式、气候条件和植物类型等多种因素的影响。土壤微生物是根际微生物最重要的“种子库”（Seed bank），不同地理格局分布的土壤母质类型不同，同一土壤经过不同耕作或利用方式之后理化性质也不同，均会影响微生物“种子库”的组成。除了土壤性质，植物基因型也是根际微生物组的重要决定因素，近几年已有大量研究通过植物第一基因组和第二基因组（根际微生物组）关联分析，鉴定了一些能调控根际微生物组特定类群定殖的关键宿主基因。植物在应对各种非生物或生物胁迫时与根际微生物组之间存在密切的互作关系，植物可以通过特定的根系分泌物选择和促进根际关键功能微生物在根际定殖，相较于简单的初级代谢产物，结构复杂的次级代谢产物在调控根际微生物组方面具有更强的特异性。反之，这些有益微生物也能通过多种方式提高植物应对环境压力的能力。
根际微生物组功能补偿装配的概念和内涵
根际微生物组的功能补偿装配指的是植物根际微生物组的装配过程是在功能上“补偿”植物在不同环境条件下功能需求（养分获取、耐逆和抗病）的过程（图1）。根际微生物组的功能可以补偿作物的功能需求，从而有效缓解土壤提供的生长条件与作物正常生长需求之间的解耦状态。根际微生物组的功能补偿包括微生物特定功能类群的招募和补偿性定殖，以及功能补偿性表达三个过程。农业生产中可以针对这些过程，通过多种方式加强根际微生物组的功能补偿能力来提高资源利用效率，促进作物生长和健康。研究展望
结合目前领域进展，建议在以下几个方面开展研究：（1）完善根际微生物组功能补偿装配理论体系；（2）建立可纳入土壤质量评价和诊断体系的根际微生物组功能补偿指标；（3）揭示土壤环境驱动的根际微生物组功能补偿机制及其调控途径；（4）阐明植物基因型驱动的根际微生物组功能补偿机制及其调控途径。