DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1793515
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41868375
تاريخ النشر: 2026-03-05
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تأثير بكتيريا تعزيز نمو النباتات المحددة (PGPR) على زراعة بنجر السكر، وخاصة في ظل ظروف الزراعة المستمرة، التي تؤثر سلبًا على العائد والجودة. استخدمت الدراسة تجارب في الأواني باستخدام تربة من حقول بنجر السكر المزروعة بشكل مستمر، وتم تلقيحها بسلالة Sphingobium abikonense W2، وسلالة Sphingomonas panni W9، وسلالة Sphingomonas sp. W13، سواء بشكل فردي أو مجتمعة. تم استخدام التسلسل عالي الإنتاجية لتحليل التغيرات في مجتمع الميكروبات في منطقة الجذور.
أظهرت النتائج أن التلقيح بسلالات Sphingomonads عزز بشكل كبير معايير نمو شتلات بنجر السكر، بما في ذلك زيادة ارتفاع النبات، وقطر الساق، والوزن الطازج، إلى جانب تحسين امتصاص النيتروجين والفوسفور. كما benefited خصائص التربة، مع زيادة في الرقم الهيدروجيني، والبوتاسيوم المتاح، ونشاط السوكراز. أشار تحليل المجتمع الميكروبي إلى تغيير ملحوظ في التنوع والتركيب، مع زيادة ملحوظة في وفرة Pseudomonadota مقارنةً بالتحكم، وإثراء الأجناس المفيدة مثل Pseudomonas وCupriavidus. اقترحت التنبؤات الوظيفية تحسينات في العمليات الأيضية الرئيسية مثل اليوريا والتحلل اللجنيني. تشير النتائج إلى أن تلقيح Sphingomonad يمكن أن يحسن بشكل فعال هيكل ووظيفة مجتمع الميكروبات في منطقة الجذور، مما يعزز نمو شتلات بنجر السكر ويقدم استراتيجية محتملة لمكافحة التحديات المرتبطة بالزراعة المستمرة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية بنجر السكر (*Beta vulgaris ssp. vulgaris*) كمحصول معتدل رئيسي، حيث يساهم بحوالي 30% من إنتاج السكر العالمي ويعمل كمصدر للبيوإيثانول وعلف الحيوانات. على الرغم من تكيفه الواسع مع المناخ وزراعته الواسعة، وخاصة في أوروبا، تم تحديد ممارسة الزراعة المستمرة كضارة لجودة التربة. تؤدي هذه الممارسة إلى تغييرات سلبية في الخصائص الكيميائية للتربة، ونشاط الإنزيمات، وهياكل المجتمع البكتيري، بينما تعزز أيضًا تراكم الكائنات الحية الدقيقة الضارة وتزيد من القابلية للأمراض المنقولة عبر التربة. نتيجة لذلك، تنخفض الأداء الزراعي، مما يتسم بتقليل تراكم السكر وزيادة حدوث الآفات.
لتخفيف هذه العقبات المتعلقة بالزراعة المستمرة، تم اقتراح استراتيجيات متنوعة، بما في ذلك تناوب المحاصيل وتطبيق الأسمدة العضوية، التي تعزز صحة التربة وعائد المحاصيل. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام طرق تعقيم التربة، على الرغم من فعاليتها في تقليل مسببات الأمراض، يثير مخاوف بشأن التوازن البيئي والاستدامة. تسلط الورقة الضوء على إمكانيات Sphingomonads، وهي مجموعة من البكتيريا المفيدة في منطقة الجذور، في تعزيز نمو النباتات وتخفيف الضغط، خاصة في سياق زراعة بنجر السكر. تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات سلالات Sphingomonad المحددة على نمو بنجر السكر، وخصائص التربة، وتركيب المجتمع الميكروبي، مما يعالج فجوة معرفية حاسمة ويساهم في تطوير ممارسات زراعية مستدامة.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام صنف بنجر السكر ‘KWS1260’ جنبًا إلى جنب مع ثلاث سلالات من Sphingomonad—سلالة Sphingobium abikonense W2، وسلالة Sphingomonas panni W9، وسلالة Sphingomonas sp. W13—تم جمعها من منطقة التربة السوداء في مقاطعة هيلونغجيانغ، الصين. تم اختيار التربة التجريبية، التي تتميز بعقبات الزراعة المستمرة بسبب عامين من زراعة بنجر السكر، بناءً على النتائج السابقة التي تشير إلى نمو متعثر وزيادة في حدوث الأمراض في بنجر السكر تحت هذه الظروف (Li et al., 2024). تم عزل سلالات Sphingomonad في عام 2024 وتم التعرف عليها من خلال الخصائص الشكلية، والخصائص الفسيولوجية والكيميائية الحيوية، وتسلسل جين 16S rDNA، مع إيداع التسلسلات في قاعدة بيانات NCBI GenBank.
تم تصميم تجربة في الأواني مع ستة علاجات: تحكم إيجابي (NC) باستخدام تربة من تناوب المحاصيل لمدة ثلاث سنوات، وتحكم سلبي (CK) من عامين من زراعة بنجر السكر المستمرة، وأربعة علاجات تلقيح بكتيري تشمل السلالات الثلاث بشكل فردي ومزيج من الثلاثة. تم إعداد التعليق البكتيري بتركيزات تبلغ $2.8 \times 10^9$، و$4.2 \times 10^9$، و$1.0 \times 10^8$ CFU/mL، والتي تتوافق مع مستويات تعزيز النمو المثلى التي تم تحديدها في التجارب الأولية. تم تكرار كل علاج ثماني مرات، مع ملء الأواني بـ 900 جرام من التربة واحتفاظ بخمس شتلات لكل وعاء بعد الإنبات. تم التحكم في ظروف النمو، مع إعدادات محددة لشدة الضوء، ودرجة الحرارة، والرطوبة، وتم تطبيق التعليقات البكتيرية عبر ري الجذور في فترات محددة بعد الزراعة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات التعليقات البكتيرية من Sphingomonad على نمو واكتساب العناصر الغذائية لبنجر السكر تحت ظروف الزراعة المستمرة. أدى تطبيق هذه السلالات البكتيرية (W2، W9، وW13) إلى تعزيز كبير في معايير نمو النبات، بما في ذلك الارتفاع والوزن الطازج للجذر، مقارنةً بمجموعة التحكم (CK). بشكل ملحوظ، أظهرت السلالة W13 أكبر تأثيرات على امتصاص النيتروجين والبوتاسيوم، بينما حسنت W9 امتصاص الفوسفور. من حيث خصائص التربة، خفف التلقيح البكتيري من حموضة التربة وغير ملفات العناصر الغذائية، مع تأثيرات متباينة على أنشطة إنزيمات التربة، وخاصة الفوسفاتاز واليورياز.
كشفت تحليلات المجتمع الميكروبي أن علاجات Sphingomonad أعادت تشكيل كل من المجتمعات البكتيرية والفطرية في منطقة الجذور. بينما انخفض تنوع الألفا البكتيري مع تطبيق Sphingomonad، زاد تنوع الفطريات، خاصة في العلاج المختلط. أشار تحليل المكونات الرئيسية إلى تكتل متميز لمجتمعات الميكروبات بناءً على العلاج، مع إظهار التعليق المختلط لأكثر التأثيرات وضوحًا. أظهر التصنيف الضريبي أن علاجات Sphingomonad زادت من وفرة الأجناس المفيدة مثل Pseudomonas بينما قللت من الأنواع الأقل رغبة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن تلقيح Sphingomonad يمكن أن يخفف بشكل فعال من التأثيرات السلبية للزراعة المستمرة على بنجر السكر من خلال تعزيز نمو النبات وتعديل المجتمعات الميكروبية في التربة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1793515
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41868375
Publication Date: 2026-03-05
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
The research investigates the impact of specific plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) on sugar beet cultivation, particularly under conditions of continuous cropping, which adversely affects yield and quality. The study utilized pot experiments with soil from continuously cropped sugar beet fields, inoculating it with Sphingobium abikonense strain W2, Sphingomonas panni strain W9, and Sphingomonas sp. strain W13, both individually and in combination. High-throughput sequencing was employed to analyze changes in the rhizosphere microbial community.
Results demonstrated that inoculation with Sphingomonads significantly enhanced the growth parameters of sugar beet seedlings, including increased plant height, stem diameter, and fresh weight, alongside improved nitrogen and phosphorus uptake. Soil properties also benefited, with increased pH, available potassium, and sucrase activity. Microbial community analysis indicated a marked alteration in diversity and composition, with a notable increase in Pseudomonadota abundance compared to the control, and enrichment of beneficial genera such as Pseudomonas and Cupriavidus. Functional predictions suggested enhancements in key metabolic processes like ureolysis and xylanolysis. The findings suggest that Sphingomonad inoculation can effectively improve rhizosphere microbial community structure and function, thereby promoting sugar beet seedling growth and offering a potential biocontrol strategy to address challenges associated with continuous cropping.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of sugar beet (*Beta vulgaris ssp. vulgaris*) as a major temperate crop, contributing approximately 30% to global sugar production and serving as a source of bioethanol and animal feed. Despite its broad climatic adaptability and extensive cultivation, particularly in Europe, the practice of continuous cropping has been identified as detrimental to soil quality. This practice leads to adverse changes in soil chemical properties, enzyme activity, and bacterial community structures, while also promoting the accumulation of harmful microorganisms and increasing susceptibility to soil-borne diseases. As a result, agronomic performance declines, characterized by reduced sugar accumulation and increased pest incidence.
To mitigate these continuous cropping obstacles, various strategies have been proposed, including crop rotation and the application of organic fertilizers, which enhance soil health and crop yield. Additionally, the use of soil sterilization methods, while effective in reducing pathogens, raises concerns regarding ecological balance and sustainability. The paper highlights the potential of Sphingomonads, a group of beneficial rhizosphere bacteria, in promoting plant growth and alleviating stress, particularly in the context of sugar beet cultivation. The study aims to investigate the effects of specific Sphingomonad strains on sugar beet growth, soil properties, and microbial community composition, thereby addressing a critical knowledge gap and contributing to the development of sustainable agricultural practices.
Methods
In this study, the sugar beet cultivar ‘KWS1260’ was utilized alongside three Sphingomonad strains—Sphingobium abikonense strain W2, Sphingomonas panni strain W9, and Sphingomonas sp. strain W13—collected from the black soil region of Hulan District, Heilongjiang Province, China. The experimental soil, characterized by continuous cropping obstacles due to two years of sugar beet cultivation, was selected based on prior findings indicating stunted growth and increased disease incidence in sugar beet under such conditions (Li et al., 2024). The Sphingomonad strains were isolated in 2024 and identified through phenotypic traits, physiological and biochemical characteristics, and 16S rDNA gene sequencing, with sequences deposited in the NCBI GenBank database.
A pot experiment was designed with six treatments: a positive control (NC) using soil from a three-year crop rotation, a negative control (CK) from two years of continuous sugar beet cropping, and four bacterial inoculation treatments involving the three strains individually and a mixture of all three. The bacterial suspensions were prepared at concentrations of $2.8 \times 10^9$, $4.2 \times 10^9$, and $1.0 \times 10^8$ CFU/mL, corresponding to optimal growth-promoting levels determined in preliminary experiments. Each treatment was replicated eight times, with pots filled with 900 g of soil and five seedlings retained per pot post-emergence. Growth conditions were controlled, with specific light intensity, temperature, and humidity settings, and bacterial suspensions were applied via root irrigation at designated intervals after sowing.
Discussion
In this study, the effects of Sphingomonad bacterial suspensions on the growth and nutrient acquisition of sugar beet under continuous cropping conditions were investigated. The application of these bacterial strains (W2, W9, and W13) significantly enhanced plant growth parameters, including height and root fresh weight, compared to the control group (CK). Notably, strain W13 exhibited the most substantial effects on nitrogen and potassium uptake, while W9 improved phosphorus absorption. In terms of soil properties, bacterial inoculation mitigated soil acidification and altered nutrient profiles, with varying impacts on soil enzyme activities, particularly phosphatase and urease.
Microbial community analyses revealed that Sphingomonad treatments reshaped both bacterial and fungal communities in the rhizosphere. While bacterial alpha diversity decreased with Sphingomonad application, fungal diversity increased, particularly in the mixed treatment. Principal coordinate analysis indicated distinct clustering of microbial communities based on treatment, with the mixed suspension showing the most pronounced effects. Taxonomic profiling demonstrated that Sphingomonad treatments elevated the abundance of beneficial genera such as Pseudomonas while reducing less desirable taxa. Overall, the findings suggest that Sphingomonad inoculation can effectively alleviate the adverse effects of continuous cropping on sugar beet by enhancing plant growth and modifying soil microbial communities.