微生物多样性与农业生产

地球上第一批植物的出现是因为植物/微生物的共生。现在已经可以确定的是，第一批只生活在海洋中的植物能够通过与真菌的共生关系在陆地上定居下来。这些组合产生了第一个称为菌根(植物/真菌组合)的共生关系。它们可以追溯到4.5亿多年前。

但故事并不仅限于菌根。当植物开始生长时，细菌、酵母和真菌已经存在于陆地上，从那时起，它们的历史就紧密相连了。这种微生物定植是如此古老和广泛，以至于植物日常过程的许多机制都有微生物的参与，如吸收和固定养分、发育或免疫......

【资料图】

图1.自然环境中微生物的数量和多样性反映了这些环境中植物的多样性和稳定性。

1. 植物的重要伙伴

在农业中，微生物长期以来一直被认为是唯一的病原体。这种消极的观点现在已经过时了，对与植物有关的微生物群落的研究使我们能够确定许多具有农业价值的微生物。它们存在于根际(靠近根的区域)和叶际(高于地面的部分)，也存在于宿主内部，因此被称为植物内生微生物。

图2.根际细菌寄生的根的显微镜观察。接触Frankia©细菌活菌菌剂24小时后，粗枝木麻黄(Casuarina glauca)融合表达绿色荧光蛋白。

根际微生物与植物的根系相互作用。

植物根际是微生物群落最丰富的地方，我们喜欢把它和我们的肠道进行比较，我们的肠道也充满了不可或缺的、迷人的微生物群。就像倒立的肠道一样，根部有吸收性的毛发，在这些毛发附近有大量的微生物群落。植物特有的根系分泌物吸引和刺激这些对植物有益的微生物。例如某些细菌可以通过一个或多个机制刺激和/或保护植物: 向环境中释放植物激素、溶解土壤中不易被植物吸收的矿物质元素、固定大气中的氮，降低土壤中某些病原体的水平(通过竞争或过度寄生……)。这样的细菌被称为PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria)。在这个有益于植物生长的微生物群体中，还有真菌(例如菌根，但不仅限于菌根)和其他酵母。

植物叶际和内部环境还包含各种各样的微生物群，这些微生物群参与了植物的营养机制，或保护植物免受非生物和/或生物胁迫，如刺激植物的自然防御…

微生物不是真正意义上的活性成分或肥料。他们是植物的真正伙伴，与植物建立了复杂的互惠关系，远远超出了我们所选择的如促生、防病这样的功能。随着微生物生命的多样性，植物本身就形成了一个真正的生态系统，我们现在知道，这个生态系统越复杂，它就越有可能抵御外部的危险。

2. 多样性的重要性

最近对法国阿尔卑斯山塞拉克省(Ceillac)的镜湖河岸生物群落演变的研究为我们提供了一个很好的例子，说明了多样性的重要性，虽然其表面上是稳定的，但我们知道生态系统在不断变化，能够适应其生物群落的变化。分析可以追溯到上一个冰河时代之后。这项研究展示了高等植物是如何出乎意料地经历了异常恶劣的气候变化的，这全靠这个生物群落中各种各样的生物之间的相互依赖和相互作用。虽然这种演变的弹性让我们明白了多样性的重要性，但我们现在可能只理解了其中的一小部分。

3. 生物的多样性与农业生产息息相关

图3.由于植被覆盖的简化和快速变化，农业活动导致微生物多样性的减少。非本地植物的引入更是加剧了这一现象。

通过塑造景观和在非常重要的土地上建立新的耕种区，农业活动破坏了所有现有的平衡。这与建立一个稳定的生态系统(至少50年)，与建立共生关系或共同进化(这需要几千年!)所需要的时间相比几乎是瞬间发生的。在这种情况下，农业植物不太可能有机会自然地重建一个最佳的微生物生态系统。

拉曼植保(Lallemand Plant Care)提出的最重要的理念是寻找并提供与作物相关的微生物。由于我们在世界各地建立了科学合作伙伴关系，我们正在研究与微生物相互作用的基本机制，并筛选有农业利用价值的菌株。我们的目标是通过将植物与具有增强营养、抗非生物和生物胁迫功能的关键微生物结合起来，“补充完善”植物的这些功能。这使我们能够选择、生产、配制和批准化生产微生物，以便人工接种这些微生物活菌。

通过将两种类型的基因结合到田间，我们希望创造出一种新的杂交生物(植物/微生物)，我们希望它具有杂种优势的效果!

对于可行的微生物接种，我们认为在同一耕田上的轮作或持续种植某种作物必须考虑到生态系统在年度或多年度尺度上是可变的，但在较长时间内是一致的；正是考虑到这一点，我们认为我们促成植物/微生物的互惠组合的方法是可持续、具有成本效益的行动。这是在农业中使用微生物与使用传统投入之间的根本区别之一。

这种方法只有在与施肥(矿物元素和有机肥料)、土壤轮作等相结合的情况下，才能充分发挥其经济和技术价值，以便最好地表达植物和相关微生物的遗传潜力。

图4.电镜下可见碘化丙铵染色的鹰嘴豆根，荧光根状体标记为绿色荧光蛋白。

结论

尽管植物和微生物之间的共生(或相互)关系已经存在了4.5亿多年，但直到现在才刚刚开始被人类所关注。法国国家自然历史博物馆(national museum of natural history)的马克-安德烈·塞洛斯(Marc - andre Selosse)教授在2017年出版的《永不孤独》(JAMAIS SEUL)一书中告诉我们：“生物体的概念，即植物本身就是一个完整的体系，在科学史上非常有用：这个认知奠定了我们对生理学的看法，产生了许多医学和农业上的应用。然而，今天，仅仅通过扩展有机体的概念来维持它是一种过时的方法。我们的宏观视野塑造了我们的世界观，但今天我们有办法从不同的角度来看待它。”