背景介绍：土壤合成菌群在修复重金属污染土壤、促进作物健康生长中起着至关重要的作用。因此，明确合成菌群在抑制作物吸收重金属方面的效果和作用机制，理解合成菌群在重金属修复方面相较于单一微生物的优势，有助于推动微生物组在农业可持续发展中的广泛应用。

合成菌群是由多种微生物组成的，处于动态变化的微生物群落，其中的微生物都在进行互动和交流。合成菌群降低重金属毒性的作用机制的研究应该侧重于菌群内微生物的相互作用，但大多数研究都倾向于关注单一微生物修复的效果和机制（图1）。因此，该综述旨在：（1）明确合成菌群抑制作物吸收重金属、促进重金属土壤中作物生长的效果；（2）揭示合成菌群修复重金属污染土壤的内在机制和优势；（3）分析合成菌群在土壤修复中的应用前景。

主要内容： 我们首先从生物、细胞和分子三个层面总结了重金属与作物之间的相互作用（图2），其次对合成菌群在抑制作物吸收重金属、促进重金属土壤中作物生长方面的相关研究进行了meta分析（图3）。然后系统地综述了相较于单一微生物，合成菌群在降低重金属对作物的毒性和抑制重金属在作物中积累的主要优势。最后，还讨论了合成菌群在作物安全生产和土壤修复中的应用前景，并提出了合成菌群促进作物安全生产研究的挑战和未来方向。

研究结论： 原位应用具有多金属抗性的合成菌群可以最大限度地提高经济、社会和环境效益，在农业可持续发展方面具有极大的潜力。合成菌群在降低重金属对作物的毒性和抑制重金属在作物中积累的主要优势包括：1）合成菌群的修复过程是由各种各样的微生物驱动的，这些微生物具有不同的、通常相互关联的代谢途径，因此对于复杂或共存的污染物，合成菌群通常表现出更大的代谢多样性；2）微生物间的协同作用和水平基因转移可以提高合成菌群中微生物对重金属的抗性，增加存活率；3）不同微生物之间的合作使得合成菌群在同一污染环境中比单个微生物修复效果更好（图4）。

展望 未来的研究首先应该进行大规模的田间试验，以明确合成菌群在实际农业应用中的修复能力。其次，应更加重视探索使用合成菌群修复前后当地土壤微生物组的变化，这可以降低接种外源微生物造成的潜在环境风险。第三，明确接种外源微生物是否会通过水平基因转移带来环境风险（如促进病原体之间抗生素耐药基因的传播），并探索降低这种环境风险的方法。最后，应在分子水平上进一步探索微生物组修复重金属污染土壤的内在机制，提高其修复效率，为微生物组修复实践奠定理论和实践基础。

该综述以“Biological roles of soil microbial consortium on promoting safe crop production in heavy metal(loid) contaminated soil: A systematic review”为题，于2023年12月发表在环境领域主流期刊Science of The Total Environment上。中国科学院大学水土保持与生态环境研究中心在读博士生王纳为论文第一作者，方临川研究员为通讯作者，共同作者包括西北农林科技大学王香香、陈立和刘红洁同学，武汉理工大学黄敏副教授。该研究得到国家自然科学基金（41977031）和陕西省杰出青年科学基金（2020JC-31）的资助。