玉米高产的背后原因是什么？“微生物组的力量。”吉林大学植物科学学院院长都兴林解释道，自然界中某些微生物有生物固氮的本领——将空气中的氮元素变成植物的“营养餐”。但由于固氮体系复杂，提高固氮效率长期以来都是一个世界性的科技难题。近年来，在吉林省农业农村部门的指导下，吉林大学植物科学学院与广东丽豪生物农业有限公司（以下简称“丽豪生物”）在微生物组技术的集成应用方面展开战略合作，将微生物从实验室带到田间地头，为农业绿色发展带来革新动力。
提高固氮效率
让作物健康成长
“植物、土壤和微生物是一个‘铁三角’，我们解析出各性状微生物群组的主要功能和互作法则，以此为核心形成了基于微生物组技术的作物超高产集成技术，并应用到玉米、小麦、辣椒等作物，以达到抗病、减药、高产的目的。”都兴林说。
该集成技术的核心产品是PGPR微生物固氮菌剂（以下简称“菌剂”），它像一个“六边形战士”，能够作用于作物根圈、茎秆、叶面，既能从空气中固氮为作物提供增量养分，也能活化土壤中的存量养分。使用该菌剂，并结合水肥一体化、酸化土壤修复改良技术等配套技术，能提高作物的产量和品质，同时有助于减少化肥农药的使用，发挥植物-土壤-微生物的协同作用，实现对耕地的可持续保护和修复。
“传统生物固氮研究主要关注根瘤菌或者联合固氮菌的固氮效益，认为两者的生理性状不同，不能共同培养。但我们在国际上首次发现了这两者的联合固氮机制，能显著提高作物的固氮效率。”吉林大学植物科学学院兼职教授、丽豪生物董事长袁文豪告诉记者，目前团队已经成功开辟了一条新的道路——组合功能性状，把有着不同本领的菌株群体驯化、融合成一个超大规模功能菌群。
如今这个“大家庭”里已经有1500多个“成员”，这些“成员”通过组队，有了不同的疗效。比如，氢氧化细菌群组可以诱导植物产生系统防御反应，增强作物应对干旱、高温、盐渍等的能力；真菌群组则可以增强作物根际土壤多元酶活性，溶解土壤中的难溶磷酸盐等，减少磷肥用量。
“我们这项技术基于微生物组，不是只针对单一的某种作物或者病原菌，而是广谱性、系统性的，不同微生物组对不同作物的作用处于动态。”都兴林介绍，集成技术的发展主要分为三个阶段，提高作物的生物固氮效率、改善土壤环境是第一阶段，增强作物应对极端天气的能力、稳产增产是第二阶段，第三阶段的研究重点则是防治各种病虫害。目前，团队已经完成对花生、玉米、大豆等大部分粮油和果蔬作物的病害和线虫防控测试，并基本实现了大面积实际种植防控要求。
深化政校企合作
加速科技成果转化
日前，辽宁省组织专家对阜新蒙古族自治县的大豆示范田实地测产，结果显示应用集成技术后，示范田亩产达到340.54公斤/亩，创造了东北地区大面积实测高产纪录。除了大豆，在吉林省白城市通榆县，近两年由于“金三角”（政府、高校、企业）对菌剂的大力推广应用，当地主要经济作物辣椒的效益也显著提升。
通榆县以村党支部领办合作社，发展“龙头企业+村级合作社+农户”的订单农业，农户在合作社的指导下科学种植，作为农业产业化国家重点龙头企业的天意农产品经贸有限责任公司（以下简称“天意公司”）则负责为农户提供优质种苗、技术服务和进行产品收购。
“最开始我是抱着试一试的心态，结果发现菌剂的效果超出预料。去年我200亩地都使用了菌剂，鲜椒的果壁更厚了，炭疽病、根腐病也变少了。”天意公司经理陈伟介绍，菌剂能让辣椒提前15天上市，并实现增产20%～30%。“我们公司的辣椒还出口到韩国，现在海关检查时农药残留量明显降低。”陈伟说。
“接下来我们将布局其他作物，加强政校企三方的紧密合作，共同推进集成技术的示范应用。”通榆县农业农村局副局长杜白龙介绍，当地大力推广穴盘育苗，发展庭院经济，再结合菌剂的使用，可以将辣椒收益提升30%以上。
在通榆县，以农业生产的实际需要为导向，政府支持、企业应用与高校指导形成了一个良性循环，大幅缩短了科技成果转化的时间，短短两年就成效显著，让辣椒更“红”。而在河南，微生物菌剂则把小麦变得更绿。
记者来到新乡市平原示范区万盛农技服务专业合作社的大田，发现相比于对照田，使用菌剂后的小麦根系更发达，吸附的土壤更多，分蘖率高、叶片浓绿，总体长势也更加整齐。
“去年合作社只有几十亩地用菌剂，看到小麦出苗又快又齐，开春的时候几乎没有病虫害，今年我们就把菌剂的使用面积扩大到了1000亩！”合作社技术人员肖连胜说，“小麦变壮了，原来要用30斤种子的地，现在用26斤就够了，不但成本降低，去年还比对照田增产了近300斤。”当地农民穆国亚也兴奋地和记者分享心路历程：“我以前都种花生，去年用了菌剂以后，花生亩产达到七八百斤，所以今年开始在小麦上也用了菌剂！”
5年来，集成技术在东北地区和河南省开展了大面积连片玉米试验性种植，累计试验推广超8万亩，实现大面积增产15%～60%。在菌剂的保驾护航下，玉米、大豆、辣椒、花生、小麦等多种作物正焕发出新的强劲的生命力。
提升粮食质量
助力农业绿色转型
随着近年来气候变化加剧，探寻农业可持续发展成为农业科技创新的应有之义。一方面，土壤中的微生物活跃可以增强土壤肥力；另一方面，土壤微生物与气候变化中的碳、氮和诸多其他要素的循环息息相关，影响着全球生态系统。因此，加深对微生物的理解以及强化其作用至关重要。
“虽然我们看不到微生物世界，但其实正是微生物在控制着我们的生活，集成技术为作物的生长过程营造了一个适宜的微生物环境，这在一定程度上能缓解土地退化。”中国粮食博物馆馆长、河南工业大学教授师高民表示。
河南工业大学粮食创新发展中心主任裴少峰告诉记者，保障粮食安全需要实现农业的“育耕种管收”与粮食产业“收储运加销”的全流程融合。“粮食质量对后期加工有重要影响，集成技术将推动我国从化学农业技术向微生物组农业技术加速转型升级，是保障粮食质量的有效路径。”裴少峰说。
集成技术让土壤中的氮元素留得住、用得上。“所有作物生长都离不开土壤，微生物菌剂恰恰是从土壤入手，遵循自然法则，用微生物来改变土壤的理化性质，让作物能够从土壤中吸收大量营养元素。”都兴林说。
“接下来我们考虑利用分子微生物学的技术，对每一个单项的菌种进行各方面功能精准鉴定，比如某一种微生物菌针对某一个作物的效果显著正向，那我们就对该作物加大该菌株的用量。”都兴林表示，吉林大学植物科学学院与丽豪生物计划未来联合培养农业专业博士，并共同申报博士后工作站，继续深化科研合作。
