د.محمد طه زلمه: البذور الحيوية وتعظيم إنتاجية المحاصيل وتحقيق أهداف التنمية المستدامة

استخدمت ميكروبات التربة على نطاق واسع منذ اكتشافها في أواخر القرن الثامن عشر في إنتاج المحاصيل. سمح ظهور التكنولوجيا للباحثين بدراسة المزيد عن التجمعات الميكروبية، واستخدم العالمان كلويبير وشروث (1978) لأول مرة مصطلح البكتيريا الجذرية المعززة لنمو النبات (plant growth promoting rhizobacteria, PGPR) موضحاً أنها بكتيريا ترتبط ارتباطاً وثيقاً بمنطقة التربة بالقرب من جذور النباتات حيث تتأثر الكيمياء وعلم الأحياء الدقيقة بنموها، تنفسها وتبادل المغذيات.

وفي عام (1989) تم استخدم مصطلح Rhizobacteria، حيث تمت مناقشة وظائف وآليات تعزيز النمو بواسطة هذه الميكروبات وتم تصنيف الكائنات الحية الدقيقة في فئات مختلفة. ويطلق على الميكروبات التي تشارك بنشاط في إنتاج المحاصيل عموماً البكتيريا المعززة لنمو النبات (PGPB)، في حين أن البكتيريا المعزولة من منطقة الجذر تسمى البكتيريا الجذرية التي تعزز نمو النبات. تتمثل الوظائف الرئيسية لهذه الميكروبات المفيدة في توفير المغذيات للمحاصيل وتحفيز نمو النبات، أي إنتاج الهرمونات النباتية، التحكم البيولوجي في مسببات الأمراض النباتية، تحسين بنية التربة، التراكم الحيوي للمركبات غير العضوية والمعالجة الحيوية للتربة الملوثة بالمعادن.

صورة لتجمع بكتيري PGPB

يحدد التفاعل بين ميكروبات التربة المفيدة والنباتات صحة النبات وخصوبة التربة.

أعطى مفهوم الزراعة المستدامة أهمية كبيرة لاستخدام بكتيريا الوسط الجذري في مساعدة النباتات على امتصاص المغذيات بسهولة وإذابة العناصر الغذائية الثابتة مثل الفوسفور. كما أن لها دور في تقليل المدخلات الزراعية من خلال الجمع بين الكائنات الحية الدقيقة المفيدة من أجل زراعة أفضل ومستدامة، مثال ذلك العلاقة التكافلية بين أجناس Rhizobium spp، Frankia spp، والعلاقة اللاتكافلية بين بكتيريا Azotobacter، Azospirillum، Bacillus، Klebsiella spp، والتي تستخدم في جميع أنحاء العالم لزيادة نمو المحاصيل والإنتاجية.

تسمى البكتيريا التي تعيش في جذور النبات PGPR بالبكتيريا المعززة لنمو النبات والتي يمكن أن تعزز نمو وإنتاجية النباتات من خلال آليات مختلفة. يمكن أيضاً تصنيف PGPRs بناءً على علاقاتهم، أي البكتيريا التي تعيش في التربة التكافلية والحرة، وصنفت بين التي تعيش بين الخلايا (iPGPR) وتسمى البكتيريا التكافلية والتي تعيش خارج الخلية PGPR وهي البكتيريا الحرة. وتعد بكتريا رايزوبيا Rhizobia من أشهر أنواع البكتيريا التكافلية iPGPR لأنها تنتج معقد ريزومي كما في النباتات البقولية.

توصل العالمان بوديل وكيشور (2006) إلى دور بكتيريا PGPR في تعزيز العديد من آليات نمو النبات مثل; التعديل في طبيعة نمو الجذور وزيادة عدد الشعيرات الجذرية، تحسين إنبات البذور، تحسين أداء المعقد الجذري بشكل أسرع، زيادة مساحة الورقة لكل نبات، إطلاق بعض الهرمونات النباتية، زيادة العناصر الغذائية وامتصاص الماء من قبل النباتات، زيادة الكتلة الحيوية للنباتات مع نمو أقوى وتراكم أفضل للكربوهيدرات مما يزيد من نمو الأنواع النباتية.

من ناحية أخرى، يصنف العالم غليك (2003) نمو النبات بمساعدة البكتيريا بثلاث طرق مختلفة تشمل; البكتيريا التي تساعد على إنتاج الهرمونات النباتية، البكتيريا التي تساعد على امتصاص العناصر الغذائية بشكل أفضل من قبل النباتات والبكتيريا التي تساعد النبات على تجنب الإصابة بالأمراض من خلال المكافحة البيولوجية.

– تم وضع قائمة بجميع آليات PGPR التي تم استكشافها ودراستها ويمكن حصرها في النقاط التالية:

•  إذابة العناصر الغذائية وتحويلها للصورة المعدنية ولا سيما الفوسفور.
•  تثبيت النيتروجين من خلال علاقات التعايش وعدم التعايش.
•  إطلاق هرمونات نباتية معينة مثل حمض الجبريليك والسيتوكينين وإندول حمض الخليك وحمض الأبسيسيك.
•  إنتاج إنزيم أمينو سيكلوبروبان كربوكسيليت 1aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC)، والذي يساعد على خفض مستوى الإيثيلين في الجذور مما يزيد من طول ونشاط الجذور.
•  تنشيط العداء تجاه مسببات الأمراض النباتية عن طريق إنتاج مواد مثل السيانيد والمضادات الحيوية.
•  زيادة توافر المغذيات على وجه التحديد للحديد من خلال استخلاب الحديد.
•  التحمل ضد الإجهادات اللإحيائية المختلفة مثل الإجهاد التأكسدي وإجهاد الجفاف وإجهاد الملوحة.
•  إنتاج الفيتامينات القابلة للذوبان في الماء بما في ذلك البيوتين والنياسين والثيامين والريبوفلافين.
•  إزالة سموم المعادن الثقيلة.
•  المكافحة البيولوجية للآفات والحشرات.

لقد وثقت العديد من الدراسات الآثار المفيدة لبعض سلالات بكتيريا الجذور في تحسين نمو البقوليات وكذلك غير البقوليات.

أدي تلقيح اتحاد بكتيري يعيش بحرية ببكتيريا الريزوبيوم التكافلية نتائج ممتازة في تحسين نمو المحاصيل وإنتاجيتها.

يمكن استخدام PGPRs بشكل فعال لتلبية ظروف نقص المغذيات ويمكن أن يكون استخدامها مناسباً لتقليل استخدامات الأسمدة الكيماوية ودعم إنتاجية المحاصيل الصديقة للبيئة.

أدى تلقيح PGPR إلى زيادة غلة المحاصيل المختلفة في الظروف العادية وظروف الإجهاد. من الدراسات الحديثة، أدى تلقيح PGPR إلى زيادة مقاومة الإجهاد وإنتاج المحاصيل، بما في ذلك الطماطم، الخس، القمح، الشعير، الأرز، فول الصويا، بنجر السكر، الفول السوداني، الفول البلدي، الذرة، الحمص، الفراولة، التفاح، العنب والتوت (Sharma et al., 2015).

يوضح المثال التالي مقطع عرضي من خلال عقد جذرية لنبات فول الصويا، حيث تستعمر البكتيريا الجذرية Bradyrhizobium japonicum الجذور وتؤسس تعايشًا مثبتًا للنيتروجين. تُظهر هذه الصورة التالية عالية التكبير جزءًا من خلية تحتوي على بكتيريا مفردة داخل النبات المضيف، ويمكن رؤية الشبكة الإندوبلازمية، وجدار الخلية.

عقد جذرية لنبات فول الصويا

يجري التطعيم البكتيري لتعزيز إنتاجية المحاصيل المختلفة منذ اكتشاف الآثار المفيدة لهذه البكتيريا. تشمل الطرق المستخدمة لزيادة البكتيريا المفيدة; التلقيح، طلاء البذور، التكوير، التطبيق الورقي والتطبيق المباشر للتربة.

تم استخدام كل طريقة مع التعديلات حسب المتطلبات، ومع ذلك فإن التلقيح هو الأكثر شيوعا لأنه سهل الاستخدام ويتم ممارسته منذ ظهور هذه التقنية ولا تزال هذه الطريقة هي الأكثر موثوقية في جميع أنحاء العالم.

يؤدي تطبيق PGPR من خلال تحضير البذور ونقعها لوقت محدد مسبقاً في معلق بكتيري سائل إلى بدء العمليات الفسيولوجية داخل البذرة بينما يتم منع ظهور الجذير والريشة حتى يتم زرع البذور.

إن بدء العملية الفسيولوجية داخل البذرة يعزز وفرة PGPR في المحيط الخلوي.

هذا التكاثر للمضاد PGPR داخل البذور هو عشرة أضعاف مهاجمة مسببات الأمراض التي تمكن النبات من البقاء على قيد الحياة تلك العوامل الممرضة مما يزيد من استخدام التقسيم الحيوي في المكافحة الحيوية أيضًا (Callan et al., 1990).

في تجربة لدراسة تأثير التلقيح بالـ PGPRs على نمو نبات القمح تحت الظروف الملحية وغير الملحية.

نمت النباتات في التربة تحت ظروف البيت الزجاجي وتم ريها بماء به نسبة ملوحة 150 ملي مول من كلوريد الصوديوم، ثم حصادها بعد 60 يومًا من الإنبات (Bharti et al., 2016).

تأثير التلقيح بالـ PGPRs على نمو نبات القمح تحت الظروف الملحية وغير الملحية

حيث أن (Control – Salt) هي المعاملة القياسية بدون ملوحة، (Control + Salt) هي معاملة تأثير الملوحة على النبات، (PGPR – Salt) هي المعاملة بالبكتيريا المعززة لنمو النبات بدون ملوحة، (PGPR + Salt) هي معاملة تأثير البكتيريا المعززة لنمو النبات تحت ظروف الملوحة.