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華南植物園提出利用根際工程來構建應對糧食安全危機和氣候變化的解決方案
基于土壤健康與氣候韌性是全球農業可持續性發展的核心問題，華南植物園魯顯楷研究團隊發表綜述文章，提出把根際工程作為應對全球變化下糧食系統多重挑戰的解決方案。
傳統的單一農業種植模式依賴大量化肥和殺蟲劑的投入導致土壤質量和微生物多樣性降低，最終損害長期可持續發展。相比之下，根際工程通過整合植物遺傳學、微生物群落調控和核酸技術創新(包括基因編輯與合成生物學)來重構植物-微生物-土壤相互作用，提供了一種變革性的解決方案。該方案有助于養分獲取、碳固存、病原體抑制和污染物去除。
該綜述通過對比自然根際與工程化根際特征，并融合跨學科的見解，揭示了同時改造根系性狀與微生物群落的實踐潛力(圖1)。通過優化互作，根際工程可支撐有彈性的作物系統，使其能夠應對CO?濃度升高、氮沉降、氣溫上升及降水異常等氣候脅迫因子(圖2)。這一集成框架可同步實現作物生產力提升、植物保護強化及環境修復優化，為糧食安全與生態可持續性提供了一條可拓展的途徑。該論文的一個關鍵結論是，當微生物技術創新與宿主植物基因型優化相結合時，根基工程可以顯著增強養分循環和碳固存，特別是在退化和氣候敏感的土壤中。文章強調，基于CRISPR基因編輯、RNA干擾及宏基因組引導工程等核酸技術手段，可實現對根際功能的精準調控，為作物可持續改良開辟新路徑。此外，該研究呼吁決策和研究機構優先支持以下關鍵領域：開展田間尺度技術驗證、制定生物安全規程以及將根際設計理念融入更廣泛的農業生態實踐。
總而言之，該研究結果強調未來發展應超越傳統投入密集型的農業模式，轉向基于生態原理與分子創新的生物智能系統。根際工程的提出不僅是在概念上有突破性進展，更為應對21世紀農業面臨的諸多挑戰提供了一種可應用可推廣的解決方案。
相關研究結果以“Advancing crop resilience through nucleic acid innovations: rhizosphere engineering for food security and climate adaptation”為題，近期發表在國際知名學術期刊International Journal of Biological Macromolecules(《國際生物大分子雜志》)(IF2024=8.5)上。中國科學院華南植物園為第一和通訊單位，魯顯楷研究員為通訊作者，在站博士后Qudsia Saeed 和Adnan Mustafa為共同第一作者。該研究得到了國家重點研發計劃項目、廣東省重點研發計劃項目和國家自然科學基金項目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.143194
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圖1. 根際工程優化植物-微生物-土壤交互界面示意圖
圖2. 氣候變化對農業生態系統關鍵生物地球化學過程的影響，以及根際工程在?緩解土壤-植物-環境系統沖擊?中的作用機制
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