DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1751005
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41608683
تاريخ النشر: 2026-01-13
المؤلف: Yu Fu وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في دور بكتيريا حل الفوسفات (PSB) في تعزيز نمو الخيار (Cucumis sativus L.) ضمن أنظمة الزراعة المكثفة، حيث غالبًا ما تحدد تدهور التربة من توفر الفوسفور. عزلت الدراسة سلالة جديدة من PSB، تم تحديدها باسم Y31، والتي تم التعرف عليها على أنها Bacillus subtilis، وقد أظهرت قدرات كبيرة في حل الفوسفات الكالسيوم والفوسفات الكالسيوم، وإفراز إنزيمات متنوعة، وإنتاج السايدروفور، وإظهار خصائص مضادة للفطريات الممرضة. أدى تلقيح Y31 إلى زيادة ملحوظة بنسبة 35.30% في إنتاج الخيار في البيوت الزجاجية، بالإضافة إلى تحسينات في الفوسفور المتاح في التربة وتغيرات في تكوين مجتمع الفطريات في التربة، حيث تم تقليل Botryotrichum وChrysosporium بينما تم تعزيز Penicillium.
كشفت تسلسل الجينوم لـ B. subtilis Y31 عن جينات مرتبطة بدورة الفوسفور، وإنزيمات نشطة للكربوهيدرات، وتخليق المستقلبات الثانوية، مما يبرز إمكانياتها في تحسين توفر الفوسفور ودعم نمو النبات. تشير النتائج إلى أن B. subtilis Y31 لا تعزز فقط نمو الخيار وإنتاجه ولكنها تساهم أيضًا في إعادة هيكلة مجتمع الميكروبات في التربة. تسلط هذه الدراسة الضوء على وعد السلالة للممارسات الزراعية المستدامة من خلال تحسين استخدام موارد الفوسفور وتعزيز أنظمة إنتاج المحاصيل.
مقدمة
تؤكد مقدمة ورقة البحث على الدور الحاسم للفوسفور كعنصر غذائي أساسي لنمو النبات، مشيرة إلى أنه على الرغم من أن التربة تحتوي عمومًا على فوسفور وفير، إلا أنه غالبًا ما يوجد في أشكال غير قابلة للذوبان لا تتوفر بسهولة لامتصاص النبات. تؤدي هذه القيود إلى تحديات زراعية كبيرة، بما في ذلك نمو المحاصيل المتعثر وفقدان العائد، مما يدفع إلى الاستخدام الواسع للأسمدة الفوسفاتية. ومع ذلك، غالبًا ما يتم تثبيت هذه الأسمدة في التربة، مما يقلل من فعاليتها ويساهم في مشكلات بيئية مثل إخصاب المياه. تسلط الدراسة الضوء على أهمية تطوير استراتيجيات تنشيط الفوسفور المستدامة، وخاصة من خلال استخدام بكتيريا حل الفوسفات (PSB)، التي تعزز توفر الفوسفور الحيوي من خلال إفراز الإنزيمات والأحماض العضوية التي تسهل تحويل الفوسفور الثابت إلى أشكال متاحة للنبات.
تتناول الورقة البحثية بشكل خاص البحث المحدود حول تأثيرات PSB على الخيار (Cucumis sativus L.)، وهو محصول خضار رئيسي له فوائد غذائية كبيرة. نظرًا للتحديات التي تطرحها الزراعة المكثفة في البيوت الزجاجية، والتي يمكن أن تؤدي إلى انخفاض خصوبة التربة، تركز الدراسة على سلالة حل الفوسفات، Bacillus subtilis Y31، المعزولة من تربة منطقة جذور الخيار. تهدف الدراسة إلى توضيح الآليات التي من خلالها تعزز السلالة Y31 نمو الخيار من خلال تحليل الميكروبيوم في منطقة الجذور وتسلسل الجينوم الكامل، مما يساعد في تحديد الصفات الجينية المرتبطة بقدرتها على حل الفوسفات. من المتوقع أن توفر النتائج أساسًا علميًا للتطبيق الزراعي للسلالة Y31 وتساهم في إنتاج الخيار المستدام من خلال استراتيجيات الأسمدة الميكروبية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. عادةً ما يتضمن بيانات كمية، وتحليلات إحصائية، وتمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول التي توضح نتائج الدراسة. غالبًا ما تتم مقارنة النتائج مع الفرضيات أو الدراسات السابقة لتسليط الضوء على الفروق أو التأكيدات المهمة.
في هذا القسم، قد يبلغ المؤلفون عن مقاييس محددة، مثل المتوسطات، والانحرافات المعيارية، وقيم p، لدعم ادعاءاتهم. بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة أي اتجاهات أو أنماط ملحوظة، مما يوفر رؤى حول تداعيات النتائج. بشكل عام، يخدم هذا القسم لنقل الأدلة التجريبية التي تدعم أهداف البحث والاستنتاجات المستخلصة في الدراسة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم عزل سلالة جديدة من بكتيريا حل الفوسفات (PSB) Y31، التي تم تحديدها على أنها *Bacillus subtilis*، من تربة منطقة جذور الخيار وتمت دراستها من حيث قدراتها على تعزيز النمو. أظهرت السلالة مؤشر حل الفوسفات (SI) قدره 1.55، مما يدل على فعالية حل الفوسفات العضوي. كشفت التقييمات الكمية أن Y31 يمكن أن تحل كل من الفوسفات الكالسيوم والفوسفات الثلاثي الكالسيوم، مما يحرر كميات كبيرة من الفوسفور القابل للذوبان بينما يقلل في الوقت نفسه من درجة حموضة وسط الثقافة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت Y31 العديد من الصفات التي تعزز نمو النبات، بما في ذلك إنتاج إنزيمات خارج الخلية (بروتياز، أميلاز، سليلوز، وβ-ماناناز) وسايدروفور، بالإضافة إلى نشاط مضاد للفطريات ضد *Botrytis cinerea*، محققة معدل تثبيط نمو قدره 66.29%.
أدى تطبيق السلالة Y31 في زراعة الخيار إلى تحسينات كبيرة في مقاييس نمو النبات، بما في ذلك الارتفاع، وقطر الساق، والكتلة الحيوية، خاصة عند تركيز تلقيح قدره 16 × 10^9 CFU/m². كما أدى هذا العلاج إلى زيادة كبيرة في إنتاج الخيار، حيث أنتجت النباتات متوسط 12 ثمرة قابلة للتسويق وزيادة إجمالية في العائد بنسبة 35.30% مقارنة بالتحكم. علاوة على ذلك، عزز تلقيح Y31 توفر العناصر الغذائية في التربة، وخاصة الفوسفور، مما أدى إلى تحسين خصوبة التربة. كشفت التحليلات الجينومية لـ Y31 عن مجموعة شاملة من الجينات المتعلقة بتمثيل الفوسفات والنقل، مما يدعم دورها في تعزيز توفر الفوسفور وتعزيز نمو النبات. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانيات *Bacillus subtilis* Y31 كعامل لمكافحة الأمراض وسماد حيوي في أنظمة إنتاج الخيار المستدامة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1751005
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41608683
Publication Date: 2026-01-13
Author(s): Yu Fu et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
The research investigates the role of phosphate-solubilizing bacteria (PSB) in enhancing cucumber (Cucumis sativus L.) growth within intensive cultivation systems, where soil degradation often limits phosphorus availability. The study isolated a novel PSB strain, designated Y31, identified as Bacillus subtilis, which demonstrated significant capabilities in solubilizing calcium phytate and calcium phosphate, secreting various enzymes, producing siderophores, and exhibiting antagonistic properties against pathogenic fungi. Inoculation with Y31 resulted in a notable 35.30% increase in greenhouse cucumber yield, alongside enhancements in soil available phosphorus and shifts in the soil fungal community composition, specifically reducing Botryotrichum and Chrysosporium while promoting Penicillium.
Genomic sequencing of B. subtilis Y31 revealed genes associated with phosphorus cycling, carbohydrate-active enzymes, and the biosynthesis of secondary metabolites, underscoring its potential in improving phosphorus availability and supporting plant growth. The findings suggest that B. subtilis Y31 not only boosts cucumber growth and yield but also contributes to the restructuring of the soil microbial community. This study highlights the strain’s promise for sustainable agricultural practices by optimizing phosphorus resource utilization and enhancing crop production systems.
Introduction
The introduction of the research paper emphasizes the critical role of phosphorus as an essential macronutrient for plant growth, noting that while soils generally contain abundant phosphorus, it often exists in insoluble forms that are not readily available for plant uptake. This limitation leads to significant agricultural challenges, including stunted crop growth and yield losses, prompting the widespread use of phosphorus fertilizers. However, these fertilizers are often immobilized in the soil, reducing their effectiveness and contributing to environmental issues such as water eutrophication. The study highlights the importance of developing sustainable phosphorus activation strategies, particularly through the use of phosphorus-solubilizing bacteria (PSB), which enhance phosphorus bioavailability by secreting enzymes and organic acids that facilitate the conversion of fixed phosphorus into plant-available forms.
The paper specifically addresses the limited research on the effects of PSB on cucumber (Cucumis sativus L.), a major vegetable crop with significant nutritional benefits. Given the challenges posed by intensive greenhouse cultivation, which can lead to soil fertility declines, the study focuses on a phosphate-solubilizing strain, Bacillus subtilis Y31, isolated from cucumber rhizosphere soil. The research aims to elucidate the mechanisms by which strain Y31 promotes cucumber growth through rhizosphere microbiome profiling and whole-genome sequencing, thereby identifying genetic traits associated with its phosphorus-solubilizing capacity. The findings are expected to provide a scientific foundation for the agricultural application of strain Y31 and contribute to sustainable cucumber production through microbial fertilizer strategies.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It typically includes quantitative data, statistical analyses, and visual representations such as graphs or tables that illustrate the outcomes of the study. The results are often compared against the hypotheses or previous studies to highlight significant differences or confirmations.
In this section, the authors may report specific metrics, such as means, standard deviations, and p-values, to substantiate their claims. Additionally, any observed trends or patterns are discussed, providing insights into the implications of the findings. Overall, this section serves to convey the empirical evidence supporting the research objectives and conclusions drawn in the study.
Discussion
In this study, the novel phosphate-solubilizing bacterium (PSB) strain Y31, identified as *Bacillus subtilis*, was isolated from cucumber rhizosphere soil and characterized for its growth-promoting abilities. The strain exhibited a phosphate solubilization index (SI) of 1.55, indicating effective organic phosphate solubilization. Quantitative assessments revealed that Y31 could solubilize both calcium phytate and tricalcium phosphate, releasing significant amounts of soluble phosphorus while concurrently lowering the pH of the culture medium. Additionally, Y31 demonstrated multiple plant growth-promoting traits, including the production of extracellular enzymes (protease, amylase, cellulase, and β-mannanase) and siderophores, along with antifungal activity against *Botrytis cinerea*, achieving a growth inhibition rate of 66.29%.
The application of strain Y31 in cucumber cultivation resulted in substantial improvements in plant growth metrics, including height, stem diameter, and biomass, particularly at an inoculation concentration of 16 × 10^9 CFU/m². This treatment also led to a significant increase in cucumber yield, with plants producing an average of 12 marketable fruits and a total yield increase of 35.30% compared to the control. Furthermore, Y31 inoculation enhanced soil nutrient availability, particularly phosphorus, thereby improving soil fertility. Genomic analysis of Y31 revealed a comprehensive set of genes related to phosphate metabolism and transport, supporting its role in enhancing phosphorus availability and promoting plant growth. Overall, the findings underscore the potential of *Bacillus subtilis* Y31 as a biocontrol agent and a biofertilizer in sustainable cucumber production systems.