近年来，全球平均气温已升至比工业化前时期高出一度多摄氏度。而且，就像晒在太阳下的葡萄干一样，地球正在变干——至少，它的一部分正在变干。
在世界各地的半干旱地区，日益加剧的热量导致干旱条件恶化。不幸的是，许多地方还有另一个共同点：它们是农业社区的家园。
中美洲太平洋沿岸内陆的“干旱走廊”就是这样一个地方。在这里，几代农民依靠小规模、靠天吃饭的农业为生。2018年夏天，长期的干旱和更高的气温摧毁了那里70万英亩的玉米和豆子。虽然一些农民已经找到了适应气候变化的方法，但其他人却被迫离开了他们的土地。
在美国西部，农业占人们用水的大部分，大多数农场早已放弃了靠天吃饭的模式。从怀俄明州到南加州，苜蓿、小麦、绿叶蔬菜以及介于两者之间的一切的繁茂田野都依赖于科罗拉多河水系。
但这也是一种日益枯竭的资源，因为美国西部目前正处于“特大干旱”时期。科罗拉多河水系最大的水库米德湖今年春天水位降至1,075英尺以下，这一水平引发了向亚利桑那州、内华达州和墨西哥的减排。
因此，世界各地的半干旱土地上的农民必须做出选择：他们要么迁移，要么尝试让他们的作物适应更干燥、更热的条件。
新兴微生物
自20世纪中叶的绿色革命以来，作物改良主要集中在通过育种或基因改造来操纵基因。但美国农业部研究微生物学家 Devin Coleman-Derr 担心，这种方法对主要商品的回报正在递减。
“近几十年来，我们看到产量增长已经趋于平稳。我们似乎已经挖掘了遗传变异的潜力，”他说。“看起来我们需要一些新的东西。”
为了寻找适应气候快速变化作物的新方法，研究人员和工业巨头都将目光投向了土壤微生物群的地下领域——这是存在于所有植物根系中的真菌和细菌的广阔共生网络。尽管研究人员在某些自然生态系统中广泛研究了微生物群，但在农业背景下，这是一个新近被理解的概念。加州大学伯克利分校的进化真菌学家 John Taylor 说：“作物不仅仅是植物。它是植物和它的微生物。”
也许微生物与作物之间共生关系最著名的例子是固氮细菌和豆类之间。这些细菌生活在豌豆和苜蓿等豆类根部的“根瘤”中。作为交换，它们将大气中的氮转化为生物可用的化合物氨，以换取植物提供的营养。
这只是一个复杂相互作用网络中的一个例子，该网络因植物种类和地点而异。由于科学家希望解锁基于微生物的解决方案来应对干旱引起的胁迫，他们必须首先了解这些生活在土壤下的群落如何应对长期干旱。
Taylor 和 Coleman-Derr 的研究都集中在与高粱共存的微生物群落上。高粱是一种原产于非洲的谷物，以其耐旱性而闻名。他们的研究提供了对作物如何应对干旱的更细致的了解。
似乎，分解有机物的放线菌在干旱胁迫的高粱植物的土壤中占主导地位。这一知识代表着正确的方向，但这是为什么（以及如何）发生的呢？“我们有一些证据表明它是有益的，但我们不太确定它是如何实现的，”他说。
在一些研究中，已显示细菌通过促进或产生某些激素来调节植物对其环境的反应，而这反过来又能提高胁迫耐受性。Coleman-Derr 表示，这些发现对于开发提高作物产量的新技术尤其有前景。“那么你就有两条路可走，”他说。
研究人员可以向系统中添加微生物——或者绕过中间商，直接添加激素。
高粱不是唯一受益于这些有益微生物群落的作物。来自半干旱小麦和玉米田的细菌菌株也被证明可以提高耐旱性。
让它们“粘附”
识别有益微生物只是成功的一半。由于气候、土壤成分和原有的微生物因地点而异，移植的微生物并不总能存活。“你引入了一个新的微生物，它在这个系统中‘粘附’的能力一直是我们的最大挑战。通常，你稍后回去寻找它，它已经消失了，”Coleman-Derr 说。
尽管如此，特别顽固或适应性强的微生物可以通过相对简单的方法进行移植。最常见的是，细菌或真菌孢子被包含在一种称为“种子包衣”的配方中，这种配方在播种前附着在种子的外部。然后，理想情况下，当种子发芽时，微生物会定殖土壤。
在商业种子行业，这种做法已经使用了多年，例如在豆类种子上的固氮细菌等已知接种剂。
Summit Seed Coatings 的老板 Bill Talley 说：“我们从 2005 年开始添加生物制剂。现在几乎我们所有的包衣都含有某种类型的生物制剂。“这是一个不断发展的领域。大公司和初创公司都在大量投资。”
像 Taylor 和 Coleman-Derr 这样的研究人员希望继续识别可用于种子包衣等农业应用的微生物和激素。尽管种子包衣可能在发达国家的商业农业中更有用，但 Taylor 指出，低收入国家可能在无需技术干预的情况下从微生物中获得一些益处。
他说：“有两种策略：你可以希望真菌迁移，或者它们会进化。“我们知道真菌可能在短时间内进化到能够适应不同的温度。”
有益微生物绝不是解决粮食不安全或干旱加剧问题的万能药。但是，随着我们对它们的了解越来越深，它们可能成为在那些生存边缘的地区（仅仅太干，仅仅太热）种植粮食的关键。
