هرمونان يساعدان نباتات القطن على امتصاص البوتاسيوم من التربة الفقيرة

كشفت دراسة علمية أن هرمونين نباتيين، هما الإيثيلين والجاسمونات، يعملان معًا لمساعدة نباتات القطن على امتصاص البوتاسيوم، حتى عندما تكون كمياته المتاحة في التربة محدودة، كما أظهرت التجارب الحقلية أن رش أوراق القطن بمركبات مرتبطة بالهرمونين أسهم في زيادة إنتاجية المحصول بنسبة 11.6% في الأراضي التي تعاني نقص البوتاسيوم.

ويُعرف الإيثيلين بأنه الغاز المسؤول عن إنضاج ثمار مثل الموز، لكنه يؤدي وظيفة أخرى داخل نباتات القطن؛ إذ يعمل بالتعاون مع هرمون الجاسمونات على تنشيط الآليات التي تمكّن النبات من سحب البوتاسيوم وامتصاصه عندما تنخفض مستوياته في التربة.

وأجرى الدراسة فريق بحثي بقيادة البروفيسورين تشاوهـو لي وشياولي تيان، من الجامعة الزراعية الصينية في بكين، على نبات القطن المرتفع، المعروف علميًا باسم Gossypium hirsutum.

ونُشرت الدراسة كاملة في مجلة Science Bulletin العلمية.

وكان علماء قد توصلوا مؤخرًا إلى أن الموطن الأصلي لهذا النوع من القطن يعود إلى شبه جزيرة يوكاتان في المكسيك. ويرى الباحثون أن نتائج الدراسة قد تمثل أساسًا لتطوير أساليب تساعد المحاصيل الزراعية على استخدام البوتاسيوم بكفاءة أكبر.

واختبر الفريق فرضيته من خلال مسارين؛ أولهما تجارب معملية لدراسة الجينات والبروتينات داخل النبات، وثانيهما تجارب حقلية على نباتات القطن المزروعة في تربة تعاني نقص البوتاسيوم.

واقتصرت التجارب الحقلية على الأراضي التي تعاني هذا النقص، ولذلك لا توضح النتائج ما إذا كان الرش بالهرمونين سيحقق الفائدة نفسها في الأراضي التي تتوافر فيها كميات كافية من البوتاسيوم.

تراجع مخزون البوتاسيوم في التربة الزراعية

يؤدي البوتاسيوم أدوارًا أساسية في نمو النباتات، إذ يساعدها على إجراء عملية البناء الضوئي، وتنشيط الإنزيمات، وتنظيم توازن المياه داخل الخلايا. ويُعد القطن من المحاصيل التي تحتاج إلى كميات كبيرة من هذا العنصر.

وتشير أبحاث سابقة إلى أن كميات البوتاسيوم التي تخرج من التربة الزراعية حول العالم أصبحت أكبر من الكميات التي تعود إليها، ما يزيد أهمية فهم الآليات التي تمكّن النباتات من امتصاص هذا العنصر والاستفادة منه.

ورغم الأهمية الكبيرة للبوتاسيوم، فإن العلماء يعرفون عن آليات امتصاص النباتات له معلومات أقل مما يعرفونه عن امتصاص النيتروجين والفوسفور.

ولا تزال الطريقة التي تتحكم بها الجينات في البروتينات المسؤولة عن نقل البوتاسيوم إلى داخل الخلايا غير مستكشفة على نطاق واسع في المحاصيل الزراعية.

وفي سياق أبحاث القطن، سبق لباحثين آخرين دراسة الجينات التي قد تساعد هذا المحصول على تحمل الجفاف.

هرمونان ينشطان بروتينًا مسؤولًا عن نقل البوتاسيوم

بدأ الفريق البحثي دراسته بتحديد البروتين المسؤول مباشرة عن نقل البوتاسيوم إلى داخل خلايا النبات. ويتميز هذا البروتين بقدرته على التقاط البوتاسيوم حتى عندما تكون كمياته المتاحة محدودة، كما يحتاج إليه النبات للحفاظ على مستوى مستقر من البوتاسيوم داخله خلال فترات النقص.

وتوصل الباحثون إلى أن تنشيط الجين المسؤول عن إنتاج هذا البروتين يتم من خلال بروتين تنظيمي يرتبط بالحمض النووي (DNA) بالقرب من الجين، ويعمل على تشغيله.

ووجد الفريق أن بروتينين آخرين، أحدهما ينتمي إلى مسار هرمون الجاسمونات، والآخر إلى مسار هرمون الإيثيلين، يرتبط كل منهما بالحمض النووي بالقرب من الجين المسؤول عن إنتاج البروتين التنظيمي، ويسهمان في زيادة نشاطه.

وبعد ذلك، يتحد البروتينان معًا، ليعملا في صورة شراكة تؤدي إلى تنشيط البروتين التنظيمي بدرجة أكبر مما يستطيع أي منهما تحقيقه منفردًا.

وبذلك، أظهرت الدراسة أن هرموني الإيثيلين والجاسمونات لا يعملان بوصفهما إشارتين منفصلتين داخل نبات القطن، بل يتعاونان لتنشيط منظومة امتصاص البوتاسيوم عند انخفاض مستوياته في التربة.

وتؤدي الهرمونات النباتية وظائف عديدة تتجاوز تنظيم توقيت النمو، إذ سبق لدراسة أخرى أن كشفت دور أحد الهرمونات المرتبطة بالجفاف في مساعدة النباتات على مقاومة عث العنكبوت.

كيف يوقف النبات منظومة امتصاص البوتاسيوم عند توافره؟

لم تقتصر الدراسة على تفسير كيفية تنشيط منظومة امتصاص البوتاسيوم، بل كشفت أيضًا عن الآلية التي يستخدمها النبات لإيقافها عندما تتوافر كميات كافية من هذا العنصر.

ففي حالة وفرة البوتاسيوم، يرتبط بروتينان مثبطان بالبروتين المسؤول عن مسار الجاسمونات وبالبروتين التنظيمي، ما يؤدي إلى تعطيل المنظومة.

ووفق تفسير الفريق البحثي، تساعد هذه الآلية النبات على تجنب استهلاك موارده في تشغيل نظام إضافي لامتصاص البوتاسيوم عندما لا تكون هناك حاجة إليه.

وتشبه هذه الآلية نظامًا تنظيميًا اكتشفه باحثون في ما يتعلق بامتصاص النيتروجين؛ إذ توصلت دراسة حديثة إلى وجود بروتين يخبر المحاصيل بضرورة التوقف عن امتصاص النيتروجين، حتى عندما تظل كميات كبيرة منه موجودة في التربة.

رش أوراق القطن يرفع الإنتاجية في التربة الفقيرة بالبوتاسيوم

لاختبار مدى إمكانية الاستفادة من نتائج الدراسة في الزراعة، أجرى الباحثون تجارب حقلية في تربة تعاني نقصًا في البوتاسيوم، إذ احتوى كل كيلوجرام منها على أقل من 60 ملليجرامًا من البوتاسيوم المتاح للنبات، أي ما يعادل 60 جزءًا في المليون.

ووصف الفريق هذا المستوى بأنه نقص متوسط إلى شديد في البوتاسيوم.

ورَش الباحثون أوراق نباتات القطن بمركبين؛ الأول هو ميثيل الجاسمونات، وهو أحد أشكال هرمون الجاسمونات، والثاني هو مركب ACC، الذي يحوله النبات إلى هرمون الإيثيلين.

وأظهرت النتائج أن استخدام أي من المركبين بصورة منفردة أدى إلى زيادة مستوى البوتاسيوم في أوراق القطن وتحسين عملية البناء الضوئي.

لكن النتائج الأفضل تحققت عند استخدام المركبين معًا؛ إذ ارتفع محصول القطن الزهر بنسبة 11.6% مقارنة بالنباتات التي لم تتعرض للرش.

ويُقصد بالقطن الزهر المحصول الذي يُجمع من النبات كما هو، مع بقاء البذور داخل ألياف القطن.

وأكدت التجارب الحقلية النتائج التي توصل إليها الباحثون في المختبر، وأظهرت أن التعاون بين مساري الإيثيلين والجاسمونات يحقق تأثيرًا أكبر في تعزيز امتصاص النبات للبوتاسيوم.

ما الذي لا تزال الدراسة بحاجة إلى إثباته؟

رغم الزيادة المسجلة في إنتاجية القطن، فإن نسبة 11.6% تحققت في تربة تعاني نقصًا في البوتاسيوم، ولا تثبت أن استخدام المركبين سيحقق زيادة مماثلة في الأراضي التي تتوافر فيها كميات كافية من هذا العنصر.

كما أن تطبيق هذه المعالجة على نطاق زراعي واسع يتطلب إجراء مزيد من التجارب في حقول مختلفة وعلى مدار مواسم زراعية متعددة، للتأكد من إمكانية تكرار النتائج وتحديد مدى ثبات تأثير الرش في ظروف الزراعة المتنوعة.