DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1704525
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41623632
تاريخ النشر: 2026-01-16
المؤلف: Chaojun Shi وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تأثير تقليل تخصيب النيتروجين على ذبول البكتيريا الناجم عن *Ralstonia solanacearum* في زراعة التبغ. تم إجراء تجربة حقلية عشوائية مع مستويات متفاوتة من تطبيق النيتروجين (تقليدي، 10%، 20%، و30% تقليل). وجدت الدراسة أن تقليل النيتروجين بشكل معتدل قلل بشكل كبير من وفرة *R. solanacearum*، مما أدى إلى انخفاض في حدوث المرض وشدته. تم ملاحظة الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية للتربة، مثل زيادة الرقم الهيدروجيني وزيادة توفر النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم، جنبًا إلى جنب مع تحسين أنشطة الإنزيمات والكتلة الحيوية الميكروبية. كشفت تسلسلات عالية الإنتاجية عن تغييرات في هيكل المجتمع الميكروبي، مع زيادة في التنوع α وإثراء الأجناس المفيدة مثل *Arthrobacter* و*Amycolatopsis*.
تشير النتائج إلى أن تقليل النيتروجين بشكل معتدل لا يحسن فقط خصائص التربة ولكن يعزز أيضًا مجتمعًا ميكروبيًا مناسبًا لكبح الأمراض. تم تحديد الرقم الهيدروجيني للتربة، وكتلة الكربون الميكروبية، ونشاط الفوسفاتاز الحمضي، والمواد العضوية كعوامل رئيسية لهذه التغييرات. توفر هذه الدراسة إطارًا نظريًا وعمليًا لإدارة النيتروجين المستدام في إنتاج التبغ، مما يبرز الإمكانية لاستراتيجيات مدفوعة بالمغذيات للسيطرة على ذبول البكتيريا. ومع ذلك، يشير المؤلفون إلى أن مزيدًا من البحث عبر أنواع التربة المختلفة والظروف المناخية ضروري للتحقق من التطبيق الأوسع لهذه الاستراتيجيات لتقليل النيتروجين.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التأثير الكبير لذبول البكتيريا، الناجم عن *Ralstonia solanacearum*، على محاصيل الباذنجانيات، وخاصة التبغ، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة، خاصة في جنوب وشرق الصين. يعطل المرض الأنسجة الوعائية، مما يؤدي إلى الذبول وتقليل المحصول، وانتشاره إلى خطوط العرض الأعلى بسبب تغير المناخ يشكل تهديدًا متزايدًا لإنتاج المحاصيل. يؤكد المؤلفون على الحاجة الملحة لاستراتيجيات السيطرة الفعالة، مشددين على الإدارة الزراعية، وخاصة إدارة المغذيات، كنهج صديق للبيئة واعد.
تستعرض الورقة الدور المزدوج لتخصيب النيتروجين (N) في مقاومة النباتات للآفات، مشيرة إلى أن أشكال النيتروجين المختلفة يمكن أن تؤثر على ديناميات المرض. على سبيل المثال، يمكن أن يعزز النترات شدة الآفة، بينما قد يقلل الأمونيوم من حدوث المرض. يناقش المؤلفون أيضًا كيف يؤثر وضع المغذيات في التربة على المجتمعات الميكروبية في منطقة الجذور، والتي تعتبر حاسمة لكبح الأمراض. يلاحظون أن عدم التوازن في تطبيق المغذيات يمكن أن يزيد من تفشي المرض، بينما يمكن أن يعزز التخصيب العضوي مقاومة النبات. تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات مستويات النيتروجين المتفاوتة على حدوث ذبول البكتيريا وديناميات المجتمع الميكروبي المرتبطة، مما يوفر في النهاية رؤى لتحسين استراتيجيات تخصيب النيتروجين لإدارة ذبول البكتيريا في التبغ بشكل مستدام.
طرق البحث
تم إجراء التجربة الحقلية في بلدية دونغتون، منطقة شيشيو، مدينة أنشون، مقاطعة قويتشو، الصين، وهي منطقة تأثرت تاريخيًا بذبول التبغ البكتيري الشديد. كان الموقع، الذي يتميز بالتربة الصفراء ذات الخصوبة الموحدة والتضاريس المسطحة، قد خضع لزراعة التبغ المستمرة لمدة ست سنوات دون تعقيم التربة. تضمنت الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة رقم هيدروجيني يبلغ 5.48، ونيتروجين إجمالي (TN) قدره 2.15 جرام·كجم⁻¹، ومواد عضوية في التربة (SOM) قدرها 35.96 جرام·كجم⁻¹، وفوسفور متاح (AP) قدره 126.74 ملجم·كجم⁻¹، وبوتاسيوم متاح (AK) قدره 227.18 ملجم·كجم⁻¹، ونيتروجين قابل للتحلل القلوي (AN) قدره 173.65 ملجم·كجم⁻¹.
استخدم تصميم التجربة نهج الكتل العشوائية مع أربعة مستويات من تطبيق النيتروجين الأساسي (N): 75، 67.5، 60، و52.5 كجم·هكتار⁻²، تمثل معدلًا تقليديًا وتخفيضات بنسبة 10%، 20%، و30%، على التوالي. تم جمع عينات من تربة منطقة الجذور من النباتات المريضة والصحية عبر ثمانية علاجات، تم تكرار كل منها ثلاث مرات مع حد أدنى من 150 نباتًا لكل تكرار. تم استخدام صنف التبغ يونيان 87، المزروع بمسافات محددة ومدار وفقًا لممارسات زراعية متسقة، بما في ذلك تطبيق سماد مركب خاص بالتبغ وتسميد علوي، لضمان التوحيد في توفر المغذيات، والديناميات الميكروبية، وتقدم المرض.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الأساسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ليست نتيجة للصدفة العشوائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في البيانات، مما يدعم الفرضيات الأولية المطروحة في الدراسة.
علاوة على ذلك، يتضمن القسم تمثيلات رسومية للبيانات، مثل المخططات أو الرسوم البيانية، التي توضح العلاقات والأنماط الملاحظة. تعزز هذه المساعدات البصرية من فهم النتائج وتوفر نظرة شاملة عن النتائج. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية المتغيرات المدروسة وتأثيراتها على السياق البحثي الأوسع.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم جمع عينات من التربة من منطقة الجذور لنباتات التبغ بعد أسبوع من التقليم لتقييم تأثير تقليل النيتروجين على حدوث ذبول البكتيريا الناجم عن *Ralstonia solanacearum*. تضمنت استراتيجية أخذ العينات التمييز بين النباتات المريضة والصحية، حيث أكدت تقنية PCR الكمية على وجود وفرة أعلى من مسببات الأمراض في التربة المريضة. أشارت النتائج إلى أن تقليل مستويات النيتروجين قلل بشكل كبير من حدوث المرض وأعداد نسخ الممرض، مما يشير إلى أن تخصيب النيتروجين يؤثر على ديناميات الممرض من خلال التغيرات في هيكل المجتمع الميكروبي في التربة وتنوعه. من الجدير بالذكر أنه بينما ارتبطت مستويات النيتروجين المنخفضة عمومًا بتقليل شدة المرض، كانت العلاقة بين أشكال النيتروجين وتقدم المرض معقدة، حيث كان النترات يميل إلى تعزيز استعمار الممرض، بينما بدا أن الأمونيوم يثبطه.
كشفت التحليلات الفيزيائية والكيميائية أن التربة المريضة أظهرت رقم هيدروجيني أقل، ومواد عضوية، ونيتروجين من الكتلة الحيوية الميكروبية مقارنة بالتربة غير المريضة، ومع ذلك كانت تحتوي على فوسفور وبوتاسيوم متاحين أعلى. كانت أنشطة إنزيمات التربة، بما في ذلك اليورياز والفوسفاتاز الحمضي، مرتفعة في التربة المريضة، مما قد يعكس استجابات ميكروبية لضغط الممرض. أظهرت تحليلات المجتمع الميكروبي أن تنوع البكتيريا والفطريات كان أعلى في التربة المريضة، مع ملاحظات واضحة في التحولات في الأنواع السائدة تحت علاجات النيتروجين المتفاوتة. تسلط الدراسة الضوء على التفاعل المعقد بين إدارة النيتروجين وصحة التربة وديناميات المرض، مما يبرز الحاجة إلى نهج دقيق في الممارسات الزراعية للتخفيف من الأمراض النباتية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1704525
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41623632
Publication Date: 2026-01-16
Author(s): Chaojun Shi et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
The research investigates the impact of reduced nitrogen fertilization on bacterial wilt caused by *Ralstonia solanacearum* in tobacco cultivation. A randomized block field experiment was conducted with varying nitrogen application levels (conventional, 10%, 20%, and 30% reduction). The study found that moderate nitrogen reduction significantly decreased the abundance of *R. solanacearum*, leading to lower disease incidence and severity. Key soil physicochemical properties, such as increased pH and enhanced availability of nitrogen, phosphorus, and potassium, were observed alongside improved enzyme activities and microbial biomass. High-throughput sequencing revealed shifts in microbial community structure, with increased α-diversity and enrichment of beneficial genera like *Arthrobacter* and *Amycolatopsis*.
The findings suggest that moderate nitrogen reduction not only improves soil properties but also fosters a microbial community conducive to disease suppression. Soil pH, microbial biomass carbon, acid phosphatase activity, and organic matter were identified as primary drivers of these changes. This study provides a theoretical and practical framework for sustainable nitrogen management in tobacco production, highlighting the potential for nutrient-driven strategies to control bacterial wilt. However, the authors note that further research across diverse soil types and climatic conditions is necessary to validate the broader applicability of these nitrogen-reduction strategies.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significant impact of bacterial wilt, caused by *Ralstonia solanacearum*, on Solanaceae crops, particularly tobacco, leading to substantial economic losses, especially in southern and eastern China. The disease disrupts vascular tissues, resulting in wilting and yield reduction, and its spread to higher latitudes due to climate change poses an increasing threat to crop production. The authors emphasize the urgent need for effective control strategies, highlighting agricultural management, particularly nutrient management, as a promising eco-friendly approach.
The paper outlines the dual role of nitrogen (N) fertilization in plant resistance to pathogens, noting that different nitrogen forms can influence disease dynamics. For instance, nitrate can enhance pathogen virulence, while ammonium may reduce disease incidence. The authors also discuss how soil nutrient status affects rhizosphere microbial communities, which are crucial for disease suppression. They note that imbalances in nutrient application can exacerbate disease, while organic fertilization can bolster plant resistance. The study aims to investigate the effects of varying nitrogen levels on bacterial wilt incidence and the associated microbial community dynamics, ultimately providing insights for optimizing nitrogen fertilization strategies to sustainably manage tobacco bacterial wilt.
Methods
The field experiment was conducted in Dongtun Township, Xixiu District, Anshun City, Guizhou Province, China, an area historically affected by severe tobacco bacterial wilt. The site, characterized by yellow soil with uniform fertility and flat terrain, had been under continuous tobacco cultivation for six years without soil fumigation. The soil’s physicochemical properties included a pH of 5.48, total nitrogen (TN) of 2.15 g·kg⁻¹, soil organic matter (SOM) of 35.96 g·kg⁻¹, available phosphorus (AP) of 126.74 mg·kg⁻¹, available potassium (AK) of 227.18 mg·kg⁻¹, and alkali-hydrolyzable nitrogen (AN) of 173.65 mg·kg⁻¹.
The experimental design utilized a randomized block approach with four levels of basal nitrogen (N) application: 75, 67.5, 60, and 52.5 kg·hm⁻², representing a conventional rate and reductions of 10%, 20%, and 30%, respectively. Rhizosphere soil samples were collected from both diseased and healthy plants across eight treatments, each replicated three times with a minimum of 150 plants per replicate. The tobacco cultivar Yunyan 87 was used, planted with specific spacing and managed under consistent agronomic practices, including the application of a tobacco-specific compound fertilizer and topdressing, to ensure uniformity in nutrient availability, microbial dynamics, and disease progression.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the primary outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing p-values less than 0.05, suggesting that the results are not due to random chance. Additionally, the results demonstrate a clear trend in the data, supporting the initial hypotheses posited in the study.
Furthermore, the section includes graphical representations of the data, such as plots or charts, which illustrate the relationships and patterns observed. These visual aids enhance the understanding of the results and provide a comprehensive overview of the findings. Overall, the results underscore the importance of the studied variables and their implications for the broader research context.
Discussion
In this study, soil samples were collected from the rhizosphere of tobacco plants one week post-topping to assess the impact of nitrogen reduction on the incidence of bacterial wilt caused by *Ralstonia solanacearum*. The sampling strategy involved differentiating between diseased and healthy plants, with quantitative PCR confirming higher pathogen abundance in diseased soils. Results indicated that decreasing nitrogen levels significantly reduced disease incidence and pathogen copy numbers, suggesting that nitrogen fertilization influences pathogen dynamics through alterations in soil microbial community structure and diversity. Notably, while low nitrogen levels generally correlated with reduced disease severity, the relationship between nitrogen forms and disease progression was complex, as nitrate tended to promote pathogen colonization, whereas ammonium appeared to suppress it.
Physicochemical analyses revealed that diseased soils exhibited lower pH, organic matter, and microbial biomass nitrogen compared to non-diseased soils, yet higher available phosphorus and potassium. Soil enzyme activities, including urease and acid phosphatase, were elevated in diseased soils, potentially reflecting microbial responses to pathogen stress. Microbial community analyses showed that bacterial and fungal diversity was higher in diseased soils, with distinct shifts in dominant taxa observed under varying nitrogen treatments. The study highlights the intricate interplay between nitrogen management, soil health, and disease dynamics, emphasizing the need for nuanced approaches in agricultural practices to mitigate plant diseases.