DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-023-04711-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38166490
تاريخ النشر: 2024-01-03
المؤلف: Masoomeh Amerian وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة التأثيرات المشتركة لتغذية السيلينيوم (Se) وزراعة النباتات على أصول مقاومة للملوحة على إنتاج الخيار تحت ضغط الملوحة في ظروف البيوت الزجاجية. شمل التصميم التجريبي ثلاثة عوامل: مستويات الملوحة (0 و 50 و 100 مليلتر من NaCl)، تطبيق السيلينيوم الورقي (0 و 5 و 10 ملغ L$^{-1}$ من سيلينات الصوديوم)، وزراعة (نباتات مزروعة مقابل نباتات غير مزروعة) باستخدام القرع (Cucurbita maxima) كأصل. أشارت النتائج إلى أن كل من تغذية السيلينيوم وزراعة النباتات حسنت بشكل كبير من تحمل الملوحة في الخيار المزروع، مما عزز النمو والإنتاج. ومن الجدير بالذكر أن النباتات المعالجة بالسيلينيوم أظهرت زيادة في محتوى الماء النسبي في الأوراق، والبروتينات، والسكريات القابلة للذوبان، والمركبات الفينولية، والفلافونويدات، ونشاط إنزيمات مضادات الأكسدة، مما ساهم في استقرار غشاء الخلية وتقليل تسرب الأيونات.
تشير النتائج إلى أن زراعة الخيار على القرع تعزز من تحمل الملوحة عن طريق تقليل امتصاص الصوديوم وانتقاله إلى السليل. وتخلص الدراسة إلى أن تركيز سيلينات الصوديوم بمقدار 10 ملغ L$^{-1}$، بالاشتراك مع أصل القرع، هو استراتيجية فعالة لتحسين تحمل الملوحة والإنتاج الكلي في زراعة الخيار. توفر هذه الأبحاث رؤى قيمة لتطوير ممارسات زراعية مستدامة لمكافحة ضغط الملوحة في إنتاج الخضروات، خاصة في المناطق الجافة وشبه الجافة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التحدي الكبير الذي تفرضه ملوحة التربة على الإنتاج الزراعي، خاصة في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية، حيث تتأثر حوالي 20% من الأراضي القابلة للزراعة بشكل كبير. تؤدي ملوحة التربة، الناتجة عن عوامل طبيعية وبشرية، إلى تعطيل التوازن الأسموزي في النباتات، مما يحد من امتصاص الماء والتبخر، مما يقلل في النهاية من غلة المحاصيل وجودتها. لقد واجهت طرق التربية التقليدية صعوبة في تعزيز تحمل الملوحة بسبب تعقيد الصفات الوراثية والفسيولوجية المعنية. استجابةً لذلك، ظهرت أساليب مبتكرة مثل زراعة النباتات على أصول مقاومة، مما يظهر فوائد محتملة في تعزيز غلة المحاصيل ومقاومتها لمختلف الضغوط.
تؤكد الورقة على دور زراعة النباتات في تحسين تحمل الملوحة، خاصة في المحاصيل مثل الخيار، التي تكون حساسة لضغط الملوحة. لقد أظهرت زراعة النباتات على أصول محددة، مثل القرع و”لوفا”، أنها تعزز النمو والإنتاج في الظروف المالحة من خلال زيادة تراكم البوتاسيوم ونشاط مضادات الأكسدة. بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة تغذية السيلينيوم (Se) كاستراتيجية مفيدة للتخفيف من آثار ضغط الملوحة، مما يعزز نمو النباتات وإنتاجها من خلال تحسين نشاط إنزيمات مضادات الأكسدة وتوازن الأيونات. تهدف الدراسة إلى استكشاف التأثيرات التفاعلية للزراعة وتغذية السيلينيوم على أداء الخيار تحت ضغط الملوحة، مما يعالج فجوة في الأبحاث الحالية ويساهم في ممارسات زراعية مستدامة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام تصميم عاملي مع نهج عشوائي بالكامل وثلاث تكرارات للتحقيق في تأثيرات الملوحة والسيلينيوم على نباتات الخيار المزروعة وغير المزروعة. تم إجراء البحث في بيت زجاجي في جامعة رازي للزراعة والموارد الطبيعية، باستخدام كلوريد الصوديوم بتركيزات 0 و 50 و 100 مليلتر كعامل ملوحة، وسيلينات الصوديوم المطبقة بتركيزات 0 و 5 و 10 ملغ L\(^{-1}\) كعلاج بالسيلينيوم. تم استخدام بذور الخيار والقرع، وتمت زراعة النباتات بعد 25 يومًا من الزراعة لضمان التوافق بين الأصل والسليل.
شمل عملية الزراعة إنشاء ثقب في الأصل وإدخال السليل، تلاها التكيف في بيئة محكومة ذات رطوبة ودرجة حرارة عالية. بعد ثلاثة أيام، تم تقليل مستويات الرطوبة تدريجياً، وتم إدخال ضغط الملوحة من خلال NaCl في مياه الري، وزيادته إلى المستويات المرغوبة مع مرور الوقت. تزامن تطبيق السيلينيوم الورقي مع بداية ضغط الملوحة. طوال التجربة، تم الحفاظ على ممارسات البستنة القياسية، بما في ذلك مكافحة الآفات، ودعم النباتات، وتنظيم البيئة، مع تحسين ظروف البيت الزجاجي لنمو الخيار.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون نتيجة للصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في سلوك النظام مع تغير المعلمات، مع تغييرات ملحوظة في النتائج المقاسة. توضح التمثيلات البيانية، مثل الرسوم البيانية والمخططات، هذه الاتجاهات بشكل أكبر، مما يوفر تأكيدًا بصريًا للنتائج الكمية. بشكل عام، تساهم النتائج في فهم أعمق للآليات الأساسية وتدعم الفرضيات المطروحة في الدراسة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التأثيرات الكبيرة للملوحة، وسيلينات الصوديوم (Se)، وزراعة النباتات على النمو والخصائص الفسيولوجية لنباتات الخيار. وُجد أن الملوحة تؤثر سلبًا على مقاييس النمو مثل ارتفاع النبات، والوزن الطازج، وإنتاج الثمار، بشكل أساسي بسبب ضغط الأسموزة وسمية الأيونات، مما يعيق امتصاص الماء والمواد الغذائية. على النقيض من ذلك، حسنت تطبيقات سيلينات الصوديوم من معلمات النمو حتى تحت ضغط الملوحة، مما يشير إلى أن Se يعزز من مرونة النبات من خلال تعزيز التوازن الأسموزي وزيادة تراكم المحاليل المتوافقة مثل البروتينات والكربوهيدرات القابلة للذوبان.
فسيولوجيًا، قللت الملوحة من مستويات أصباغ التمثيل الضوئي، بينما زادت تطبيقات Se من هذه المستويات، مما يدل على دور وقائي ضد الضغط التأكسدي. كما لاحظت الدراسة أن الخيار المزروع أظهر نموًا وخصائص فسيولوجية متفوقة مقارنة بالنباتات غير المزروعة تحت ضغط الملوحة، مما يعزز فوائد الزراعة على أصول أكثر تحملًا. تشير النتائج إلى أن دمج علاج السيلينيوم واستراتيجيات الزراعة يمكن أن يخفف بشكل فعال من الآثار السلبية للملوحة على زراعة الخيار، مما يعزز كل من النمو والإنتاج من خلال تحسين الاستجابات الفسيولوجية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-023-04711-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38166490
Publication Date: 2024-01-03
Author(s): Masoomeh Amerian et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This study investigates the combined effects of selenium (Se) biofortification and grafting onto tolerant rootstocks on cucumber yield under salinity stress in greenhouse conditions. The experimental design included three factors: salinity levels (0, 50, and 100 mM NaCl), foliar Se application (0, 5, and 10 mg L$^{-1}$ sodium selenate), and grafting (grafted vs. non-grafted plants) using pumpkin (Cucurbita maxima) as the rootstock. Results indicated that both Se biofortification and grafting significantly improved salinity tolerance in grafted cucumbers, enhancing growth and yield. Notably, Se-treated plants showed increased leaf relative water content, proline, total soluble sugars, proteins, phenolic compounds, flavonoids, and antioxidant enzyme activity, which contributed to cell membrane stabilization and reduced ion leakage.
The findings suggest that grafting onto pumpkin enhances cucumber salinity tolerance by minimizing sodium uptake and translocation to the scion. The study concludes that a sodium selenate concentration of 10 mg L$^{-1}$, combined with pumpkin rootstock, is an effective strategy for improving salinity tolerance and overall yield in cucumber cultivation. This research provides valuable insights for developing sustainable agricultural practices to combat salinity stress in vegetable production, particularly in arid and semi-arid regions.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant challenge posed by salinity stress on agricultural productivity, particularly in tropical and subtropical regions, where approximately 20% of arable land is severely affected. Salinity stress, resulting from both natural and anthropogenic factors, disrupts osmotic balance in plants, limiting water uptake and transpiration, which ultimately reduces crop yields and quality. Traditional breeding methods have struggled to enhance salinity tolerance due to the complexity of the genetic and physiological traits involved. As a response, innovative approaches such as grafting onto tolerant rootstocks have emerged, demonstrating potential benefits in enhancing crop yield and resistance to various stresses.
The paper emphasizes the role of grafting in improving salinity tolerance, particularly in crops like cucumber, which is sensitive to salinity-induced osmotic stress. Grafting onto specific rootstocks, such as fig leaf gourd and luffa, has shown to enhance growth and yield under saline conditions by increasing potassium accumulation and antioxidant activity. Additionally, selenium (Se) biofortification is discussed as a beneficial strategy to mitigate salinity stress effects, enhancing plant growth and yield through improved antioxidant enzyme activity and ion homeostasis. The study aims to explore the interactive effects of grafting and Se biofortification on cucumber performance under salinity stress, addressing a gap in current research and contributing to sustainable agricultural practices.
Methods
In this study, a factorial design with a completely randomized approach and three replications was employed to investigate the effects of salinity and selenium on grafted and non-grafted cucumber plants. The research was conducted in a greenhouse at Razi University of Agriculture and Natural Resources, utilizing sodium chloride at concentrations of 0, 50, and 100 mM as the salinity factor, and sodium selenate applied at 0, 5, and 10 mg L\(^{-1}\) as the selenium treatment. Cucumber and pumpkin seeds were used, with grafting performed after 25 days of cultivation to ensure compatibility between rootstock and scion.
The grafting process involved creating a hole in the rootstock and inserting the scion, followed by acclimatization in a controlled environment with high humidity and temperature. After three days, humidity levels were gradually reduced, and salinity stress was introduced through NaCl in the irrigation water, increasing to the desired levels over time. Selenium foliar application coincided with the onset of salinity stress. Throughout the experiment, standard horticultural practices were maintained, including pest control, plant support, and environmental regulation, with greenhouse conditions optimized for cucumber growth.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance.
Additionally, the results demonstrate a clear trend in the behavior of the system as parameters were varied, with notable changes in the measured outcomes. Graphical representations, such as plots and charts, further illustrate these trends, providing visual confirmation of the quantitative results. Overall, the findings contribute to a deeper understanding of the underlying mechanisms and support the hypotheses posited in the study.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant effects of salinity, sodium selenate (Se), and grafting on the growth and physiological characteristics of cucumber plants. Salinity was found to adversely impact growth metrics such as plant height, fresh weight, and fruit yield, primarily due to osmotic stress and ion toxicity, which hinder water and nutrient absorption. In contrast, the application of sodium selenate improved growth parameters even under salinity stress, suggesting that Se enhances the plant’s resilience by promoting osmotic balance and increasing the accumulation of compatible solutes like proline and soluble carbohydrates.
Physiologically, salinity reduced the levels of photosynthetic pigments, while Se application increased these levels, indicating a protective role against oxidative stress. The study also noted that grafted cucumbers exhibited superior growth and physiological traits compared to non-grafted ones under salinity stress, reinforcing the benefits of grafting with more tolerant rootstocks. The findings suggest that integrating Se treatment and grafting strategies can effectively mitigate the negative impacts of salinity on cucumber cultivation, enhancing both growth and yield through improved physiological responses.