DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1374228
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38803599
تاريخ النشر: 2024-05-13
المؤلف: Faisal Mehdi وآخرون
الموضوع الرئيسي: زراعة ومعالجة قصب السكر
نظرة عامة
تتناول المراجعة التأثير الكبير للضغوط البيئية على محصول قصب السكر وتراكم السكروز، والتي تعتبر حاسمة للإنتاجية الزراعية والأمن الغذائي. تؤكد على أن العوامل الحيوية وغير الحيوية، مثل ندرة المياه، وتغيرات درجة الحرارة، و infestations الحشرات، والأمراض، تؤثر سلبًا على أداء قصب السكر. تتعمق الورقة في الاستجابات الكيميائية الحيوية والفسيولوجية لقصب السكر تجاه هذه الضغوط، مع التركيز بشكل خاص على دور أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ومختلف المستقلبات، بالإضافة إلى مشاركة الجينات المرتبطة بمقاومة الضغوط البيئية.
بالإضافة إلى ذلك، تسلط المراجعة الضوء على الأساليب المبتكرة لتحسين محصول قصب السكر، وخاصة من خلال تطبيق الكائنات الحية الداخلية. تظهر هذه الكائنات الدقيقة أنها تعزز آليات الدفاع النباتية من خلال إنتاج مركبات نشطة حيويًا تعزز استجابات المناعة للنبات وتحسن قابليته للتكيف مع التحديات البيئية. بشكل عام، تقدم المقالة رؤى حول الآليات الداخلية التي يمكن الاستفادة منها لتعزيز نمو قصب السكر ومرونته، مما يوفر استراتيجيات محتملة لزيادة إنتاجية المحاصيل في مواجهة تغير المناخ.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التأثير الكبير للضغوط البيئية على نمو وإنتاجية قصب السكر، مع التأكيد على أهمية المحصول كأحد النباتات C4 الرئيسية في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية لإنتاج السكر والطاقة الحيوية. لقد زاد تغير المناخ من التحديات مثل الجفاف، وضغط الحرارة، و infestations الآفات، مما أدى إلى خسائر كبيرة في المحاصيل. ومن الجدير بالذكر أن الأمراض مثل الصدأ والسموم، إلى جانب مختلف الآفات الحشرية، تساهم في فقدان الإنتاج الزراعي العالمي بنسبة تقارب 37%، مع تعرض مناطق معينة لتأثيرات شديدة من هذه الضغوط.
تستكشف هذه الفقرة أيضًا الاستجابات الفسيولوجية لقصب السكر تجاه العوامل غير الحيوية، وخاصة الحرارة والجفاف، والتي يمكن أن تعيق عملية التمثيل الضوئي، وتوازن المياه، وصحة النبات بشكل عام. تسلط الضوء على أن درجات الحرارة المثلى لنمو قصب السكر تتراوح من 8°C إلى 34°C، مع الانحرافات التي تؤدي إلى آثار ضارة على المحصول. بالإضافة إلى ذلك، تؤكد المقدمة على دور الكائنات الحية الداخلية – الكائنات الدقيقة التي تعيش في أنسجة النبات – في تعزيز مرونة النبات ضد الضغوط البيئية، ومقاومة الأمراض، واكتساب العناصر الغذائية. تهدف المراجعة إلى توضيح الآليات التي تساهم بها الكائنات الحية الداخلية في إنتاجية قصب السكر وبقائه، بينما تفحص أيضًا تأثير العوامل البيئية على محتوى السكروز وتكوين محصول القصب.
نقاش
يسلط النقاش الضوء على التأثير الكبير لمختلف الضغوط الحيوية وغير الحيوية على إنتاج قصب السكر، مع التأكيد على انتشار الأمراض الفطرية والبكتيرية والفيروسية. وقد حددت الأبحاث 39 نوعًا من الأمراض التي تؤثر على قصب السكر في الصين، مع الإبلاغ عن أكثر من 120 مرضًا على مستوى العالم. ومن الجدير بالذكر أن مرض السموم الذي يسببه *Sporisorium scitamineum* هو مدمر بشكل خاص، مما يؤدي إلى خسائر في المحصول تتراوح من 9% إلى 75% وانخفاض في استرداد السكر. تم اقتراح تربية المقاومة، مع توصية أنواع معينة لمرونتها ضد السموم. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت عوامل التحكم البيولوجي مثل *Trichoderma* و *Bacillus velezensis* وعدًا في التخفيف من تأثيرات الأمراض، مما يعزز نمو النبات والمحصول.
تناقش الفقرة أيضًا العواقب الاقتصادية لأمراض مثل التعفن الأحمر و pokkah boeng، والتي يمكن أن تؤدي إلى تخفيضات كبيرة في المحصول ومحتوى السكر المتضرر. يؤكد النقاش على الحاجة إلى استمرار البحث في الأصناف المقاومة واستراتيجيات الإدارة الفعالة، بما في ذلك استخدام عوامل التحكم البيولوجي والممارسات الزراعية المناسبة. علاوة على ذلك، تم تحديد الضغوط غير الحيوية، وخاصة الجفاف، كعوامل حاسمة تؤثر على محصول قصب السكر، مع الإشارة إلى أن الدراسات تشير إلى خسائر محتملة في المحصول تصل إلى 70% في ظل ظروف الجفاف الشديدة. كما تم التأكيد على أهمية إدارة العناصر الغذائية، وخاصة تخصيب النيتروجين، كوسيلة لتحسين إنتاجية قصب السكر. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على التحديات المتعددة الأوجه التي تواجه صناعة قصب السكر وضرورة اتباع نهج متكامل لتعزيز المرونة والإنتاجية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1374228
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38803599
Publication Date: 2024-05-13
Author(s): Faisal Mehdi et al.
Primary Topic: Sugarcane Cultivation and Processing
Overview
The review addresses the significant impact of environmental stresses on sugarcane yield and sucrose accumulation, which are critical for agricultural productivity and food security. It emphasizes that both biotic and abiotic factors, such as water scarcity, temperature variations, insect infestations, and diseases, adversely affect sugarcane performance. The paper delves into the biochemical and physiological responses of sugarcane to these stresses, particularly focusing on the role of reactive oxygen species (ROS) and various metabolites, as well as the involvement of environmental stress-related resistance genes.
Additionally, the review highlights innovative approaches for sugarcane crop improvement, particularly through the application of endophytes. These microorganisms are shown to enhance plant defense mechanisms by producing bioactive compounds that bolster the plant’s immune responses and improve its adaptability to environmental challenges. Overall, the article provides insights into internal mechanisms that can be leveraged to enhance sugarcane growth and resilience, offering potential strategies for increasing crop productivity in the face of climate change.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significant impact of environmental stressors on sugarcane growth and productivity, emphasizing the crop’s importance as a major C4 plant in tropical and subtropical regions for sugar and bioenergy production. Climate change has exacerbated challenges such as drought, heat stress, and pest infestations, leading to substantial yield losses. Notably, diseases like rust and smut, along with various insect pests, contribute to a global agricultural production loss of approximately 37%, with specific regions experiencing severe impacts from these stressors.
The section further explores the physiological responses of sugarcane to abiotic factors, particularly heat and drought, which can hinder photosynthesis, water balance, and overall plant health. It highlights that optimal temperatures for sugarcane growth range from 8°C to 34°C, with deviations leading to detrimental effects on yield. Additionally, the introduction underscores the role of endophytes—microorganisms that inhabit plant tissues—in enhancing plant resilience against environmental pressures, disease resistance, and nutrient acquisition. The review aims to clarify the mechanisms by which endophytes contribute to sugarcane productivity and survival, while also examining the influence of environmental factors on sucrose content and cane yield formation.
Discussion
The discussion highlights the significant impact of various biotic and abiotic stresses on sugarcane production, emphasizing the prevalence of fungal, bacterial, and viral diseases. Research has identified 39 disease species affecting sugarcane in China, with over 120 diseases reported globally. Notably, sugarcane smut caused by *Sporisorium scitamineum* is particularly devastating, leading to yield losses ranging from 9% to 75% and a decline in sugar recovery. Resistance breeding has been suggested, with specific cultivars recommended for their resilience against smut. Additionally, biocontrol agents such as *Trichoderma* and *Bacillus velezensis* have shown promise in mitigating disease impacts, enhancing both plant growth and yield.
The section also addresses the economic ramifications of diseases like red rot and pokkah boeng, which can result in severe yield reductions and compromised sugar content. The discussion underscores the need for ongoing research into resistant cultivars and effective management strategies, including the use of biocontrol agents and proper agricultural practices. Furthermore, abiotic stresses, particularly drought, are identified as critical factors affecting sugarcane yield, with studies indicating potential yield losses of up to 70% under severe drought conditions. The importance of nutrient management, particularly nitrogen fertilization, is also emphasized as a means to optimize sugarcane productivity. Overall, the findings highlight the multifaceted challenges faced by the sugarcane industry and the necessity for integrated approaches to enhance resilience and productivity.