编辑推荐：
这篇综述系统阐述了微生物生防制剂（BCAs）与根际微生物组如何协同作用，以应对气候变化下的农业挑战。它指出，传统的化学防控体系正面临失效风险，而基于微生物的干预策略不仅能抑制病原体（如通过抗生素、ISR等机制），还能重塑根际微生物群落，增强作物对干旱、盐分等非生物胁迫的耐受性。作者强调，必须从生态兼容性和系统层面出发，通过合成微生物群落（SynComs）、基于性状的筛选以及将BCAs整合到病虫害综合管理（IPM）策略中，来设计精准、有效的解决方案，以实现气候智能型的可持续作物生产。
根际微生物组：作物健康的基石
根际，即土壤与根系之间的界面区域，是地球上最密集、最活跃的微生物栖息地之一。这里的微生物群落，包括细菌、真菌、古菌、原生生物和病毒，共同构成了一个复杂的生态系统，被称为根际微生物组。它们远非被动的“租客”，而是植物健康的积极调控者，执行着养分循环、促进生长和抵御病虫害等一系列关键功能。例如，有益细菌如假单胞菌（Pseudomonas）和芽孢杆菌（Bacillus）能够溶解磷、钾等养分，并产生铁载体抑制病原菌；而真菌如木霉菌（Trichoderma）和丛枝菌根真菌（AMF）则分别擅长通过重寄生机制对抗病原菌，以及帮助植物高效吸收水分和磷素。然而，这个精细的生态系统极易受到环境干扰。气候变化导致的干旱、高温、盐渍化等非生物胁迫，以及由尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）、立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）等病原体引发的生物胁迫，都会破坏根际微生物群落的结构与功能，削弱其“缓冲”能力。
微生物生防制剂（BCAs）：从“战士”到“调节者”
面对上述挑战，微生物生防制剂（BCAs）作为一种环境友好的替代方案受到广泛关注。传统上，BCAs如木霉菌（Trichoderma）、芽孢杆菌（Bacillus）和假单胞菌（Pseudomonas）因其直接的病原菌抑制能力而被视为植物健康的“战士”。它们的“武器库”包括：
- •
抗生素作用：分泌脂肽类、酚嗪类等抗菌代谢物。
- •
重寄生作用：如木霉菌直接缠绕并降解病原菌菌丝。
- •
竞争作用：抢占空间和营养资源。
- •
诱导系统抗性（ISR）：激活植物自身的茉莉酸（JA）和乙烯（ET）信号通路，使植物处于“预警”状态。
但现代观点认为，BCAs的角色远不止于此。它们更像是根际生态的“调节者”或“工程师”。当引入根际后，BCAs会与本地微生物群落发生复杂的相互作用。它们可能通过分泌抗生素或改变根系分泌物成分，直接或间接地改变根际微生物的多样性和组成。在某些情况下，这能促进有益类群的富集，增强微生物网络的稳定性；但在另一些情况下，也可能竞争性排挤掉一些对养分循环至关重要的本地微生物，带来非靶标生态风险。因此，BCAs的成功不仅取决于其自身的战斗力，更取决于其与现有微生物“社区”的“相处”能力，即生态兼容性。
气候变化的挑战与BCAs的韧性角色
气候变化正在重塑植物病害的格局。一方面，干旱、高温等胁迫条件会直接削弱植物的生理和免疫能力，使其更易感病。另一方面，胁迫条件也会改变根际微生物组的组成，可能减少有益微生物，为病原菌创造机会。这形成了“胁迫-感病性”的恶性循环。
令人振奋的是，研究发现某些BCAs具备双重功能：既能对抗病原菌，又能帮助植物应对非生物胁迫。例如：
- •
应对干旱：木霉菌（Trichoderma）能上调植物体内的抗氧化酶（如超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT）活性，帮助清除活性氧（ROS），减少氧化损伤，同时改善水分利用效率。
- •
缓解盐害：植物根际促生菌（PGPR）如某些芽孢杆菌（Bacillus）能促进植物积累脯氨酸、甜菜碱等渗透调节物质，帮助维持细胞膨压，并改善离子（如K+/Na+）稳态。
组学技术（如转录组学、代谢组学）揭示了这些过程背后的分子机制，包括胁迫相关基因（如编码水通道蛋白、胚胎发育晚期丰富蛋白LEA的基因）的上调以及激素信号（如脱落酸ABA）的调控。
从实验室到田间：案例、挑战与未来之路
在不同作物系统中，BCAs的应用展示了其潜力与复杂性：
- •
草莓：应用木霉菌（Trichoderma）和出芽短梗霉（Aureobasidium pullulans）不仅能有效抑制灰霉病菌（Botrytis cinerea），还能改善果实采后品质。
- •
番茄/瓜类：由荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）、贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）等组成的复合菌剂，在抑制青枯菌（Ralstonia solanacearum）等土传病害的同时，还能帮助作物抵抗干旱和盐分胁迫。
- •
葡萄/香蕉：在多年生作物中，BCAs的应用有助于控制葡萄树干病害和香蕉枯萎病（Foc TR4），并重组根际及内生微生物群落，增强其功能冗余性。
- •
水稻/玉米：将固氮菌（如固氮螺菌 Azospirillum）、解磷菌与生防菌组合成合成微生物群落（SynComs），能协同提升作物在盐碱、高温等胁迫下的养分利用效率和生长表现。
然而，将实验室的乐观结果转化为田间稳定高效的表现，仍面临巨大挑战。BCAs的定殖持久性、在复杂土壤环境和本土微生物竞争下的功能表达、以及在不同气候和土壤类型中的效果变异性，都是当前的主要瓶颈。此外，单一菌株的局限性催生了向多菌株复合制剂乃至人工设计SynComs的发展方向。通过结合具有互补功能（如固氮、解磷、生防、促生）的菌株，SynComs有望提供更稳定、更强大的效益。
迈向气候智能型农业：一个系统性框架
未来，要充分发挥微生物在可持续农业中的潜力，需要超越简单的“接种”思维，转向系统性的“设计”与“整合”。一个前瞻性的框架应包含以下核心要素：
- 1.
微生物设计与合成群落：基于功能性状（而非单纯的可培养性）理性设计SynComs，确保其生态兼容性和功能冗余。
- 2.
组学驱动筛选与优化：利用宏基因组学、代谢组学等技术，高通量筛选具有特定胁迫耐受性或生物合成潜力的微生物资源。
- 3.
微生物组信息指导的病虫害综合管理（IPM）：将BCAs作为IPM策略的核心组成部分，根据田间具体的微生物组构成和胁迫状况进行精准施用。
- 4.
宿主遗传与全共生体优化：在作物育种中考虑其招募和维持有益微生物组的能力，选育出更善于与微生物“合作”的作物品种。
总之，将根际微生物组视为一个可管理的农业资产，通过整合微生物生防制剂、先进的生物技术和精准农艺措施，我们有望构建更具韧性、可持续和气候适应性的农业生产体系。这要求微生物学家、植物学家、生态学家和农学家跨领域合作，共同应对粮食安全与生态环境的双重挑战。
