合成菌群在促进堆肥物质转化与作物生长方面的新进展
作者：环江站 更新时间：2025-07-15
在现代农业中，堆肥作为一种环保的农业废弃物处理方式，能够将有机废弃物转化为肥料，并改善土壤质量。然而，木质纤维素是堆肥中的难降解成分，其降解效率的提升一直是研究难点。合成微生物群落（SynCom）的应用，特别是在木质纤维素降解中的作用，逐渐成为提升堆肥效率的关键策略。同时，作物的健康生长与土壤微生物群落的平衡密切相关。合成菌群通过调控根际微生物群落，增强作物的营养吸收和抗逆性，从而促进作物生长和抗病能力。因此，优化微生物群落结构和功能，不仅能提升堆肥质量，还能促进作物生长，是现代农业研究的前沿课题。
近日，中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站李德军研究员团队在合成菌群促进堆肥物质转化及作物生长领域取得重要进展。最新三篇研究成果显示，合成菌群（SynCom）在堆肥过程中可显著提升木质纤维素降解效率，并进一步促进作物生长。
首先，研究团队揭示了合成菌群在堆肥高温期对木质纤维素降解的重要机制。SynCom接种有效降低了木质素、纤维素和半纤维素含量，并显著提高了关键降解酶（如漆酶、锰过氧化物酶、纤维素酶和木聚糖酶）的活性。此外，宏基因组学分析表明，合成菌群显著增强了与碳水化合物代谢、氨基酸代谢、维生素代谢及能量代谢相关的微生物代谢途径，从基因水平优化了堆肥过程中微生物群落的结构与功能。这一成果已发表在Chemical Engineering Journal期刊，第一作者为陈双双，标题为Synthetic microbial community enhances lignocellulose degradation at the composting thermophilic phase: metagenomic and metabolic pathway insights（图1）。
其次，合成菌群通过调控真菌群落进一步强化堆肥物质转化。研究发现，SynCom接种提高了Cephaliophora、Thermomyces等关键真菌属的相对丰度，并显著增加了与木质纤维素降解密切相关的功能类群，如木材腐生菌、未定义的腐生菌以及凋落物腐生菌的活性。此外，关键物种Hydropisphaera（OTU10）的显著富集被证实为降解木质纤维素的重要驱动因子，显著提升了堆肥后成熟期的有机肥质量。该研究成果发表于Bioresource Techonology期刊，第一作者为刘秋梅，标题为Synthetic microbial community enhances lignocellulose degradation during composting by assembling fungal communities（图2）。
此外，该团队进一步探索了合成菌群在促进辣椒生长上的应用。合成菌群接种显著提高了辣椒植株的株高、茎粗、叶片数量、叶绿素含量及根系活力。高通量测序结果显示，接种合成菌群显著增加了根际微生物群落的丰富度和关键菌属的丰度，尤其是Sordariomycetes和Pseudarthrobacter的相对丰度与作物生长密切相关。这一研究已发表在Microorganisms期刊，共同一作为游甜、刘秋梅，标题为Synthetic microbial communities enhance pepper growth and root morphology by regulating rhizosphere microbial communities（图3）。
这一系列研究成果表明，合成菌群接种是一种高效、生态友好的农业废弃物处理及作物增产策略，为促进农业可持续发展提供了新思路和技术支撑。随着合成菌群研究的深入，其在堆肥优化和农业生产中的潜力将进一步得到发挥，对推动绿色农业的发展具有重要意义。上述研究均得到了国家重点研发计划（2022YFF1300704）等项目的共同资助。
图1 合成菌群接种促进高温期木质纤维素降解的作用机制
图2 合成菌群接种促进木质纤维素降解的作用机制
图3 合成菌群接种促进辣椒生长的作用机制