DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-025-06531-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40360988
تاريخ النشر: 2025-05-13
المؤلف: Ahmed Shaaban وآخرون
الموضوع الرئيسي: امتصاص المغذيات النباتية والتمثيل الغذائي
نظرة عامة
تدرس الدراسة تأثير حمض الإندول-3-أسيتيك (IAA) والنيتروجين (N) على تحمل الإجهاد الملحي في بنجر السكر، مع التركيز على تأثيراتهما على النمو، والحالة الغذائية، وجودة السكر. باستخدام تصميم كتلة عشوائية مقسمة، اختبر الباحثون ثلاثة مستويات من IAA (0، 150، و300 ملغ L⁻¹) وثلاثة معدلات من تسميد النيتروجين (240، 290، و340 كغ N هكتار⁻¹). أظهرت النتائج أن الجمع بين IAA بمعدل 300 ملغ L⁻¹ وN بمعدل 340 كغ N هكتار⁻¹ (IAA 300 × N 340) حسّن بشكل كبير من قطر الجذور، ووزن الأوراق الطازج، ومؤشر مساحة الأوراق. بالإضافة إلى ذلك، عزز هذا الجمع التوازن الأيوني، كما يتضح من أعلى نسب K⁺/Na⁺ وCa²⁺/Na⁺ في الأوراق.
كشفت النتائج أيضًا أن IAA 300 × N 340 حقق أعلى إنتاجية للجذور (97.6 طن هكتار⁻¹)، وإنتاجية السكر النقي (14.50 طن هكتار⁻¹)، وكفاءة استخدام النيتروجين (0.342 كغ جذور كغ⁻¹ N)، متفوقًا على التركيبات الأخرى. على العكس من ذلك، أدت مستويات IAA المنخفضة (IAA 0 أو IAA 150) المدمجة مع N 340 إلى زيادة محتوى الصوديوم في العصير. تستنتج الدراسة أن زيادة مستويات IAA وN تعزز بشكل تآزري نمو بنجر السكر وإنتاجيته في ظل ظروف الإجهاد الملحي، مما يشير إلى أن البحث المستقبلي يجب أن يستكشف تأثيرات المستويات المتغيرة على فسيولوجيا بنجر السكر وملفات السكر.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات التي تفرضها التربة المالحة على الإنتاجية الزراعية، مع التركيز بشكل خاص على نقص العناصر الغذائية التي تعيق نمو المحاصيل. تم تحديد ملوحة التربة كتهديد كبير للأمن الغذائي العالمي، مما يسبب إجهادًا غير حيوي يؤثر سلبًا على إنتاجية المحاصيل وجودتها. يُلاحظ أن النيتروجين (N)، وهو عنصر غذائي أساسي، لديه القدرة على التخفيف من هذه الآثار السلبية من خلال تعزيز تراكم المركبات النيتروجينية العضوية، والتي تعتبر حيوية لمرونة النباتات ضد الضغوط غير الحيوية. يناقش النص دور المواد الأسموزية الواقية، مثل البرولين والبروتينات القابلة للذوبان، في تعزيز تحمل الإجهاد، بينما يتناول أيضًا الآثار الضارة لنقص العناصر الغذائية، وخاصة النيتروجين، في البيئات المالحة.
علاوة على ذلك، تؤكد المقدمة على أهمية حمض الإندول-3-أسيتيك (IAA)، وهو هرمون نباتي رئيسي ينظم نمو النبات وتكيفه مع الإجهاد. يُقترح أن تطبيق IAA الخارجي يمكن أن يحسن من استقلاب النيتروجين ويعزز من مرونة النبات في ظل ظروف الإجهاد، وخاصة في زراعة بنجر السكر. ومع ذلك، تحدد الدراسة فجوة في فهم التأثيرات التآزرية لـ IAA وN على فسيولوجيا بنجر السكر، والإنتاجية، والجودة تحت الإجهاد الملحي. تهدف الدراسة إلى التحقيق في التأثيرات المشتركة لـ IAA وN في استعادة التوازن الغذائي والفسيولوجي في بنجر السكر المزروع في التربة المالحة، مع فرضية أن تزويدهما بشكل صناعي يمكن أن يعزز الإنتاجية وجودة السكر بينما يحسن من استخدام النيتروجين.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم إجراء تجربة ميدانية على مدى موسمين شتويين (2022/23 و2023/24) في مزرعة الأبحاث بكلية الزراعة في الفيوم، مصر، مع التركيز على زراعة بنجر السكر (Beta vulgaris L.) في تربة رملية طينية مالحة. تم تصنيف التربة على أنها Typic Torripsamments، وتم جمع عينات تمثيلية قبل الزراعة لتقييم خصائصها الفيزيائية والكيميائية. استخدم التصميم التجريبي كتلة مقسمة في تنسيق كتلة عشوائية مع ثلاث تكرارات، باستخدام بذور متعددة الجذور من صنف بنجر السكر BTS-301. تم زراعة البذور في أوائل أكتوبر، مع وضع بروتوكولات تسميد وري محددة لتحسين النمو في ظل الظروف المالحة.
شملت المعالجات ثلاثة تركيزات من حمض الإندول-3-أسيتيك (IAA) عند 0 (تحكم)، 150، و300 ملغ L⁻¹، تم تطبيقها في مراحل النمو الحرجة وفقًا لمقياس BBCH. تم رش كل تركيز ثلاث مرات خلال فترة النمو لتعزيز اختراق أنسجة الأوراق، باستخدام مادة خافضة للتوتر السطحي لتحسين الفعالية. بالإضافة إلى ذلك، تم تطبيق ثلاث معدلات من سماد النيتروجين (240، 290، و340 كغ N هكتار⁻¹) استجابةً للظروف المالحة، مع تبرير المعدلات الأعلى من خلال التوقعات بتقليل كفاءة استخدام النيتروجين. كانت نظام الري المستخدم هو طريقة السطح التقليدية، مع مراقبة مستويات ملوحة المياه، مما يعكس أفضل الممارسات المحلية لزراعة بنجر السكر في البيئات المالحة.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التأثير الكبير لحمض الإندول-3-أسيتيك (IAA) والنيتروجين (N) الخارجيين على نمو وجودة بنجر السكر، خاصة تحت ظروف الإجهاد الملحي. وُجد أن تطبيق IAA، خاصة عند تركيز 300 ملغ L⁻¹، يعزز من المرونة الفسيولوجية والبيوكيميائية، مما يؤدي إلى تحسين قطر الجذور، والوزن الطازج، ومؤشر مساحة الأوراق، ومحتوى الكلوروفيل. تُعزى هذه التحسينات إلى دور IAA في التخفيف من الإجهاد التأكسدي وسمية الأيونات، وهي تحديات شائعة في البيئات المالحة. كما تؤكد الدراسة أن مستويات النيتروجين الأعلى (340 كغ N هكتار⁻¹) أثرت بشكل إيجابي على خصائص النمو وإنتاجية السكر، على الرغم من أنها لاحظت انخفاضًا في كفاءة استخدام النيتروجين (R-NUE) عند معدلات N المفرطة.
علاوة على ذلك، تؤكد الأبحاث على التفاعلات المعقدة بين IAA والنيتروجين، كاشفة أن تطبيقهما المشترك يعزز بشكل مثالي خصائص بنجر السكر مثل إنتاجية الجذور وإنتاجية السكر النقي. تشير النتائج إلى أن IAA لا يحسن فقط من امتصاص العناصر الغذائية ولكن أيضًا يعزز من النشاط الضوئي، مما يسهم في تحسين النمو وجودة السكر. تستنتج الدراسة أن التأثيرات التآزرية لـ IAA والنيتروجين ضرورية لتعظيم إنتاجية بنجر السكر، خاصة في التربة المتأثرة بالملوحة، وتدعو إلى مزيد من البحث لاستكشاف هذه التفاعلات عبر ظروف بيئية وأنواع محاصيل متنوعة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-025-06531-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40360988
Publication Date: 2025-05-13
Author(s): Ahmed Shaaban et al.
Primary Topic: Plant nutrient uptake and metabolism
Overview
The study investigates the impact of indole-3-acetic acid (IAA) and nitrogen (N) on salt stress tolerance in sugar beet, focusing on their effects on growth, nutritional status, and sugar quality. Utilizing a split-plot randomized complete block design, the researchers tested three levels of IAA (0, 150, and 300 mg L⁻¹) and three rates of N fertilization (240, 290, and 340 kg N ha⁻¹). The results indicated that the combination of IAA at 300 mg L⁻¹ and N at 340 kg N ha⁻¹ (IAA 300 × N 340) significantly improved root diameter, leaf fresh weight, and leaf area index. Additionally, this combination enhanced ionic homeostasis, as evidenced by the highest leaf K⁺/Na⁺ and Ca²⁺/Na⁺ ratios.
The findings further revealed that IAA 300 × N 340 yielded the highest root yield (97.6 t ha⁻¹), pure sugar yield (14.50 t ha⁻¹), and nitrogen use efficiency (0.342 kg root kg⁻¹ N), outperforming other combinations. Conversely, lower IAA levels (IAA 0 or IAA 150) combined with N 340 resulted in higher juice sodium content. The study concludes that increasing levels of IAA and N synergistically enhance sugar beet growth and yield under salt stress conditions, suggesting that further research should explore the effects of varying levels on sugar beet physiology and sugar profiles.
Introduction
The introduction highlights the challenges posed by saline soils on agricultural productivity, particularly emphasizing nutrient deficiencies that hinder crop growth. Soil salinity is identified as a significant threat to global food security, causing abiotic stress that adversely affects crop yield and quality. Nitrogen (N), an essential macronutrient, is noted for its potential to mitigate these negative impacts by promoting the accumulation of organic nitrogenous compounds, which are crucial for plant resilience against abiotic stressors. The text discusses the role of osmoprotectants, such as proline and soluble proteins, in enhancing stress tolerance, while also addressing the detrimental effects of nutrient deficiencies, particularly N, in saline environments.
Furthermore, the introduction underscores the importance of indole-3-acetic acid (IAA), a key phytohormone that regulates plant growth and stress adaptation. The application of exogenous IAA is suggested to improve nitrogen metabolism and enhance plant resilience under stress conditions, particularly in sugar beet cultivation. However, the research identifies a gap in understanding the synergistic effects of IAA and N on sugar beet physiology, yield, and quality under salt stress. The study aims to investigate the combined effects of IAA and N in restoring nutritional and physiological balance in sugar beet grown in saline soils, hypothesizing that their artificial supply can enhance yield and sugar quality while improving nitrogen utilization.
Methods
In this study, a field experiment was conducted over two winter seasons (2022/23 and 2023/24) at the College of Agriculture Research Farm in Fayoum, Egypt, focusing on the cultivation of sugar beet (Beta vulgaris L.) in saline loamy sand soil. The soil was classified as Typic Torripsamments, and representative samples were collected prior to planting to assess its physical and chemical properties. The experimental design employed a split-plot in randomized block format with three replications, utilizing multi-germ seeds of the sugar beet cultivar BTS-301. The seeds were sown in early October, with specific fertilization and irrigation protocols established to optimize growth under saline conditions.
The treatments included three concentrations of indole-3-acetic acid (IAA) at 0 (control), 150, and 300 mg L⁻¹, applied at critical growth stages as per the BBCH scale. Each concentration was sprayed three times during the growth period to enhance leaf tissue penetration, using a surfactant to improve efficacy. Additionally, three nitrogen fertilizer rates (240, 290, and 340 kg N ha⁻¹) were applied in response to the saline conditions, with higher rates justified by anticipated reductions in nitrogen use efficiency. The irrigation system employed was a traditional surface furrow method, with water salinity levels monitored, reflecting local best practices for sugar beet cultivation in saline environments.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant impact of exogenous indole-3-acetic acid (IAA) and nitrogen (N) on the growth and quality of sugar beet, particularly under salt stress conditions. The application of IAA, especially at a concentration of 300 mg L⁻¹, was found to enhance physiological and biochemical resilience, leading to improved root diameter, fresh weight, leaf area index, and chlorophyll content. These enhancements are attributed to IAA’s role in mitigating oxidative stress and ion toxicity, which are common challenges in saline environments. The study also emphasizes that higher nitrogen levels (340 kg N ha⁻¹) positively influenced growth traits and sugar yield, although it noted a decline in nitrogen use efficiency (R-NUE) at excessive N rates.
Furthermore, the research underscores the complex interactions between IAA and nitrogen, revealing that their combined application optimally enhances sugar beet traits such as root yield and pure sugar yield. The findings suggest that IAA not only improves nutrient absorption but also enhances photosynthetic activity, thereby contributing to better growth and sugar quality. The study concludes that the synergistic effects of IAA and nitrogen are crucial for maximizing sugar beet productivity, particularly in salt-affected soils, and calls for further research to explore these interactions across varying environmental conditions and crop species.