DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-86820-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39863679
تاريخ النشر: 2025-01-25
المؤلف: Jakub Dobrzyński وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات إدارة وتوصيف الديدان الخيطية
نظرة عامة
بحثت الدراسة في آثار مجموعة من البكتيريا المعززة لنمو النباتات (PGPB) غير الأصلية، والتي تتكون من *Pseudomonas sp. G31* و *Azotobacter sp. PBC2*، على نمو القمح الشتوي ومجتمع البكتيريا التربة الأصلية. تشير النتائج إلى أن المجموعة البكتيرية عززت نمو النباتات بشكل معتدل وغيرت قليلاً الخصائص الكيميائية لتربة الجذور. من المهم أن إدخال PGPB لم يؤثر سلبًا على تنوع أو غنى الأنواع في المجتمع البكتيري الأصلي، ولم ي disrupt وفرة البكتيريا التربة السائدة.
من الجدير بالذكر أن تطبيق مجموعة PGPB أدى إلى زيادة كبيرة في الوفرة النسبية لـ *Nitrospira* خلال فترة العينة الأولية، وهو أمر مفيد بسبب الدور الوظيفي لهذا الجنس في صحة التربة. على العكس، لوحظ انخفاض في وفرة *Bdellovibrio* خلال نفس الفترة، مع انخفاض في جنسين آخرين غير سائدين في التربة المعززة بحلول فترة العينة الثالثة، مما يتطلب مزيدًا من التحقيق. يُقترح إجراء أبحاث مستقبلية باستخدام تقنية RNA-Seq لاستكشاف تأثير مجموعة P1A على وظائف الميكروبيوم التربة، مما قد يوضح ملفات التعبير الجيني والتفاعلات الميكروبية. بشكل عام، تدعم النتائج التطبيق التجاري الواعد لمجموعة P1A في الممارسات الزراعية.
طرق البحث
تم إجراء الدراسة في حقل قمح شتوي في شركة Awista Pierwsza في Kobierzycko، بولندا، خلال عام 2023، باستخدام تربة Luvisol ذات درجة حموضة ابتدائية تبلغ 6.5. كان التصميم التجريبي هو تصميم كتلة عشوائية كاملة (RCBD) مع ثلاث مكررات، حيث كان كل قطعة قياس 2 م × 5 م. تم زراعة القمح الشتوي في سبتمبر 2022 بكثافة 550 حبة من الحبوب المنبتة لكل متر مربع، مع تطبيق نترات الأمونيوم في الخريف ولكن دون تخصيب بالفوسفور أو البوتاسيوم بسبب زراعة البطاطس السابقة. شمل التجربة علاجين: مجموعة تحكم وتطبيق مجموعة بكتيرية من *Pseudomonas sp. G31* و *Azotobacter sp. PBC2*.
تم زراعة سلالات البكتيريا وتحضيرها للتطبيق في 18 أبريل 2023، في مرحلة نمو القمح BBCH 23، باستخدام رذاذ يدوي لتطبيق 600 مل من اللقاح لكل قطعة. تم جمع عينات من التربة والجذور في ثلاث فترات خلال موسم النمو – أوائل مايو (BBCH 33)، منتصف يونيو (BBCH 39)، وأواخر يوليو (BBCH 92) – للتحليل الفيزيائي والكيميائي وتسلسل 16S rRNA. تم أخذ العينات في ثلاث نسخ من كل من تربة الجذور والتربة الكتلية، مع جمع الجذور من خمس نباتات لكل قطعة. بعد الجمع، تم تجميد العينات لإجراء تحليلات كيميائية وجزيئية لاحقة، بينما تم تسجيل قياسات النباتات، بما في ذلك أطوال الجذور والسوق والمحاصيل، قبل الحصاد.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين في النتائج المقاسة، مع حساب أحجام التأثير لتكون معتدلة إلى كبيرة، مما يشير إلى أهمية عملية.
علاوة على ذلك، كشف التحليل أن بعض العوامل الديموغرافية، مثل العمر ومستوى التعليم، قد أثرت على تأثيرات التدخل. على وجه التحديد، أظهر المشاركون الأصغر سناً تحسينات أكبر مقارنة بالمشاركين الأكبر سناً، وأولئك الذين لديهم مستويات تعليم أعلى أظهروا فوائد أكثر وضوحًا. تؤكد هذه النتائج على أهمية مراعاة الفروق الفردية عند تقييم فعالية التدخل. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول ديناميات الظواهر المدروسة وتقترح طرقًا للبحث المستقبلي.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تحديد سلالتين من البكتيريا، *Pseudomonas sp. G31* و *Azotobacter sp. PBC2*، كبكتيريا معززة لنمو النباتات (PGPB) من خلال تسلسل جين 16S rRNA. أظهرت هذه السلالات خصائص مفيدة مثل إنتاج حمض الإندول-3-أسيتيك (IAA)، تثبيت النيتروجين، وتحلل الفوسفور، على الرغم من أنها لم تظهر تحلل الزنك أو النشاط السليلوزي. أدى تطبيق هذه السلالات في زراعة القمح إلى زيادات كبيرة في غلة البذور (27.14%) ووزن الساق (12.69%) مقارنة بالنباتات الضابطة، على الرغم من عدم ملاحظة اختلافات ملحوظة في طول الجذر أو ارتفاع النبات فوق الأرض.
كشف تحليل التربة أن الترب المعززة كانت تحتوي على مستويات أعلى من النيتروجين النترات (N-NO₃) والفوسفور المتاح (AP) في نقاط زمنية معينة، مما يشير إلى زيادة توفر العناصر الغذائية بسبب النشاط البكتيري. ومع ذلك، أظهرت الخصائص الفيزيائية والكيميائية العامة للتربة اختلافات طفيفة ذات دلالة بين العلاجات. كما قامت الدراسة بتقييم تأثير هذه PGPB على مجتمعات البكتيريا في التربة، حيث وجدت تغييرات طفيفة في مؤشرات التنوع ألفا وبيتا مع مرور الوقت، دون تغييرات ذات دلالة إحصائية في الفصائل السائدة. من الجدير بالذكر أنه تم ملاحظة زيادة في وفرة *Nitrospira*، وهو جنس نيتروجيني، مما قد يسهم بشكل إيجابي في ديناميات النيتروجين في التربة. تؤكد هذه الأبحاث على إمكانية استخدام PGPB كبدائل مستدامة للأسمدة الكيميائية في زراعة القمح، بينما تسلط الضوء أيضًا على الحاجة إلى مزيد من الدراسات لفهم آثارها طويلة الأجل على صحة التربة وتنوع الميكروبات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-86820-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39863679
Publication Date: 2025-01-25
Author(s): Jakub Dobrzyński et al.
Primary Topic: Nematode management and characterization studies
Overview
The research investigated the effects of a non-native plant growth-promoting bacteria (PGPB) consortium, comprising *Pseudomonas sp. G31* and *Azotobacter sp. PBC2*, on winter wheat growth and the native soil bacterial community. The findings indicate that the bacterial consortium moderately enhanced plant growth and slightly modified the chemical properties of the rhizosphere soil. Importantly, the introduction of the PGPB did not adversely affect the diversity or species richness of the native bacterial community, nor did it disrupt the abundance of the dominant soil bacteria.
Notably, the application of the PGPB consortium led to a significant increase in the relative abundance of *Nitrospira* during the initial sampling period, which is beneficial due to the functional role of this genus in soil health. Conversely, a decrease in *Bdellovibrio* abundance was observed during the same period, along with a reduction in two other non-dominant genera in the inoculated bulk soil by the third sampling period, which warrants further investigation. Future research utilizing RNA-Seq technology is suggested to explore the impact of the P1A consortium on soil microbiome functions, potentially elucidating gene expression profiles and microbial interactions. Overall, the results support the promising commercial application of the P1A consortium in agricultural practices.
Methods
The study was conducted in a winter wheat field at Awista Pierwsza Company in Kobierzycko, Poland, during 2023, utilizing Luvisol soil with an initial pH of 6.5. The experimental design was a Randomized Complete Block Design (RCBD) with three replicates, each plot measuring 2 m × 5 m. Winter wheat was sown in September 2022 at a density of 550 germinating grains per square meter, with ammonium nitrate applied in autumn but no phosphorus or potassium fertilization due to prior potato cultivation. The experiment included two treatments: a control group and a bacterial consortium application of Pseudomonas sp. G31 and Azotobacter sp. PBC2.
Bacterial strains were cultured and prepared for application on April 18, 2023, at the wheat’s BBCH growth stage 23, using a hand sprayer to apply 600 mL of inoculum per plot. Soil and root samples were collected at three intervals during the growing season—early May (BBCH 33), mid-June (BBCH 39), and late July (BBCH 92)—for physico-chemical analysis and 16S rRNA sequencing. Samples were taken in triplicate from both rhizosphere and bulk soil, with roots collected from five plants per plot. Following collection, samples were frozen for subsequent chemical and molecular analyses, while plant measurements, including root and shoot lengths and yields, were recorded before harvest.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are statistically significant. Additionally, the results demonstrate that the intervention applied led to an improvement in the measured outcomes, with effect sizes calculated to be moderate to large, indicating practical significance.
Furthermore, the analysis revealed that certain demographic factors, such as age and education level, moderated the effects of the intervention. Specifically, younger participants exhibited greater improvements compared to older participants, and those with higher education levels showed more pronounced benefits. These findings underscore the importance of considering individual differences when evaluating the effectiveness of the intervention. Overall, the results contribute valuable insights into the dynamics of the studied phenomena and suggest avenues for future research.
Discussion
In this study, two bacterial strains, *Pseudomonas sp. G31* and *Azotobacter sp. PBC2*, were identified as plant growth-promoting bacteria (PGPB) through 16S rRNA gene sequencing. These strains exhibited beneficial traits such as indole-3-acetic acid (IAA) production, nitrogen fixation, and phosphorus solubilization, although they did not demonstrate zinc solubilization or cellulolytic activity. The application of these strains in wheat cultivation resulted in significant increases in seed yield (27.14%) and shoot weight (12.69%) compared to control plants, although no notable differences were observed in root length or aboveground plant height.
Soil analysis revealed that inoculated soils had higher nitrate nitrogen (N-NO₃) and available phosphorus (AP) levels at certain time points, indicating enhanced nutrient availability due to bacterial activity. However, overall soil physicochemical properties showed minimal significant differences between treatments. The study also assessed the impact of these PGPB on soil bacterial communities, finding slight variations in alpha and beta diversity indices over time, with no statistically significant changes in dominant phyla. Notably, an increase in the abundance of *Nitrospira*, a nitrifying genus, was observed, which may contribute positively to soil nitrogen dynamics. This research underscores the potential of PGPB as sustainable alternatives to chemical fertilizers in wheat cultivation, while also highlighting the need for further studies to understand their long-term effects on soil health and microbial diversity.