摘要：化学肥料虽能短期增产，却会导致土壤退化、环境污染等生态问题。作为替代方案，生物肥料凭借成本低、改善土壤健康、环保等优势，成为可持续农业的 “新希望”。但长期以来，生物肥料面临一大难题：施入土壤后 “活不久”，要么被原生微生物 “排挤”，要么无法适应环境，效果大
化学肥料虽能短期增产，却会导致土壤退化、环境污染等生态问题。作为替代方案，生物肥料凭借成本低、改善土壤健康、环保等优势，成为可持续农业的 “新希望”。但长期以来，生物肥料面临一大难题：施入土壤后 “活不久”，要么被原生微生物 “排挤”，要么无法适应环境，效果大打折扣。想要让生物肥料真正 “顶用”，就得搞清楚它们和土壤里的 “原住民” 微生物如何相处 —— 这正是研究的核心意义。由美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室 Cody S. Madsen 团队完成《Synthetic communities as a model for determining interactions between a biofertilizer chassis organism and native microbial consortia》，2025 年发表在Isme J。研究团队建立一套高效方法，筛选出能让生物肥料 “安家落户” 的土壤微生物群落，同时搞明白生物肥料加入后对原有群落的影响。简单说，就是给生物肥料找个 “宜居社区”，并摸清它在社区里的 “生存法则”。
生物肥料增效新方法
为实现目标，科学家们设计了一套 “三步走” 方案：
构建 “合成社区” 库：从加州霍普兰德牧场、劳伦斯利弗莫尔实验室周边及市售盆栽土中取土，用 6 种不同培养基（含葡萄糖或琥珀酸盐等碳源），通过 “自上而下” 的培养方式，培育出约 1200 个稳定的 “合成微生物群落（SynComs）”。这些群落多样性极高，Shannon 多样性指数超 4，物种丰富度超 400，能模拟真实土壤的微生物生态。给生物肥料 “装追踪器”：选择常用生物肥料底盘菌 —— 枯草芽孢杆菌（B. subtilis），通过基因工程给它装上 “木糖诱导的 β- 半乳糖苷酶基因”。这样一来，只要加入特定物质，它就会产生颜色反应，方便科学家追踪其在群落中的存活情况。筛选与验证：将工程化枯草芽孢杆菌 “迁入” 合成群落，通过颜色反应动态追踪其持久性，再结合 16S rRNA 基因测序分析群落结构变化，交叉验证 “宜居社区” 的特征。“宜居社区” 占比约 10%：枯草芽孢杆菌能在约 10% 的合成群落中稳定存活，且符合 “多样性 - 入侵原则”—— 在多样性较低的群落中更易 “扎根”。“邻居” 很重要：能留住枯草芽孢杆菌的群落中，常出现假单胞菌、克雷伯菌等 “友好邻居”，它们可能通过养分共享或协同代谢帮助其存活。社区变化有差异：在霍普兰德牧场和盆栽土的群落中，枯草芽孢杆菌可能导致原有群落多样性下降；但在劳伦斯利弗莫尔实验室周边土壤的群落中，它反而能让多样性提升，像是 “填补了生态空位”。这项成果为生物肥料应用打开了新大门。未来，农民可根据土壤类型，参考 “微生物社区地图” 选择适配的生物肥料；企业能通过该平台设计更 “抗造” 的生物肥料菌株；甚至能通过调控土壤微生物群落，为生物肥料 “铺路搭桥”。长远来看，这将推动农业减少对化学肥料的依赖，让土壤更健康、粮食更安全、环境更友好。
来源：农科最前线一点号