DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1753761
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41993745
تاريخ النشر: 2026-04-01
المؤلف: Km Babali Kumari وآخرون
الموضوع الرئيسي: إنبات البذور وعلم الفسيولوجيا
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة آثار معالجة البذور بحمض الجبريلين (GA₃) والميلاتونين على إنبات الذرة ونمو الشتلات المبكرة تحت ضغط الجفاف الناتج عن 10% PEG. تم تقييم عشرة أصناف من الذرة لخصائص متنوعة، بما في ذلك نسبة الإنبات، وحيوية الشتلات، وامتصاص الماء، وتراكم الكتلة الحيوية، والمعايير الكيميائية الحيوية مثل نشاط α-amylase، والسكريات القابلة للذوبان الكلية، ومحتوى البرولين، ومؤشرات الضرر التأكسدي. أشارت النتائج إلى أن ضغط الجفاف أعاق بشكل كبير النشاط الإنزيمي وتحريك المغذيات بينما زاد من الإجهاد التأكسدي. عالجت المعالجة بحمض الجبريلين (100 جزء في المليون) هذه الآثار جزئيًا، لكن التركيزات الأعلى كانت أقل فعالية. بالمقابل، عززت معالجة الميلاتونين (200 ميكرومتر) باستمرار معدلات الإنبات (>92%)، وطول الشتلات (~19-20 سم)، وامتصاص الماء (~88%-90%)، والدفاعات المضادة للأكسدة، بينما قللت من أكسدة الدهون وتسرب الإلكتروليتات.
تسلط النتائج الضوء على الأدوار المتميزة ولكن التكميلية لـ GA₃ والميلاتونين في تخفيف ضغط الجفاف أثناء إنبات الذرة. يعزز GA₃ بشكل أساسي الأيض المائي وتحريك المغذيات، مما يعزز حيوية الشتلات المبكرة، بينما يساعد الميلاتونين في التكيف الأسموزي واستقرار الأغشية، مما يساهم في مرونة الإجهاد على المدى الطويل. تؤكد الدراسة على إمكانية هذه العلاجات كاستراتيجيات زراعية لتحسين تحمل الذرة للجفاف، مما يشير إلى الحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف آثارها على نمو الذرة وإنتاجها في ظروف الجفاف.
الطرق
في هذه الدراسة، تم إجراء تجربة مختبرية في مختبر فسيولوجيا البذور، BAU، صبور، للتحقيق في آثار معالجة البذور قبل الزراعة بحمض الجبريلين (GA3) والميلاتونين في تخفيف ضغط الرطوبة في الذرة. تم اختيار أربعة أصناف وراثية متنوعة من الذرة—CLO 2450، DHM 117، SML 1، وVQL 1—لتوحيد تركيزات عوامل المعالجة تحت ظروف الجفاف. تم الحصول على البذور من المشروع البحثي المنسق في جميع أنحاء الهند (AICRP)-الذرة، مما يضمن تجانسًا عاليًا في الحجم والقدرة على الإنبات، مع معدل إنبات يتجاوز 95% تحت ظروف التحكم.
تضمنت إعدادات التجربة بيئة محكومة maintained at 25 °C ± 2 °C مع فترة ضوء/ظلام 16/8 ساعات، مما يوفر كثافة ضوء تبلغ 300 ميكرومول م\(^{-2}\) ث\(^{-1}\). تم استخدام تصميم عشوائي كامل (CRD)، مع ثلاث تكرارات لكل معالجة، كل منها يتكون من 50 بذور لكل صنف. قبل المعالجة، خضعت البذور للتعقيم السطحي باستخدام محلول هيبوكلوريت الصوديوم بنسبة 1% لمدة 5 دقائق، تلاها شطف جيد بالماء المقطر وتجفيف الهواء لاستعادة محتوى الرطوبة الأصلي. كانت هذه الطريقة المنهجية تهدف إلى ضمان موثوقية النتائج فيما يتعلق بفعالية عوامل المعالجة تحت ظروف ضغط الرطوبة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على تأثير معالجة البذور بحمض الجبريلين (GA₃) والميلاتونين في تخفيف ضغط الجفاف في الذرة. استخدمت الدراسة تركيزات متنوعة من GA₃ (50، 100، و200 جزء في المليون) والميلاتونين (50، 100، و200 ميكرومتر) لمعالجة البذور قبل تعريضها لظروف الجفاف التي تم محاكاتها باستخدام 10% من بولي إيثيلين جلايكول (PEG-6000). أشارت النتائج إلى أن ضغط الجفاف قلل بشكل كبير من معدلات الإنبات ونمو الشتلات، مع انخفاض ملحوظ يبلغ حوالي 28%-30% في نسبة الإنبات. عالجت معالجة GA₃ والميلاتونين هذه الآثار السلبية بشكل فعال، حيث أظهر GA₃ عند 100 جزء في المليون أكبر تحسين في نسبة الإنبات وسرعته، بينما تفوق الميلاتونين باستمرار على GA₃، خاصة عند 200 ميكرومتر، مستعيدًا معدلات الإنبات بالقرب من مستويات التحكم.
كشفت التحليلات الكيميائية الحيوية أن ضغط الجفاف أثر سلبًا على العمليات الأيضية الرئيسية، بما في ذلك نشاط الأميلاز، والسكريات القابلة للذوبان الكلية، ومحتوى البرولين، بينما زاد من أكسدة الدهون وتسرب الإلكتروليتات. عززت معالجة GA₃ النشاط الإنزيمي وتراكم الأسموليت، مما ساهم في تحسين تحمل الجفاف. بالمقابل، أظهر الميلاتونين تأثيرًا مضادًا للأكسدة أقوى، مما زاد من محتوى الفينولات الكلي وقلل من الضرر التأكسدي. تؤكد النتائج على الأدوار التكميلية لـ GA₃ والميلاتونين في تعزيز إنبات البذور وحيوية الشتلات تحت ظروف الجفاف، مع بروز الميلاتونين كعامل أكثر فعالية في تعزيز مرونة الجفاف في الذرة. بشكل عام، توفر الدراسة رؤى قيمة حول إمكانية استراتيجيات معالجة البذور لتحسين أداء المحاصيل في البيئات المحدودة بالمياه.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1753761
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41993745
Publication Date: 2026-04-01
Author(s): Km Babali Kumari et al.
Primary Topic: Seed Germination and Physiology
Overview
This study investigates the effects of seed priming with gibberellic acid (GA₃) and melatonin on maize germination and early seedling growth under drought stress induced by 10% PEG. Ten maize genotypes were evaluated for various traits, including germination percentage, seedling vigor, water uptake, biomass accumulation, and biochemical parameters such as α-amylase activity, total soluble sugars, proline content, and oxidative damage indicators. Results indicated that drought stress significantly hindered enzymatic activity and nutrient mobilization while increasing oxidative stress. Priming with GA₃ (100 ppm) partially mitigated these effects, but higher concentrations were less effective. In contrast, melatonin priming (200 µM) consistently enhanced germination rates (>92%), seedling length (~19-20 cm), water uptake (~88%-90%), and antioxidant defenses, while reducing lipid peroxidation and electrolyte leakage.
The findings highlight the distinct yet complementary roles of GA₃ and melatonin in alleviating drought stress during maize germination. GA₃ primarily enhances hydrolytic metabolism and nutrient mobilization, promoting early seedling vigor, whereas melatonin aids in osmotic adjustment and membrane stability, contributing to long-term stress resilience. The study underscores the potential of these treatments as agronomic strategies to improve maize tolerance to drought, suggesting that further research is needed to explore their effects on maize growth and yield under drought conditions.
Methods
In this study, a laboratory experiment was conducted at the Seed Physiology Lab, BAU, Sabour, to investigate the effects of pre-sowing seed priming with gibberellic acid (GA3) and melatonin on alleviating moisture stress in maize. Four genetically diverse maize genotypes—CLO 2450, DHM 117, SML 1, and VQL 1—were selected for the standardization of priming agent concentrations under drought conditions. Seeds were sourced from the All India Coordinated Research Project (AICRP)-Maize, ensuring high uniformity in size and viability, with a germination rate exceeding 95% under control conditions.
The experimental setup involved a controlled environment maintained at 25 °C ± 2 °C with a 16/8-hour light/dark photoperiod, providing a light intensity of 300 µmol m\(^{-2}\) s\(^{-1}\). A completely randomized design (CRD) was employed, with three replicates per treatment, each consisting of 50 seeds per genotype. Prior to treatment, seeds underwent surface sterilization using a 1% sodium hypochlorite solution for 5 minutes, followed by thorough rinsing with distilled water and air-drying to restore their original moisture content. This methodological approach aimed to ensure the reliability of the results regarding the efficacy of the priming agents under moisture stress conditions.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the impact of seed priming with gibberellic acid (GA₃) and melatonin on mitigating drought stress in maize. The study utilized various concentrations of GA₃ (50, 100, and 200 ppm) and melatonin (50, 100, and 200 µM) to prime seeds before exposing them to drought conditions simulated with 10% polyethylene glycol (PEG-6000). Results indicated that drought stress significantly reduced germination rates and seedling growth, with a notable decline of approximately 28%-30% in germination percentage. Priming with GA₃ and melatonin effectively alleviated these negative effects, with GA₃ at 100 ppm showing the most substantial improvement in germination percentage and speed, while melatonin consistently outperformed GA₃, particularly at 200 µM, restoring germination rates close to control levels.
The biochemical analyses revealed that drought stress adversely affected key metabolic processes, including amylase activity, total soluble sugars, and proline content, while increasing lipid peroxidation and electrolyte leakage. GA₃ priming enhanced enzymatic activity and osmolyte accumulation, contributing to improved drought tolerance. In contrast, melatonin exhibited a stronger antioxidant effect, enhancing total phenolic content and reducing oxidative damage. The findings underscore the complementary roles of GA₃ and melatonin in promoting seed germination and seedling vigor under drought conditions, with melatonin emerging as the more effective agent for enhancing drought resilience in maize. Overall, the study provides valuable insights into the potential of seed priming strategies to improve crop performance in water-limited environments.