2015年夏威夷的一个晴朗日子，Geoff Zahn和Anthony Amend开始了8小时的徒步旅行。他们爬上瓦胡岛上的丛林山，拍打蚊子，绕过野猪的围栏。两人前往几个月前种植了一片极度濒危的Phyllostegia kaalaensis的地方。他们发现的是令人沮丧的。

“所有的植物都消失了，”当时在夏威夷大学马诺阿分校的博士后研究员Zahn回忆说。两位生态学家发现每次种植的地方只放置了红旗，还有一些死秆。“它就像一个墓地，”Zahn说。

植物，薄荷家族的成员，但没有薄荷醇香气，很可能死于由新灰霉病(Goopsiphe galeopsidis)引起的白粉病。今天，原产于瓦胡岛的白花植物仅在岛上的两个政府管理的温室中存活。为什么P. kaalaensis几乎灭绝尚不清楚，尽管栖息地丧失和白粉病都是潜在的解释。模糊的真菌疾病攻击温室中的植物，研究人员认为它杀死了他们试图重新引入野外的所有植物。

Zahn之前从未遇到过灭绝(或接近灭绝)。他回到家里不知所措，决心帮助小薄荷。

就像人类和其他动物一样，植物有自己的微生物组，细菌，真菌和其他微生物生活在植物上和植物中。有些像霉菌一样攻击; 其他人都很有益。一片叶子有数百万种微生物，有时还有数百种不同的微生物。生活在植物组织中的那些被称为内生菌。植物从土壤和空气中获取许多这些微生物; 有些是通过种子代代相传的。

友好的微生物有助于生长和光合作用，或帮助植物在干旱和其他压力源下生存。有些保护植物免受疾病或植物咀嚼动物。像Zahn这样的科学家正在研究这些支持性社区如何帮助野生濒临灭绝的植物，如山上的薄荷，或者提高从粮仓小麦到热带可可的作物产量。

超越花园商店

某些微生物植物合作伙伴是众所周知的，市场上已有许多微生物产品。例如，园丁可以用微生物刺激他们的浇水桶，以促进开花和提高植物免疫力。但是“我们对那里的产品实际上是如何工作知之甚少，”北卡罗来纳大学教堂山分校的遗传学家杰夫丹格尔说。“这些花园供应商店的产品都没有被证明是大规模有用的。”

大农场可以使用微生物处理。Dangl说，在大规模农业中广泛应用的主要农业有助于根系收集氮，哪些植物用于产生叶绿素进行光合作用。

农民可能很快就会有更多的微生物帮手可供选择。近几十年来，研究植物微生物组的科学家描述了许多不熟悉的植物配偶。那些研究人员说他们只是触及了可能性的表面。许多初创公司正在研究和发布新的微生物处理方法。“在过去的五年里，这种情况发生了爆炸性增长，”共同创立Ag​​Biome的Dangl说道，该公司很快计划推出一种抗真菌疾病的细菌治疗药物。最近收购孟山都公司的拜耳公司等农业巨头也投资了数亿美元用于植物的潜在微生物处理。

希望微生物可以提供下一次农业革命 - 这是一项迫切需要的革命。预计到2050年人口数量将从目前的76亿猛增至近100亿，我们对植物性食品，纤维和动物饲料的需求预计将翻一番。

“我们需要提高产量，”科瓦利斯俄勒冈州立大学的生态学家波西巴斯比说。“如果我们可以管理和操纵微生物组......这可能代表了一个未开发的区域，可以提高农业环境中的植物产量。”与此同时，像Zahn这样的科学家正在关注微生物组以拯救濒临灭绝的植物。

但在基于微生物群的农业和保护能够真正起飞之前，许多问题都需要答案。一些人围绕植物之间复杂的相互作用，它们各种各样的微生物居民以及它们所生活的环境。一个值得关注的问题是，在某些条件下，帮助某些植物的微生物可能会伤害其他植物，研究科学研究所的微生物学家LuisMejía警告说。巴拿马城的高科技服务。

保存巧克力

可可作物 - 以及人类宝贵的M&M供应 - 一直受到不良真菌的威胁，例如引起黑荚腐烂的疫霉(Phytophthora palmivora)。但也有可可的微生物组中的好人，尤其是真菌Colletotrichum tropicale，它似乎可以保护树木。

Natalie Christian，作为印第安纳大学布卢明顿分校的研究生，于2014年前往巴拿马巴罗科罗拉多岛的史密森尼热带研究所，研究整个微生物群落如何殖民和影响可可植物(Theobroma cacao)。克里斯蒂安怀疑，年轻的可可树的微生物组的主要来源是雨林或果园地板上的死亡和腐烂的叶子。

为了测试这种预感，看看叶凋落物中可能提供的保护微生物是什么样的，基督徒在实验室培养箱中培养了不含真菌的可可幼苗。当植物达到约半米高时，她将它们放在外面的盆中，周围有一些来自健康可可树的落叶，有些带有来自其他种类树木的垃圾，有些则根本没有垃圾。

两周后，她将植物带回温室，分析它们的微生物组。她发现了近300种内生菌，Mejía及其同事去年在英国皇家学会会刊B中报道了这种内生菌。

垫料处理之间的微生物组成员不同。带有任何一种叶凋落物的盆中的植物比没有凋落物的植物具有更少的多样性微生物组，可能是因为在来自其他地方的杂散微生物可以沉淀之前，凋落物中的微生物迅速接管。这些结果表明幼苗在更成熟的树木的阴影下可能会积累与其高耸的邻居相同的微生物组。

为了研究这些转移的微生物是否能保护可可生物免受致病微生物的侵害，克里斯蒂安在每组植物的叶子上涂抹了一些黑荚腐烂。三周后，她测量了腐烂斑点的大小。

被可可垫料包围的植物具有最小的病变。那些有来自其他树木的垃圾的人受到的伤害稍大，没有垃圾的植物造成的混合垃圾的损害大约是其两倍。

“接触母亲或其母亲的垃圾对这些幼苗的抗性产生了非常强烈的有益影响，”该研究的合着者，新奥尔良杜兰大学的植物生物学家Keith Clay说。

科学家们不确定好的真菌如何保护植物免受腐烂。克里斯蒂安说，有益的真菌可能只是占据了叶子内或叶子上的空间，没有留下不受欢迎的空间。或者像C. tropicale这样的保护性微生物可能通过某种化学战攻击病原体。在可可的情况下，她认为最可能的解释是好人充当一种疫苗，引发植物的免疫系统以抵抗腐烂。为了支持这一想法，梅西亚报道，2014年在微生物学前沿是C. TROPICALE导致可可开启防御基因。

可可农民可能需要重新考虑他们的做法。伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的博士后克里斯蒂安说，农民通常会清除果园里的落叶，以避免将致病的微生物从腐烂的叶子传播到活树上。但她的工作表明，农民可能做得最好，至少可以保持健康树木的垃圾。

裁剪问题

垃圾是一种传播整个微生物群落的低技术方式 - 好的和坏的。但农业公司只想抓住好的微生物并将其应用于农作物。波士顿Indigo Ag公司副总裁兼发现负责人Barry Goldman表示，对好人的追捕始于在农田中漫步。机会是，你会在人群中找到更大更坚硬的植物。在那些表现最佳的企业中，Indigo已经发现了可以改善植物活力和大小的内生菌，以及其他可以防止干旱的植物。

该公司与棉花，玉米，大米，大豆和小麦一起使用这些微生物涂上种子。一旦种子发芽，微生物就会覆盖新生的叶子，可以通过根部的切口或通过气孔，叶子中的微小呼吸孔进入。这个过程类似于婴儿穿过产道时所发生的事情，一路上从妈妈那里汲取有益的微生物伴侣。

例如，2016年发布的第一代靛蓝小麦，从用有益微生物处理的种子开始。在堪萨斯州的试验田中，处理使产量提高了8%至19%。

农民也报告了耐旱性的提高。Goldman表示，在2018年的前六个月只有两场降雨，参与的堪萨斯州农民已经放弃并耕种了常规小麦，而不是那些种植靛蓝小麦的田地。

在圣路易斯，NewLeaf Symbiotics对甲基杆菌属的细菌感兴趣。在所有植物中发现的这些微生物被称为甲基营养菌，因为它们吃甲醇，植物随着细胞的生长而释放。作为NewLeaf称之为甲醇，M-trophs为植物提供了多种益处。有些分子可以促进植物生长; 其他人使种子发芽得更早，更持久，或防止有问题的真菌。

NewLeaf今年发布了第一批产品，包括大豆种子处理Terrasym 401。NewLeaf联合创始人兼首席执行官Tom Laurita表示，经过四年的田间试验，Terrasym 401每英亩的产量提高了两蒲式耳以上。一蒲式耳价值约9美元。在拥有数千英亩土地的农场上，这就相加了。

农民很高兴，但NewLeaf和Indigo的工作很难完成。植物微生物组公司都面临着类似的挑战。一个是种植作物的多样化环境。仅仅因为靛蓝小麦在堪萨斯州茁壮成长并不意味着它会超过北达科他州的标准品种。“对于像AgBiome或Indigo这样的下一代农业生物技术公司来说，最大的问题是，这些产品是否会在一系列现场条件下实现广告宣传，”Dangl说。

另一个问题是农田和植物已经有微生物群。“我们要求很多微生物或微生物混合物来侵入已经存在的生态系统并坚持到那里并完成它们的工作，”Dangl说。公司需要确保他们的首选微生物得到控制。

虽然科学家们清楚地知道不同的微生物群落合作影响植物健康，但大多数公司一次只使用一种微生物。Goldman说，Indigo还不确定如何接近整个微生物组，但“我们当然正在考虑它。”

研究人员开始通过研究社区中的微生物来解决这些问题 - 例如克里斯蒂安的叶凋落物微生物组 - 而不是个体。在实验室中，Dangl开发了一个由188根微生物组成的合成群落。他可以将它们应用于受干旱或高温胁迫的植物，然后观察群落如何响应并影响植物。

主要目的是确定决定微生物组成员的因素。是什么决定谁在特定工厂获得一席之地?植物物种及其当地环境如何影响微生物组?植物如何欢迎友谊赛和弹射敌人?“这是一个非常重要的领域，”Dangl说。

Mejía警告称，在向作物添加微生物方面存在一些风险，而这些问题仍未得到解决。在一种情况下有益的微生物在其他植物或不同环境中可能是有害的。这不是一个牵强附会的场景：当树木在树荫下时，有一种南美棕榈树的真菌内生菌可以阻止甲虫的侵袭。然而，在阳光下，真菌变得令人讨厌，喷出过氧化氢，杀死植物组织。

虽然C. tropicale有利于可可，但该属具有黑暗的一面：许多种类的Colletotrichum可以在从鳄梨到百日草的各种植物中引起叶子病变和腐烂的果实或花斑。