全球气候变暖加速推进，极端天气事件频繁发生。干旱、高温、盐碱地、涝渍和重金属污染等非生物胁迫因素对农业生产的威胁日益加重，直接影响粮食产量和质量，成为制约联合国可持续发展目标"零饥饿"实现的重要障碍。因此，如何降低化学投入的同时增强作物对环境逆境的适应能力，已成为现代农业科学必须破解的关键课题。 生物刺激素作为一类新型农用投入品，不同于传统化肥和植物生长调节剂，优势在于调控机制独特、绿色安全，正逐步成为提升作物抗逆性的重要手段。然而，尽管生物刺激素的实际应用效果已得到广泛验证，其作用的分子机理仍缺乏系统的科学阐释，这种认识上的不足制约了从经验性施用向精准化设计的转变，也限制了该技术的继续推广应用。 近日，华中农业大学植物科学技术学院、作物遗传改良全国重点实验室何菡子副研究员团队在国际植物学权威期刊《植物整合生物学杂志》在线发表综述论文。该论文首次构建了一套完整的研究框架，涵盖天然生物刺激素的筛选、多组学技术的深度挖掘、代谢工程的精准改造以及智能作物设计的最终实现，形成了从基础研究到应用转化的全链条创新体系。 研究系统阐释了生物刺激素通过调控植物关键生理过程来缓解非生物胁迫的多元调控网络。生物刺激素可以激发植物自身的防御机制，增强细胞膜的稳定性，促进抗氧化酶系统的活性，改善根系吸收能力，从而帮助作物在恶劣环境中维持正常的生长发育。此机制的揭示为完善生物刺激素的应用提供了科学依据。 论文同时探讨了利用人工智能和合成生物学手段开发下一代精准生物刺激素的可行路径。通过多组学数据的整合分析，可以更深层次地理解生物刺激素与作物之间的相互作用，进而指导新型产品的理性设计。合成生物学技术的应用则为改造和优化生物刺激素的生产菌株提供了新的可能性，有望实现更高效、更稳定的产品。 然而，要将这一研究成果转化为实际生产力，仍需在多个上取得突破。首先，需要深入研究生物刺激素真实农田条件下的稳定性和传导机制，确保其在复杂的田间环境中能够发挥预期效果。其次，多组学数据的标准化处理和人工智能模型的可解释性是当前的技术瓶颈，需要建立统一的数据标准和算法框架。此外，利用合成生物学改造的菌株在生态安全和法规准入上仍存在挑战，需要在确保环境安全的前提下推进涉及的工作。 展望未来，生物刺激素的发展方向是从"辅助品"升级为"核心工具"。这需要系统生物学、合成生态学与数据科学的深度融合，形成学科交叉的创新合力。通过建立更加完善的理论体系和技术体系，生物刺激素有望成为构建气候韧性农业和可持续粮食系统的重要支撑。
在全球粮食安全与气候变化的双重压力下，科技创新已成为农业可持续发展的关键驱动力。华中农业大学的研究不仅为作物抗逆提供了新路径，更展现了多学科交叉融合在解决重大农业问题中的潜力。未来，随着技术的不断成熟与政策的共同推进，生物刺激素有望成为保障粮食安全的重要支柱，为人类应对环境挑战贡献中国智慧。