DOI: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2026.115013
تاريخ النشر: 2026-07-16
المؤلف: Lino Sciurba وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير محفزات نمو النباتات البكتيرية متعددة الأنواع (PGPB) على ديناميات الميكروبات في التربة وأداء البطيخ الشتوي على مدى موسمين زراعيين. تم تلقيح سبعة سلالات بكتيرية، بما في ذلك *Bacillus tequilensis* وأنواع مختلفة من *Pseudomonas*، عند الزراعة وبعد 30 يومًا من الزراعة. أظهرت النتائج زيادات ملحوظة في إجمالي البكتيريا والفطريات المتوسطة بعد فترة وجيزة من التلقيح الأول، مع تحسينات إضافية لوحظت بعد التلقيح الثاني. بحلول نهاية دورة المحصول، تقاربت أعداد الميكروبات عبر المعالجات، على الرغم من أن ثلاث سلالات استمرت، لا سيما *B. tequilensis* و *P. reinekei*. كشفت تحليلات إيلومينا عن تحولات ملحوظة في هيكل المجتمع، لا سيما زيادة في أعداد *Pseudomonas* و *Bacillus*.
أظهرت النتائج الزراعية أن النباتات الملقحة شهدت نموًا نباتيًا معززًا، وزهارًا مبكرًا، وزيادة في إنتاج الثمار – 12.0% بشكل عام، مع زيادة بنسبة 27.9% في الإنتاج المبكر ناتجة عن زيادة بنسبة 37.6% في عدد الثمار. بالإضافة إلى ذلك، تحسنت جودة الثمار، كما يتضح من زيادة بنسبة 15% في الصلابة ومحتوى أعلى من المواد الصلبة القابلة للذوبان. تؤكد النتائج على فعالية التحفيز الميكروبي المبكر في تعزيز إنتاج البطيخ الشتوي المستدام، مع التأكيد على المرونة الوظيفية بدلاً من الهيمنة العددية البسيطة لمجموعات الميكروبات. تدعم هذه الدراسة دمج المجاميع البكتيرية في الممارسات الزراعية العضوية وتقترح تطبيقات محتملة في الأنظمة التقليدية لتقليل الاعتماد على الأسمدة الاصطناعية مع الحفاظ على الإنتاجية والجودة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الحاجة الملحة لممارسات الزراعة المستدامة استجابةً للطلب المتزايد على الغذاء العالمي والتدهور البيئي الناجم عن الزراعة المكثفة. تم تحديد بكتيريا تعزيز نمو النباتات (PGPB) كأدوات بيولوجية واعدة يمكن أن تعزز أداء المحاصيل مع تقليل استخدام الأسمدة والمبيدات الاصطناعية. تعمل هذه الكائنات الدقيقة على تحسين إنتاجية النباتات من خلال آليات مثل تثبيت النيتروجين البيولوجي، وتحلل الفوسفات، وإنتاج الهرمونات النباتية، بينما توفر أيضًا السيطرة البيولوجية ضد مسببات الأمراض النباتية. على الرغم من إمكانياتها، فإن فعالية PGPB تتأثر بعوامل حيوية وغير حيوية متعددة، مما يستلزم فهمًا أعمق لسلوكها البيئي في الموقع لتطوير مواد حيوية موثوقة.
تركز الدراسة على البطيخ الشتوي (Cucumis melo var. inodorus)، وهو محصول زراعي مهم ذو قيمة غذائية عالية وأهمية اقتصادية، خاصة في المناطق المتوسطية. بينما أظهرت الأبحاث السابقة فوائد PGPB في تعزيز كتلة البطيخ وامتصاص العناصر الغذائية، ركزت معظم الدراسات على أصناف البطيخ المنقوش، مما ترك فجوة في المعرفة بشأن الأصناف inodorus. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم تأثير محفز بكتيري متعدد الأنواع على النمو والإنتاجية وجودة البطيخ الشتوي، مع مراقبة استمرارية هذه السلالات البكتيرية في التربة والريزوسفير طوال دورة المحصول. من المتوقع أن تسهم النتائج في استراتيجيات الزراعة المستدامة المعتمدة على البيولوجيا للبطيخ الشتوي.
طرق البحث
تم إجراء الدراسة على مدى عامين في “تعاونية فالدبيلا الزراعية” في مونريالي، باليرمو، إيطاليا، مع التركيز على تأثير بكتيريا تعزيز نمو النباتات (PGPB) على البطيخ الشتوي (Cucumis melo L. var inodorus) تحت ظروف الزراعة العضوية. كانت موقع التجربة يتميز بتربة موحدة مصنفة كـ Calcixerollic Xerochrept، تتميز بنسيج طيني رملي وخصائص كيميائية محددة (pH 8.1، إجمالي الكربون العضوي 1.01%، ومحتوى CaCO3 النشط 1.97%). قدم المناخ المتوسطي في المنطقة درجات حرارة متوسطة تبلغ 23.1 ± 1.0 °C في 2024 و22.8 ± 0.8 °C في 2025، مع تقلبات كبيرة في درجات الحرارة وهطول أمطار محدود خلال موسم النمو.
استخدم التصميم التجريبي تصميم كتلة عشوائية كاملة (RCBD) مع أربع تكرارات، باستخدام الصنف الهجين ‘Helios’. تم زراعة الشتلات في تربة مغطاة بالبولي إيثيلين، مع مسافة 1.0 م داخل الصفوف و3.0 م بين الصفوف. تمت مقارنة علاجين: مجموعة ملقحة تتلقى مزيجًا من ثمانية سلالات PGPB وكنترول غير ملقح. قبل الزراعة، تم تطبيق سماد عضوي على التربة، وتم الحفاظ على جميع الممارسات الثقافية بشكل موحد عبر المعالجات لضمان الاتساق في نتائج الدراسة.
النتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. من الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج المستهدفة، كما يتضح من المقاييس الكمية المبلغ عنها.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج، مقترحة أن التأثيرات الملحوظة يمكن أن تُفيد الأبحاث المستقبلية والتطبيقات العملية في المجال المعني. يؤكد المؤلفون على أهمية هذه النتائج في تعزيز الفهم ومعالجة التحديات المحددة في الدراسات السابقة. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة قد توجه التحقيقات والتدخلات اللاحقة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم مزيج من ثمانية سلالات من بكتيريا تعزيز نمو النباتات (PGPB)، المعزولة من التربة البشرية في إيطاليا، لتأثيراتها على ديناميات الميكروبات في الريزوسفير وأداء المحاصيل تحت ظروف الحقل. تم تصنيف السلالات، بما في ذلك *Bacillus tequilensis* وأنواع مختلفة من *Pseudomonas*، لعدة خصائص PGP مثل إنتاج حمض الإندول-3-أسيتيك وتحلل الفوسفات غير العضوي. تم إعداد المزيج وتطبيقه على نباتات البطيخ، مع تقييمات لاحقة للمعايير الزراعية، والمورفولوجية-الفسيولوجية، والإنتاجية، والجودة. أظهرت النتائج أن معالجة PGPB زادت بشكل كبير من إجمالي البكتيريا المتوسطة (TMB) وإجمالي البكتيريا المتوسطة اللاهوائية (TMaB) فورًا بعد التلقيح، مما يدل على قدرة هذه السلالات على الهيمنة مؤقتًا على مجتمعات الميكروبات في التربة.
ومع ذلك، مع مرور الوقت، تضاءلت الزيادات الأولية في أعداد الميكروبات، مما أدى إلى استقرار الميكروبيوم في الريزوسفير بحلول نهاية دورة المحصول. من الجدير بالذكر أن مجموعة فرعية فقط من السلالات الملقحة استمرت في الريزوسفير، حيث تم الكشف عن *P. lini* بعد فترة وجيزة من التلقيح و*B. tequilensis* و*P. reinekei* ظلت حتى نهاية دورة الزراعة. يشير ذلك إلى أنه بينما يمكن أن تؤثر PGPB بشكل مؤقت على ديناميات الميكروبات، فإن مرونة الميكروبات الأصلية والضغوط التنافسية تنظم في النهاية تأسيس السلالات المدخلة. تؤكد النتائج على أهمية استمرارية السلالات لفعالية الأسمدة الحيوية، مما يبرز اللياقة البيئية لـ *B. tequilensis* و *P. reinekei* للتطبيقات المستقبلية المحتملة في الزراعة المستدامة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.scienta.2026.115013
Publication Date: 2026-07-16
Author(s): Lino Sciurba et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
This study investigates the impact of a multi-species plant growth-promoting bacterial (PGPB) biostimulant on soil microbial dynamics and the performance of winter melon over two growing seasons. The inoculation of seven bacterial strains, including *Bacillus tequilensis* and various *Pseudomonas* species, was conducted at transplant and 30 days post-transplant. Results indicated significant increases in total mesophilic bacteria and fungi shortly after the first inoculation, with further enhancements observed after the second inoculation. By the end of the crop cycle, microbial counts across treatments converged, although three strains persisted, notably *B. tequilensis* and *P. reinekei*. Illumina profiling revealed notable shifts in community structure, particularly an increase in *Pseudomonas* and *Bacillus* populations.
The agronomic outcomes demonstrated that inoculated plants experienced enhanced vegetative growth, earlier flowering, and increased fruit yield—12.0% overall, with a 27.9% rise in early yield attributed to a 37.6% increase in fruit number. Additionally, fruit quality improved, evidenced by a 15% increase in firmness and higher soluble solid content. The findings underscore the efficacy of early microbial priming in promoting sustainable winter melon production, emphasizing functional resilience over mere numerical dominance of microbial populations. This research supports the integration of bacterial consortia into organic horticultural practices and suggests potential applications in conventional systems to reduce reliance on synthetic fertilizers while maintaining yield and quality.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the pressing need for sustainable agricultural practices in response to increasing global food demand and environmental degradation caused by intensive farming. Plant growth-promoting bacteria (PGPB) are identified as promising biological tools that can enhance crop performance while minimizing the use of synthetic fertilizers and pesticides. These microorganisms improve plant productivity through mechanisms such as biological nitrogen fixation, phosphate solubilization, and the production of phytohormones, while also providing biocontrol against phytopathogens. Despite their potential, the effectiveness of PGPB is influenced by various biotic and abiotic factors, necessitating a deeper understanding of their ecological behavior in situ for the development of reliable bioinoculants.
The study focuses on winter melon (Cucumis melo var. inodorus), a significant horticultural crop with high nutritional value and economic importance, particularly in Mediterranean regions. While previous research has demonstrated the benefits of PGPB in enhancing melon biomass and nutrient uptake, most studies have concentrated on netted melon varieties, leaving a gap in knowledge regarding inodorus cultivars. This research aims to evaluate the effects of a multi-species bacterial biostimulant on the growth, yield, and quality of winter melon, while also monitoring the persistence of these bacterial strains in the soil and rhizosphere throughout the crop cycle. The findings are expected to contribute to sustainable, bio-based cultivation strategies for winter melon.
Methods
The study was conducted over two years at the “Valdibella” Agricultural Cooperative in Monreale, Palermo, Italy, focusing on the impact of plant growth-promoting bacteria (PGPB) on winter melon (Cucumis melo L. var inodorus) under organic farming conditions. The experimental site featured uniform soil classified as Calcixerollic Xerochrept, characterized by a clay loam texture and specific chemical properties (pH 8.1, Total Organic Carbon 1.01%, and active CaCO3 content 1.97%). The Mediterranean climate of the area presented average temperatures of 23.1 ± 1.0 °C in 2024 and 22.8 ± 0.8 °C in 2025, with significant temperature fluctuations and limited rainfall during the growing season.
The experimental design employed a Randomized Complete Block Design (RCBD) with four replications, utilizing the hybrid cultivar ‘Helios’. Seedlings were transplanted into polyethylene-mulched soil, with a spacing of 1.0 m within rows and 3.0 m between rows. Two treatments were compared: an inoculated group receiving a mixed inoculum of eight PGPB strains and a non-inoculated control. Prior to transplanting, organic fertilizer was applied to the soil, and all cultural practices were uniformly maintained across treatments to ensure consistency in the study’s findings.
Results
The results section presents key findings from the study, highlighting significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a strong correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Notably, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the targeted outcomes, as evidenced by the quantitative metrics reported.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings, suggesting that the observed effects could inform future research and practical applications in the relevant field. The authors emphasize the importance of these results in advancing understanding and addressing the challenges identified in prior studies. Overall, the findings contribute valuable insights that may guide subsequent investigations and interventions.
Discussion
In this study, a mixed inoculum of eight plant growth-promoting bacteria (PGPB) strains, isolated from anthropogenic soils in Italy, was evaluated for its effects on rhizosphere microbial dynamics and crop performance under field conditions. The strains, including *Bacillus tequilensis* and various *Pseudomonas* species, were characterized for multiple PGP traits such as indole-3-acetic acid production and inorganic phosphate solubilization. The inoculum was prepared and applied to melon plants, with subsequent assessments of agronomical, morpho-physiological, yield, and quality parameters. Results indicated that the PGPB treatment significantly increased total mesophilic bacteria (TMB) and total mesophilic anaerobic bacteria (TMaB) immediately after inoculation, demonstrating the potential of these strains to temporarily dominate soil microbial communities.
However, over time, the initial increases in microbial populations diminished, leading to a stabilization of the rhizosphere microbiome by the end of the crop cycle. Notably, only a subset of the inoculated strains persisted in the rhizosphere, with *P. lini* detected shortly after inoculation and *B. tequilensis* and *P. reinekei* remaining until the end of the cultivation cycle. This suggests that while PGPB can transiently influence microbial dynamics, the resilience of native microbiota and competitive pressures ultimately regulate the establishment of introduced strains. The findings underscore the importance of strain persistence for the efficacy of biofertilizers, highlighting the ecological fitness of *B. tequilensis* and *P. reinekei* for potential future applications in sustainable agriculture.