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微生物组|农业微生物：“菌”上大有用场

“现在我愁的不是销量，愁的是产量供不上 。”河南省新蔡县牛湾村益生菌水稻种植基地负责人彭东文说，“我的生态稻，在4月份开始种秧时就全部预售完了 。”
前不久，河南省新蔡县牛湾村益生菌水稻种植基地的“丰收季”如期举办 。得益于益生菌技术的使用，这种水稻在生长周期内，病害、虫害率极大降低，不但减少了化肥农药用量，而且生产的大米颗粒饱满、色泽透亮、口感软糯、米香悠长 。
牛湾村第一书记谢云介绍说，这是河南省首个把益生菌用到水稻种植方面的农业技术项目，随着技术的推广和试种带来收益的增加，越来越多村民想试一试这种技术，“明年种植面积将进一步扩大” 。
微生物组学技术已经悄然在农业增产增效的“战场”上凸显力量 。
被忽视的力量
“微生物组作为宿主的第二套基因组（第一套指宿主自身的基因组），长期以来处于相对被忽视的状态 。”中国农业大学生物学院植物生理学与生物化学国家重点实验室教授徐凌告诉《中国科学报》 。
在农业领域，全球科学家投入了大量的人力物力，研究农作物的功能基因，用以改良植物性状，推动农业可持续发展、保障粮食安全，目前已取得了显著的成效 。
一方面作物基因改良存在育种周期比较长等问题 。另一方面，现在越来越多的研究发现，植物微生物组可以提高植物抗旱、抗病等重要抗逆性状，促进氮磷等营养物质的吸收利用效率，广泛参与调控植株生长发育及杂种优势等多个生物学过程，并影响最终作物产量和品质 。
“因此，接下来针对‘作物—微生物组’作用机理的研究，必将大大加速传统育种与微生物群落育种相结合进行的农作物性状改良，以及农业微生物技术产品（如生物种衣剂、微生物农药、微生物肥力等）的开发应用 。”徐凌说，“这会推进高产优质、绿色高效现代农业的发展，符合国际农业生物技术的发展趋势，也是提升我国农业科技核心竞争力、保障国家粮食安全、提高农业综合效益的重要技术支撑 。”
中国农业科学院农业微生物资源团队首席科学家魏海雷认为，农业微生物种质资源种类丰富，涵盖了细菌、真菌、病毒等重要类群，主要应用于肥料、食药用、饲料、植保、农业环境等方面 。微生物在探索高效、安全、资源节约、环境友好的现代农业发展之路上发挥着重要作用 。
“特别是在绿色发展大背景下，农业微生物的应用极为迫切 。”魏海雷说，“比如，解决‘藏粮于地’就需要微生物的参与，固氮微生物等微生物肥料可以增加土壤中的氮素来源，解磷、解钾微生物可以分解土壤中难溶的磷、钾，将其转变为作物能吸收利用的磷、钾化合物 。”
此外，以微生物技术为纽带，通过农业废弃物的肥料化、沼气化、食用菌化和饲料化，把种植业、养殖业和居民生活紧密连接起来，可以减少环境污染、改善农村生态环境、发展农业循环经济，促进农业可持续发展 。
微生物组学的“好时代”
微生物组是指一个特定环境或生态系统中，全部微生物及其遗传信息的集合，其中蕴藏着极为丰富的微生物资源 。
“全面系统地解析微生物组的结构和功能，将为解决人类面临的能源、生态环境、工农业生产和人体健康等重大问题带来新思路 。”中国科学院南京土壤研究所研究员、中国科学院大学教授褚海燕在接受《中国科学报》采访时说，“然而，微生物组学研究在很大程度上取决于其技术与方法的发展 。”
在高通量测序技术出现以前，微生物研究主要基于分离培养和指纹图谱等技术，但由于这些技术存在不足，人们对于微生物的认识十分有限 。本世纪初，微生物组学技术的兴起，对环境整体微生物群落进行分析成为可能，开创了微生物分子生态学研究的新时代 。而高通量测序和质谱等技术的突破，使人们可以从DNA、RNA、蛋白质和代谢物等不同水平解析微生物组，以获得更为全面的微生物组信息 。

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