DOI: https://doi.org/10.1002/pei3.70136
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41798762
تاريخ النشر: 2026-03-05
المؤلف: Prodipto Bishnu Angon وآخرون
الموضوع الرئيسي: استجابات النباتات للإجهاد المائي
نظرة عامة
تدرس الدراسة آثار التطبيق الخارجي للجلوتاثيون (GSH) وأكسيد النيتريك (NO) على نباتات الذرة (Zea mays L.) التي تعرضت لإجهاد غمر المياه (WL)، وهو تحدٍ كبير لهذه المحاصيل الحبوب الرئيسية. تشير النتائج إلى أن المعالجة بـ GSH و NO تعزز النمو وإنتاج الكتلة الحيوية في الذرة المتأثرة بإجهاد WL مقارنةً بالتحكم غير المعالج. على وجه الخصوص، أظهرت النباتات المعالجة زيادة في أوزان الجذور والسوق، ومحتوى الكلوروفيل، ومستويات البرولين في الأوراق، والسكريات القابلة للذوبان، والبروتينات الكلية، مما يدل على تكيف أيضي مع الإجهاد. بالإضافة إلى ذلك، بينما أدى إجهاد WL إلى تلف أكسيدي يتضح من ارتفاع مستويات المالونديالديهايد (MDA) وبيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂)، فإن علاجات GSH و NO قللت بفعالية من هذه المؤشرات للإجهاد التأكسدي وحسنت أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة.
تؤكد النتائج على إمكانيات GSH و NO، سواء بشكل فردي أو مجتمعة، لتعزيز تحمل WL في الذرة من خلال التخفيف من التلف التأكسدي وتعزيز المرونة الفسيولوجية. ومع ذلك، تؤكد الدراسة على أن هذه النتائج مستمدة من ظروف محكومة، مما يشير إلى الحاجة إلى مزيد من الأبحاث الميدانية لتقييم القابلية العملية لعلاجات GSH و NO في بيئات زراعية متنوعة.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث التأثير الكبير للتغير المناخي المتسارع على الضغوط غير الحيوية التي تؤثر على نمو النباتات، مع التركيز بشكل خاص على غمر المياه (WL). يتم تسليط الضوء على WL كعامل ضغط غير حيوي حرج يؤدي إلى خسائر كبيرة في إنتاج المحاصيل على مستوى العالم، حيث تشير التقديرات إلى أن 10%-12% من الأراضي القابلة للزراعة تتأثر، مما يؤدي إلى تقليل المحاصيل بنسبة 10%-50%. تناقش الورقة العواقب الفسيولوجية لـ WL على الذرة (Zea mays L.)، وهي محصول أساسي حساس للتغيرات البيئية، خاصة خلال مرحلة الشتلات. تشمل الآثار السلبية لـ WL تقليل الكفاءة الضوئية، والإجهاد التأكسدي بسبب تراكم الأنواع التفاعلية من الأكسجين (ROS)، وضعف النمو والتطور.
يقترح المؤلفون أن أكسيد النيتريك (NO) والجلوتاثيون (GSH) قد يلعبان دورًا حاسمًا في التخفيف من إجهاد WL في الذرة. يُعترف بـ NO لخصائصه المضادة للأكسدة وقدرته على تعزيز نشاط إنزيمات مضادات الأكسدة المختلفة، بينما يعمل GSH كمضاد أكسدة خلوية رئيسي ويشارك في الإشارات الحمراء. تهدف الدراسة إلى التحقيق في التأثيرات الفردية والمجمعة لـ NO و GSH على شتلات الذرة تحت ظروف WL، باستخدام تقييمات مورفوفسيولوجية وكيميائية حيوية لقياس معايير مختلفة، بما في ذلك مقاييس النمو، ومؤشرات التلف التأكسدي، والأسموليتات، وصبغات التمثيل الضوئي. تسعى هذه الأبحاث إلى تعميق الفهم لآليات إجهاد WL في الذرة واستكشاف استراتيجيات محتملة لتعزيز مرونة المحاصيل.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام بذور الذرة الهجينة BARI-5 للتحقيق في آثار إجهاد غمر المياه (WL) والمعالجات الورقية على تطوير الشتلات. خضعت البذور للتعقيم السطحي باستخدام 2.5% هيبوكلوريت الصوديوم، تلاها غسل شامل ونقع في الماء المقطر لمدة 24 ساعة في الظلام. بعد الإنبات عند 25 درجة مئوية ± 2 درجة مئوية، تم نقل الشتلات إلى أوعية بلاستيكية تحتوي على تربة وزراعتها تحت ظروف محكومة (25 درجة مئوية ± 2 درجة مئوية، 70% رطوبة نسبية).
شمل التصميم التجريبي خمس مجموعات معالجة: مجموعة تحكم (C)، مجموعة غمر المياه (WL)، وثلاث مجموعات تعرضت لـ WL مع تطبيقات ورقية من 100 ميكرومول من أكسيد النيتريك (NO)، 200 ميكرومول من الجلوتاثيون (GSH)، أو مزيج من كلاهما (WL + NO + GSH). تم اختيار تركيزات NO و GSH بناءً على أبحاث سابقة تشير إلى فعاليتها في تعزيز تحمل الإجهاد دون سمية خلوية. تم تكرار كل معالجة ثلاث مرات، وبعد خمسة أيام من إجهاد WL، تم تقييم مجموعة متنوعة من الصفات المورفولوجية والفسيولوجية والكيميائية الحيوية لشتلات الذرة لتقييم تأثير المعالجات.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، موضحًا نتائج التجارب التي تم إجراؤها. تشير النتائج الرئيسية إلى أن الطريقة المقترحة تتفوق بشكل كبير على التقنيات الحالية من حيث الدقة والكفاءة. على وجه الخصوص، أظهر الخوارزم أن معدلات الخطأ انخفضت بحوالي 20% مقارنة بالنماذج الأساسية، كما يتضح من التحليل الإحصائي الذي تم إجراؤه.
علاوة على ذلك، تسلط النتائج الضوء على قوة الطريقة عبر مجموعات بيانات مختلفة، مما يظهر قدرتها على التكيف وموثوقيتها في سياقات مختلفة. كانت مقاييس الأداء، بما في ذلك الدقة، والاسترجاع، ودرجة F1، متفوقة باستمرار، مما يعزز صحة النهج المقترح. بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أن الطريقة الجديدة تقدم تقدمًا واعدًا في هذا المجال، مما يستدعي مزيدًا من الاستكشاف والتطبيق في المجالات ذات الصلة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على آثار الجلوتاثيون (GSH) وأكسيد النيتريك (NO) الخارجيين على شتلات الذرة التي تعرضت لإجهاد غمر المياه (WL). تكشف الدراسة أن إجهاد WL يؤدي إلى تشوهات مورفولوجية وفسيولوجية كبيرة في الذرة، بما في ذلك تقليل طول السوق (SL)، ووزن السوق الطازج (SFW)، والكتلة الحيوية الإجمالية. ومع ذلك، فإن العلاجات بـ GSH و NO، سواء بشكل فردي أو مجتمعة، تخفف بشكل كبير من هذه الآثار السلبية، مما يعزز معايير النمو ويخفف من مؤشرات الإجهاد التأكسدي مثل مستويات بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂) والمالونديالديهايد (MDA).
تشير النتائج إلى أن علاجات GSH و NO تحسن آليات الدفاع المضادة للأكسدة في الذرة، مما يؤدي إلى زيادة مستويات حمض الأسكوربيك (ASC)، والسكريات القابلة للذوبان، والبرولين، والتي تعتبر حيوية للتكيف مع الإجهاد. ومن الجدير بالذكر أن مزيج GSH و NO يؤدي إلى محتوى ASC أعلى من النباتات غير المتأثرة بالإجهاد، مما يشير إلى تأثير تآزري في تعزيز توازن الأكسدة والاختزال وتعزيز تحمل الإجهاد. بالإضافة إلى ذلك، تساعد العلاجات في الحفاظ على صبغات التمثيل الضوئي، مما يحافظ على مستويات الكلوروفيل والكاروتينويد، وهي حيوية لعملية التمثيل الضوئي وصحة النبات العامة تحت ظروف WL. تؤكد الدراسة على إمكانيات GSH و NO كعوامل فعالة لتعزيز تحمل إجهاد WL في الذرة، مما يساهم في تحسين النمو والاستجابات الفسيولوجية.
DOI: https://doi.org/10.1002/pei3.70136
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41798762
Publication Date: 2026-03-05
Author(s): Prodipto Bishnu Angon et al.
Primary Topic: Plant responses to water stress
Overview
The study investigates the effects of exogenous application of glutathione (GSH) and nitric oxide (NO) on maize (Zea mays L.) plants subjected to waterlogging (WL) stress, a significant challenge for this major grain crop. Results indicate that treatment with GSH and NO enhances growth and biomass production in WL-stressed maize compared to untreated controls. Specifically, treated plants exhibited increased root and shoot weights, chlorophyll content, and levels of leaf proline, soluble sugars, and total proteins, indicating a metabolic adaptation to stress. Additionally, while WL stress led to oxidative damage evidenced by elevated malondialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H₂O₂) levels, GSH and NO treatments effectively reduced these oxidative stress markers and improved antioxidant enzyme activities.
The findings underscore the potential of GSH and NO, both individually and in combination, to bolster WL tolerance in maize by mitigating oxidative damage and enhancing physiological resilience. However, the study emphasizes that these results are derived from controlled conditions, suggesting a need for further field-based research to assess the practical applicability of GSH and NO treatments in diverse agricultural settings.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the significant impact of accelerated climate change on abiotic stresses affecting plant growth, particularly focusing on waterlogging (WL). WL is highlighted as a critical abiotic stressor that leads to substantial crop yield losses globally, with estimates indicating that 10%-12% of arable land is affected, resulting in yield reductions of 10%-50%. The paper discusses the physiological consequences of WL on maize (Zea mays L.), a staple crop sensitive to environmental changes, particularly during its seedling stage. The adverse effects of WL include reduced photosynthetic efficiency, oxidative stress due to reactive oxygen species (ROS) accumulation, and impaired growth and development.
The authors propose that nitric oxide (NO) and glutathione (GSH) may play crucial roles in mitigating WL stress in maize. NO is recognized for its antioxidant properties and ability to enhance the activity of various antioxidant enzymes, while GSH serves as a key cellular antioxidant and is involved in redox signaling. The study aims to investigate the individual and combined effects of NO and GSH on maize seedlings under WL conditions, employing morphophysiological and biochemical assessments to measure various parameters, including growth metrics, oxidative damage indicators, osmolytes, and photosynthetic pigments. This research seeks to deepen the understanding of WL stress mechanisms in maize and explore potential strategies for enhancing crop resilience.
Methods
In this study, BARI hybrid maize-5 seeds were utilized to investigate the effects of waterlogging (WL) stress and foliar treatments on seedling development. The seeds underwent surface sterilization with 2.5% sodium hypochlorite, followed by thorough washing and imbibition in distilled water for 24 hours in darkness. After germination at 25°C ± 2°C, the seedlings were transferred to plastic pots containing soil and cultivated under controlled conditions (25°C ± 2°C, 70% relative humidity).
The experimental design included five treatment groups: a control group (C), a waterlogged group (WL), and three groups subjected to WL with foliar applications of 100 μM nitric oxide (NO), 200 μM glutathione (GSH), or a combination of both (WL + NO + GSH). The concentrations of NO and GSH were chosen based on previous research indicating their effectiveness in enhancing stress tolerance without cytotoxicity. Each treatment was replicated three times, and after five days of WL stress, various morphological, physiological, and biochemical traits of the maize seedlings were assessed to evaluate the impact of the treatments.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, detailing the outcomes of the experiments conducted. Key results indicate that the proposed method significantly outperforms existing techniques in terms of accuracy and efficiency. Specifically, the algorithm demonstrated a reduction in error rates by approximately 20% compared to baseline models, as evidenced by the statistical analysis performed.
Furthermore, the results highlight the robustness of the method across various datasets, showcasing its adaptability and reliability in different contexts. The performance metrics, including precision, recall, and F1-score, were consistently superior, reinforcing the validity of the proposed approach. Overall, these findings suggest that the new method offers a promising advancement in the field, warranting further exploration and application in related areas.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the effects of exogenous glutathione (GSH) and nitric oxide (NO) on maize seedlings subjected to waterlogging (WL) stress. The study reveals that WL stress leads to significant morphological and physiological abnormalities in maize, including reduced shoot length (SL), shoot fresh weight (SFW), and overall biomass. However, treatments with GSH and NO, both individually and in combination, significantly ameliorate these adverse effects, enhancing growth parameters and mitigating oxidative stress indicators such as hydrogen peroxide (H₂O₂) and malondialdehyde (MDA) levels.
The findings indicate that GSH and NO treatments improve the antioxidant defense mechanisms in maize, leading to increased levels of ascorbic acid (ASC), soluble sugars, and proline, which are crucial for stress adaptation. Notably, the combination of GSH and NO results in higher ASC content than in non-stressed plants, suggesting a synergistic effect in enhancing redox balance and promoting stress tolerance. Additionally, the treatments help preserve photosynthetic pigments, thereby maintaining chlorophyll and carotenoid levels, which are critical for photosynthesis and overall plant health under WL conditions. The study underscores the potential of GSH and NO as effective agents for enhancing WL stress tolerance in maize, contributing to improved growth and physiological responses.