人口快速增長、城市化和工業(yè)化導(dǎo)致了全球變暖和氣候變化，帶來了嚴(yán)重的非生物脅迫，如干旱、鹽堿化和極端溫度，這些因素顯著降低了作物產(chǎn)量（Kumar和Rani，2025年）。預(yù)計與氣候相關(guān)的脅迫將使全球產(chǎn)量減少70%，由于預(yù)計到2050年全球人口將達(dá)到100億，這將危及糧食安全。這種增長加上盡管可耕地面積減少但仍需將糧食產(chǎn)量提高60-100%的需求（FAO，2024年），構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。城市擴張、土壤侵蝕和沙漠化使可耕地面積從1961年的16億公頃減少到2022年的14億公頃，每年損失約1200萬公頃（Viana等人，2022年；IPCC，2023年）。

過度使用合成農(nóng)用化學(xué)品（如化學(xué)肥料和農(nóng)藥）導(dǎo)致了嚴(yán)重的土壤肥力喪失和環(huán)境破壞。全球化肥消耗量，主要是氮（N?）、磷（P）和鉀（K），急劇增加：從1965年的4630萬噸增加到2021年的1.954億噸，其中氮肥占化肥總消耗量的一半以上（Adalibieke等人，2023年；FAO，2024年）。同樣，2022年全球農(nóng)藥使用量超過了200萬噸，其中除草劑占47.5%，殺蟲劑占29.5%，殺菌劑占17.5%。中國、美國和印度是這些化學(xué)品的主要消費國（Bhaskar等人，2023年；Pappalardo等人，2022年；Sharma等人，2019年）。人口增長、城市化和工業(yè)化的加速引發(fā)了全球變暖和氣候變化，造成了極端非生物脅迫，如水資源短缺、鹽分脅迫、高溫和低溫，這些因素對全球植物產(chǎn)量產(chǎn)生了巨大影響（Kumar和Rani，2025年）。預(yù)計與氣候相關(guān)的脅迫將在未來幾年導(dǎo)致全球作物產(chǎn)量減少70%，而在2050年人口達(dá)到100億的世界中，將很難確保糧食安全，因為需要將糧食產(chǎn)量提高60-100%，而可用的農(nóng)業(yè)面積卻在減少（FAO，2024年）。此外，由于城市發(fā)展、土壤退化和沙漠化，可耕地面積從1961年的16億公頃減少到2022年的14億公頃，每年損失約1200萬公頃（Viana等人，2022年；IPCC，2023年）。過度使用合成農(nóng)用化學(xué)品導(dǎo)致土壤肥力喪失和環(huán)境惡化。

此外，2022年全球農(nóng)藥使用量超過200萬噸，其中除草劑占47.5%，殺蟲劑占29.5%，殺菌劑占17.5%。中國、美國和印度是農(nóng)藥消費最多的國家（Bhaskar等人，2023年；Pappalardo等人，2022年；Sharma等人，2019年）。這些化學(xué)品的過度使用釋放了溫室氣體，導(dǎo)致土壤酸化，減少了有機碳，并擾亂了養(yǎng)分循環(huán)，損害了土壤健康和作物產(chǎn)量（Pahalvi等人，2021年）。此外，森林砍伐和化石燃料燃燒預(yù)計將在2100年使大氣中的二氧化碳濃度達(dá)到800 ppm，這可能會加速溫度上升并降低主要谷物的產(chǎn)量，從而進(jìn)一步惡化全球糧食安全（IPCC，2023年；Nunes，2023年）。世界上超過95%的人口依賴大米、小麥和玉米等主食作為主要食物來源。因此，提高產(chǎn)量對于糧食安全、社會和經(jīng)濟穩(wěn)定至關(guān)重要（FAO，2024年；Asma等人，2023年）。然而，全球氣候變化、水資源短缺和進(jìn)一步的環(huán)境退化阻礙了作物產(chǎn)量的提高（Waqas等人，2019年；IPCC，2023年）。干旱脅迫、鹽分脅迫、高溫和低溫脅迫擾亂了所有關(guān)鍵的生理和生化過程，包括光合作用和呼吸作用、養(yǎng)分吸收以及抗氧化防御機制，導(dǎo)致植物生長和產(chǎn)量受到抑制（Hasanuzzaman等人，2020年）。

在這種情況下，促植物生長微生物（PGPMs）作為一種高效且環(huán)保的替代傳統(tǒng)方法（包括化學(xué)處理和傳統(tǒng)育種）而受到關(guān)注。這些生活在根際的有益細(xì)菌通過促進(jìn)養(yǎng)分吸收、控制植物激素產(chǎn)生、生成滲透壓物質(zhì)以及增強抗氧化防御，使植物能夠在惡劣條件下茁壯成長。當(dāng)植物與這些微生物協(xié)同作用時，它們更能耐受非生物脅迫并提高產(chǎn)量（Abdelaal等人，2021年；Akhreim等人，2024年；Anas等人，2025年）。除了改善植物健康外，PGPMs還能通過增強土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)來恢復(fù)土壤肥力。這有助于促進(jìn)有益微生物群落的形成，使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在氣候變化期間更具適應(yīng)性和可持續(xù)性（Vurukonda等人，2024年）。與生物技術(shù)相結(jié)合，利用CRISPR/Cas9系統(tǒng)進(jìn)行靶向基因組編輯，可以加速培育抗逆品種（Chavhan等人，2025年）。此外，通過利用多組學(xué)、表型組學(xué)和環(huán)境數(shù)據(jù)流進(jìn)行實時評估，人工智能（AI）和機器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和遙感平臺在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用變得至關(guān)重要（Mansoor等人，2025年）。通過結(jié)合使用PGPMs的微生物接種、CRISPR的功能基因組學(xué)以及由AI/ML支持的精準(zhǔn)系統(tǒng)，提供了一種綜合的、協(xié)同的方法，以減輕非生物脅迫、增強植物-微生物-土壤相互作用、優(yōu)化資源利用效率并在多變的氣候條件下維持作物產(chǎn)量（Chavhan等人，2025年；Abdelaal等人，2021年）。與僅關(guān)注PGPMs進(jìn)展、CRISPR/Cas基因組編輯或AI/ML應(yīng)用的現(xiàn)有文獻(xiàn)不同（Ansabayeva等人，2025年；Akhreim等人，2024年；Baburao等人，2023年），本綜述提出了一個統(tǒng)一的概念框架，整合了生物、遺傳和計算策略來應(yīng)對非生物脅迫。該框架闡明了微生物介導(dǎo)的脅迫調(diào)節(jié)如何指導(dǎo)基因組編輯目標(biāo)，CRISPR工程化特征如何為基于AI/ML的預(yù)測建模生成高分辨率數(shù)據(jù)集，以及算法驅(qū)動的見解如何指導(dǎo)田間條件下微生物和遺傳方法的合理應(yīng)用。通過整合這些傳統(tǒng)上相互獨立的方法，將非生物脅迫緩解重新定義為一種系統(tǒng)級、數(shù)據(jù)驅(qū)動的過程，而不僅僅是一系列獨立的解決方案。這種綜合視角為下一代抗逆農(nóng)業(yè)奠定了基礎(chǔ)，這種農(nóng)業(yè)在機制上是有依據(jù)的、可擴展的，并能適應(yīng)環(huán)境變化。