过去几十年来，农业中化学肥料的集约化使用表现出较低效率，同时造成了严重环境问题并导致土壤养分失衡。气候变化、病虫害发生率上升以及土壤酸化进一步加剧了这些挑战，这些因素共同危及农业生产力，并进而威胁全球粮食安全。大豆（Glycine max L.）是全球最重要的作物之一，是人类食用和动物饲料蛋白质与油脂的重要来源。随着食品、生物燃料和工业应用需求的增长，其全球重要性持续上升，其中巴西、美国和阿根廷为主要生产国。除经济价值外，大豆还可通过共生固氮（symbiotic nitrogen fixation, SNF）促进农业可持续性，减少对合成肥料的需求。然而，在不断变化的环境条件下维持高产，仍需要创新型管理策略。在此背景下，缓解这些问题的一种有前景策略是应用植物生长促进菌（plant growth-promoting bacteria, PGPB），其有助于实现更可持续的作物产量。尽管关于PGPB潜力的研究已大量开展，但由于其作用机制认识仍有限，且其潜在效益范围广泛，相关研究仍有必要进一步深入。目前，基于不同细菌物种的接种剂种类繁多，在刺激植物生长和减少农用化学品依赖方面发挥关键作用。在新兴技术中，值得关注的例子包括分子接种剂、将细菌与真菌联合制备为单一产品的微生物联合体，以及含有基因编辑微生物的接种剂——这些技术均显示出增强有益微生物物种性能的巨大潜力。对根际相关PGPB进行筛选和基因编辑——其作为植物微生物组的重要组成部分——是促进更可持续农业的可行替代方案。因此，本综述考察了旨在获得高效微生物的主要接种剂技术，这些微生物能够改善根际条件和微生物群落动态，因而为开发提升大豆可持续性的解决方案提供了战略机遇。
Introduction
文章导论指出，大豆是全球及巴西近几十年来最具经济重要性的农产品之一，不仅因其高蛋白特性而广泛应用于人类营养、动物饲料及化学工业，还因其在农业可持续发展中的关键地位而受到重视。论文首先将现代农业所面临的核心压力加以系统化，包括气候变化、极端天气频发、土壤有机质损失、板结与酸化、肥料利用率低，以及病虫草害压力增强等。在此背景下，植物生长促进菌（PGPB）被界定为缓解盐胁迫、水分胁迫、病原侵染和养分限制的重要生物投入品。文章同时强调，尽管已有大量关于不同大豆相关菌属的研究，但仍需针对特定生态环境和栽培条件开展更精确的有效性验证。作者特别指出Azospirillum spp. 可通过植物激素合成促进根系与地上部生长，Pseudomonas spp. 具有病原控制、系统抗性诱导以及磷（P）、钾（K）溶解等功能，而Bradyrhizobium spp. 则因结瘤和共生固氮（SNF）能力成为大豆生物固氮体系的核心。导论进一步提出，现有研究多聚焦于单一胁迫或表型指标，尚缺乏整合性农学框架，因此协同接种、微生物联合体、先进制剂、农场端微生物生产、精准农业、生物刺激素、基因编辑与细胞外膜囊泡（extracellular membrane vesicles, EMVs）等技术的融合应用，构成未来研究的重要方向。
Soybean production and challenges in Brazil
Strategic relevance of soybean in the global and Brazilian context
本节强调大豆在全球粮食系统、能源转型与生物经济中的战略地位。文章指出，巴西已成为全球最大的大豆生产国，且出口导向显著。除传统的蛋白和油脂用途外，大豆籽粒及其衍生物还广泛应用于食品、工业材料、表面活性剂、聚合物、涂料、润滑剂和纤维等领域。作者认为，大豆多功能性使其处于粮食安全、能源结构转型与生物经济发展的交汇点。
Production intensification and integration into the energy matrix
该部分指出，巴西大豆扩张与生产集约化及国家能源体系整合密切相关。豆油作为生物柴油原料，对温室气体减排具有重要意义。与此同时，大豆与固氮微生物建立的共生关系降低了对合成氮肥的依赖，从而兼具降本和减轻环境负担的双重效应，凸显了其在可持续农业系统中的独特农学优势。
Structural soil constraints and agronomic implications
作者分析了巴西大豆扩张所依赖的热带风化土壤普遍存在酸性强、养分贫瘠、保水能力差及铝毒性高等问题。尤其在MATOPIBA等农业前沿区，沙质土壤中的有效磷、钾和有机质含量偏低，使体系高度依赖外源投入。文章指出，微生物可通过促进养分和水分吸收来缓解上述限制，但土壤酸度会削弱植物生长促进菌（PGPB）的生物学性能，并抑制Bradyrhizobium japonicum 结瘤效果，因此土壤条件与微生物投入品之间存在显著互作关系。
Climate change and the reconfiguration of phytosanitary systems
本节从植物检疫生态学角度指出，气候变化会重塑病原物、传播媒介和土壤微生物动态。温度与降水格局变化不仅可能促进病害暴发，还会改变有益微生物群落的功能多样性。鉴于巴西热带高湿、连续种植等条件易造成病原积累，轮作与抗病品种成为维持系统稳定性的关键措施。
Pest and disease complex and impacts on productivity
文章归纳了影响大豆产量的主要生物胁迫，包括大豆胞囊线虫、Fusarium oxysporum、Phytophthora sojae、Xanthomonas axonopodis pv. glycines 及Helicoverpa armigera 等。作者指出，这些病虫害可造成显著甚至灾难性减产，因此需要将微生物资源用于病原抑制、生物防治和系统健康维护，以支撑综合治理策略。
Biological control and sustainable intensification via the microbiome
该部分强调农业微生物组作为生产力与韧性的核心组成。文章列举了Bacillus、Pseudomonas chlororaphis、Bacillus amyloliquefaciens、Streptomyces 等微生物在防治线虫、土传病害、细菌病和昆虫害中的作用，表明通过微生物组调控实现可持续集约化已成为农业范式转变的重要特征。
Soil fertility management and optimization of biological processes
作者指出，克服土壤障碍需要化学、物理与生物措施协同。石灰施用可校正酸度、提高养分有效性并促进微生物活性；维持土壤pH在6.0–6.5范围对Bradyrhizobium japonicum 的结瘤和生物固氮（biological nitrogen fixation, BNF）效率尤为关键。同时，适应热带稀树草原环境的菌株筛选，以及Pseudomonas spp. 在磷溶解和免疫增强中的作用，也被视为资源利用效率优化的重要路径。
Integrated strategies and future perspectives
本小节总结认为，大豆生产系统正在面临土壤约束、气候变化和生物胁迫叠加的再组织过程。应对之道在于整合土壤管理、生物投入品与植物—微生物互作，通过微生物组研究与新兴技术重塑农业范式，构建更高韧性、更高效率且环境友好的生产体系。
Plant-microorganism interaction in agriculture
本部分系统阐述植物生长促进菌（PGPB）在根际（rhizosphere）、根内生部位（endosphere）及叶际中的生态定位及促生功能。作者指出，根际是植物通过释放糖类、酚类、脂类、蛋白质和核酸等根系分泌物塑造微生物群落的关键界面，而PGPB可通过直接与间接机制促进植物生长。直接机制主要包括生物固氮、通过有机酸释放实现磷溶解、借助铁载体提高铁有效性，以及合成生长素、细胞分裂素和赤霉素等植物激素，进而重塑根系结构。ACC脱氨酶（ACC deaminase）则可降低乙烯水平，减轻胁迫引发的生长抑制。间接机制则涉及抗生素、几丁质酶等裂解酶的产生、生态位竞争以及诱导系统抗性（induced systemic resistance, ISR）。文章同时强调PGPB还能影响次生代谢产物积累，提高植物防御与适应能力。
The prominence of Bradyrhizobium japonicum in sustainable agriculture
本节重点讨论Bradyrhizobium 属在大豆可持续农业中的核心地位。作者详细概述其通过分子信号识别、Nod因子诱导、感染线形成、结瘤原基发育以及共生体（symbiosome）建立完成共生固氮过程。在根瘤中，类菌体（bacteroids）借助固氮酶（nitrogenase）将N
2还原为植物可利用的氨；豆血红蛋白（leghemoglobin）通过调节氧浓度保障固氮酶活性。文章还回顾了巴西Bradyrhizobium 接种剂的发展历史与产业化进程，指出其大规模应用已在经济和生态层面展现显著价值，但生物固氮仍有进一步提升空间，因此协同接种及EMVs应用被视为增强信号交流和微生物活性的潜在新策略。
The role of Azospirillum spp. and co-inoculation in sustainable agriculture
作者指出，Azospirillum spp. 属于根际自由生活型植物促生根际细菌（plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR），虽不结瘤，但可通过产生吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid, IAA）、赤霉素、细胞分裂素、一氧化氮和多胺等活性物质促进侧根和根毛形成，增强水分和养分吸收，并提高胁迫耐受性。以A. brasilense 为代表的商业菌株已广泛用于与Bradyrhizobium spp. 的协同接种。文中认为，Bradyrhizobium 负责共生固氮，Azospirillum 则通过扩大根系和提高资源吸收能力增强结瘤和固氮效率，两者呈现明显协同效应。尽管其增产和稳产效果已被多项研究支持，但接种剂在储藏、种子包衣、环境胁迫及本土微生物竞争下仍存在田间表现波动。为解决这些制约，EMVs被提出作为提高微生物存活、强化根际定殖和改善植物—微生物通信的新型辅助技术。
Importance and potential of Pseudomonas spp. as a bioinput in soybean
本节总结了Pseudomonas 属作为大豆生物投入品的重要性。文章指出，该属细菌环境适应性强，具有分泌抗菌次生代谢物、激素和酶类、抑制植物病原物、溶解无机矿物及促进植物生长等多重功能。某些种能够在盐胁迫和干旱条件下保持根际定殖能力，并通过调控基因表达、合成激素和渗透保护物质提升大豆耐逆性。作者特别强调，Pseudomonas spp. 在磷溶解方面的贡献与Bradyrhizobium 的固氮功能、Azospirillum 的促根功能形成互补，因此三者联用有望通过增加感染位点、改善水分与养分获取以及提高植株氮磷积累来进一步提升大豆生产力。
Coinoculation of Bradyrhizobium, Azospirillum, and Pseudomonas
该部分从系统层面阐释协同接种并非简单叠加效应，而是通过分子、生态和生理互作重塑植物生理与根际功能。Pseudomonas putida 可通过分泌有机酸溶磷、产生铁载体和IAA改善根际环境；与Bradyrhizobium japonicum 联合时，可增加根长、地上部生物量、结瘤和磷吸收。Azospirillum 与Bradyrhizobium 协同则通过调节生长素信号、促进侧根和根毛发育、增加黄酮分泌及激活结瘤基因（nod）表达，加速感染线形成和根瘤器官发生，从而提高生物固氮效率。文章进一步指出，协同接种还可通过调节内源激素平衡、ACC脱氨酶活性、抗氧化酶系统和胁迫响应基因表达，提高植物对干旱和盐胁迫的耐受性。在营养层面，其提高了氮积累、根系体积、结瘤数和根瘤质量，并促进酚类、黄酮类等次生代谢产物形成，有利于籽粒品质和产量提升。此外，协同接种还能通过改变根系分泌物模式、微生物竞争和生态位分化，优化根际微生物组结构。不过，作者也指出菌株兼容性、制剂稳定性和环境适应性仍是推广应用中的关键瓶颈。
Molecular vesicles and their bacterial-derived compounds
本节围绕细胞外膜囊泡（EMVs）展开，是全文的重要前沿内容。作者将其定义为由脂双层包裹、粒径约20–400 nm的纳米级球形结构，可由革兰氏阴性细菌通过外膜出芽或细胞爆裂等途径形成，作为一种特殊分泌系统（type 0 secretion system, T0SS）发挥作用。EMVs内含蛋白质、脂类、DNA、RNA、信号分子、酶及次生代谢物等，且其货载具有选择性包装特征，可保护活性物质免受降解并实现“量子式分泌”。在植物—微生物互作中，EMVs可与植物细胞表面受体互作或被植物细胞内吞，从而介导效应分子递送、水平基因转移、抗菌作用与免疫调节。在根瘤菌—豆科植物共生体系中，EMVs可能承担Nod因子（Nod factors, NFs）、表面多糖、调控RNA及其他共生相关分子的运输功能，从而促进根毛变形、感染线形成和结瘤发育。文中还提到，根瘤菌来源小RNA（small RNAs, sRNAs）可能通过EMVs跨界调控宿主基因表达。此外，EMVs还可携带微生物相关分子模式（microbe-associated molecular patterns, MAMPs）和防御调控因子，在防御激活与共生耐受之间发挥双重作用。作者据此提出，EMVs有望作为下一代接种剂设计中的关键模块，用于增强结瘤、植物生长和耐逆性，但目前其在大豆田间条件下的证据仍有限。
Practical applications and future challenges
文章最后从应用与转化层面讨论了生物肥料、微生物接种剂及其新一代技术的发展路径。作者认为，面对全球粮食需求增长和传统农业高投入带来的环境代价，以有益微生物为基础的生物肥料已成为可持续农业的重要支柱。在巴西，大豆中以Bradyrhizobium 为核心的接种剂已实现大规模商业应用，但其进一步巩固仍受产品质量稳定性、制剂技术、施用方式、研发成本和法规复杂性等因素限制。为此，论文提出三类值得关注的新兴方向：其一是分子接种剂，即将生物活性分子或改造微生物组分整合进入产品体系；其二是多功能微生物联合体，以增强在复杂环境下的稳健性和适应性；其三是利用CRISPR等基因组编辑工具培育高耐逆、高效共生和“气候智慧型”菌株。作者认为，未来接种和协同接种技术的发展，将依赖先进生物技术、优化制剂与对植物—微生物互作机制的深入认识。
Conclusion
结论部分指出，含植物生长促进菌（PGPB）的接种剂是缓解化学肥料过量使用、气候变化、病虫害加剧和土壤酸化等问题的有效策略，并可通过积极调节根际功能推动农业可持续化。作者强调，尽管相关菌群的鉴定、筛选和功能解析具有复杂性，但技术进步正在提升研究效率。未来应进一步阐明其促生、抗逆和生物防治的生理与分子机制，并推动商业化产品、微生物联合体、基因编辑微生物以及基于细菌囊泡的接种体系发展。总体而言，围绕PGPB、协同接种与EMVs的持续研究，将是构建更加可持续大豆生产体系的关键。
