本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
近日，聯合國警告稱，除非各國大幅削減消費，否則到2030年世界可能面臨40%的用水缺口。由於世界淡水資源的70%用於農業，這意味著要改變人們的耕作方式。這種需求是普遍存在的。在加利福尼亞州中央谷地，農民鑽井取水現在正在開採30,000年前形成的蓄水層。在肯亞，該國正面臨2000年以來最嚴重的乾旱，農民正在手工挖掘水井以獲取不斷退卻的地下水位，即便如此，十分之一的肯亞人仍然飢餓。
但在這兩個地區，一個改變遊戲規則的解決方案可能來自一種被忽視的資源：數十億計的有益細菌，它們在植物根部附近的土壤中大量繁殖。這種細菌在各處的土壤中都能找到：從受災嚴重的肯亞海岸（我的家人在那裡種植番茄、辣椒和西瓜）到阿拉巴馬州的實驗溫室（我現在在那裡工作，以發掘這些土壤微生物群的秘密）。
事實上，五大洲的科學家都在深入研究，以生成微生物與玉米、棉花、番茄和辣椒等作物之間有益關聯的證據。植物通常會分泌富含碳的液體來滋養微生物。它們還會分泌各種化學物質來應對一系列壓力源，包括昆蟲襲擊和水分脅迫。土壤細菌會感知到這些資訊，並分泌它們自己的化學物質，這些物質可以啟用複雜的植物防禦機制。
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例如，研究表明，直接應用於種子的有益微生物組合與商業殺蟲劑在對抗稻縱卷葉螟方面具有相同的效果，稻縱卷葉螟會將自己包裹在幼苗的葉子中並吃掉葉子。其他研究表明，一些土壤微生物顯著提高了重要作物的生長和產量。在德國，一項為期10年的田間研究表明，有益微生物增加了玉米植株的生長和土壤中磷（一種必需的植物養分）的有效性。在哥倫比亞，微生物學家已經大規模生產出在木薯植株上定殖的細菌，並將產量提高了20%。
對於努力適應氣候變化的農民，特別是資源有限的小規模農民來說，產量的增加可以開啟新的機遇，原因很簡單，農作物銷售會產生現金，包括可以投資於一系列“氣候智慧型”耕作技術的資金，這些技術可以進一步節約用水和土壤，並在小塊土地上可持續地提高產量。
最近，研究表明土壤細菌在保護作物免受乾旱方面發揮著直接作用；改善作物的生長和吸收養分的能力；並增強作物對洪澇、高溫、低溫以及全球氣候變化帶來的許多其他挑戰的耐受性。
一項研究中，科學家報告稱，在乾旱沙漠般條件下種植的辣椒充當“資源島”，吸引細菌，在缺水時維持植物發育。另一項研究確定了土壤細菌，它們促使植物暫時關閉葉子上的氣孔。這不僅可以防止致病細菌進入植物，還可以防止水分逸出，從而保持植物的水分。
我在我的研究實驗室中看到了這一點，在那裡，幾個正在進行的實驗生動地說明了土壤微生物在保護植物免受水分脅迫方面的作用。在注入某些細菌的土壤中生長的棉花、玉米和番茄植株，在停止供水僅五天後，其根系大小是未經處理土壤中生長的植株的三倍。經過處理的植株挺拔健壯；未經處理的植株則枯萎凋零。差異巨大。
儘管諾維信、孟山都和拜耳作物科學等公司正在探索土壤細菌的潛在商業化，並且幾家初創公司正在夜以繼日地工作以將微生物混合物商業化，但總體而言，對這一領域的研究才剛剛開始。
聯合國將2015年定為國際土壤年，各國政府、資助者和研究人員正在認真審視健康土壤在實現糧食安全方面的作用，因為人口增長和氣候變化降低了重要糧食作物的產量。但他們的倡議很少考慮到有益細菌群落的潛力，這些細菌群落數量達數十億，並且經過數千年的適應，可以幫助植物進行生存鬥爭。
當然，使用土壤微生物只是確保我們自然資源的可持續性和糧食系統生產力所需的複雜且相互關聯的變化的一部分。但它們可以提供新穎的解決方案，這些解決方案在當代植物科學應對氣候變化挑戰方面具有核心意義。
我們必須投資於理解和利用這種與自然合作而不是對抗自然的資源。隨著對糧食安全的擔憂隨著全球氣溫升高而增加，土壤細菌可能成為下一個糧食安全的關鍵工具，幫助世界各地的農民在不斷變化的氣候條件下節約用水、提高產量和改善營養。
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