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    “冲破资源稀缺和边际效用的绝对化界限,拓展和构建成新的产业”,这是钱学森先生提出的微生物农业概念的基本总结。


    农业发展最大的瓶颈是资源约束。石化农业已走到尽头。出路何在?30多年前邓小平就洞察到:“将来农业的出路,最终要由生物工程来解决,要靠尖端技术。”


    2013年,美国出版了《微生物养活世界》一书,强调通过调控土壤微生物区系能够增产20%,减少20%的化肥与农药,是未来环境友好、经济高效农业新出路。


    中国科学院地理科学与资源研究所曹志强研究员层撰文指出:近100多年来,人类忽视了微生物在有机物质的转化和循环过程中的重要作用,结果使微生物系统受到伤害,最基本循环遭到严重破坏,导致农业和环境出现了一系列严重问题。


    化学农药的过度使用影响环境中的生物多样性并给人类健康生活带来安全威胁。化学农药在使用过程中容易引起抗药性,成本高且破坏生态。而从微生物组的角度入手则为解决这一问题提供了新的思路和方向:通过微生物组对土壤进行改造,增加土壤中的拮抗菌,从而对土壤中的病原菌进行抑制。生物防治研究重点已经由利用单一微生物菌株转向了利用微生物组。在探究根系微生物组功能的基础上,对其进行人工重组和精准移植,这被认识是解决农药污染带来的生态环境问题提供新思路。


    同样,滥用化肥不仅严重污染了生态环境,还对食品安全造成重大影响。根系微生物在植物吸收氮、磷等营养元素的过程中起着重要的作用。除了根瘤菌帮助植物固氮和丛枝菌根促进磷吸收之外,随着微生物组技术的发展,人们发现其他根系细菌和真菌也参与了植物固氮和吸收磷元素过程。因此,科学开发农作物微生物组在宿主植物氮、磷、铁等重要元素营养吸收方面的功能,可以让我们更好地促进农作物营养吸收,从而提高农作物的营养吸收效率,减少化学肥料的使用。


    连作制度正在导致病害严重和土壤肥力逐年下降。如:植棉区的棉花黄萎病、三七的土传病害等与连作过程中产生的严重病害有关。目前的解决方法主要靠换土、拔除病株、种子处理等方式,但成本高、效果差。最新的研究表明,连作病害发生的主要原因就是土壤生态环境中微生物组的失衡。比如大豆连作病原菌青枯拉尔氏菌的爆发的主要原因是根系微生物组中,以假单胞菌为主的益生菌群落的密度下降。所以,开展农作物微生物组研究对改善土壤生态环境,克服连作土壤中微生物群落失衡引起的连作障碍非常重要。


    虽然农用塑料在生产上有着重要作用,如塑料农膜、节水灌溉系统等,为农业、林业、畜牧业发展做出了巨大贡献,然而大量塑料因此残留,不断积累,造成“白色污染”,影响作物根系对水肥的吸收和作物生长发育,制约了农业的发展。最新的研究表明,土壤微生物可以通过活性酶高效降解农业残存塑料,为处理农业废弃物提供了全新的思路。通过对废物回收过程中的微生物组协同作用的研究,可实现对农业废弃物的高效处理,低碳环保。


    还有,传统育种过程中,大面积种植单一作物品种,单纯追求产量提高的同时,造成了抗逆性下降、抗病性减弱等问题,很难使高产和抗逆性状并存。有益微生物则可能从独立于宿主的角度帮助植物提高抗病抗逆能力,如果与传统育种方式相结合,就可能从全新的角度加快育种速度,提高农作物的产量和品质。


    基于农作物微生物技术及衍生的成熟产品正在迅速开拓并占领市场,相关技术在减少化学肥料和农药的使用、大幅提高农产品产量与品质方面展现出了巨大的应用前景。诺维信开发了一个名为Quick Roots的菌剂产品??在对作物根际微生物组进行规模化分析的基础上,分离并将2种可培养微生物(解淀粉芽孢杆菌和绿木霉菌)进行科学配比与成分优化??以种子包衣的形式推向市场。Quick Roots能够改善作物在苗期的营养元素供给,目前其系列产品可应用于小麦、玉米、大豆、油菜和牧草等主要农作物。田间应用效果非常稳定,以小麦为例,可促进增产量220-250 kg/ha左右。


    目前,孟山都正在全球积极推广两款农业微生物新产品:一种为玉米微生物种衣剂,其活性成分为土壤中的一种真菌。该真菌在玉米植株的根部周围生长,帮助植株提升吸收土壤营养的效率。另一种产品则可促进土壤中有益微生物的生长,帮助大豆植株的营养吸收,改善大豆植株健康状况。
    以色列拉姆拉特种肥公司旗下“翠姆系列”叶面喷施肥料、冲施肥、滴灌肥、复合微量元素、单一元素、生根剂等都是微生物复合菌剂。


    南京农业大学正在建立目前国内最大的、品种齐全的农药降解菌种质资源库并形成一套系统的菌株保存、活化、检验、复壮工艺。希望为我国农田化学农药残留污染生物修复产品的研发提供菌株基础,也为农药降解的机理研究提供菌株资源。


    西北农林科技大学从秦岭原始森林土壤中采集特有微生物菌株,并中筛选出解淀粉芽孢杆菌Ba168,生产出新型解淀粉芽孢杆菌生物制剂,可以起到促进作物生长、提高品质以及防治多种真菌和细菌传播土传病害的功效,可直接供应或带动有机果园的施肥,实现果园土壤有机质提升和果品品质改善。


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    高科技的介入使服务于农业的微生物产品,成为一个新兴的战略型产业,微观世界的发现已经使农业生物化进入了一个不可思议的地步。

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