DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-51973-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42129436
تاريخ النشر: 2026-05-13
المؤلف: Preeti وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة التأثيرات التآزرية لمجموعة من البكتيريا المفيدة—Azotobacter chroococcum وPseudomonas putida وBacillus subtilis—على نباتات الطماطم التي تعاني من إجهاد الجفاف. كانت أهداف البحث تحديد ما إذا كان يمكن أن يخفف هذا التطعيم البكتيري المشترك من الآثار السلبية للجفاف على نمو النبات وإنتاجيته. أظهرت النتائج أن المجموعة زادت بشكل كبير من محتوى الكلوروفيل الكلي من 0.85 إلى 1.70 ملغ ج⁻¹ FW ومحتوى الماء النسبي من 55.41% إلى 72.06%، بينما حسنت أيضًا مستويات صبغات التمثيل الضوئي مقارنةً بالضوابط المعرضة للجفاف. أظهرت التحليلات الكيميائية الحيوية زيادة في أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة، حيث وصلت سوبر أكسيد ديسموتاز إلى 35.4 ميكرومول دقيقة⁻¹ ملغ⁻¹ FW، وكاتالاز عند 74.6 ميكرومول دقيقة⁻¹ ملغ⁻¹ FW، وبيروكسيداز عند 0.89 ميكرومول ج⁻¹ FW، مما يشير إلى تخفيف فعال للإجهاد التأكسدي.
تظهر النتائج أن مجموعة البكتيريا الجذرية لم تحسن فقط من حالة الماء والأداء الضوئي ولكن أيضًا عززت استقرار العائد، حيث تم تسجيل أعلى عائد عند 0.94 كغ نبات⁻¹. كشفت التحليلات المتعددة المتغيرات عن وجود علاقة قوية بين الصفات الفسيولوجية المتعلقة بالترطيب، واحتفاظ الكلوروفيل، وتراكم الكتلة الحيوية مع تكوين العائد، بينما أظهرت مؤشرات الإجهاد التأكسدي علاقات متعارضة. تستنتج الدراسة أن مجموعات البكتيريا الجذرية متعددة السلالات هي استراتيجية واعدة لتعزيز مقاومة الجفاف في إنتاج الطماطم من خلال تنسيق علاقات الماء، وحماية مضادات الأكسدة، والأداء الضوئي. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على الفعالية طويلة الأمد لهذه المجموعات في ظروف الحقل وتفاعلاتها مع الميكروبات التربة الأصلية عبر مناطق الزراعة المختلفة.
الطرق
في هذه الدراسة، أجرى الباحثون تجربة لتقييم تأثيرات التطعيمات البكتيرية على شتلات الطماطم (Solanum lycopersicum L. var. ‘Pusa Ruby’) تحت ظروف إجهاد الجفاف. جرت التجربة في دفيئة بلاستيكية محكومة في المركز المتقدم لأبحاث البستنة (ACHR) في جامو، باستخدام تربة رملية طينية ذات خصائص كيميائية محددة. تم تعقيم شتلات الطماطم سطحياً وتطعيمها بثقافات بكتيرية من Azotobacter chroococcum وPseudomonas putida وBacillus subtilis، كل منها موحد بكثافة خلوية تبلغ حوالي $10^8$ CFU مل⁻¹. بالنسبة لعلاج المجموعة، تم خلط أحجام متساوية من كل ثقافة بكتيرية بنسبة 1:1:1.
شمل التصميم التجريبي ستة علاجات: مجموعة ضابطة تحت ظروف طبيعية، وإجهاد جفاف فقط، وإجهاد جفاف مقترن بكل تطعيم بكتيري بالإضافة إلى المجموعة البكتيرية. تم ترتيب الإعداد في تصميم عشوائي بالكامل مع خمسة مكررات لكل علاج. تم التحكم بعناية في ظروف النمو، مع الحفاظ على معلمات مثل شدة الضوء، ودرجة الحرارة، والرطوبة ضمن نطاقات محددة. تم تنظيم رطوبة التربة عند 35 ± 5% للظروف الطبيعية وتم تقليلها إلى 8 ± 2% لظروف الجفاف. بعد 21 يومًا من التأسيس، تعرضت الشتلات لإجهاد نقص المياه لمدة 5 أيام قبل أن يتم اقتلاعها لمزيد من التحليل.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل الذي تم إجراؤه. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في المقاييس المستهدفة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المرجح أن تكون بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف التحليلات عن تباينات في النتائج عبر مجموعات ديموغرافية مختلفة، مما يشير إلى أن عوامل مثل العمر والحالة الاجتماعية الاقتصادية قد تؤثر على فعالية التدخل. توضح التمثيلات البيانية للبيانات هذه الاتجاهات بشكل أكبر، مما يوفر ملخصًا بصريًا واضحًا للنتائج. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول فعالية التدخل وتؤكد على أهمية مراعاة المتغيرات الديموغرافية في الأبحاث المستقبلية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الاستجابات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية لنباتات الطماطم تحت إجهاد الجفاف وتأثيرات التطعيم بالبكتيريا الجذرية. تشير النتائج الرئيسية إلى أن إجهاد الجفاف قلل بشكل كبير من محتوى الماء النسبي (RWC) ومستويات الكلوروفيل ونمو النبات بشكل عام، حيث انخفض RWC من 80.21% في ظروف التحكم إلى 55.41% تحت الجفاف. أدى التطعيم ببكتيريا جذرية محددة، مثل *Azotobacter chroococum* و*Pseudomonas putida* و*Bacillus subtilis*، إلى تحسين RWC ومحتوى الكلوروفيل، حيث حققت المجموعة المشتركة أعلى RWC (72.06%) وأعلى محتوى كلي من الكلوروفيل (1.70 ملغ ج⁻¹ FW)، مما يدل على تعزيز ملحوظ في المرونة الفسيولوجية.
بالإضافة إلى ذلك، قامت الدراسة بتقييم أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة، كاشفة أن إجهاد الجفاف رفع من علامات الإجهاد التأكسدي، مثل مستويات المالونديالديهايد (MDA)، بينما قللت العلاجات البكتيرية الجذرية بشكل كبير من MDA وتسرب الإلكتروليت، مما يعزز استقرار الغشاء. حسنت معالجة المجموعة بشكل ملحوظ من أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة، بما في ذلك سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD) وكاتالاز (CAT)، والتي كانت مرتبطة إيجابيًا مع معلمات النمو والعائد. بشكل عام، تؤكد النتائج على الدور الحاسم لتطعيم البكتيريا الجذرية في تعزيز تحمل الجفاف في نباتات الطماطم من خلال تحسين الحالة الفسيولوجية، وتقليل الضرر التأكسدي، ودعم النمو والعائد في ظل ظروف نقص المياه.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-51973-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42129436
Publication Date: 2026-05-13
Author(s): Preeti et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
This study investigates the synergistic effects of a consortium of beneficial rhizobacteria—Azotobacter chroococcum, Pseudomonas putida, and Bacillus subtilis—on tomato plants experiencing drought stress. The research aimed to determine whether this combined bacterial inoculation could alleviate the adverse effects of drought on plant growth and productivity. Results indicated that the consortium significantly enhanced total chlorophyll content from 0.85 to 1.70 mg g⁻¹ FW and relative water content from 55.41% to 72.06%, while also improving photosynthetic pigment levels compared to drought-stressed controls. Biochemical analyses showed increased activities of antioxidant enzymes, with superoxide dismutase reaching 35.4 µmol min⁻¹ mg⁻¹ FW, catalase at 74.6 µmol min⁻¹ mg⁻¹ FW, and peroxidase at 0.89 µmol g⁻¹ FW, suggesting effective mitigation of oxidative stress.
The findings demonstrate that the rhizobacterial consortium not only improved water status and photosynthetic performance but also enhanced yield stability, with the highest yield recorded at 0.94 kg plant⁻¹. Multivariate analyses revealed a strong correlation between physiological traits related to hydration, chlorophyll retention, and biomass accumulation with yield formation, while indicators of oxidative stress showed antagonistic relationships. The study concludes that multi-strain rhizobacterial consortia are a promising strategy for enhancing drought resilience in tomato production by synchronizing water relations, antioxidant protection, and photosynthetic performance. Future research should focus on the long-term effectiveness of these consortia in field conditions and their interactions with native soil microbiomes across various agroecological zones.
Methods
In this study, the researchers conducted an experiment to evaluate the effects of bacterial inoculants on tomato seedlings (Solanum lycopersicum L. var. ‘Pusa Ruby’) under drought stress conditions. The experiment took place in a controlled plastic greenhouse at the Advanced Centre for Horticulture Research (ACHR) in Jammu, utilizing sandy loam soil with specific chemical properties. Tomato seedlings were surface sterilized and inoculated with bacterial cultures of Azotobacter chroococcum, Pseudomonas putida, and Bacillus subtilis, each standardized to a cell density of approximately $10^8$ CFU mL⁻¹. For the consortium treatment, equal volumes of each bacterial culture were mixed in a 1:1:1 ratio.
The experimental design included six treatments: a control group under normal conditions, drought stress alone, and drought stress combined with each bacterial inoculant as well as the bacterial consortium. The setup was arranged in a completely randomized design with five replicates per treatment. Growth conditions were carefully controlled, with parameters such as light intensity, temperature, and humidity maintained within specified ranges. Soil moisture was regulated at 35 ± 5% for normal conditions and reduced to 8 ± 2% for drought conditions. After 21 days of establishment, the seedlings were subjected to a 5-day water deficit stress before being uprooted for further analysis.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis conducted. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the targeted metrics, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance.
Additionally, the analysis reveals variations in outcomes across different demographic groups, indicating that factors such as age and socioeconomic status may influence the effectiveness of the intervention. Graphical representations of the data further illustrate these trends, providing a clear visual summary of the results. Overall, the findings contribute valuable insights into the efficacy of the intervention and underscore the importance of considering demographic variables in future research.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the physiological and biochemical responses of tomato plants under drought stress and the mitigating effects of rhizobacterial inoculation. Key findings indicate that drought stress significantly reduced relative water content (RWC), chlorophyll levels, and overall plant growth, with RWC dropping from 80.21% in control conditions to 55.41% under drought. Inoculation with specific rhizobacteria, such as *Azotobacter chroococum*, *Pseudomonas putida*, and *Bacillus subtilis*, improved RWC and chlorophyll content, with the combined consortium achieving the highest RWC (72.06%) and total chlorophyll content (1.70 mg g⁻¹ FW), demonstrating a marked enhancement in physiological resilience.
Additionally, the study assessed antioxidant enzyme activities, revealing that drought stress elevated oxidative stress markers, such as malondialdehyde (MDA) levels, while rhizobacterial treatments significantly reduced MDA and electrolyte leakage, thereby enhancing membrane stability. The consortium treatment notably improved antioxidant enzyme activities, including superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT), which were positively correlated with growth and yield parameters. Overall, the findings underscore the critical role of rhizobacterial inoculation in enhancing drought tolerance in tomato plants by improving physiological status, reducing oxidative damage, and ultimately supporting growth and yield under water-limited conditions.