PGPR制剂可克服作物连作障碍
我国现有作物种植模式及不合理的农业生产措施，导致作物连作障碍普遍发生，轻者严重减产、重者造成绝产，土壤可持续生产能力持续降低，已成为制约我国农业可持续发展的主要瓶颈问题之一。土传病害积累、营养不平衡、植物自毒作用、土壤生态破坏等是引起作物连作障碍关键因素。依赖化学肥料、化学农药、土壤化学熏蒸、普通有机肥和单一功能微生物肥料等措施，不能从根本上解决作物连作障碍问题。
植物根际促生细菌（PGPR）是一群定植于植物根际、与植物根密切相关的根际细菌，当接种于植物种子、根系、块根、块茎或土壤时，能促进植物生长。PGPR来自于作物根际环境，制造成PGPR制剂施用到作物根际环境，具有良好的环境适应性，在作物根际长期稳定地定植，进行各种代谢过程，发挥促生、防病、抗逆、生物修复等多种功能。
山东农业大学生命科学学院教授
杜秉海
直接促生机制是促进作物根系生长发育、改变根构型，提高作物对养分和水分的吸收能力。促进土壤难溶性磷、钾、微量元素、土壤蛋白质、氨基氮等有机氮的有效释放和供应。
间接促生机制是产生抗生素、抗菌蛋白等杀菌/抑菌物质。产生水解酶，降解作物自毒物质。显著改善作物根际微生物群落结构与功能，修复土壤生物肥力。
我国关于PGPR研究起始于20世纪90年代初，山东农业大学、南京农业大学、华中农业大学、中国农业大学等单位率先开展大蒜、辣椒、西红柿、黄瓜、西葫芦、西瓜、草莓、苹果、樱桃、核桃、蓝莓、柚子、向日葵、棉花、玉米、小麦、烟草、香蕉、花生、花卉、中草药等多种作物的PGPR菌株筛选、定植、作用机理、制剂研制与应用等工作。
山东农业大学PGPR研究室先后从大蒜、辣椒、西红柿、黄瓜、西葫芦、西瓜、草莓、棉花、花生、烟草、苹果、樱桃、蓝莓、核桃、花卉、中草药等多种作物根际筛选鉴定了500多个PGPR菌株。
2010年，完成多粘类芽孢杆菌（Paenibacillus polymyxa）SC2菌株的基因组测序分析，建立了SC2菌株的基因敲除体系，开展了该菌株在辣椒根际定植动态及其对根际土壤微生物群落结构影响、SC2与辣椒相互作用分子机制、芽孢形成分子机制、防病分子机制等研究工作。
鉴于我国作物连作障碍的普遍性与严重性，PGPR制剂在克服连作障碍方面的巨大潜力，PGPR制剂产业科技创新，将对我国农业可持续发展产生深远影响。
PGPR菌株大规模筛选鉴定及菌种资源平台建设。PGPR菌株筛选鉴定仍是今后很长时期重要研究内容；建立国家PGPR菌种资源库。重点从作物根际筛选优良的具有生防作用、诱导植物系统抗性、产生植物生长调节物质、溶磷、解钾、活化铁离子、降解蛋白质及氨基糖、降解植物自毒物质、诱导植物系统耐受性的PGPR菌株，实现菌株与作物之间的高效组配。
基于高通量测序和组学的PGPR分子生态学研究。PGPR在作物根际的生态学规律是其能否发挥作用的关键。从分子水平，着重开展PGPR在作物根际定植规律、PGPR与作物根际微生物群落结构及功能相互关系、PGPR-作物相互作用规律、PGPR-非生物环境胁迫相互关系等。
基于组学的PGPR作用机制研究。基于基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等技术方法，揭示PGPR促生分子机制、生防分子机制、自毒物质降解分子机制、诱导植物系统耐受性机制等。获得一批具有自主知识产权的功能基因（簇），阐明其表达调控机制，为多功能PGPR工程菌提供理论技术支持和基因资源。
PGPR多功能工程菌株构建及生物安全性评价。采用基因组工程等技术方法对重要PGPR菌株进行基因组简化和改造，获得用于多功能PGPR工程菌株构建的宿主菌；采用代谢工程与合成生物学等技术方法，将多个PGPR菌株的不同功能基因（簇）整合到PGPR宿主菌细胞中，重构代谢途径，构建具有促生、活化养分、降解自毒物质和生防功能的多功能PGPR基因工程菌株，并进行生物安全性风险评估。
作物专用多功能PGPR制剂菌株组合优化研究。将来自同一作物根际的具有促生、防病、活化养分、降解自毒物质等不同功能的PGPR菌株进行协同性研究，进行菌株组合优化，获得作物专用多功能PGPR制剂的最佳菌种组配。
作物专用多功能PGPR制剂规模化生产工艺研究。开展PGPR发酵工艺优化、剂型选择、增效剂、保护剂等方面研究，建立高效、稳定的多功能PGPR规模化生产工艺技术体系。
作物专用多功能PGPR制剂应用技术体系研究。研究多功能PGPR制剂与化学肥料、有机肥料的组合使用技术与方法，建立技术操作规程。
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