在推動(dòng)可持續(xù)農(nóng)業(yè)與減少化肥依賴的背景下，如何利用微生物資源提升作物產(chǎn)量、增強(qiáng)抗逆性，同時(shí)保持土壤生態(tài)平衡，成為農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新的關(guān)鍵方向。單一微生物接種劑效果不穩(wěn)定，而微生物菌群（consortium）因其功能互補(bǔ)與生態(tài)適應(yīng)性，展現(xiàn)出更大潛力。然而，如何系統(tǒng)設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定且對(duì)環(huán)境友好的微生物菌群，仍是重大挑戰(zhàn)。

　　近期，新加坡國立大學(xué)Sanjay Swarup教授團(tuán)隊(duì)在《Plant Communications》期刊上發(fā)表了題為《An ecology-driven microbial consortium enhances plant growth and immunity while sustaining rhizospheric microbial balance》的研究論文。該研究通過共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析與基因組規(guī)模代謝模型，首次系統(tǒng)構(gòu)建了一組由鏈霉菌（Streptomyces sp.）、壤霉菌（Agromyces sp.）和枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis） 組成的三成員微生物菌群—SAB。該菌群顯著促進(jìn)了小白菜（choy sum）、擬南芥及芥藍(lán)（kai lan）的生長(zhǎng)，并同時(shí)激活了植物的免疫防御，巧妙地規(guī)避了傳統(tǒng)的“生長(zhǎng)-防御權(quán)衡”問題。研究團(tuán)隊(duì)首先通過16S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序與SparCC網(wǎng)絡(luò)分析，從城市農(nóng)場(chǎng)葉類蔬菜根際微生物群落中，篩選出在幼苗期與成株期均穩(wěn)定共現(xiàn)、互作關(guān)系陽性、可培養(yǎng)性強(qiáng)的三個(gè)菌屬，命名為SAB（圖1）。掃描電鏡顯示，壤霉菌與芽孢桿菌通過納米管狀結(jié)構(gòu)物理連接，表明其高度協(xié)同的生態(tài)關(guān)系（圖2A）。

　　圖1與植物生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)的三成員細(xì)菌聯(lián)合體（SAB）成員鑒定

　　圖2 采用基因組規(guī)模代謝建模對(duì)SAB菌群進(jìn)行鑒定及微生物間相互作用分析

　　全基因組測(cè)序與代謝模型（GMM）顯示，SAB菌群成員間存在5種代謝物交叉互養(yǎng)，LC-MS驗(yàn)證D -果糖為主要共享物質(zhì)，與模型預(yù)測(cè)一致（圖2）。同時(shí)，該菌群在溶磷、產(chǎn)IAA、ACC脫氨酶、鐵載體合成等功能上互補(bǔ)協(xié)同，效果顯著優(yōu)于單菌（S5）。

　　S5 對(duì)SAB菌群中五種不同的植物生長(zhǎng)促進(jìn)根瘤菌（PGPR）性狀進(jìn)行的定量分析

　　為了量化SAB菌群對(duì)植物光合生理的實(shí)際影響，研究團(tuán)隊(duì)使用CIRAS-3便攜式光合熒光測(cè)量系統(tǒng)（PP Systems），對(duì)小白菜的功能葉片進(jìn)行了氣孔導(dǎo)度（gs）與PSII最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）的連續(xù)非破壞性測(cè)量。測(cè)量條件如下：CO₂濃度390μmol·mol^-1，光合有效輻射1200μmol·m^-2·s^-1，葉溫25℃，相對(duì)濕度62.61%±2.51%，葉片暗適應(yīng)30分鐘后測(cè)定Fv/Fm。結(jié)果顯示，SAB處理下的小白菜Fv/Fm與氣孔導(dǎo)度均顯著高于對(duì)照，表明SAB菌群系統(tǒng)性地提升了植株的光合能力與氣體交換效率（圖4D、4E）。這些生理優(yōu)勢(shì)從幼苗期持續(xù)至成株期，與生物量的顯著增加高度一致（圖3C-F）。

　　圖3 SAB聯(lián)盟對(duì)卷心菜植株生長(zhǎng)的有益效應(yīng)

　　圖4 SAB聯(lián)盟介導(dǎo)的白菜生長(zhǎng)與生理特征隨時(shí)間的變化

　　轉(zhuǎn)錄組分析表明，SAB通過HY5等主調(diào)控因子整合光信號(hào)與免疫信號(hào)，協(xié)同激活地上部的生長(zhǎng)與防御，同時(shí)優(yōu)化地下部的養(yǎng)分吸收。功能驗(yàn)證進(jìn)一步證實(shí)，SAB處理顯著提高了小白菜對(duì)炭疽病菌的抗性，且擬南芥中hy5突變體喪失促生長(zhǎng)效果，而wrky33突變體仍保持促生長(zhǎng)表型，證明HY5是SAB促生長(zhǎng)的核心轉(zhuǎn)錄因子（圖6）。

　　圖6 SAB處理后卷心菜植株基因表達(dá)響應(yīng)總結(jié)

　　通過16S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序，作者發(fā)現(xiàn)SAB僅短暫改變幼苗期根際β多樣性，而α多樣性無顯著變化（圖7A、B）。但在內(nèi)生圈與葉際，SAB顯著富集了Bradyrhizobium、Rhodanobacter等有益菌屬，且不同生態(tài)位趨勢(shì)相反，說明SAB以生態(tài)位特異性方式重塑植物微生物組，不破壞原有的生態(tài)平衡。

　　圖7 SAB聯(lián)盟對(duì)菜心微生物組的生態(tài)影響

　　綜上所述，該研究首次基于共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析與基因組規(guī)模代謝模型，成功構(gòu)建了生態(tài)驅(qū)動(dòng)型微生物菌群SAB。該菌群通過代謝互補(bǔ)與協(xié)同作用，在促進(jìn)植物生長(zhǎng)的同時(shí)激活免疫防御，突破了傳統(tǒng)生長(zhǎng)-防御權(quán)衡的瓶頸，為可持續(xù)農(nóng)業(yè)微生物制劑的開發(fā)提供了新策略。