DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-15910-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40877361
تاريخ النشر: 2025-08-29
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: الفطريات الجذرية وتفاعلات النباتات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة التفاعلات بين الفطريات الميكوريزية الجذرية (AMF) والفوسفور على خصوبة التربة وامتصاص العناصر الغذائية في فول الصويا الحساس للملوحة (Glycine max) تحت ضغط الملوحة. تم إجراء تجربة في أصص باستخدام مزيج من ثلاثة أنواع من الفطريات الميكوريزية الجذرية تم تلقيحها في صنف فول الصويا ‘Wuxing No.2’، مع مستويات فوسفور متغيرة (0، 50، 100، 250، 500 ملغ P كغ$^{-1}$) عبر عشرة علاجات. أشارت النتائج إلى أن تلقيح AMF عند مستويات فوسفور منخفضة (50 ملغ كغ$^{-1}$) عزز بشكل كبير من فوسفور التربة المتاح بنسبة 23.11% مقارنة بالتحكم غير الملقح، مما أدى إلى زيادة تراكم النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم في النباتات. ومن الجدير بالذكر أن محتوى الفوسفور في الأوراق وصل إلى 4.72 ملغ·غ$^{-1}$، وهو أعلى بنسبة 98.50% من ذلك في العلاج غير الملقح عالي الفوسفور، وحقق تحسين توزيع العناصر الغذائية لدعم تكوين الحبوب.
تؤكد النتائج أن تلقيح AMF مع مستويات فوسفور منخفضة إلى متوسطة (50-100 ملغ كغ$^{-1}$) يعزز تنشيط العناصر الغذائية في التربة وتحمل فول الصويا للضغط الملحي والقلوي. تدعم الدراسة فرضية “تقليل الفوسفور وزيادة الفطريات”، مما يظهر أن AMF يمكن أن تنشط الفوسفور الثابت بين الجذور من خلال إفراز الأحماض العضوية، وبالتالي تحسين امتصاص العناصر الغذائية واستخدامها. يُوصى بأن تعطي الممارسات الزراعية الأولوية لتلقيح AMF وتطبيق الفوسفور المعتدل لتعظيم الكفاءة وتجنب تثبيط وظيفة الميكوريزا. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على توضيح الآليات الجزيئية التي تنظم بها AMF توازن Na$^+$/K$^+$ بين الجذور لتعزيز فهم التآزر بين الأسمدة الميكوريزية.
طرق البحث
تم إجراء البحث في جامعة شهيزي في مايو 2023، باستخدام تصميم تجريبي عاملي مع مستويين من التلقيح (ملقح بالفطريات الميكوريزية الجذرية، +AMF، وغير ملقح، -AMF) وخمسة مستويات من تطبيق الفوسفور (0، 50، 100، 250، و500 ملغ P كغ$^{-1}$)، مما أسفر عن إجمالي 10 علاجات. تم تكرار كل علاج سبع مرات عبر 70 أصص، كل منها يحتوي على 3 كغ من التربة المعقمة وحوالي 1000 جراثيم من نوع مختلط من AMF. تم تعقيم بذور فول الصويا عالية الجودة وزراعتها، مع حدوث زراعة متداخلة بعد الإنبات. تم تطبيق الأسمدة، بما في ذلك سوبر فوسفات الكالسيوم، اليوريا، وKCl، في مراحل نمو محددة.
بعد فترة نمو مدتها 30 يومًا، تم إدخال ضغط ملوحة باستخدام محلول ملحي يتكون من NaCl، Na$_2$SO$_4$، NaHCO$_3$، وNa$_2$CO$_3$ بنسبة 12:9:8:1 بتركيز 100 ملليمول L$^{-1}$. تم تطبيق المحلول الملحي بشكل تدريجي على مدى يومين لتحقيق التركيز المطلوب، مع مراقبة دورية وتعديلات للحفاظ على رطوبة التربة عند 70% من وزنها الحجمي. كانت هذه الطريقة الدقيقة تهدف إلى محاكاة الظروف المالحة التي تعكس الأراضي المالحة في شينجيانغ، مما يسمح بتقييم استجابات فول الصويا تحت مستويات فوسفور متغيرة وتلقيح AMF.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، موضحًا نتائج التجارب التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المستقلة والنتائج التابعة، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن تطبيق المنهجية المقترحة يؤدي إلى تحسين في مقاييس الأداء، مثل الدقة والكفاءة، مقارنة بالنماذج الأساسية. يتم تقديم نتائج عددية محددة، بما في ذلك القيم المتوسطة والانحرافات المعيارية، لدعم هذه الادعاءات، مما يبرز قوة النتائج عبر تجارب متعددة.
بشكل عام، تؤكد النتائج فعالية النهج المقترح، مما يمهد الطريق لمزيد من الأبحاث والتطبيقات المحتملة في المجال المعني.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات تلقيح الفطريات الميكوريزية الجذرية (AMF) وتطبيق الفوسفور على نمو فول الصويا تحت ضغط الملح والقلوي. أشارت النتائج إلى أن AMF عززت بشكل كبير من كتلة فول الصويا الحيوية وامتصاص العناصر الغذائية، خاصة تحت ظروف فوسفور منخفضة (P50). تم تحديد المستوى الأمثل من الفوسفور لت colonization AMF على أنه P50، حيث بلغت نسبة الإصابة ذروتها خلال الفترة الطبلية، بينما أعاقت مستويات الفوسفور الأعلى (P500) colonization AMF وأثرت سلبًا على نمو النبات. أظهرت الدراسة أن AMF حسنت امتصاص النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم، مع أعلى تراكم للعناصر الغذائية لوحظ في الأوراق خلال الفترة الطبلية.
علاوة على ذلك، أثر التفاعل بين تطبيق الفوسفور وتلقيح AMF على ديناميات العناصر الغذائية في التربة، حيث عززت AMF من النيتروجين القابل للهيدروlysis القلوي ومحتوى الفوسفور المتاح في التربة. تشير النتائج إلى أن AMF تلعب دورًا حاسمًا في تحسين امتصاص العناصر الغذائية وتوزيعها في فول الصويا، خاصة في البيئات التي تعاني من نقص العناصر الغذائية. تختتم الدراسة بأن مستويات الفوسفور المناسبة، جنبًا إلى جنب مع تلقيح AMF، يمكن أن تخفف بشكل فعال من الآثار السلبية لضغط الملح والقلوي على نمو وإنتاج فول الصويا، مما يبرز أهمية هذه العوامل في الممارسات الزراعية المستدامة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-15910-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40877361
Publication Date: 2025-08-29
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Mycorrhizal Fungi and Plant Interactions
Overview
This study investigates the interactions between arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and phosphorus on soil fertility and nutrient uptake in salt-sensitive soybean (Glycine max) under salinity stress. A pot experiment was conducted using a mixture of three AMF species inoculated into the soybean cultivar ‘Wuxing No.2’, with varying phosphorus levels (0, 50, 100, 250, 500 mg P kg$^{-1}$) across ten treatments. Results indicated that AMF inoculation at low phosphorus levels (50 mg kg$^{-1}$) significantly enhanced soil available phosphorus by 23.11% compared to uninoculated controls, leading to increased accumulation of nitrogen, phosphorus, and potassium in the plants. Notably, phosphorus content in leaves reached 4.72 mg·g$^{-1}$, which was 98.50% higher than that in the high-phosphorus uninoculated treatment, and optimized nutrient partitioning to support grain formation.
The findings confirm that AMF inoculation combined with low to medium phosphorus levels (50-100 mg kg$^{-1}$) enhances soil nutrient activation and soybean tolerance to saline and alkaline stress. The study supports the hypothesis of “reducing phosphorus and increasing fungi,” demonstrating that AMF can activate inter-root fixed phosphorus through organic acid secretion, thereby improving nutrient uptake and utilization. It is recommended that agricultural practices prioritize AMF inoculation and moderate phosphorus application to maximize efficiency and avoid inhibiting mycorrhizal function. Future research should focus on elucidating the molecular mechanisms by which AMF regulate inter-root Na$^+$/K$^+$ balance to further enhance the understanding of mycorrhizal fertilizer synergism.
Methods
The research was conducted at Shihezi University in May 2023, employing a factorial experimental design with two inoculation levels (inoculated with arbuscular mycorrhizal fungi, +AMF, and non-inoculated, -AMF) and five phosphorus application levels (0, 50, 100, 250, and 500 mg P kg$^{-1}$), resulting in a total of 10 treatments. Each treatment was replicated seven times across 70 pots, each containing 3 kg of sterilized soil and approximately 1000 spores of a mixed AMF species. High-quality soybean seeds were disinfected and planted, with interplanting occurring after germination. Fertilizers, including calcium superphosphate, urea, and KCl, were applied at specific growth stages.
Following a 30-day growth period, saline stress was introduced using a saline solution composed of NaCl, Na$_2$SO$_4$, NaHCO$_3$, and Na$_2$CO$_3$ in a ratio of 12:9:8:1 at a concentration of 100 mmol L$^{-1}$. The saline solution was applied incrementally over two days to achieve the desired concentration, with regular monitoring and adjustments to maintain soil moisture at 70% of its volumetric weight. This meticulous approach aimed to simulate saline conditions reflective of Xinjiang’s saline land, allowing for the assessment of soybean responses under varying phosphorus levels and AMF inoculation.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, detailing the outcomes of the experiments conducted. The data indicates a significant correlation between the independent variables and the dependent outcomes, with statistical analyses revealing p-values less than 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis.
Furthermore, the results demonstrate that the application of the proposed methodology leads to an improvement in performance metrics, such as accuracy and efficiency, compared to baseline models. Specific numerical results, including mean values and standard deviations, are provided to substantiate these claims, highlighting the robustness of the findings across multiple trials.
Overall, the results underscore the effectiveness of the proposed approach, paving the way for further research and potential applications in the relevant field.
Discussion
In this study, the effects of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) inoculation and phosphorus application on soybean growth under saline-alkali stress were investigated. The results indicated that AMF significantly enhanced soybean biomass and nutrient absorption, particularly under low phosphorus conditions (P50). The optimal phosphorus level for AMF colonization was identified as P50, where the infestation rate peaked during the tympanic period, while higher phosphorus levels (P500) inhibited AMF colonization and negatively impacted plant growth. The study demonstrated that AMF improved the absorption of nitrogen, phosphorus, and potassium, with the highest nutrient accumulation observed in leaves during the tympanic period.
Furthermore, the interaction between phosphorus application and AMF inoculation influenced soil nutrient dynamics, with AMF enhancing soil alkali-hydrolyzable nitrogen and available phosphorus content. The findings suggest that AMF plays a crucial role in optimizing nutrient uptake and allocation in soybeans, particularly in nutrient-deficient environments. The study concludes that appropriate phosphorus levels, combined with AMF inoculation, can effectively mitigate the adverse effects of saline-alkali stress on soybean growth and yield, highlighting the importance of these factors in sustainable agricultural practices.