DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1289466
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38765677
تاريخ النشر: 2024-05-03
المؤلف: Mohamed Bakki وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة إمكانيات البكتيريا الجذرية من منطقة جذر الطماطم (Solanum lycopersicum L.) كسماد حيوي ومبيدات حشرية. تم تحديد ستة عزلات بكتيرية، بما في ذلك خمسة من جنس Pseudomonas وواحدة من Bacillus، لقدرتها العالية على إذابة ثلاثي فوسفات الكالسيوم (TCP)، حيث حققت مستويات إذابة الفوسفات تصل إلى 195.42 ميكروغرام مل$^{-1}$. لم تعزز هذه العزلات فقط إنبات البذور واستعمار الجذور في بذور الطماطم تحت ظروف مسيطر عليها، ولكنها أيضًا حسنت بشكل كبير مقاييس نمو النبات، بما في ذلك أطوال وأوزان الساق والجذر، عند اختبارها في تجارب الدفيئة مع فوسفات الصخور الطبيعية (RP). ومن الجدير بالذكر أن النباتات الملقحة أظهرت مستويات متزايدة من الكالسيوم والصوديوم والفوسفور والبروتينات والسكريات، إلى جانب زيادة محتوى الكلوروفيل.
علاوة على ذلك، أظهرت عزلات Pseudomonas، PsT-04c وPsT-130، القدرة على تحفيز المقاومة النظامية في شتلات الطماطم ضد Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis، المسبب للكانكر البكتيري. كانت هذه المقاومة مرتبطة بمعدل حماية يبلغ 75% وزيادة في مؤشرات المقاومة مثل المركبات الفينولية القابلة للذوبان الكلي، ونشاط الفينيل ألانين أمونيا ليز، ومستويات بيروكسيد الهيدروجين. تؤكد النتائج على الدور المزدوج للبكتيريا المذيبة للفوسفات كسماد حيوي ومبيدات حشرية فعالة، مما يعزز كل من نمو النبات ومقاومة الأمراض في محاصيل الطماطم.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الحاجة الملحة لزيادة الإنتاجية الزراعية لتلبية متطلبات سكان العالم المتزايد، المتوقع أن يصل إلى 9.5 مليار بحلول عام 2050. من بين المحاصيل الخضروات، تعتبر الطماطم (Solanum lycopersicum L.) مهمة بشكل خاص، حيث يتجاوز الإنتاج العالمي 186 مليون طن. تؤكد الدراسة على الدور الحاسم للعناصر الغذائية الكبرى—النيتروجين (N) والفوسفور (P) والبوتاسيوم (K)—في نمو النبات، بينما تدعو إلى ممارسات زراعية مستدامة وتطوير أدوات بيولوجية. يُقترح تطبيق الكائنات الدقيقة المفيدة في التربة، وخاصة البكتيريا الجذرية المحفزة لنمو النبات (PGPR)، كاستراتيجية واعدة لتعزيز توفر العناصر الغذائية وصحة النبات، خاصة في سياق الفوسفور، الذي غالبًا ما يكون محدودًا في التربة.
تتناول المقدمة أيضًا التحدي الذي تطرحه Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Cmm)، البكتيريا المسؤولة عن الكانكر البكتيري في الطماطم، والتي يمكن أن تؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة. أثبتت الاستراتيجيات الحالية لإدارة هذه المرض، بما في ذلك تطوير أصناف مقاومة والعلاجات الكيميائية، أنها غير كافية. تهدف الدراسة إلى استكشاف إمكانيات البكتيريا المذيبة للفوسفات (PSB) لتحسين توفر الفوسفور ونمو الطماطم، بينما توفر أيضًا تحكمًا بيولوجيًا ضد Cmm. بشكل محدد، تسعى إلى فحص PSB الفعالة من تربة منطقة جذر الطماطم، وتقييم تأثيراتها بالاشتراك مع فوسفات الصخور الطبيعية، والتحقيق في دورها في تعزيز آليات مقاومة المضيف ضد الكانكر البكتيري.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. يتم الإبلاغ عن مقاييس محددة، مثل قيم p وفترات الثقة، لدعم صحة النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم تمثيلات بيانية أو جداول توضح الاتجاهات الملحوظة في البيانات، مما يسهل فهمًا أوضح لتداعيات النتائج. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية فرضيات الدراسة وتساهم في الجسم المعرفي القائم في هذا المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم عزل سلالات بكتيرية من عينات التربة في منطقة سوس ماسة بالمغرب، تحديدًا من أنظمة جذور نباتات الطماطم الصحية. تم فحص العزلات لقدرتها على إذابة الفوسفات والبوتاسيوم والزنك، بالإضافة إلى إنتاج حمض الإندول-3-أسيتيك (IAA). تم تقييم إذابة الفوسفات بشكل كمي باستخدام طرق لونية، بينما تم تحديد الأحماض العضوية من خلال الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC). أشارت النتائج إلى أن العزلات البكتيرية أذابت بشكل فعال الفوسفات غير العضوي والبوتاسيوم والزنك، مع تشكيل هالة كبيرة حول المستعمرات على الوسائط المعنية، مما يشير إلى إمكانياتها كسماد حيوي.
علاوة على ذلك، قيمت الدراسة تأثير هذه العزلات البكتيرية على إنبات بذور الطماطم ومعايير نمو النبات في ظروف الدفيئة. أدى تلقيح بذور الطماطم بمعلقات بكتيرية إلى تحسين معدلات الإنبات وتحسين مقاييس النمو، بما في ذلك أطوال الساق والجذر، بالإضافة إلى الأوزان الطازجة والجافة. بالإضافة إلى ذلك، كشفت التقييمات الفسيولوجية عن زيادة محتوى الكلوروفيل وزيادة مستويات البروتين والسكريات القابلة للذوبان في النباتات المعالجة. كما أظهرت العزلات القدرة على تحفيز المقاومة النظامية ضد Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis، مما يشير إلى دورها المحتمل في استراتيجيات التحكم البيولوجي للكانكر البكتيري في الطماطم. تم إجراء التعريف الجزيئي للعزلات باستخدام تسلسل 16S rRNA، مما أكد تصنيفها الضريبي وإمكاناتها للتطبيقات الزراعية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1289466
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38765677
Publication Date: 2024-05-03
Author(s): Mohamed Bakki et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
This study investigates the potential of rhizobacteria from the tomato (Solanum lycopersicum L.) rhizosphere as biofertilizers and biopesticides. Six bacterial isolates, including five from the Pseudomonas genus and one from Bacillus, were identified for their high tricalcium phosphate (TCP) solubilization capabilities, achieving phosphate solubilization levels of up to 195.42 μg mL$^{-1}$. These isolates not only enhanced seed germination and root colonization in tomato seeds under controlled conditions but also significantly improved plant growth metrics, including shoot and root lengths and weights, when tested in greenhouse experiments with natural rock phosphate (RP). Notably, inoculated plants exhibited increased levels of calcium, sodium, phosphorus, protein, and sugars, alongside enhanced chlorophyll content.
Furthermore, two Pseudomonas isolates, PsT-04c and PsT-130, demonstrated the ability to induce systemic resistance in tomato seedlings against Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis, the pathogen responsible for bacterial canker. This resistance was associated with a 75% protection rate and an increase in resistance indicators such as total soluble phenolic compounds, phenylalanine-ammonia lyase activity, and hydrogen peroxide levels. The findings underscore the dual role of phosphate-solubilizing bacteria as effective biofertilizers and biopesticides, promoting both plant growth and disease resistance in tomato crops.
Introduction
The introduction highlights the pressing need for increased agricultural productivity to meet the demands of a growing global population, projected to reach 9.5 billion by 2050. Among vegetable crops, tomatoes (Solanum lycopersicum L.) are particularly significant, with a global production exceeding 186 million tons. The study emphasizes the critical role of macronutrients—nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K)—in plant growth, while advocating for sustainable agricultural practices and the development of biological tools. The application of beneficial soil microorganisms, particularly plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR), is proposed as a promising strategy to enhance nutrient availability and plant health, especially in the context of phosphorus, which is often limited in soils.
The introduction also addresses the challenge posed by Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Cmm), the bacterium responsible for bacterial canker in tomatoes, which can lead to significant economic losses. Current strategies for managing this disease, including the development of resistant cultivars and chemical treatments, have proven inadequate. The study aims to explore the potential of phosphate solubilizing bacteria (PSB) to improve phosphorus availability and tomato growth while also providing biocontrol against Cmm. Specifically, it seeks to screen for efficient PSB from tomato rhizosphere soil, assess their effects in combination with natural rock phosphate, and investigate their role in enhancing host resistance mechanisms against bacterial canker.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicates a strong correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Specific metrics, such as p-values and confidence intervals, are reported to substantiate the validity of the results.
Additionally, the section may include graphical representations or tables that illustrate the trends observed in the data, facilitating a clearer understanding of the implications of the findings. Overall, the results underscore the relevance of the study’s hypotheses and contribute to the existing body of knowledge in the field.
Discussion
In this study, bacterial strains were isolated from soil samples in the Souss-Massa region of Morocco, specifically from the root systems of healthy tomato plants. The isolates were screened for their ability to solubilize phosphate, potassium, and zinc, as well as for the production of indole-3-acetic acid (IAA). The phosphate solubilization was quantitatively assessed using colorimetric methods, while organic acids were identified through high-performance liquid chromatography (HPLC). The results indicated that the bacterial isolates effectively solubilized inorganic phosphate, potassium, and zinc, with significant halo formation around colonies on respective media, suggesting their potential as biofertilizers.
Furthermore, the study evaluated the impact of these bacterial isolates on tomato seed germination and plant growth parameters in greenhouse conditions. The inoculation of tomato seeds with bacterial suspensions resulted in enhanced germination rates and improved growth metrics, including shoot and root lengths, as well as fresh and dry weights. Additionally, physiological assessments revealed increased chlorophyll content and enhanced protein and soluble sugar levels in treated plants. The isolates also demonstrated the ability to induce systemic resistance against Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis, indicating their potential role in biocontrol strategies for tomato bacterial canker. Molecular identification of the isolates was performed using 16S rRNA sequencing, confirming their taxonomic classification and potential for agricultural applications.