有涌现性功能的合成菌群在作物育种上的应用前景

在农业生态系统中,微生物具有丰富多样的复杂生态学功能,这些功能的产生具有涌现性。所谓涌现性,指的是复杂系统中随着系统复杂性增加产生的新特性。有趣的是,虽然涌现性功能源于多物种的共同作用,但是所需物种数量通常较少。这不但为利用合成菌群探究涌现性功能的产生提供了可能,而且还为应用合成菌群改造植物菌群提供了抓手。种子菌群作为植物最早的微生物群落,其所包含的微生物具有多样性相对较低的特点。但是,其在植物共生菌群的演化过程中却具有重要作用。此外,受限于种子干燥、贫营养的微生境条件,生物膜是微生物在种子表面和内部存在的主要形式。因此,本文提出以有涌现性功能的合成微生物群落为种子包衣,或可成为在植物微生物组调控中最关键时间节点、最易于开展阶段的有效干预途径。在此基础上,分别从宿主和菌群角度介绍了调控种子菌群涌现性功能的潜在因素。在智慧农业的场景下,通过与种子芯片技术、无人智能化平台的结合,或可在农田中实现合成菌群的大规模施用和功能动态实时监测,为发掘具有特定功能的合成微生物群落、开展基于种子合成菌群生物膜包衣的应用提供可行途径,进而有望为微生物-作物联合育种技术的发展带来重大变革。