化学元素的动态平衡对农业生产具有决定性影响。元素作为物质的基本组成,广泛存在于植物、动物、食用菌、种子、化肥、农药、饲料以及农业生态环境中,深刻影响农业生产和环境质量。关键非金属元素的丰缺直接影响作物产量与品质;而有害元素的积累则威胁农产品安全。更为复杂的是锌(Zn)、硒(Se)、镉(Cd)等多元素的协同/拮抗效应使单一元素的阈值标准在实际应用中面临挑战。这种复杂性亟需建立一个能够整合多元素分析的新学科体系——农业元素组学。该学科将填补现有有机分子研究与无机要素分析之间的鸿沟,并为精准施肥、污染修复等重大课题提供理论支撑。

本文重点以农业元素组学的分析技术为切入点,对基于光谱、质谱、能谱、色谱以及同步辐射原理的元素超灵敏和高通量分析、元素形态分析、空间和微量分析等技术进行综述,详细讨论这些技术在农业样品中的应用优势和挑战,并对未来发展前景予以展望。




未来对于农业元素组学的发展,技术上应重点发展具有更高抗干扰能力、更广元素种类覆盖的技术体系,突破高分辨率同位素分析、固体进样和无损分析的关键瓶颈,深化对元素化学种类和形态、相关分子簇和大分子配合物的解析;同时推动分析技术向微/纳米颗粒或微/细结构甚至单细胞或亚细胞尺度迈进,并深度融合人工智能算法以优化数据处理和解析效率。在农业应用上,应推动元素组学分析技术与基因组、转录组、蛋白组、代谢组、脂质组等多组学相关技术的系统性整合,通过构建跨组学关联网络,结合多组学的技术优势,共同回答农业领域元素驱动的生命科学问题,最终服务于作物遗传改良、营养调控、污染溯源、农产品质量安全等多方面的应用,为农业可持续发展的战略需求提供核心的科学支撑。
中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所毛雪飞研究员为该文通讯作者,李雪副研究员为第一作者。
该研究获得国家重点研发计划青年科学家项目(2023YFD1702400)、国家自然科学基金(22306199)、中央基本科研业务费资助项目(1610072025004,1610072025012)、北京市科协青年人才托举工程(BYESS 2023187)、中国农业科学院农业科技创新工程(CAAS-ASTIP-IQSTAP2025)资助。
李雪, 徐妍, 毛雪飞. 农业元素组学概念及其分析技术研究进展[J]. 中国农业科学, 2026, 59(1): 190-204.
LI Xue, XU Yan, MAO XueFei. Agroelementomics: Concept, Progress and Perspective in Analytical Techniques[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2026, 59(1): 190-204.
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