DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1600231
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40454364
تاريخ النشر: 2025-05-16
المؤلف: Ying Ma وآخرون
الموضوع الرئيسي: إدارة الفوسفور والمغذيات
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للفوسفور (P) في نمو النباتات، مع التأكيد على مشاركته في عملية التمثيل الضوئي، وتطوير الجذور، وتخليق النيوكليوتيدات. على الرغم من أهميته، فإن نسبة صغيرة فقط (0.1-0.5%) من إجمالي فوسفور التربة متاحة حيوياً للنباتات، ويرجع ذلك أساساً إلى انتشار الفوسفات غير القابلة للذوبان (IPs) مثل فوسفات الحديد (FePO₄)، وفوسفات الألمنيوم (AlPO₄)، وفوسفات الكالسيوم الثلاثي (Ca₃(PO₄)₂). هذه الـ IPs، التي تنتشر عبر أنواع التربة المختلفة، تحد بشكل كبير من إمكانية الوصول إلى الفوسفور وإنتاج المحاصيل. يمكن أن يعزز استخدام الأسمدة الكيميائية الفوسفاتية من توفر الفوسفور؛ ومع ذلك، فإن أكثر من 60% من هذه الأسمدة تتفاعل بسرعة مع الكاتيونات المعدنية في التربة، مما يؤدي إلى تثبيتها كـ IPs.
تؤكد الورقة على إمكانيات الميكروبات المذابة للفوسفات (PSMs) في تحويل هذه الأشكال غير القابلة للذوبان من الفوسفور إلى أشكال متاحة حيوياً، مما يحسن من امتصاص النباتات. من بين PSMs، تظهر الفطريات المذابة للفوسفات (PSF) قدرات تفكيك الفوسفور تفوق تلك الخاصة بالبكتيريا والميكروبات الفطرية، حيث تعتبر الفطر Aspergillus niger فعالة بشكل خاص. تدعو هذه الدراسة إلى استخدام PSFs كاستراتيجية مستدامة لتعزيز إدارة الفوسفور في الزراعة، مع معالجة النقص المتوقع في الفوسفور في العقود القادمة.
نقاش
يسلط النقاش الضوء على الآليات والمزايا للفطريات المذابة للفوسفات (PSF) في إذابة الفوسفات غير القابلة للذوبان (IPs) وآثارها على الممارسات الزراعية. يمكن أن تفرز PSF، مثل الأنواع من أجناس *Penicillium*، *Aspergillus*، و*Trichoderma*، كميات كبيرة من الأحماض العضوية، بما في ذلك حمض الأكساليك وحمض الستريك، مما يعزز من إذابة الـ IPs. من الجدير بالذكر أن PSF تظهر قدرات تفوق تلك الخاصة بالبكتيريا المذابة للفوسفات (PSB) بسبب شبكاتها الهيفية الواسعة، التي تسمح بالتغلغل العميق في تجمعات التربة واستمرار إذابة الـ IP حتى بعد عدة زراعات فرعية. لقد أظهرت زراعة PSF و PSB معاً أنها تحسن بشكل تآزري من إذابة الـ IP ونمو النباتات، مما يقترح استراتيجية واعدة لتعزيز توفر الفوسفور في التربة.
تؤثر العوامل البيئية، مثل درجة حموضة التربة، وتركيب المعادن، وأشكال النيتروجين، بشكل كبير على فعالية PSF في إذابة الـ IPs. بشكل عام، تعمل PSF بشكل أفضل في التربة الحمضية، حيث يتم تعظيم كتلتها الحيوية وإفراز الأحماض العضوية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤثر نوع النيتروجين المتاح على إنتاج الأحماض العضوية، حيث يعزز النترات (NO₃⁻) إفراز حمض الأكساليك أكثر من الأمونيوم (NH₄⁺). يؤكد النقاش على الحاجة إلى مزيد من البحث لتحسين تطبيق PSF في أنواع وظروف التربة المختلفة، بما في ذلك الهندسة الوراثية للسلالات وتطوير الأسمدة الحيوية متعددة الوظائف. بشكل عام، يمكن أن يؤدي تعزيز التطبيق العملي لـ PSF في الزراعة إلى تحسين استخدام الفوسفور في التربة وزيادة إنتاج المحاصيل، مع معالجة أيضاً تلوث المعادن الثقيلة في التربة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1600231
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40454364
Publication Date: 2025-05-16
Author(s): Ying Ma et al.
Primary Topic: Phosphorus and nutrient management
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of phosphorus (P) in plant growth, emphasizing its involvement in photosynthesis, root development, and nucleotide synthesis. Despite its importance, only a small fraction (0.1-0.5%) of total soil phosphorus is bioavailable to plants, primarily due to the prevalence of insoluble phosphates (IPs) such as ferric phosphate (FePO₄), aluminum phosphate (AlPO₄), and tricalcium phosphate (Ca₃(PO₄)₂). These IPs, which are widespread across various soil types, significantly limit phosphorus accessibility and crop yields. The use of chemical phosphate fertilizers can enhance phosphorus availability; however, over 60% of these fertilizers quickly react with soil metal cations, leading to their immobilization as IPs.
The paper underscores the potential of phosphate-solubilizing microorganisms (PSMs) to convert these insoluble forms of phosphorus into bioavailable ones, thereby improving plant uptake. Among PSMs, phosphate-solubilizing fungi (PSF) demonstrate superior phosphorus-dissolving capabilities compared to bacteria and actinomycetes, with the fungus Aspergillus niger being particularly effective. This research advocates for the utilization of PSFs as a sustainable strategy to enhance phosphorus management in agriculture, addressing the anticipated phosphorus shortages in the coming decades.
Discussion
The discussion highlights the mechanisms and advantages of phosphate-solubilizing fungi (PSF) in the dissolution of insoluble phosphates (IPs) and their implications for agricultural practices. PSF, such as species from the genera *Penicillium*, *Aspergillus*, and *Trichoderma*, can secrete significant amounts of organic acids, including oxalic and citric acids, which enhance the solubilization of IPs. Notably, PSF exhibit superior capabilities compared to phosphate-solubilizing bacteria (PSB) due to their extensive hyphal networks, which allow deeper penetration into soil aggregates and sustained IP dissolution even after multiple subcultures. Co-inoculation of PSF and PSB has been shown to synergistically improve IP dissolution and plant growth, suggesting a promising strategy for enhancing soil phosphorus availability.
Environmental factors, such as soil pH, mineral composition, and nitrogen forms, significantly influence the efficacy of PSF in solubilizing IPs. PSF generally perform better in acidic soils, where their biomass and organic acid secretion are maximized. Additionally, the type of nitrogen available can modulate organic acid production, with nitrate (NO₃⁻) promoting higher oxalic acid secretion than ammonium (NH₄⁺). The discussion emphasizes the need for further research to optimize PSF application in various soil types and conditions, including genetic engineering of strains and the development of multifunctional biofertilizers. Overall, enhancing the practical application of PSF in agriculture could lead to improved soil phosphorus utilization and crop yields, while also addressing heavy metal contamination in soils.