DOI: https://doi.org/10.1007/s10725-025-01423-2
تاريخ النشر: 2026-02-03
المؤلف: Selma Kipçak Bitik وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة آثار الفحم الحيوي (B) وTrichoderma harzianum (TH) وتطبيقهما المشترك (BTH) على تحمل الجفاف لنبات Capsicum annuum L. تحت ظروف نقص المياه المتغيرة. تشير النتائج إلى أن إجهاد الجفاف (50% ري) أدى إلى تقليل امتصاص العناصر الغذائية بنسبة 20-40% وزيادة علامات الإجهاد التأكسدي (H₂O₂ وMDA). ومن الجدير بالذكر أن تطبيق BTH عزز أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة (الكاتالاز (CAT) ، البيروكسيداز (POD) ، وديسموتاز السوبر أكسيد (SOD)) بأكثر من 40% مقارنةً بالتحكم، بينما قلل من تراكم H₂O₂ بحوالي 25%. بالإضافة إلى ذلك، رفعت علاجات BTH بشكل كبير مستويات هرمونات تعزيز النمو (حمض الإندول-3-أسيتيك (IAA) وحمض الجبريلين (GA)) وهرمونات الدفاع (حمض الساليسيليك وحمض الجاسمونيك)، بينما خفضت بشكل كبير مستويات حمض الأبسيسيك (ABA).
كشفت تحليل المكونات الرئيسية (PCA) عن ملفات فسيولوجية وكيميائية حيوية مميزة للنباتات المعالجة بـ BTH، مما يبرز تعزيز نموها، والدفاع المضاد للأكسدة، وتنظيم الهرمونات. تشير هذه النتائج إلى أن الاستخدام المشترك للفحم الحيوي وTrichoderma harzianum يمكن أن يحسن بشكل كبير من مرونة Capsicum annuum تجاه إجهاد المياه، مما يقدم استراتيجية قابلة للتطبيق للممارسات الزراعية المستدامة. ومع ذلك، فإن قيود الدراسة، بما في ذلك بيئتها المسيطر عليها ومدتها القصيرة، تتطلب مزيدًا من البحث الميداني عبر ظروف متنوعة لتقييم الفعالية طويلة الأمد لعلاجات BTH بشكل كامل.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التأثير الكبير لتغير المناخ على إنتاجية الزراعة، وخاصة من خلال الاضطرابات في الظروف البيئية الحيوية لنمو المحاصيل. تشمل التحديات الرئيسية تقلبات درجات الحرارة، وتغير أنماط هطول الأمطار، وزيادة الأحداث الجوية المتطرفة، والتي أدت مجتمعة إلى عدم استقرار المحاصيل في مناطق زراعية مختلفة. تفاقم ندرة موارد المياه العذبة هذه القضايا، مما يهدد الأمن الغذائي والجدوى الاقتصادية للأنظمة الزراعية التي تعتمد بشكل كبير على الإيقاعات المناخية الطبيعية. يؤكد النص على الحاجة إلى ممارسات مبتكرة للحفاظ على المياه واستراتيجيات إدارة تكيفية للتخفيف من الآثار السلبية لندرة المياه الخضراء، وهو أمر حيوي للحفاظ على الإنتاج الزراعي.
تناقش الورقة أيضًا إمكانيات Trichoderma spp. كمنشطات حيوية لتعزيز مرونة النباتات ضد الظروف المحدودة للمياه. تعمل هذه الفطريات على تحسين غلة المحاصيل من خلال تعزيز نمو الجذور، وتعديل النشاط الهرموني، وتعزيز آليات الدفاع المضادة للأكسدة، مما يزيد من تحملها لإجهاد الجفاف. علاوة على ذلك، يتم استكشاف التأثيرات التآزرية للجمع بين Trichoderma والفحم الحيوي، حيث يعمل كلا العاملين معًا لتحسين جودة التربة والديناميات الميكروبية، مما يؤدي في النهاية إلى تحسين أداء النباتات تحت ضغط المياه. تهدف الدراسة إلى تقييم آثار هذه العلاجات على نباتات الفلفل (Capsicum annuum L.) المعرضة لمستويات مختلفة من الري، مما يبرز أهمية ممارسات الزراعة الصديقة للبيئة في مواجهة تقلبات المناخ وندرة المياه.
طرق البحث
في هذه الدراسة، التي أجريت في عام 2021 في كلية الزراعة بجامعة فان يوزونجو ييل، تم استخدام الفلفل الأخضر المحلي (Capsicum annuum L.) المسجل باسم Sera Demre 8 كمادة تجريبية. تم نقل الفلفل إلى أصص بارتفاع 14 سم وعرض 11 سم مليئة بالتربة الحديقة المعقمة، وتم الحفاظ عليها عند درجة حرارة مسيطر عليها تبلغ 25 درجة مئوية، مع فترة ضوئية تبلغ 14/10 ساعات (نهار/ليل) ورطوبة نسبية تبلغ 65 ± 2%. تم استخدام تصميم عامل عشوائي، يتضمن ثلاثة أنظمة ري (100%، 75%، و50% من سعة الحقل) وأربع مجموعات علاجية: التحكم، الفحم الحيوي (B)، Trichoderma harzianum (TH)، ومزيج من الاثنين (BTH). تم خلط الفحم الحيوي، المستخرج من 100% من البلوط الطبيعي والمطبق بمعدل 6 جرام لكل أصيص، في التربة.
لاستخراج الإنزيمات، تم هرس 0.5 جرام من أنسجة الأوراق الطازجة في 3 مل من محلول فوسفات البوتاسيوم 50 مليمول (pH 7.0)، تلاه الطرد المركزي عند 15,000 × جرام لمدة 15 دقيقة عند 4 درجات مئوية. تم تخزين الطور العلوي عند -80 درجة مئوية للتحليل اللاحق. لتعزيز استقرار الإنزيم وتقليل التداخل الفينولي، شمل محلول الاستخراج 0.5% من بولي فينيل بيروليدون (PVP)، و1 مليمول من فلوريد فينيل ميثيل سلفونيل (PMSF)، و1 مليمول من حمض الإيثيلين ثنائي الأمين رباعي الأسيتيك (EDTA). تم قياس أنشطة الإنزيمات من خلال قياس تغييرات الامتصاص عند أطوال موجية محددة: ديسموتاز السوبر أكسيد (SOD) عند 560 نانومتر، البيروكسيداز (POD) عند 470 نانومتر، والكاتالاز (CAT) عند 240 نانومتر. تم تعريف وحدة واحدة من نشاط SOD على أنها كمية الإنزيم المطلوبة لتثبيط 50% من الاختزال الضوئي للنيتروبلو ترازوليوم (NBT)، بينما تم التعبير عن أنشطة POD وCAT ككمية الإنزيم التي زادت من الامتصاص بمقدار 0.01 في الدقيقة تحت ظروف الاختبار.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى وجود اختلافات كبيرة في تركيزات العناصر الكبرى (N، P، K، Ca، Mg، S) والعناصر الصغرى (Mn، Fe، Zn، B، Cu) في الكتلة الحيوية للأجزاء الهوائية من نباتات الفلفل المعرضة لمستويات مختلفة من إجهاد المياه، مع وجود دلالة إحصائية تم إثباتها عند p < 0.05. ومن الجدير بالذكر أن تركيزات النيتروجين (N) كانت الأدنى في علاجات C75 (2.05%) وC50 (2.09%)، بينما كانت أعلى التركيزات موجودة في علاجات BTH، وبالتحديد BTH100 (4.46%)، BTH75 (4.60%)، وBTH50 (4.54%). كانت مستويات الفوسفور الأعلى في BTH75 (0.70%) وBTH50 (0.69%)، مع أدنى مستوى تم ملاحظته في TH75 (0.16%). بلغت مستويات البوتاسيوم ذروتها في BTH100 (2.28%)، وكان الكالسيوم الأعلى في BTH50 (2.18%). كشفت تحليل العناصر الدقيقة أن تركيز المنغنيز (Mn) كان الأعلى في علاج TH50 (72.56 ملغ/كغ)، بينما كانت مستويات الحديد (Fe) والزنك (Zn) أقل بكثير في علاجات BTH مقارنةً بالتحكم. بالإضافة إلى ذلك، انخفضت مستويات حمض الأبسيسيك (ABA) في علاجات BTH، مع أدنى مستوى في BTH50 (9.49 نانوغرام/غرام وزن رطب). على العكس، كانت مستويات حمض الجبريلين (GA) مرتفعة بشكل كبير في BTH75 (1.64 ميكروغرام/غرام وزن رطب) وBTH50 (1.87 ميكروغرام/غرام وزن رطب). كانت مستويات حمض الساليسيليك (SA) وتركيزات السيتوكينين الأعلى في TH50 (0.12 ميكروغرام/غرام وزن رطب و0.14 على التوالي)، بينما بلغت مستويات حمض الجاسمونيك ذروتها في B75 (0.95 ميكروغرام/غرام وزن رطب) وC100 (0.87 ميكروغرام/غرام وزن رطب). بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على التفاعلات المعقدة بين إجهاد المياه وديناميات العناصر الغذائية في نباتات الفلفل، مع آثار على الممارسات الزراعية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على التأثير الكبير لإجهاد المياه على امتصاص العناصر الغذائية في نباتات الفلفل، كاشفًا أن زيادة نقص المياه تؤدي إلى تقليل امتصاص العناصر الغذائية الكبرى والصغرى. على وجه التحديد، انخفضت تركيزات العناصر الغذائية في مجموعات التحكم المعرضة لمستويات ري متغيرة (100%، 75%، و50%)، بينما خففت تطبيقات الفحم الحيوي وTrichoderma harzianum من هذه الانخفاضات. على سبيل المثال، في علاج B75، زادت تركيزات النيتروجين (N) بحوالي 43.9% مقارنةً بمجموعة C75، مما يظهر دور الفحم الحيوي في تعزيز احتفاظ العناصر الغذائية وتوافرها تحت ظروف الجفاف. تؤكد الدراسة أن الفحم الحيوي يعمل كخزان للعناصر الغذائية والرطوبة، مما يحسن خصائص التربة وصحة النباتات خلال فترات توفر المياه المحدودة.
علاوة على ذلك، أدت التطبيقات المشتركة للفحم الحيوي وTrichoderma harzianum (علاجات BTH) إلى تحقيق أقوى تأثيرات على نمو النباتات واستجابتها الفسيولوجية. ومن الجدير بالذكر أن مجموعة BTH50 أظهرت زيادات كبيرة في أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة، وتراكم البرولين، ومحتوى السكروز، مما يدل على تعزيز تحمل الإجهاد. تشير النتائج إلى أن تلقيح Trichoderma يعزز إنتاج هرمونات النمو مثل حمض الإندول-3-أسيتيك (IAA)، الذي ارتفع بشكل كبير في علاجات BTH، مما يدعم نمو النباتات حتى تحت ضغط المياه. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على إمكانيات دمج الفحم الحيوي وTrichoderma harzianum كاستراتيجيات فعالة لتحسين امتصاص العناصر الغذائية ومرونة النباتات في الزراعة، خاصة في البيئات المعرضة للجفاف.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10725-025-01423-2
Publication Date: 2026-02-03
Author(s): Selma Kipçak Bitik et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
This study investigates the effects of biochar (B), Trichoderma harzianum (TH), and their combined application (BTH) on the drought tolerance of Capsicum annuum L. under varying water deficit conditions. Results indicate that drought stress (50% irrigation) led to a 20-40% reduction in nutrient uptake and increased oxidative stress markers (H₂O₂ and MDA). Notably, BTH application enhanced the activities of antioxidant enzymes (catalase (CAT), peroxidase (POD), and superoxide dismutase (SOD)) by over 40% compared to the control, while reducing H₂O₂ accumulation by approximately 25%. Additionally, BTH treatments significantly elevated the levels of growth-promoting hormones (indole-3-acetic acid (IAA) and gibberellic acid (GA)) and defense hormones (salicylic acid and jasmonic acid), while drastically lowering abscisic acid (ABA) levels.
Principal component analysis (PCA) revealed distinct physiological and biochemical profiles for BTH-treated plants, highlighting their enhanced growth promotion, antioxidant defense, and hormonal regulation. These findings suggest that the combined use of biochar and Trichoderma harzianum can substantially improve the resilience of Capsicum annuum to water stress, presenting a viable strategy for sustainable agricultural practices. However, the study’s limitations, including its controlled environment and short duration, necessitate further field research across diverse conditions to fully assess the long-term efficacy of BTH treatments.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant impact of climate change on agricultural productivity, particularly through disruptions in environmental conditions critical for crop growth. Key challenges include temperature fluctuations, altered precipitation patterns, and increased extreme weather events, which have collectively destabilized yields in various agricultural regions. The growing scarcity of freshwater resources exacerbates these issues, threatening food security and the economic viability of farming systems that heavily depend on natural climatic rhythms. The text emphasizes the need for innovative water conservation practices and adaptive management strategies to mitigate the adverse effects of green water scarcity, which is crucial for sustaining agricultural output.
The paper also discusses the potential of Trichoderma spp. as biostimulants to enhance plant resilience against water-limiting conditions. These fungi improve crop yields by promoting root growth, modulating hormonal activity, and enhancing antioxidant defense mechanisms, thereby increasing tolerance to drought stress. Furthermore, the synergistic effects of combining Trichoderma with biochar are explored, as both agents work together to improve soil quality and microbial dynamics, ultimately leading to enhanced plant performance under water stress. The study aims to evaluate the effects of these treatments on pepper plants (Capsicum annuum L.) subjected to varying levels of irrigation, underscoring the relevance of eco-friendly farming practices in the face of climate variability and water scarcity.
Methods
In this study, conducted in 2021 at the Faculty of Agriculture, Van Yuzuncu Yil University, local green peppers (Capsicum annuum L.) registered as Sera Demre 8 were used as the experimental material. The peppers were transplanted into 14 cm high and 11 cm wide pots filled with sterilized garden soil, maintained at a controlled temperature of 25 °C, with a photoperiod of 14/10 hours (day/night) and 65 ± 2% relative humidity. A randomized factorial design was employed, incorporating three irrigation regimes (100%, 75%, and 50% of field capacity) and four treatment groups: control, biochar (B), Trichoderma harzianum (TH), and a combination of both (BTH). Biochar, derived from 100% natural oak and applied at a rate of 6 g per pot, was mixed into the soil.
For enzyme extraction, 0.5 g of fresh leaf tissue was homogenized in 3 mL of 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), followed by centrifugation at 15,000 × g for 15 minutes at 4 °C. The supernatant was stored at -80 °C for subsequent analysis. To enhance enzyme stability and minimize phenolic interference, the extraction buffer included 0.5% polyvinylpyrrolidone (PVP), 1 mM phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF), and 1 mM ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). Enzyme activities were quantified by measuring absorbance changes at specific wavelengths: superoxide dismutase (SOD) at 560 nm, peroxidase (POD) at 470 nm, and catalase (CAT) at 240 nm. One unit of SOD activity was defined as the amount of enzyme required to inhibit 50% of the photochemical reduction of nitroblue tetrazolium (NBT), while POD and CAT activities were expressed as the enzyme quantity that increased absorbance by 0.01 per minute under the assay conditions.
Results
The results of the study indicate significant variations in the concentrations of macroelements (N, P, K, Ca, Mg, S) and microelements (Mn, Fe, Zn, B, Cu) in the shoot biomass of pepper plants subjected to different levels of water stress, with statistical significance established at p < 0.05. Notably, nitrogen (N) concentrations were lowest in the C75 (2.05%) and C50 (2.09%) treatments, while the highest concentrations were found in the BTH treatments, specifically BTH100 (4.46%), BTH75 (4.60%), and BTH50 (4.54%). Phosphorus levels were highest in BTH75 (0.70%) and BTH50 (0.69%), with the lowest observed in TH75 (0.16%). Potassium peaked at BTH100 (2.28%), and calcium was highest in BTH50 (2.18%). Micronutrient analysis revealed that manganese (Mn) concentration was highest in the TH50 treatment (72.56 mg/kg), whereas iron (Fe) and zinc (Zn) levels were significantly lower in the BTH treatments compared to controls. Additionally, abscisic acid (ABA) levels decreased in the BTH treatments, with the lowest in BTH50 (9.49 ng/g FW). Conversely, gibberellic acid (GA) levels were significantly elevated in BTH75 (1.64 µg/g FW) and BTH50 (1.87 µg/g FW). Salicylic acid (SA) and cytokinin concentrations were highest in TH50 (0.12 µg/g FW and 0.14, respectively), while jasmonic acid levels peaked in B75 (0.95 µg/g FW) and C100 (0.87 µg/g FW). Overall, the findings highlight the complex interactions between water stress and nutrient dynamics in pepper plants, with implications for agricultural practices.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant impact of water stress on nutrient uptake in pepper plants, revealing that increased water deficit leads to reduced absorption of macro- and micronutrients. Specifically, nutrient concentrations decreased in control groups subjected to varying irrigation levels (100%, 75%, and 50%), while the application of biochar and Trichoderma harzianum mitigated these reductions. For instance, in the B75 treatment, nitrogen (N) concentration increased by approximately 43.9% compared to the C75 group, demonstrating biochar’s role in enhancing nutrient retention and availability under drought conditions. The study emphasizes that biochar acts as a reservoir for nutrients and moisture, improving soil characteristics and plant health during periods of limited water availability.
Furthermore, the combined application of biochar and Trichoderma harzianum (BTH treatments) yielded the most pronounced effects on plant growth and physiological responses. Notably, the BTH50 group exhibited significant increases in antioxidant enzyme activities, proline accumulation, and sucrose content, indicating enhanced stress tolerance. The findings suggest that Trichoderma inoculation promotes the production of growth hormones like indole-3-acetic acid (IAA), which was significantly elevated in the BTH treatments, thereby supporting plant growth even under water stress. Overall, the research underscores the potential of integrating biochar and Trichoderma harzianum as effective strategies for improving nutrient uptake and plant resilience in agriculture, particularly in drought-prone environments.