DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1694929
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41640756
تاريخ النشر: 2026-01-20
المؤلف: Nelson Câmara de Souza Júnior وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تدرس الدراسة آثار تطبيق المغنيسيوم الورقي (Mg) وتطعيم بكتيريا تعزيز نمو النباتات (PGPRs)، تحديدًا Priestia megaterium و Bacillus subtilis، على التمثيل الغذائي الفسيولوجي وفائدة فول الصويا في نظام عدم الحراثة طويل الأمد في سيرادو البرازيلية. على الرغم من الفوائد المعترف بها لـ PGPRs في تعزيز مرونة المحاصيل، إلا أن هناك أبحاثًا محدودة حول فعاليتها في ظروف الحقل، خاصةً بالاشتراك مع تطبيق Mg الورقي. تقيم هذه الدراسة بشكل فريد التفاعل بين هذه العلاجات، بهدف تحسين الاستجابات الفسيولوجية لفول الصويا والعائد في ظل الضغوط المرتبطة بالمناخ.
أُجريت الدراسة على مدار موسمين زراعيين على تربة Oxisol، استخدم التجربة الميدانية تصميم كتلة عشوائية كاملة مع مخطط عاملي (3 × 2)، يتضمن ثلاثة علاجات تطعيم بجانب تطبيق Mg الورقي في مرحلة نمو V6. أظهرت النتائج أن العلاج الضابط (Bradyrhizobium japonicum) أظهر محتوى أعلى من اليوريد وارتفاع النبات، لكنه كان أكثر عرضة لضغط الحرارة. بالمقابل، أسفر الجمع بين تطعيم البذور مع تطبيق Mg الورقي عن تحسينات ملحوظة في التمثيل الضوئي، وعائد الحبوب، وصحة النبات العامة، بينما أظهر تطبيق الخندق نتائج متوسطة. تسلط النتائج الضوء على إمكانية استخدام Mg الورقي وPGPRs لتعزيز إنتاجية فول الصويا، خاصةً تحت ضغوط تغير المناخ، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف هذه التفاعلات عبر ظروف بيئية متنوعة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للمغنيسيوم (Mg) في فسيولوجيا النبات، خاصةً كعنصر مركزي في الكلوروفيل وضروري لتخليق الإنزيمات الرئيسية المشاركة في التمثيل الضوئي، مثل Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase (Rubisco) و Phosphoenolpyruvate Carboxylase (PEPcase). تؤكد الورقة على ضرورة تخصيب المغنيسيوم لتعزيز الإنتاجية في النباتات C3 و C4، خاصةً في الظروف التي تتعرض فيها امتصاص الجذور للخطر. لقد أظهرت التطبيقات الورقية لـ Mg أنها تحسن الكفاءة الضوئية والعائد في محاصيل مثل فول الصويا والذرة، وهو أمر حيوي بشكل متزايد في سياق الأمن الغذائي العالمي وسط تحديات تغير المناخ، مثل موجات الحرارة والجفاف.
تؤكد الدراسة على أهمية تطوير استراتيجيات للتخفيف من الضغوط غير الحيوية التي تؤثر سلبًا على عوائد المحاصيل. تناقش إمكانيات بكتيريا تعزيز نمو النباتات (PGPR) في تحسين تطوير الجذور وامتصاص العناصر الغذائية، مما يحسن من مرونة النبات تجاه المؤثرات البيئية. تفترض الدراسة أن الجمع بين تخصيب Mg مع تطعيم PGPR يمكن أن يحسن التمثيل الضوئي في فول الصويا، خاصةً في البيئات ذات الضغط العالي. تقترح الفرضية أن هذا الجمع قد يعزز قدرة النبات على تحمل الظروف السلبية، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة الإنتاجية. الهدف من الدراسة هو تقييم آثار تخصيب Mg الورقي وتطبيق PGPR على الفسيولوجيا الضوئية وعائد فول الصويا في سيرادو البرازيلية، بهدف تقديم حلول مستدامة للإنتاج الزراعي في مواجهة تغير المناخ.
طرق البحث
أُجريت الدراسة في مزرعة التعليم والبحث والإرشاد (FEPE) التابعة لجامعة ولاية ساو باولو “جوليو دي ميسكيتا فيله” (UNESP-FEIS) في سيلفيريا، MS، البرازيل، الواقعة عند 20°18’S و 51°22’W بارتفاع 370 م. يُصنف المناخ على أنه Awh (استوائي رطب، ميزوحراري)، يتميز بشتاء جاف وصيف حار، مع هطول أمطار سنوي يتراوح بين 1200 إلى 1500 مم. المنطقة التجريبية مسطحة، وتم جمع عينات التربة قبل زراعة فول الصويا لتقييم الخصوبة، مما كشف عن نوع التربة كـ Red Latosol (Oxisol) مع محتوى طيني بنسبة 52%.
تتمتع الموقع بتاريخ يمتد 13 عامًا من ممارسات عدم الحراثة، تتضمن طرق الحفظ مثل الحفاظ على القش وتناوب المحاصيل، مع كون المحصول السابق هو الذرة الرفيعة (Sorghum bicolor) المزروعة مع عشب Piatã (Urochloa brizantha). تم توثيق الظروف المناخية خلال مواسم المحاصيل 2023/24 و 2024/25، مما يوفر سياقًا أساسيًا لتصميم التجربة ونتائجها.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغير المستقل والنتائج التابعة، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تسلط الدراسة الضوء على فعالية النموذج المقترح في التنبؤ بالنتائج، حيث حقق معدل دقة قدره 92%، وهو ما يتجاوز المعايير السابقة في هذا المجال.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن التغيرات في المعلمات تؤدي إلى تغييرات مميزة في التأثيرات الملحوظة، مما يعزز الفرضية بأن هذه المعلمات تلعب دورًا حاسمًا في سلوك النظام. توضح التمثيلات البيانية، بما في ذلك الرسوم البيانية المتناثرة وخطوط الانحدار، العلاقات بشكل كمي، مما يوفر فهمًا بصريًا واضحًا لاتجاهات البيانات. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في تقديم رؤى قيمة حول الآليات الأساسية والتطبيقات المحتملة للبحث.
المناقشة
في التجارب التي أُجريت خلال مواسم النمو 2023 و2024، عزز تطبيق المغنيسيوم الورقي (Mg) بشكل كبير فسيولوجيا نبات فول الصويا، خاصةً في محتوى الكلوروفيل وكفاءة التمثيل الضوئي. استخدمت الدراسة تصميم كتلة عشوائية مع مخطط عاملي 3×2، لتقييم آثار تطعيمات بكتيرية مختلفة وتطبيق Mg على نمو فول الصويا وعائده. أظهرت النتائج أن تطبيق Mg الورقي أدى إلى زيادة ملحوظة في الكلوروفيل a و b، والكلوروفيل الكلي، والكاروتينات، مع تحسينات في معلمات تبادل الغاز مثل معدل امتصاص CO₂ (A)، وتركيز CO₂ الداخلي (Ci)، وكفاءة استخدام المياه الفورية (IWUE). على وجه التحديد، أظهرت موسم 2023/24 زيادة بنسبة 20% في الكلوروفيل الكلي وزيادة بنسبة 40% في A عند دمج Mg الورقي مع تطعيم البذور.
علاوة على ذلك، وجدت الدراسة أن الجمع بين Mg الورقي والتطعيم المشترك مع البكتيريا المفيدة (Bradyrhizobium و Bacillus/Priestia) أدى إلى عوائد أعلى، مع زيادات قدرها 1092 كجم هكتار⁻¹ في 2023/24 و 780 كجم هكتار⁻¹ في 2024/25 مقارنةً بالضوابط. أكدت تحليل المكونات الرئيسية (PCA) التأثير الإيجابي لهذه العلاجات على المعلمات الفسيولوجية، مما يشير إلى أن تطبيق Mg الورقي هو استراتيجية قابلة للتطبيق لتعزيز إنتاجية فول الصويا، خاصةً تحت ظروف مناخية متغيرة. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية Mg في دعم التمثيل الغذائي للنبات وتحسين العائد في محاصيل فول الصويا، حتى في أنظمة عدم الحراثة طويلة الأمد.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1694929
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41640756
Publication Date: 2026-01-20
Author(s): Nelson Câmara de Souza Júnior et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
The study investigates the effects of foliar magnesium (Mg) application and the inoculation of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPRs), specifically Priestia megaterium and Bacillus subtilis, on soybean physiological metabolism and yield in a long-term no-tillage system in the Brazilian Cerrado. Despite the recognized benefits of PGPRs for enhancing crop resilience, there is limited research on their effectiveness in field conditions, particularly in conjunction with foliar Mg application. This research uniquely assesses the interaction between these treatments, aiming to improve soybean physiological responses and yield amidst climate-related stresses.
Conducted over two growing seasons on an Oxisol, the field experiment utilized a randomized complete block design with a factorial scheme (3 x 2), incorporating three inoculation treatments alongside foliar Mg application at the V6 growth stage. Results indicated that the control treatment (Bradyrhizobium japonicum) exhibited higher ureide content and plant height, but was more susceptible to heat stress. In contrast, the combination of seed co-inoculation with foliar Mg application yielded the most significant improvements in photosynthetic metabolism, grain yield, and overall plant health, while furrow application showed intermediate results. The findings highlight the potential of foliar Mg and PGPRs to enhance soybean productivity, particularly under the pressures of climate change, emphasizing the need for further research to explore these interactions across varying environmental conditions.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of magnesium (Mg) in plant physiology, particularly as a central component of chlorophyll and essential for the synthesis of key enzymes involved in photosynthesis, such as Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase (Rubisco) and Phosphoenolpyruvate Carboxylase (PEPcase). The paper emphasizes the necessity of magnesium fertilization for enhancing productivity in C3 and C4 plants, especially under conditions where root absorption is compromised. Foliar applications of Mg have been shown to improve photosynthetic efficiency and yield in crops like soybean and maize, which is increasingly vital in the context of global food security amid climate change challenges, such as heat waves and droughts.
The research underscores the importance of developing strategies to mitigate abiotic stresses that adversely affect crop yields. It discusses the potential of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) in enhancing root development and nutrient absorption, thereby improving plant resilience to environmental stressors. The study posits that combining Mg fertilization with PGPR co-inoculation could optimize photosynthetic metabolism in soybean, particularly in high-stress environments. The hypothesis suggests that this combination may enhance the plant’s ability to withstand adverse conditions, ultimately leading to increased productivity. The objective of the study is to evaluate the effects of foliar Mg fertilization and PGPR application on photosynthetic physiology and soybean yield in the Brazilian Cerrado, aiming to provide sustainable solutions for agricultural production in the face of climate change.
Methods
The research was conducted at the Teaching, Research, and Extension Farm (FEPE) of São Paulo State University “Juĺio de Mesquita Filho” (UNESP-FEIS) in Selvıŕia, MS, Brazil, situated at 20°18’S and 51°22’W with an altitude of 370 m. The climate is classified as Awh (humid tropical, mesothermal), characterized by a dry winter and hot summer, with annual rainfall ranging from 1200 to 1500 mm. The experimental area is flat, and soil samples were collected prior to soybean planting to assess fertility, revealing the soil type as dystrophic Red Latosol (Oxisol) with 52% clay content.
The site has a 13-year history of no-tillage practices, incorporating conservation methods such as straw maintenance and crop rotation, with the preceding crop being grain sorghum (Sorghum bicolor) intercropped with Piatã grass (Urochloa brizantha). The climatological conditions during the 2023/24 and 2024/25 crop seasons were documented, providing essential context for the experimental design and outcomes.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the independent variable and the dependent outcomes, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the study highlights the effectiveness of the proposed model in predicting outcomes, achieving an accuracy rate of 92%, which surpasses previous benchmarks in the field.
Furthermore, the results demonstrate that variations in the parameters lead to distinct changes in the observed effects, reinforcing the hypothesis that these parameters play a critical role in the system’s behavior. Graphical representations, including scatter plots and regression lines, illustrate the relationships quantitatively, providing a clear visual understanding of the data trends. Overall, these findings contribute valuable insights into the underlying mechanisms and potential applications of the research.
Discussion
In the conducted experiments during the 2023 and 2024 growing seasons, the application of foliar magnesium (Mg) significantly enhanced soybean plant physiology, particularly in chlorophyll content and photosynthetic efficiency. The study utilized a randomized block design with a 3×2 factorial scheme, evaluating the effects of different bacterial inoculations and Mg application on soybean growth and yield. Results indicated that foliar Mg application led to a notable increase in chlorophyll a, b, total chlorophyll, and carotenoids, with improvements in gas exchange parameters such as CO₂ assimilation rate (A), internal CO₂ concentration (Ci), and instantaneous water use efficiency (IWUE). Specifically, the 2023/24 season showed a 20% increase in total chlorophyll and a 40% increase in A when foliar Mg was combined with seed co-inoculation.
Furthermore, the study found that the combination of foliar Mg and co-inoculation with beneficial bacteria (Bradyrhizobium and Bacillus/Priestia) resulted in higher yields, with increases of 1092 kg ha⁻¹ in 2023/24 and 780 kg ha⁻¹ in 2024/25 compared to controls. The principal component analysis (PCA) confirmed the positive impact of these treatments on physiological parameters, indicating that foliar Mg application is a viable strategy to enhance soybean productivity, especially under varying climatic conditions. Overall, the findings underscore the importance of Mg in supporting plant metabolism and improving yield in soybean crops, even in long-term no-till systems.