农业微生物菌剂、载体及应用
作者：应用微生物技术
2024/8/15 14:29:56
施用促进植物生长的微生物作为接种剂，在提高土壤肥力的同时提高作物产量，是实现农业可持续发展的最有效技术。为满足不断增长的人口对农业的需求而施用化学肥料或合成肥料，给环境造成了许多严重影响。生物接种剂是一种通过施用单个或多个微生物制成的混合物，致力于为作物提供更好的健康或生长条件，被视为农用化学品的可靠替代品，因为它们既能满足全球过度增长的粮食需求，又环保、可观。因此，全世界都寄希望于在农业中应用微
施用促进植物生长的微生物作为接种剂，在提高土壤肥力的同时提高作物产量，是实现农业可持续发展的最有效技术。为满足不断增长的人口对农业的需求而施用化学肥料或合成肥料，给环境造成了许多严重影响。生物接种剂是一种通过施用单个或多个微生物制成的混合物，致力于为作物提供更好的健康或生长条件，被视为农用化学品的可靠替代品，因为它们既能满足全球过度增长的粮食需求，又环保、可观。因此，全世界都寄希望于在农业中应用微生物制剂，以应对全球 "5F "危机：粮食、饲料、燃料、肥料和金融。如今，这一领域的研究层出不穷，但有效微生物制剂的数量仍然少于市场需求。迄今为止，人们已经探索出了多种微生物，它们都具有作为植物刺激剂的能力，但仍有无数的土壤微生物有待鉴定，并等待它们有效地参与工业制剂化生产。本文探讨和总结了农业微生物接种剂的历史、概念、组成、类型及其应用技术、市场潜力，以及它们所面临的挑战和局限性。还对农业接种剂的载体进行比较分析，以支持生态包容性经济和世界的可持续发展。目前世界人口为 79 亿，并以每年 0.84% 的速度持续增长。不断增长的人口和不断缩小的可耕地面积将给农业部门带来更大压力，以满足日益增长的粮食需求。尽管如此，为满足不断增长的粮食需求而采用的传统农业耕作方式使农民不得不依赖使用化肥和杀虫剂来提高作物产量。随着化学合成肥料的使用量不断增加，2019 年 3 月《世界肥料杂志》指出，预计 2019-2024 年期间，全球肥料市场的复合年增长率将达到 3.8%。受这些农用化学品的影响，作物改良尽管能提高作物产量，但也对环境造成了严重的、非致命性的破坏。众所周知，过量使用这些化学合成肥料会导致土壤酸化、富营养化和营养物质渗入水体，从而对人类健康和环境造成各种危害。人类接触杀虫剂的后果，据报道，最大的一类杀虫剂属于有机磷类，会导致受害者出现各种神经紊乱。据记录，此类问题更频繁地发生在印度等发展中国家，这些国家每年因农药中毒死亡的人数约占总死亡人数的30%，农民是首当其冲的受害者，他们面临着与农用化学品有关的健康问题。农药会污染水体，改变土壤中丰富的微生物，从而对环境造成各种危害。施用化肥会排放各种温室气体，最终影响整个生态系统，从而严重破坏环境的稳定性。Aamir 等人（2020 年）报告说，合成肥料的过度使用使 25% 的农业用地变得干旱和不肥沃，从而导致土地退化。针对这些问题，当务之急是转而采用创新和可持续的农业相关解决方案，包括使用生物刺激素、生物肥料和生物农药等生态友好型技术。生物接种剂是一种含有单一或复合微生物的制剂，当引入作物时，专门用于执行特定的功能，如促进生长或生物防治。生物肥料是指含有活体或休眠微生物的多种产品，有助于提高作物的生长和产量。然而，生物农药是富含微生物接种剂的产品，能够克服植物病原体造成的压力，促进作物健康。与合成肥料相比，在受控和田间条件下，促进植物生长的微生物菌种，如固氮螺菌（Azospirillum）、芽孢杆菌（Bacillus）、根瘤菌（Rhizobium）和大豆根瘤菌（Bradyrhizobium）及其代谢产物对多种作物的健康、生长和产量产生了积极影响，这些作物包括：苜蓿、大豆、水稻和玉米等。另据报道，施用生物肥料可将作物的产量提高 25%，并将农业对无机肥料的需求量从 50%（氮）减少到 25%（磷）。在这方面，自 1895 年以根瘤菌为基础的生物肥料 Nitragin 注册以来，微生物制剂在大约 120 年前首次作为生物制剂问世。法国化学家Boussingault（1801-1887）于1838首次描述了植物从周围环境中吸收氮的详细过程，也是第一位将PGPR接种技术引入植物以提高其生长和产量的科学家。德国研究人员 Hellriegel 和 Wilfarth 于 1886 年对豌豆进行的另一项研究证明，豌豆根瘤中定植的细菌能够固定大气中的氮。1887年，受 Hellriegel和Wilfarth研究的启发，Hiltner与Nobbe一起深入研究了豆科植物与其根瘤中的细菌之间的共生相互作用。1904 年，希尔特纳在慕尼黑工业大学实验室工作，进行了多项研究，成为第一个提出 "根际（Rhizosphere）"一词的科学家，并将其描述为植物与土壤微生物群落相互作用的场所。他还描述说，根瘤微生物群落因根部渗出物的释放而被吸引，在植物养分调动和植物抗病原体能力方面发挥着神奇的作用。希尔特纳对存在于植物健康根部组织根皮下的细菌进行了研究，并提出了植物生产的产品在某种程度上依赖于根瘤微生物群落的观点。在参与了几个基于不同作物发芽行为和生长潜力的项目后，希尔特纳完全相信，根瘤区域的细菌群落肯定依赖于特定植物释放的根渗出物。在18 世纪晚期，希尔特纳和Nobbe一起进行了所有这些研究，并获得了他的第一个专利 "Nitragin"，这是一种利用根瘤菌制备的制剂。1903年，Lipman和Brown详细研究了土壤含氮有机物的氨化过程。由于所有这些研究，土壤微生物在促进植物生长方面的作用最终在 19 世纪之交被确定下来。Fritsch 在1907年进行的一项研究表明，稻田土壤中存在蓝藻，De 在 1939 年描述了蓝藻在固氮中的作用。20世纪40年代，印度研究人员Acharya 描述了沼气和堆肥在促进植物生长方面的作用，并利用农业废弃物制备了沼气和堆肥。1948年，Gerretsen 在研究燕麦作物缺锰和磷酸盐吸收时，是第一位确定根瘤菌从土壤中溶解磷酸盐潜力的科学家。直到 1961 年，"磷细菌素（Phosphobucterin）"仍是已知最早的生物肥料，含有巨大芽孢杆菌，可提高土壤中矿质磷的溶解度，使植物能够利用这些磷。20 世纪 70 年代，澳大利亚将磷矿石、硫和硫杆菌制成微生物制剂 "Biosuper"，硫杆菌产生的硫酸通过溶解制剂中的磷矿石，帮助增加植物的磷供应量。其他一些研究也关注土壤中微生物群落诱导的磷酸盐增溶作用，并报告了根瘤微生物对钾的溶解作用。丛枝菌根在养分吸收和促进植物生长方面的作用在20世纪60年代得到了验证，后来开始作为生物肥料应用。随着时间的推移，人们在不同方面开展了各种研究，以评估土壤中的微生物多样性，其中一项研究是在 20 世纪 60 年代末开始流行的土壤微生物活性酶估法。根据科学信息研究所保留的数据库，当时最常用的土壤酶测试方法是磷酸酶、脲酶和脱氢酶。1976 年，詹金森在这一行提出了另一种名为熏蒸-培养箱法的方法，用于研究土壤中的微生物密度。同年，即 1976 年，巴西正在研究固氮菌Azospirillum 与禾本科植物之间的共生关系。Kloepper 和 Schroth（1978 年）首次描述了根瘤菌促进植物生长的可能性，并将其称为植物生长促进根瘤菌（PGPR）。1980 年，Torsvik 和他的团队尝试从土壤中纯粹分离 DNA，结果发现 1 克土壤中有近 4000 种不同的细菌基因组。在此基础上，Beck于 1984 年第一个提出了土壤微生物指数的概念，并指出可以通过微生物生物量和一些酶活性（如还原酶和水解酶）来解释土壤微生物指数，但他的这一概念在当时并没有得到广泛应用。后来在 1998 年，Trasar-Cepeda 和他的同事们重新构建了 Beck 提出的概念，并发布了他们的研究结果：土壤微生物生物量碳、矿化氮以及各种酶活性（如磷单酯酶、β-糖苷酶和脲酶）与土壤中存在的总氮密切相关。除豆科作物外，还对非豆科作物进行了细菌培养以提高其产量的研究，"Alinit "是一种Bacillus ellenbachensi菌制剂，它是德国第一种提高谷物产量的生物制剂。1901 年，日本率先分离并鉴定了苏云金芽孢杆菌，1938年这种细菌被用作商业生物杀虫剂（"Sporeine"）并首次在法国使用。苏云金芽孢杆菌发现后不久，另一种细菌金龟子芽胞杆菌(Bacillus popilliae) 也被用作生物杀虫剂。1995 年，首次报道的基因改良作物是Bt玉米，这种玉米是用苏云金芽孢杆菌改造的，能产生有助于消灭鳞翅目毛虫幼虫的 Bt delta 内毒素蛋白。Huss-Danell （1997 年）从 8 个不同被子植物科的约 200 个非豆科物种中分离出了结瘤菌，发现其中大多数物种的根瘤中含有丰富的法兰克氏菌Frankia。生物农药也是一种微生物制剂，利用天然微生物和/或其释放的化学成分根除和消除病原体造成的不良影响。17 世纪初，人们发现植物提取物是最早用于田间的生物杀虫剂，通过施用烟碱来克服李甲虫的影响。1835 年发现球孢白僵菌(Beauveria bassiana)有可能导致家蚕传染病，1874 年俄罗斯研究人员成功地在谷物作物田中施用了金龟子绿僵菌(Metarhizium anisopliae) 的真菌制剂，从而控制了谷物甲虫造成的损失。含有单个或多个有益微生物及其代谢产物的经济有效的载体被称为生物制剂，这些微生物及其代谢产物在提高植物产量和质量方面具有生物活性。微生物制剂是一种含有活微生物的物质，能与植物根瘤或内部结合，增加宏量和微量营养素的供应。因此，能对目标作物的生长产生积极影响。与人工合成的化学肥料相比，使用微生物制成的配方更好，因为它们直接涉及促进植物生长和病原体耐受性的各种机制。根据 Vessey（2003 年）的定义，微生物肥料是一种含有单一或一组微生物的培养基，可帮助土壤养分被调动并提供给植物。Simarmata 等人（2016 年）将其描述为一种由微生物等天然成分组成的产品，通过溶解磷、固定大气中的氮和合成其他促进植物生长的物质，帮助增强土壤潜力，从而提高作物产量。制剂的最佳定义是由载体物质和稳定剂组成的混合物，载体物质用于容纳活性成分，活性成分是高效微生物或任何孢子，稳定剂用于调节作为活性物质添加的生物刺激剂的生长和功效。众所周知，作为潜在 PGPR 的接种剂可通过改善植物根瘤区的养分供应来改善植物的生长，并在实现粮食安全方面发挥有效作用，从而提高作物产量。这些微生物制剂最有效的策略是诱导作物生长，减少病原体造成的危害，而不会对生态系统中已有的微生物群落产生任何不利影响。由单个或多个微生物组成的微生物制剂通过直接或间接的方式附着在植物组织的根瘤或内部，从而促进植物生长。生物活性物质能诱导植物吸收对其健康和生长至关重要的养分，从而调节作物产量。Tripathi 等人（2015 年）进行的一项研究表明，用于制备配方的微生物主要关注植物的健康、生长和产量，土壤的肥力也会因微生物的应用而得到提高。作为植物刺激剂引入的微生物通过刺激各种植物激素的表达，直接促进作物生长。Jeyanthi 和 Kanimozhi（2018 年）描述了制剂中使用的微生物在促进植物生长、改善土壤结构、养分矿化、抑制植物病原体的影响以及抵御非生物胁迫等方面的各种机制，由促进植物生长的所有必要有机资源组成，通过与潜在的微生物群落相互作用，促进植物的全面发展。最近，"植物益生菌‘plant probiotics’, "成为促进植物生长细菌的新名词，被认为是 PGPRs（根瘤菌或内生菌）的同义词（Rai 等，2023 年）。功效、存活率和易于应用是制剂开发过程中的基础。根据使用的载体介质，大致可分为两类：固体制剂和液体制剂。要将有益微生物从实验室运送到农场、土壤或目标植物中，使其处于活体或静止状态，就必须使用这些液体或固体材料。将微生物转化为制剂形式，可以轻松利用其在加强可持续农业实践中的有益作用（图 1）。它还能有效延长微生物培养物的保质期，并便于运输和施用到目标作物上。除了单个或多个微生物菌株的专用材料外，它还包括有助于保护微生物细胞的添加剂，为其生长和增殖维持有利环境。因此，微生物制剂被认为是固态或液态载体介质与渗透保护剂粘性添加剂以及单一或微生物菌株群的组合。其作用模式因所用载体介质的性质和颗粒大小、施用土壤或作物的类型、施用目标的方法以及有助于目标植物吸收养分的可用性而异。由于干旱、土壤盐碱化和水土流失等恶劣的环境条件，印度等气候条件半干旱的国家在生物制剂的存活率和应用行为的不可预测性方面面临着各种挑战。这些地区的农民对采用微生物制剂望而却步，因为如果施用生物肥料后，他们的作物没有获得理想的结果，由于涉及到额外的费用和知识，他们不可能再给第二次机会。不过，生活在干旱和半干旱地区的农民所面临的这些挑战可以作为开发更合适配方的必要条件，以应对全球此类气候区恶劣的环境条件。根据目标气候和植被或作物选择微生物制剂是有效配方开发过程中的关键步骤。 图 1. 通过分离的植物生长促进细菌生态位开发生物制剂的步骤将具有生物活性的接种体添加到固体载体介质中，以发挥接种体在作物改良方面的潜力，这就形成了固体制剂。用于制备此类制剂的固体载体介质包括泥炭、煤、滑石粉、粘土、生物炭、无机土壤、农家肥、豆粕、麦麸、榨泥、农业废料、甘蔗渣、蛭石、珍珠岩、壳聚糖、甲壳素、海藻酸等多种材料。载体介质应能提供有利的微环境，支持接种物的活性，并在良好的生理条件下提供最佳数量的微生物细胞。有鉴于此，制备配方需要各种技术，如开采、干燥、研磨和中和。在固体制剂中，为了保护作物或提高产量，泥炭、滑石粉和蛭石是广泛使用的载体介质，因为它们具有较高的表面积和持水能力，有助于微生物制剂制备中使用的生物活性成分的正常生长和存活。固体制剂以颗粒、粉末、可湿性粉末、可湿性颗粒、水分散性颗粒和粉尘等有机或无机载体形式制备。早期研究结果表明，基于泥炭的 S. mexicanum ITTG R7T、R. calliandrae LBP2-1 T 和 R. etli CFN42T 的风干粉末（存活细胞数为 109 CFU/mL）可有效促进蚕豆的植物生长。Prasad 和 Babu（2017）报告说，基于滑石粉的风干固定化巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）TNAU 对直根生长产生了积极的效果，而基于相同载体的 荧光假单胞菌（P. fluorescens）PF1 配方则对花生的侧根生长有促进作用。冷冻干燥和热空气干燥的滑石粉制剂解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）和蜡样芽孢杆菌（B. cereus）B25分别改善了玉米的植物生长。一种冻干的蜡样芽孢杆菌可湿性粉剂能有效控制蔬菜和水果收获后引起的病害。据报道，基于滑石粉的假单胞菌可湿性粉剂可通过抑制镰刀菌枯萎病造成的损失来改善植物的生长。通过将甲基纤维素和滑石粉按 1:4 的比例混合，并加入等体积的细菌悬浮液，制备了一种荧光假单胞菌制剂，用于防治稻瘟病。以泥炭和废堆肥为基础配制的枯草芽孢杆菌 AF 1 能提高花生和豌豆的生长以及对真菌病原菌的抵抗力。据记录，用滑石粉和几丁质配制的荧光粉能提高芒果的产量和质量。应用基于蛭石的恶臭假单胞菌 P. putida 和 枯草芽孢杆菌B. subtilis 配方可以提高黄瓜的生长和产量。应用基于壳聚糖的 B. pumilus 菌株 SE34 和 B. subtilis 菌株 GBO3 制剂可促进珍珠粟的生长，并显著减轻霜霉病症状。以滑石粉为基础的荧光假单胞菌制剂改善了甘蔗的发芽和生长，据报道还降低了甘蔗红腐病的发病率。以海藻酸盐为基础的枯草芽孢杆菌生物制剂可提高豆类和莴苣中植物的生长。壳聚糖制剂芽孢杆菌 Exela 能够促进珍珠粟的植物生长并诱导其产生抗性。Abbasi 等（2016）报告说，解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌和荧光假单胞菌的泥炭基配方能够为植物提供抵抗土传病原菌的能力。研究发现，在以椰子壳为基础的生物炭载体培养基中施用固氮螺菌可提高禾本科植物种子的发芽活力。以松木为基质的生物炭与阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae)配制在提高黄瓜生物量生产方面发挥了作用。将促进植物生长的生物活性成分以水剂、油剂、悬浮浓缩剂、超低容量悬浮剂、脂溶性可流动浓缩剂和油分散剂产品的形式加入所需的细胞保护剂和添加剂，称为液体制剂。Mishra 和 Arora（2016 年）认为，液态生物肥料中生物活性剂占 10-40%、悬浮剂占 1-3%、分散剂占 1-5%、表面活性剂占 3-8%、液体或油占 35-65% 时最有效。用于制备此类微生物制剂的液体载体介质包括各种材料，如paneer whey（乳清）、马铃薯和大米肉汤、乳液、植物油、营养肉汤等，可用于配制潜在的 PGPRs。与其他以载体为基础的制剂相比，这些制剂更受青睐，因为它们易于生产，并能为更多的微生物细胞提供支持。据报道，在液体培养基中配制的微生物可耐受高达 45-50℃的高温，而不会影响配方的质量和效率。液体制剂还能提高所使用微生物的保质期，并将受到其他微生物菌群污染的几率降至最低。根据报告，液体制剂的保质期估计约为 15-24 个月，而固体制剂在不影响其效率的情况下，只能保存约 8-12 个月。液体制剂的用量较少，更符合现代农业的做法，便于运输应用。载体培养基的最佳营养条件对支持接种剂的生长和增殖至关重要。C/N 比至少为 20:1，是根瘤菌正常生长的理想条件，这一条件的任何波动都会导致根瘤菌难以在培养基中存活。在番茄、花椰菜和辣椒上喷洒以营养肉汤为基础的 B. cereus 和 P. rhodeseae 液体制剂，可提高生物量和产量。使用基于paneer whey（乳清）的 B. safensis 配方对甜叶菊的化学成分产生了良好的影响，并通过养分关联机制提高了甜叶菊的生长和产量。用液态假单胞菌制剂对番茄进行种子处理，可显著提高番茄的生长和产量，荧光假单胞菌液体制剂对水稻秧苗进行根部处理，降低了害虫发病率，从而提高了作物产量。据观察，通过反相乳化技术在米糠油中添加荧光假单胞菌菌株 EPO 15，可减少蔬菜和水果收获后病害的发生。在椰子油和大豆油的反相乳液中添加哈茨木霉制剂，可控制苹果果实采后因灰霉病引起的感染，可降低由灰霉菌等引起的采后果实腐烂病的发病率。将种子浸入枯草芽孢杆菌、链霉菌和固氮菌的液体制剂中可提高黑吉豆的发芽率、生长和产量。荧光假单胞菌菌株 AMB-8 在高压灭菌椰子水中添加 2% 聚乙烯吡咯烷酮，对辣椒和番茄幼苗的生长参数产生了积极影响。由植物乳杆菌、乳酸链球菌（Streptococcus lactis）、沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）、球形红细菌（Rhodobacter sphaeroides）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、白色链霉菌（Streptomyces albus）、灰链霉菌（S. griseus）、黑曲霉（Aspergillus oryzae）和冻土毛霉（Mucor hiemalis）配制成液体培养基，在玉米播种前施用到土壤中，对作物的生物量和谷物产量产生了积极影响。使用添加了碳源和氮源的液态葡萄糖液体培养基制备了热带副芽孢杆菌制剂，并将其施用在种子上，提高了小麦作物的产量。液体制剂可使接种剂免受不利环境条件的影响，因为它可防止渗透和灭活可溶性毒素，还可提供几乎可以忽略不计的污染机会并提高田间功效。因此，在农业中使用液态制剂以最大限度地发挥引入细菌在促进目标作物生长和提高产量方面的潜力受到广泛青睐。已知可用于配方开发的微生物制剂主要有两大类：一类是促进植物生长的根瘤菌，另一类是内生菌群，证明具有促进植物生长的活性。据研究，微生物栖息在植物内部和周围的不同区域，如种子际（Spermosphere）、叶际（Phyllosphere）和根际（Rhizosphere）。其中，根际是高碳含量和高能量的区域，这是因为植物和土壤微生物群落在这一区域发生了激烈的相互作用。居住在根际中、具有促进植物生长潜力的细菌被称为 PGPR。PGPR 是土壤中的居民，占据植物根部的根圈表面，具有促进植物生长的特性。内生菌被视为植物生长促进剂的一个特殊群体，它们可以侵入宿主植物，有时会带来比根瘤菌更有益的效果。除了应对非生物压力，据报道内生菌还能克服病原体对植物造成的疾病压力。大多数内生菌的生命周期分为两个阶段，一个阶段在宿主组织内，另一个阶段在土壤环境中。用于制备生物肥料的微生物可以帮助我们稳定农用化学品对农业生态系统造成的有害影响。在许多生物活性农产品的配方中，广泛使用的菌属包括根瘤菌、假单胞菌、芽孢杆菌、固氮菌、木霉菌、中慢生根瘤菌(Mesorhizobium属)、慢生根瘤菌(Bradyrhizobium属)。Elnahal 等（2022）研究表明，应用伯克霍尔德氏菌复合菌（Bcc）可促进污染物的生物修复。制剂中使用的植物生长促进微生物可以耐受各种生物和非生物压力，例如：假单胞菌、芽孢杆菌等能够耐受土壤中较高的盐分，而伯克霍尔德氏菌和根瘤菌则能帮助植物避免水分胁迫。Elnahal 等（2022）还报告了 Azospirillum、Azoarcus、Burkholderia、Gluconacetobacter diazotrophicus、Herbaspirillum、Azotobacter 和 Paenibacillus polymyxa 的固氮能力和抗病性。还有一类微生物被称为生物防治剂，可帮助植物应对由植物病原菌引起的病害，也能通过诱导系统抗性激活宿主防御机制，进而保护宿主免受病害。研究发现，解淀粉芽孢杆菌和食石油微杆菌（Microbacterium oleovorans）等生防制剂可以防治镰刀菌等植物病原菌。通过施用由美极梅奇酵母（Metschnikowia pulcherrima）组成的制剂可以防治青霉、灰霉病菌引起的病害。除此以外，许多其他抗病和促进植物生长的微生物也可以配制生物肥料，以支持全球的可持续农业。土壤中存在的无数具有促进植物生长潜能的新型微生物，在生物农业中可发挥作用。在植物生长促进微生物的输送系统中，不仅是载体，添加剂对接种剂的存活率和功效也起着非常重要的作用，因此添加剂的选择也应科学。微生物制剂开发中的一个主要挑战是选择合适的载体介质，以支持使用过的植物生长促进微生物菌株的长期保质期，以及在储存和运输过程中由于波动和不利环境条件造成的影响。为了克服微生物干燥这一挑战，人们使用添加剂来提高接种物在各种温度变化下的存活率，并延长制备配方的保质期。添加剂是通过保护它们免受恶劣环境条件影响而延长保质期的物质。通过添加剂提高对各种生物和非生物因素的耐受性，提供接种物的最佳细胞密度，为可持续农业提供支持。褐煤是一种非常好的添加剂，当添加大豆粉、10% 的苜蓿干草粉和不同比例的蛭石时，可提高配方中根瘤菌细胞的活力和保质期。甲壳素是一种 N-乙酰葡糖胺长链聚合物，可用于改善土壤中甲壳素分解微生物的数量，并可作为一种抗真菌剂。除了提高蜡样芽孢杆菌在花生田中的存活率，几丁质还有助于减少早期和晚期叶枯病的发生。研究还发现，添加必要的营养物质也是提高接种剂效率的好方法。在这种情况下，在假单胞菌制剂中添加碳源可通过向周围释放抗真菌酶来提高其生物防治效力。为了提高作物产量、生物防治活性和对环境中的污染物进行生物修复，人们研究并应用了各种添加剂和具有促进植物生长特性的不同微生物。在农业领域广泛应用的微生物固定化技术包括通过喷雾干燥、流化床、离子凝胶等方法，用生物聚合物/合成聚合物、有机和无机材料包裹菌株。通过使用聚合物添加剂介质固定液体制剂以提高制备质量和效率，形成了聚合物包裹制剂。常用的聚合物有甲基纤维素、海藻酸钠、聚乙二醇、木薯粉聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯醇、阿拉伯树胶、三卤糖、甘油、Fe-EDTA 等。首先要根据聚合物的 pH 值、粘度等级、粒度、水溶性、无毒性以及与微生物的生物技术应用来选择聚合物，然后再根据其成本和供应情况进行选择。分子量高、水溶性好、无毒、化学性质复杂的聚合物被视为一种好的添加剂。用海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素-HPMC 包裹根瘤菌对豇豆的根瘤有积极影响。利用豌豆蛋白分离物和藻酸盐可制备枯草芽孢杆菌 B26生物刺激剂。涂有生物聚合物羧甲基黄原胶（MBX）的枯草芽孢杆菌防治植物病害有积极效果，应用含有芽孢杆菌菌株的海藻酸微珠对小麦植物的生长有促进作用。聚合物具有较高的水活性和良好的流变特性，可为微生物提供抗热和抗干燥的能力，因此可用作菌剂工业的添加剂。使用淀粉作为海藻酸盐添加剂可促进根瘤菌的结瘤，并改善豆类作物的生长和产量。腐殖酸是土壤、沉积物和水中有机物的主要成分，它以异构的方式组合成各种低分子量的腐殖质。腐殖酸含有约 60% 的 C 以及 N、O、S 和 H，对土壤中微生物的生长和增殖起着重要作用。腐殖酸具有很高的保水能力，能将养分从培养基/土壤中螯合并转运到植物体内，诱导植物的次生代谢等，可化腐朽为神奇，作为添加剂使用。腐植酸刺激的趋化作用会导致高效根瘤菌和内生菌在植物根部附近定殖，向植物添加腐植酸还与作物根毛和侧根的形成有关。腐殖酸与海藻酸钠一起固定枯草芽孢杆菌，可改善莴苣植物的生长。涂有泥炭、海藻酸钠和腐殖酸的巴西固氮螺菌（A.brasilense）对改善小麦作物生长的作用。添加腐殖酸时，使用溶钾细菌提高了钾利用效率，对植物生长促进效果明显。粘土是生物圈中无处不在的矿物，含碳量和含钾量都很高，由于其特殊的理化特性，可用于微生物封装。粘土矿物吸附效率高，对环境危害小，因此在可持续农业领域用于生物农药和生物刺激剂正受到广泛关注。应用挤压和外凝胶技术，在海藻酸钠中添加一种粘土矿物--膨润土，以低成本封装Raoultella planticola菌和假单胞菌（P. putida），研究其在农田中分别作为细菌肥料和植物生长促进剂的性能。用 NaAlg-膨润土可包裹生防真菌 Beauveria bassiana 。应用包裹在 NaAlg-Perlite 培养基中的假单胞菌制备的乳液可促进穿心莲的生长。在甲基丙烯酸共聚物中添加二氧化硅，可用于采用喷雾干燥法制备生物肥料（荧光假单胞菌和腐生假单胞菌）。高岭土是另一种重要的粘土矿物，它与海藻酸盐配制成的生物肥料可在无菌和受感染的土壤环境中控制镰刀菌引起的病害。据报道，在海藻酸盐与高岭土中添加链霉菌制剂可抑制立枯丝核菌的致病性。据报道，在海藻酸盐和高岭土中配制木霉将 Na-Alg 与五种细菌的联合体进行离子凝胶化处理，可去除工业废水中的毒死蜱。在假单胞菌和大肠杆菌上包裹二氧化硅的溶胶/凝胶可用于修复萘和阿特拉津的污染。许多研究人员都报道过用脱脂牛奶作为添加剂固定生物制剂，以提取所使用的接种物促进植物生长的能力。据报道，在半干旱条件下，施用海藻酸盐和脱脂牛奶包裹的假单胞菌和牛肝菌菌株可提高小麦作物的生长和产量。在脱脂牛奶中添加 NaAlg 配制的枯草芽孢杆菌和假单胞菌对玉米作物的生长也有类似的促进作用。在藻酸盐中加入脱脂牛奶，再加入褐球固氮菌（Azotobacter chroococcum）和不动杆菌（Acinetobacter sp.）配制的制剂，对高粱的生长有积极的改善作用。通过用环糊精纤维和脱脂奶包短小芽孢杆菌（Lysinibacillus sp.），还能有效地对废水中的重金属和活性染料进行生物修复。甘油作为添加剂添加到微生物配方中时，可保护细胞免受张力影响，并通过平衡跨膜流量和渗透压起到保护细胞的作用。甘油的高水活性使制备的种子微生物制剂更容易应用，还能防止细胞干燥。据报道，用甘油添加海藻酸盐配制的成团泛菌（Pantoae agglomerance）聚合体可控制土传病原真菌引起的植物病害。应用基于 2%（v/v）甘油的荧光假单胞菌制剂来防治镰刀菌和蓟马，不仅减少了上述病原体造成的损失，还提高了作物产量。另一项研究通过使用溶解在甘油中的荧光假单胞菌菌株 Pf1 来控制番茄植株因镰刀菌枯萎病而造成的损失，该菌株可降低目标病害的发病率并提高产量。通过施用含有甘油（12 mL/L）和其他细胞保护剂的巨大芽孢杆菌，提高豇豆对磷的吸收，从而改善其生长和产量。由荧光假单胞菌（VUPF5 和 T17-4 菌株）与海藻酸钠和大豆油乳化制成的混合物可控制马铃薯上由茄镰孢菌感染引起的病害（Pour 等人，2019 年）。据报道，用 NaAlg 和花生油配制的 Beauveria bassiana 能控制 Solenopsis invicta 的感染。据报道，使用菜籽油和黄原胶中的苜蓿中华根瘤菌（Sinorhizobium meliloti）菌配制的乳化剂可诱导紫花苜蓿的植物生长和瘤的形成。据报道，在 0.5% 的园艺油中添加了Rhodopseudomonas palustris菌株 PS3 制成的配方通过支持大白菜对养分的吸收而改善了植物的生长。用黄原胶包裹假单胞菌（Pseudomonas veronii）的专利技术可通过吸收细胞内挥发的汞离子有效修复受汞污染的土壤。将材料转化为 1 至 100 纳米的纳米形式，可提高材料的生物利用率，从而使其更有价值。通过将纳米技术应用于可持续农业领域，可以利用植物PGPR菌的巨大潜力。用纳米材料封装微生物制备的接种剂能够提供微生物和封装材料的双重益处。这是一种新型但非常有效的农业策略，因为它具有针对性和定时作用模式，可改善植物对养分的吸收。众所周知，纳米颗粒可直接提高养分的生物利用率，或间接防止所使用的 PGPR 与不利的环境条件不一致，从而发挥其作用。纳米肥料被认为具有更大的表面积、更高的反应活性，而且由于尺寸较小，易于储存。据报道，封装在纳米材料中的微生物在保持土壤湿度的同时，还能为植物提供必需的养分。由于微生物具有穿越细胞壁、细胞膜和植物维管组织的能力，因此将聚合物纳米材料与微生物封装在一起可更有效地达到预期效果。Haris 和 Ahmad（2017 年）报告称，将氧化锌封装到铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌和淀粉样芽孢杆菌等 PGPRs 中，能够提高上述 PGPRs 的嗜铁素生成能力。将潜在的 PGPR 悬浮液与 Na-Alg（1.5%）、淀粉（3%）和膨润土（4%）按 2:1 的比例混合，制备微胶囊，最后用交联氯化钙溶液涂覆这些微胶囊，就得到了用于改良农业的微胶囊纳米肥料。据报道，CuO 纳米粒子可诱导假单胞菌中的吲哚-3-乙酰胺途径，促进细菌产生 IAA。用富含钛纳米粒子的海藻酸盐-膨润土包衣包裹枯草芽孢杆菌，能够通过抑制病原菌立枯丝核菌的发生来提高豆类植物的生长和产量。聚合物纳米粒子涂层的阿特拉津在芥菜叶中的吸收反应更快更高。用生物活性纳米纤维封装细菌接种剂被认为是一种有效的技术，可将微生物保存在种子表面，并逐步管理和提高种子的发芽率。在玉米作物上施用假单胞菌和纳米石膏能有效改善土壤的结构和功能，进而影响作物的健康。施用纳米尿素可提高珍珠粟的干物质、主要营养素和叶绿素色素浓度。纳米硒在番茄植物中的应用，可提高其产量和质量。在香蕉中应用同样的纳米材料可改善作物的生长和光合色素，在小麦和玉米中应用纳米铜，可分别改善 DNA 损伤和提高作物产量，在菠菜中施用纳米石膏能够提高作物的产量。有许多理论解释了制剂所需的质量，其中大量理论主要侧重于使用不同载体和添加剂的相对影响。制剂应具有足够的保质期，便于运输和应用，并且必须能够保护所使用的微生物免受不利气候条件的影响。有助于改善土壤质量、成本效益高、具有较强的 pH 值缓冲潜力、较高的持水性和保水能力的配方被视为优质肥料。许多研究表明，微生物细胞的数量与配方的有效性成正比，配方开发中使用的添加剂材料应增加微生物细胞的数量。优质制剂应能抑制污染，耐受在储存和运输过程中发生的各种 pH 值变化，而且应易于灭菌。制剂开发中使用的技术应简单易行，对目标作物的应用必须符合常规农业实践。Sharma 等（2023）建议，参与配制嵌入式配方的微生物菌株的释放速度应达到最佳状态，既不能太慢，也不能太快。用于配制配方的优质接种剂必须物理性状不变、无块状，能够与土壤中的天然微生物菌群竞争养分吸收，同时符合生物肥料的 BIS 标准。制备配方的整体质量在很大程度上还取决于用于配制生物肥料的载体介质和添加剂的等级。因此，在制备配方的过程中，除了微生物菌株的效力外，还应注意载体介质和稳定剂/添加剂的质量和粒度。应根据载体的易获取性、丰富性和无害性来选择载体。好的载体培养基应是生态友好型的，必须能自由地补充营养，以帮助接种体增殖，它还应与配方中的其他成分完全相溶，以便在加工过程中不会释放湿热。任何微生物制剂的应用策略都主要取决于载体介质的类型以及制剂中使用的微生物菌株或生物活性联合体。制剂的实施时间和程序还取决于目标作物以及通过生长刺激剂或生物控制剂与特定作物相互作用的生物刺激机制。引入的制剂应满足的另一个标准是，即使在不利的生物和非生物条件下，也必须确保目标作物的生长和发育。应用几乎所有类型生物肥料的最经济、最有效的方法是用潜在微生物菌株的制剂包衣种子。如果是粉末、颗粒和其他类型的固体制剂，则需要制备粘合剂浆液，将上述类型的制剂混合并包衣在种子上。将包衣/处理过的种子在阴凉处晾晒几小时，然后在同一天内播种，以最大限度地发挥接种剂的作用，同时避免污染。接种剂与种子的混合可采用手工操作或水泥搅拌机、机械滚筒或旋转滚筒等更便宜、更简便的方法。为了引入液体生物肥料，种子要浸泡在液体配方中，并在最佳温度下储存几个小时，这取决于种子的类型和用作接种剂的生物活性菌株。处理过的种子在阴凉处晾干后播种，以发挥接种剂的潜力，使种子更健康地生长。除了生物制剂层，种子有时还会被覆上 CaCO3，以克服土壤酸性造成的损失。在鹰嘴豆种子上共同接种 Pseudomonas jessenii PS06 和 Mesorhizobium ciceri C-2/2，以提高产量和作物的结瘤率。在大豆种子上添加大豆慢生根瘤菌USDA110 和恶臭假单胞菌NUU8，可提高耐旱性、养分吸收以及生长和产量，并对作物的其他经济性状产生积极影响。枯草芽孢杆菌和巴西固氮螺菌包衣小麦种子可提高其发芽潜力和产量属。绿豆种子经根瘤菌液体制剂处理后，植物生长和结瘤能力得到增强，作物的经济性状也得到改善。据报道，蚕豆种子接种根瘤菌 CIAT 899 和多粘类芽孢杆菌DSM36 后，可显著改善作物的生长和结瘤。用 Serratia plymuthica 包衣南瓜种子可使其发芽率提高 109%。用枯草芽孢杆菌对欧加木圣女果的种子进行生物处理可提高作物的精油产量。小麦作物的谷物产量和养分状况因应用巨大 芽孢杆菌进行种子处理而得到改善。据报道，用荧光假单胞菌和凝结芽孢杆菌对甜菜进行种子处理可促进植物生长，还能改善幼苗的根长。在木槿种子上接种根瘤菌+巴西固氮菌和巨型芽孢杆菌+多粘芽孢杆菌可改善生长参数、果实数量、萼片产量、花青素含量和总可溶性固形物。秧苗浸种是在谷物、水果、蔬菜、甘蔗、棉花、香蕉、葡萄和烟草等作物中实施配方的常用方法。在这项技术中，目标作物的幼苗会在最佳时间内浸入生物活性剂的水悬浮液中，以确保引入的生物制剂的适当附着，时间从蔬菜的 15 至 30 分钟到水稻的 8 至 12 小时不等。根部施用了用褐藻酸根瘤菌制备的生物肥料，洋葱作物的株高、叶片/植株数量、球茎大小和重量以及产量都有所提高。在盐分胁迫下，将玉米根部浸泡在根瘤菌中可提高 K+/Na+ 比率以及叶绿素和酚的含量。据报道，在洋葱球茎上接种 Azotobacter、Sphingobacterium、Burkholderia 菌属的三重接种处理对作物的大多数农业生态性状都有最佳效果。将草莓根部浸入含磷酸盐溶解细菌的Azospirillum制剂中30分钟，可显著提高水果作物的产量。在根部施用芽孢杆菌 M3、芽孢杆菌 OSU-142 和微型细菌 FS01 的复合菌群可提高苹果树的生长、产量和对养分的吸收。甜菜、大麦、树莓、苹果和杏的产量也因根部施用芽孢杆菌 M3、芽孢杆菌 OSU-142 而得到提高。根部接种由氮胞杆菌、芽孢杆菌和假单胞菌组成的复合菌群，可对石竹属植物的生长参数、产量属性和次生代谢物浓度（生物碱）产生积极影响，同时还能提高其养分吸收率。生物和非生物胁迫事件是全世界经济和农业损失的主要关注领域。在这方面，叶面喷施微生物制剂被认为是增强植物克服胁迫的内在机理的一种相对更简便、更有效的工具。作物的产量和对植物病原体的抑制取决于作物的类型和通过叶面喷施的微生物。在目标作物开花和果实形成时叶面喷施生物刺激剂，对促进作物生长和提高产量以及减少落花现象有积极作用。在甜樱桃植株上喷洒假单胞菌 BA-8 和芽孢杆菌 OSU-142 的复合菌群可提高果实作物的生长和产量。在豌豆植株中叶面施用荧光假单胞菌（Pf4）可减少植物病害，从而提高作物产量。在杏树盛花期喷施枯草芽孢杆菌 OSU-142 可减少芽孔病害的发生，从而提高果实的平均产量和质量。在玉米和小麦叶面喷施植物克雷伯氏菌和肠杆菌的双重接种处理对作物产量有积极影响。叶面喷施固氮菌 Azotobacter 可提高桑叶的产量和质量，有助于蚕的正常饲养和提高蚕茧产量。向玉米和草莓作物喷洒甲基杆菌Methylobacterium symbioticum，可为作物提供额外的氮，从而有效改善植物生长和草本产量。在韩国假单胞菌和凝结芽孢杆菌接种的芸苔属种子上叶面喷洒纳米硅颗粒，对植物的盐分胁迫条件有积极作用。将生物肥料与土壤混合是另一种有效的方法，可发挥应用微生物对植物健康和生长的促进作用。在这种微生物制剂应用方法中，大量的生物肥料或较大细胞数的引入接种剂能更有效地发挥作用。土壤接种剂的运输和储存更方便，应用时涉及的技术知识也更少。土壤接种生物肥料主要适用于种子较小的作物。据报道，在生产豌豆时，土壤中接种颗粒状的豆科根瘤菌可提高田间的氮素利用率，增强结瘤能力。连续三年的豌豆种植田间试验表明，在土壤中施用 P. fluorescens 能有效提高土壤中的氮磷含量，还能提高豆荚产量、茎秆产量和结籽重量。将假单胞菌属、解淀粉芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌的复合菌群接种到土壤中用于水稻种植，可提高谷物和秸秆产量，并增加谷物中的氮含量。在土壤中分别施用枯草芽孢杆菌 SU47 和节杆菌 SU18，可增加小麦作物的干生物量、脯氨酸含量和总可溶性糖。在土壤中施用单一接种的褐球固氮菌（Azotobacter chroococcum）, 葡糖醋杆菌（Glucanobacter diazotrophicus）和巨大芽孢杆菌可提高玉米作物的总产量、种子固形物含量和粗纤维含量。在过去的几十年里，改善植物健康和生长的微生物技术在全球范围内引起了极大的关注，其名称各不相同，如生物刺激剂、生物肥料、微生物接种剂、生物制剂、生物保护剂等。如今，基于组学描述土壤微生物生态位以开发个性化微生物制剂、分析生物膜形成能力以及使用不同数学模型准确预测配方性能也已成为一种趋势。然而，联合国发布的一份报告显示，根据《全球有机食品市场报告（2021-2030 年）》，估计每年约有 20 万人因接触食品中的杀虫剂而死亡。因此，为了满足全球对有机食品的需求，对高质量标准的有机农产品的需求也在不断增加。为满足拍摄有机食品的需求，越来越多的有机耕作方法是通过施用生物肥料、生物农药和生物刺激剂等有机制剂来种植和管理作物。据预测，到2024年底，生物肥料的市场收益将达到 3.125 亿美元。国际标准化组织（ISO）与联合国粮农组织（FAO）通过提供国际认证，制定了有机产品的质量标准，使农民能够以高于传统种植产品的价格出售其农作物产品。不过，各国的相关机构也致力于控制化肥在本国农业生产中的使用。全球各地的生物肥料和生物农药行业都在商业上利用各种微生物来实现可持续农业。土壤矿物质的利用，尤其是固氮菌群，如根瘤菌类生物肥料，几乎在世界各地的农业中都得到了最普遍的应用。Market Data Forecast 关于根瘤菌基肥料市场的一份报告显示，2023 年，亚洲国家和太平洋沿岸国家是世界上根瘤菌基生物肥料的最大消费国，其次是欧洲国家。Sansinenea（2021）报告称，2018 年全球根瘤菌生物肥料市场价值为 2.568 亿美元。Mehnaz 的另一项研究（2016）总结指出，微生物制剂市场的收入主要来自固氮制剂（77%），其次是磷酸盐溶解剂，约占该领域总利润的 15%。Kumar等（2022）报告说，在世界生物肥料市场上，根瘤菌占世界生物肥料总需求的 79%。全球许多知名企业都在参与配制不同的固氮菌株，如根瘤菌、氮胞嘧啶菌、氮胞杆菌，以及各种潜在的磷酸盐溶解菌株，如芽孢杆菌、假单胞菌、伯克霍尔德氏菌等，以开发矿物质利用生物肥料。拜耳作物科学是世界领先的生物肥料公司，并于 2018 年收购了德国最大的生物肥料产业 Monsanto BioAg。TeraGanix, Inc（美国）、Agrinos AS（美国）、Novozymes LLc（美国）、Rizobacter S.A（阿根廷）、Mapleton Agri Biotec Pty Ltd（澳大利亚）、The Tokachi Federation of Agricultural Cooperatives (TFAC, Tokachi Nokyoren)（日本）、T. Stanes & Company Limited（印度）、Ajay Biotech（印度）、Camson Biotechnologies Limited（印度）、Criyagen Agri & Biotech Pvt. (印度）、Biomax Naturals（印度）、Gujarat State Fertilizers and Chemicals（印度）、CBF China Bio-Fertilizer AG（中国）、Kiwa Bio-Tech Products Group Corporation（中国）、Lallem and Inc.（加拿大）和 Symborg S. L（西班牙）是世界上最重要的几家生物肥料公司，它们参与开发了多种配方，以改善植物的健康和生长状况。印度农民和肥料合作社有限公司（印度）、Nano Green Sciences Inc. (印度）、AC International Network Co. (Ltd.（德国）、SMTET Eco-technologies Co. (Ltd.（台湾）、Fanavar NanoPazhoohesh Markazi Company（伊朗）、WAI International Development Co. (马来西亚）和 Urth 农业公司（美国）都涉足纳米肥料开发领域，通过提供有针对性和适时的精确行动来实现可持续发展，从而在市场上掀起热潮。生物肥料市场根据生物活性剂的类型、制备过程中使用的载体介质、应用技术以及目标作物或病原体的类型进行划分。将有益微生物转化为商业用途的成熟配方涉及多个阶段，从微生物分离到其作为植物生长或健康促进剂的筛选、其保质期评估、其与目标作物的配合，以及以联合体方式制备时配方菌株之间的相互作用分析。将开发出的生物肥料从工厂运到田间地头涉及各种步骤和挑战，以控制开发出的生物产品的质量、存活率和污染，必须对其进行严格监控。随着市场对有机农产品需求的快速增长，开发必要数量的具有潜在微生物的生物制剂正成为该领域亟待解决的主要问题。虽然研究了多种多样的 PGPR 对植物生长的促进作用，但由于它们在苗圃、温室和田间试验中的结果各不相同，只有极少数获得了商业应用注册。生物肥料商业化的另一个关键制约因素是需要设备齐全的基础设施，以及熟练开发大规模生物肥料的专业技能人才。将这些生物制剂储存和运输到市场上，同时保证引入微生物的存活率和细胞密度以及制剂的无菌性，避免任何不希望的微生物生长，是另一个需要注意的挑战。对于为特定微生物选择适当的载体培养基以及选择适当的添加剂或补充剂以支持其在培养基中生长和存活的认识不足，是生物肥料市场的另一个热点问题。缺乏与生物刺激素的储存和应用策略相关的技术知识，给农民有效使用生物刺激素带来了更多挑战，也让小农担心承担风险。对各种商业化生物肥料进行的质量评估表明，这些肥料在实现其承诺目标方面表现甚微或不佳。PGPR 形成生物膜的能力被认为是其促进植物生长活动的重要机制之一，但生物膜的形成完全取决于土壤类型和环境条件。因此，不同的环境条件和土壤的异质性也决定了施用制剂的效果。因此，在商业化之前，在不同气候区对开发的农业生物产品进行质量和功效试验，是决定其在可持续农业中的可信度的关键一步。根系沉积塑造了与植物相关的微生物群落，该群落调节植物的新陈代谢途径，并通过根系启动植物的渗出物生产。渗出物的释放取决于植物的年龄和植物的养分供应情况。因此，即使施用了任何特定制剂，也很难保证根际特定生态位的可用性、存在和定殖。根际竞争能力或引入的微生物与土壤生态位中先前存在的微生物群之间的竞争性相互作用会再次导致所施用的生物刺激剂的效率出现偏差。在纳米材料包裹生物肥料的情况下，对所使用的纳米颗粒和微生物与所施用作物的实际微生物群之间的相互作用和交换缺乏了解，这是工业界和农民面临的最大挑战。纳米生物肥料还能使微生物的细胞和基因表达产生一些生理变化，诱导土壤中存在的特定微生物群发生极端变化，要么减少，要么增殖。申请专利和将微生物接种剂注册为产品的监管程序也非常繁琐，因为这些申请的指导方针不仅在全球各地不一致，而且每种有机产品也各不相同。这些监管程序不仅复杂，而且实施成本高，因此迫切需要在全球范围内起草协调良好的统一监管政策。因此，必须全面了解生物肥料的生产、应用及其效果认知，才能通过应用微生物制备技术实现农业的可持续发展。目前，全球生物肥料市场的估计价值为 23 亿美元， 2028 年将达到 41.0 亿美元。市场上有多种类型的制剂可供推广人员和农民商业使用，以改善作物的健康和生长状况。我们将重点关注为实现农业可持续性而开发的配方的不同组合和应用模式的功效。参与生产这些绿色肥料的微生物或其代谢物有助于养分循环、植物激素调节以及抑制环境对植物施加的各种生物和非生物压力。鉴定更多的强健土壤微生物、评估它们对作物的功效，以及对它们进行生物制剂以实现农业可持续性，将为促进生产和发布支持作物整体健康和生长的各种生物制剂提供一个潜在的工具。此外，科学家们的关注点偏向于新产品的开发，而应转向扩大已开发制剂的经济可行性和潜在问题。应用 MALDI-TOF MS 和 2-DE 对植物及其相关 PGPRs 分泌的蛋白质进行表征，是描述植物与其根瘤菌之间共生关系模式的一种高效新技术。这种分泌组分析还带来了根据田间准确营养状况开发个性化生物肥料的方法。植物益生菌除非能确保这些细菌在其作用部位适当定殖（106或 107 cfu），否则无法为植物带来积极的效果。因此，用纳米颗粒封装这些植物益生菌被视为开发纳米材料封装生物肥料的新兴科学领域。就这些用纳米材料封装的植物益生菌及其作为生物肥料的应用而言，涵盖所使用的纳米材料与封装微生物之间相互作用的技术和知识差距，以及其应用的确切时间和地点，对于支持高效使用纳米生物肥料以实现农业的可持续发展非常重要。生产用于制备纳米生物肥料的微胶囊是另一个备受瞩目的领域。然而，这些技术的实施同样需要较高的技术技能，而且研究人员还应该向产业界和农民传达有关此类应用的实际作用方式、效率和毒性的知识。与此同时，针对农民和推广人员的各种技能发展计划将使他们更好地了解生物肥料的正确储存和应用方式。此外，还应详细研究特定微生物促进特定作物生长背后的机理，以便更好地了解该作物所需的微生物，并提高应用配方的有效性。未来的可持续农业需要技术进步的参与，如下一代测序、微生物成因中的基因修饰、硅学和配方开发技术中的合成生物学，以提供农业丰产的长期解决方案。然而，这些新出现的技术和生物产品在农业领域提供的多种功能和更高的竞争能力，在不断变化的环境条件下仍不一致，因此需要对该领域有更深入的了解。通过应用生物制剂提高作物产量是一种有机的农业方法，它将通过减少对合成肥料的依赖来改善环境，进而通过提高作物的产量、质量和生物量来滋养我们的经济，最终以可持续的方式促进社会繁荣。
