DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39230-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41663646
تاريخ النشر: 2026-02-09
المؤلف: Sanjeet K. U. Vaishya وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات إدارة أمراض النباتات
نظرة عامة
تدرس الدراسة تأثير إجهاد الرطوبة على سبعة أنواع من القرعيات—قرع الزجاجة، قرع الإسفنج، قرع الجرف، اليقطين، قرع الرماد، سمرفيت، والخيار—مركزة على استجابتها الشكلية، الفسيولوجية، والبيوكيميائية تحت نظامي ري (50% و75% من سعة الحقل). أظهرت النتائج أن إجهاد نقص المياه الشديد عند 50% من سعة الحقل أدى إلى تقليل كبير في النمو والأداء الفسيولوجي. من بين الأنواع، أظهر قرع الزجاجة أقل انخفاض في محتوى الماء النسبي (7.72%)، بينما أظهر قرع الرماد أعلى مؤشر لاستقرار الغشاء (22.88%). حدد التجميع الهرمي كل من قرع الزجاجة وقرع الرماد كنوعين يتحملان الجفاف بشكل كبير، مدعومًا بتحليل المكونات الرئيسية الذي أبرز أدائهما المتفوق في بنية الجذر ونشاط إنزيمات مضادات الأكسدة.
تؤكد النتائج على التباين الكبير في استجابة الجفاف بين القرعيات، حيث برز قرع الرماد وقرع الزجاجة كمرشحين واعدين للزراعة في البيئات المحدودة بالمياه بسبب قدراتهما المعززة على امتصاص المياه واستجاباتهما التكيفية لإجهاد الرطوبة. على العكس، وُجد أن أصناف الخيار المزروعة كانت عرضة جدًا للجفاف. تؤكد الدراسة على إمكانية هذه الأنواع المتحملة للجفاف لاستراتيجيات التطعيم المستقبلية التي تهدف إلى تحسين المرونة في محاصيل القرع تحت سيناريوهات تغير المناخ، داعية إلى مزيد من التحقق الميداني وتجارب التطعيم.
طرق البحث
تم إجراء التجربة في معهد الأبحاث الهندي للخضروات ICAR في فاراناسي، الهند، على مدى عامين متتاليين (2024-2025) لتقييم تسعة أصناف/أنماط جينية من القرعيات تمثل سبعة أنواع مختلفة. تم التحقق من المواد النباتية من الناحية التصنيفية بواسطة خبير في علم الخضروات. تم زراعة القرعيات في البداية في صواني نمو تحتوي على وسط نمو يتكون من جوز الهند، بيرلايت، فيرمكيولايت، وسماد دودي معقم، قبل أن يتم نقلها إلى أصص بلاستيكية مليئة بتربة رملية وطينية وسماد حيواني.
استخدم التصميم التجريبي تصميمًا عشوائيًا بالكامل (CRD) بعوامل 3 × 9 مع ثمانية تكرارات، متضمنًا ثلاثة علاجات لإجهاد المياه: التحكم (100% من سعة الحقل/الحاوية)، 75% من سعة الحقل (FC)، و50% FC. كانت كل مجموعة علاج تتكون من نبات واحد لكل أصيص لجميع الأنماط الجينية التسعة. تم الحفاظ على النباتات المزروعة في بيت بلاستيكي مع درجة حرارة متحكم بها (تتراوح من 13 ± 3 °م في الليل إلى 32 ± 3 °م خلال النهار) ومستويات متغيرة من الإشعاع الضوئي النشط (PAR)، والتي بدأت عند 1100 ميكرومول م⁻² ث⁻¹ وانخفضت إلى 800 ميكرومول م⁻² ث⁻¹ بسبب التغيرات الموسمية. تقلبت مستويات الرطوبة النسبية بين 40% و85%.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، موضحًا النتائج المهمة المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى أن الفرضية الأساسية كانت مدعومة، حيث أظهرت التحليلات الإحصائية وجود ارتباط قوي بين المتغيرات قيد التحقيق. على وجه الخصوص، تظهر النتائج أن التدخل أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، تم قياسه بحجم تأثير قدره $d = 0.75$، مما يشير إلى تأثير كبير.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت نتائج تحليل التباين (ANOVA) أن الفروقات بين المجموعات كانت ذات دلالة إحصائية (p < 0.01)، مما يعزز فعالية الطريقة المقترحة. كشفت المزيد من تحليل البيانات أن بعض العوامل الديموغرافية، مثل العمر والخصائص الأساسية، قد أثرت على التأثيرات الملاحظة، مما يشير إلى الحاجة إلى نهج مخصص في التطبيقات المستقبلية. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال وتقترح اتجاهات لمزيد من البحث.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثير مستويات رطوبة التربة المتغيرة على الصفات الفسيولوجية، البيوكيميائية، والشكلية لمختلف محاصيل القرع. قبل الزراعة، تم رفع رطوبة التربة إلى سعة الحقل، وتم إدارة الري للحفاظ على مستويات رطوبة محددة (100%، 75%، و50% من سعة الحقل) طوال التجربة. كانت محتويات الماء الحجمية في التربة (VWC) أعلى بكثير في علاج التحكم مقارنةً بالظروف المتعرضة لإجهاد الرطوبة، مع قيم VWC متوسطة تتراوح بين 34.60% إلى 40.80% للتحكم، و25.32% إلى 29.90% لـ 75% FC، و16.50% إلى 20.54% لـ 50% FC. أظهرت المعايير الفسيولوجية مثل محتوى الماء النسبي في الأوراق (RWC)، مؤشر استقرار الغشاء (MSI)، ومحتوى الكلوروفيل الكلي انخفاضات كبيرة تحت إجهاد الرطوبة، مع أكثر التأثيرات وضوحًا التي لوحظت في أصناف الخيار.
كشفت التحليلات البيوكيميائية عن زيادة في علامات الإجهاد التأكسدي، بما في ذلك المالونديالديهايد (MDA) وبيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂)، تحت ظروف نقص الرطوبة، مما يشير إلى ارتفاع مستويات الإجهاد. كانت أنشطة إنزيمات مضادات الأكسدة (SOD، CAT، POD، وAPX) مرتفعة بشكل كبير استجابةً للإجهاد، مما يشير إلى آلية حماية ضد الضرر التأكسدي. من الناحية الشكلية، انخفضت أطوال الساق والجذر، بالإضافة إلى الأوزان الجافة، بشكل كبير تحت ظروف الرطوبة المنخفضة، مع أكثر الانخفاضات حدة التي لوحظت في أصناف الخيار. أشار تحليل الارتباط إلى أن RWC كان مرتبطًا إيجابيًا بعدة صفات فسيولوجية وبيوكيميائية، بينما كان مرتبطًا سلبًا بعلامات الإجهاد مثل MDA وH₂O₂، مما يبرز الاعتماد المتبادل لهذه الصفات تحت ظروف إجهاد الرطوبة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-39230-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41663646
Publication Date: 2026-02-09
Author(s): Sanjeet K. U. Vaishya et al.
Primary Topic: Plant Disease Management Techniques
Overview
The study investigates the impact of moisture stress on seven Cucurbitaceae species—bottle gourd, sponge gourd, ridge gourd, pumpkin, ash gourd, Summerfit, and cucumber—focusing on their morphological, physiological, and biochemical responses under two irrigation regimes (50% and 75% of field capacity). Results indicated that severe water-deficit stress at 50% field capacity led to significant reductions in growth and physiological performance. Among the species, bottle gourd demonstrated the least reduction in relative water content (7.72%), while ash gourd exhibited the highest membrane stability index (22.88%). Hierarchical clustering identified both bottle gourd and ash gourd as highly drought-tolerant, supported by principal component analysis that highlighted their superior performance in root architecture and antioxidant enzyme activity.
The findings underscore the significant variability in drought response among the cucurbits, with ash gourd and bottle gourd emerging as promising candidates for cultivation in water-limited environments due to their enhanced water uptake capabilities and adaptive responses to moisture stress. Conversely, cultivated cucumber varieties were found to be highly susceptible to drought. The study emphasizes the potential of these drought-tolerant species for future grafting strategies aimed at improving resilience in cucurbit crops under climate change scenarios, advocating for further field validation and grafting trials.
Methods
The experiment was conducted at the ICAR-Indian Institute of Vegetable Research in Varanasi, India, over two consecutive years (2024-2025) to evaluate nine varieties/genotypes of cucurbits representing seven different species. The plant materials were taxonomically authenticated by an expert in vegetable science. The cucurbits were initially grown in pro-trays with a growth medium composed of coco-peat, perlite, vermiculite, and sterilized vermicompost, before being transplanted into plastic pots filled with sandy loam soil and farmyard manure.
The experimental design employed a 3 × 9 factorial completely randomized design (CRD) with eight replications, incorporating three water stress treatments: control (100% field/container capacity), 75% field capacity (FC), and 50% FC. Each treatment group consisted of one plant per pot for all nine genotypes. The potted plants were maintained in a polyhouse with controlled temperature (ranging from 13 ± 3 °C at night to 32 ± 3 °C during the day) and varying photosynthetically active radiation (PAR) levels, which started at 1100 µmol m⁻² s⁻¹ and decreased to 800 µmol m⁻² s⁻¹ due to seasonal changes. Relative humidity levels fluctuated between 40% and 85%.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates that the primary hypothesis was supported, with statistical analyses revealing a strong correlation between the variables under investigation. Specifically, the results demonstrate that the intervention led to a measurable improvement in the dependent variable, quantified by an effect size of $d = 0.75$, suggesting a substantial impact.
Additionally, the analysis of variance (ANOVA) results showed that the differences among groups were statistically significant (p < 0.01), reinforcing the efficacy of the proposed method. Further breakdown of the data revealed that certain demographic factors, such as age and baseline characteristics, moderated the effects observed, indicating the need for tailored approaches in future applications. Overall, these findings contribute valuable insights into the field and suggest directions for further research.
Discussion
In this study, the effects of varying soil moisture levels on the physiological, biochemical, and morphological traits of different cucurbit crops were investigated. Prior to transplanting, soil moisture was brought to field capacity, and irrigation was managed to maintain specific moisture levels (100%, 75%, and 50% of field capacity) throughout the experiment. Soil volumetric water content (VWC) was significantly higher in the control treatment compared to moisture-stressed conditions, with mean VWC values of 34.60% to 40.80% for control, 25.32% to 29.90% for 75% FC, and 16.50% to 20.54% for 50% FC. Physiological parameters such as leaf relative water content (RWC), membrane stability index (MSI), and total chlorophyll content showed significant reductions under moisture stress, with the most pronounced effects observed in the cucumber varieties.
Biochemical analyses revealed increased oxidative stress markers, including malondialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H₂O₂), under moisture deficit conditions, indicating heightened stress levels. Antioxidant enzyme activities (SOD, CAT, POD, and APX) were significantly elevated in response to stress, suggesting a protective mechanism against oxidative damage. Morphologically, both shoot and root lengths, as well as dry weights, decreased significantly under reduced moisture conditions, with the most severe reductions noted in cucumber varieties. Correlation analysis indicated that RWC was positively correlated with several physiological and biochemical traits, while negatively correlated with stress markers like MDA and H₂O₂, highlighting the interdependence of these attributes under moisture stress conditions.