DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1738090
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41867494
تاريخ النشر: 2026-03-06
المؤلف: Jinxue Hu وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثير تغليف بذور البكتيريا المحفزة لنمو النباتات (PGPR) على إنتاج البطاطس (Solanum tuberosum L.) على مدى عامين. شملت الدراسة خمسة أنواع من معالجة تغليف البذور: التحكم غير المعالج (CK)، التغليف الكيميائي (CB)، Bacillus velezensis (SM)، واثنين من التركيبات المركبة (CM1 و CM2). كشفت النتائج أن PGPR عززت بشكل كبير ديناميات العناصر الغذائية في التربة، مع زيادات في النيتروجين النترات في التربة (NO₃ –N) والفوسفور المتاح (P) بنسبة 16.29% و 17.29%، على التوالي، خلال مرحلة الإزهار. بالإضافة إلى ذلك، حسنت معالجة PGPR ارتفاع النبات وقطر الساق بنسبة 10.89% و 34.46% مقارنة بالتغليف الكيميائي، بينما زادت أيضًا قيم SPAD ومعدلات التمثيل الضوئي الصافي بنسبة 20.22% و 32.22%.
عند النضج، أظهرت النباتات المعالجة بـ PGPR زيادات كبيرة في الكتلة الجافة فوق الأرض، والجذور، والدرنات بنسبة 31.27%، 44.21%، و 41.88%، على التوالي، مقارنة بالعلاج الكيميائي. ومن الجدير بالذكر أن التركيبة المركبة CM2 (Bacillus subtilis + Bacillus licheniformis) أدت إلى أعلى تراكم للنيتروجين (N) والفوسفور (P) في الدرنات، مع زيادات بنسبة 66.74% و 55.25%، وتحسين في العائد بنسبة 38.9% مقارنة بالعلاجات الأخرى. بشكل عام، تستنتج الدراسة أن تغليف بذور PGPR يعزز بشكل فعال توفر العناصر الغذائية في التربة، والأداء الفسيولوجي للنبات، وانتقال العناصر الغذائية، مما يعزز إنتاج البطاطس المستدام من خلال تحسين العمليات الكيميائية الحيوية في التربة وزيادة امتصاص العناصر الغذائية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية البطاطس (Solanum tuberosum L.) كأحد المحاصيل الأساسية العالمية، مع التأكيد على إمكاناتها العالية في الإنتاج وقيمتها الغذائية، والتي تعتبر حاسمة للأمن الغذائي. على الرغم من استهلاكها الواسع وإنتاجها السنوي الكبير الذي يتجاوز 350 مليون طن متري، تواجه زراعة البطاطس تحديات تتعلق بمتطلبات العناصر الغذائية وصحة البذور. يتطلب المحصول مدخلات كبيرة من النيتروجين (حوالي 250 كجم N هكتار\(^{-1}\)) والفوسفور (حوالي 150 كجم P هكتار\(^{-1}\)) لتحقيق العوائد المثلى، مما يثير القلق بشأن تدهور التربة وتأثيرات البيئة الناتجة عن العلاجات الكيميائية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاعتماد على درنات البذور المتكاثرة خضريًا يجعل البطاطس عرضة للعوامل الممرضة المنقولة عبر التربة، مما يستلزم وجود علاجات فعالة للبذور يمكن أن تضر بصحة التربة والمجتمعات الميكروبية بشكل غير مباشر.
تدعو الورقة إلى استخدام البكتيريا المحفزة لنمو النباتات (PGPR) كحل بيولوجي لتعزيز زراعة البطاطس. يمكن أن تحسن PGPR كفاءة امتصاص العناصر الغذائية وتعزز نمو النبات من خلال آليات مختلفة، بما في ذلك تثبيت النيتروجين وحل العناصر الغذائية الأساسية مثل الفوسفور والبوتاسيوم. تؤكد المقدمة على إمكانات التركيبات المركبة من PGPR، التي تجمع بين سلالات بكتيرية متعددة ذات وظائف تكاملية، لتوفير فوائد تآزرية لاكتساب العناصر الغذائية وصحة التربة. تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات تغليف بذور PGPR على نمو البطاطس وعائدها، مع فرضية أن هذه العلاجات ستعزز من إمكانية الوصول إلى العناصر الغذائية وتحفز العمليات الكيميائية الحيوية في التربة، مما يعزز في النهاية إنتاج البطاطس المستدام.
طرق البحث
تم إجراء التجربة الميدانية من 2023 إلى 2024 في مقاطعة زهاوشيان، مقاطعة خبي، الصين، التي تتميز بمناخ موسمي شبه رطب دافئ. يتميز الموقع بتربة طينية خفيفة ذات محتوى عضوي متوسط إلى منخفض، تدعم نظام زراعة مزدوج من البطاطس والذرة. تم زراعة البطاطس في أوائل مارس وتم حصادها في أواخر يونيو، تلتها زراعة الذرة في أوائل يوليو. تم الالتزام بممارسات الزراعة القياسية، بما في ذلك التسميد والري، مع توفير بيانات مناخية مفصلة في الجداول والأشكال المرفقة.
استخدم التصميم التجريبي نهج الكتل العشوائية مع ثلاث تكرارات، واختبار خمسة أوضاع لمعالجة البذور: التحكم غير المعالج، التغليف الكيميائي، وثلاثة تغليفات ميكروبية تشمل Bacillus velezensis، Bacillus subtilis، Paenibacillus mucilaginosus، و Bacillus licheniformis. كانت هذه العلاجات تهدف إلى تعزيز نمو البطاطس وتحمل الإجهاد من خلال آليات مختلفة، مثل حل العناصر الغذائية وتعزيز نمو الجذور. كان كل قطعة قياسها 25 م × 5 م، وتم معالجة وصيانة درنات البذور المعتمدة لضمان إنبات موحد قبل الزراعة. تم إدارة التسميد والري وفقًا للتوصيات المحلية، لضمان التوافق مع ممارسات إنتاج البطاطس التجارية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى أن الفرضية الرئيسية كانت مدعومة، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن وجود علاقة قوية بين المتغيرات قيد البحث. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن التدخل أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج المستهدفة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت تحليل التباين (ANOVA) أن الفروق بين المجموعات كانت كبيرة، مما يعزز فعالية المنهجية المقترحة. توضح التمثيلات البيانية للبيانات، بما في ذلك الأشكال والجداول، الاتجاهات والأنماط الملاحظة، مما يعزز الاستنتاجات المستخلصة من التقييمات الكمية. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في المعرفة الحالية وتقترح تطبيقات محتملة في المجالات ذات الصلة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الدور المهم للبكتيريا المحفزة لنمو النباتات (PGPR) في تعزيز الصفات الزراعية للبطاطس، وتوافر العناصر الغذائية في التربة، والعائد الكلي للمحصول. أظهرت الدراسة أن معالجة PGPR، وخاصة التركيبة المركبة من *Bacillus subtilis* و *Bacillus licheniformis*، حسنت بشكل كبير ديناميات العناصر الغذائية في التربة من خلال زيادة مستويات النيتروجين المتاح (NO₃⁻-N) والفوسفور (P) خلال مراحل النمو الحرجة. يُعزى هذا التحسين إلى التحفيز البيولوجي الذي توفره PGPR، والذي يعزز تطوير نظام الجذر وأنشطة الإنزيمات التي تسهل تحريك العناصر الغذائية وتحويلها في منطقة الجذر. وبالتالي، أظهرت النباتات المعالجة بـ PGPR زيادة أكبر في كتلة الجذر، وتحسين معدلات التمثيل الضوئي، وزيادة تراكم العناصر الغذائية، مما أدى إلى زيادة كتلة الدرنات والعائد الكلي.
علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن PGPR لم تحسن فقط من اكتساب العناصر الغذائية ولكن أيضًا سرعت من انتقال النيتروجين والفوسفور من الأوراق المصدر إلى الدرنات النامية. أفادت الدراسة بأن PGPR زادت من معدلات انتقال النيتروجين والفوسفور بمعدل 17.13% و 50.48%، على التوالي، مقارنة بالعلاجات التحكم. يبرز هذا التأثير التآزري لزيادة التمثيل الضوئي وتحسين ديناميات العناصر الغذائية أهمية PGPR في تحسين كل من العمليات الكيميائية الحيوية في التربة والأداء الفسيولوجي للنبات، مما يسهم في النهاية في زيادة عوائد البطاطس والفوائد الاقتصادية. تشير النتائج إلى أن تغليف البذور المعتمد على PGPR يمثل استراتيجية زراعية مستدامة لتعزيز خصوبة التربة وإنتاجية المحاصيل.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1738090
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41867494
Publication Date: 2026-03-06
Author(s): Jinxue Hu et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
This research investigates the impact of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) seed coatings on potato (Solanum tuberosum L.) production over two years. The study involved five seed-coating treatments: untreated control (CK), chemical coating (CB), Bacillus velezensis (SM), and two composite formulations (CM1 and CM2). The findings revealed that PGPR significantly enhanced soil nutrient dynamics, with increases in soil nitrate nitrogen (NO₃ –N) and available phosphorus (P) by 16.29% and 17.29%, respectively, during the flowering stage. Additionally, PGPR treatments improved plant height and stem diameter by 10.89% and 34.46% compared to the chemical coating, while also elevating SPAD values and net photosynthetic rates by 20.22% and 32.22%.
At maturity, PGPR-treated plants exhibited substantial increases in aboveground, root, and tuber dry matter by 31.27%, 44.21%, and 41.88%, respectively, compared to the chemical treatment. Notably, the composite formulation CM2 (Bacillus subtilis + Bacillus licheniformis) resulted in the highest accumulation of nitrogen (N) and phosphorus (P) in tubers, with increases of 66.74% and 55.25%, and a yield improvement of 38.9% over other treatments. Overall, the study concludes that PGPR seed coatings effectively enhance soil nutrient availability, plant physiological performance, and nutrient translocation, thereby promoting sustainable potato production through optimized soil biochemical processes and improved nutrient uptake.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of the potato (Solanum tuberosum L.) as a major global staple crop, emphasizing its high yield potential and nutritional value, which are crucial for food security. Despite its widespread consumption and substantial annual production exceeding 350 million metric tons, potato cultivation faces challenges related to nutrient demands and seed health. The crop requires significant inputs of nitrogen (approximately 250 kg N ha\(^{-1}\)) and phosphorus (around 150 kg P ha\(^{-1}\)) to achieve optimal yields, raising concerns about soil degradation and environmental impacts from chemical treatments. Additionally, the reliance on vegetatively propagated seed tubers makes potatoes susceptible to soil-borne pathogens, necessitating effective seed treatments that can inadvertently harm soil health and microbial communities.
The paper advocates for the use of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) as a biologically based solution to enhance potato cultivation. PGPR can improve nutrient uptake efficiency and promote plant growth through various mechanisms, including nitrogen fixation and solubilization of essential nutrients like phosphorus and potassium. The introduction underscores the potential of composite PGPR formulations, which combine multiple bacterial strains with complementary functions, to provide synergistic benefits for nutrient acquisition and soil health. The study aims to investigate the effects of PGPR seed coatings on potato growth and yield, hypothesizing that these treatments will enhance nutrient accessibility and stimulate soil biochemical processes, ultimately promoting sustainable potato production.
Methods
The field experiment was conducted from 2023 to 2024 in Zhaoxian County, Hebei Province, China, characterized by a warm temperate, semi-humid monsoon climate. The site features light loam fluid-brown soil with medium-to-low organic matter content, supporting a double-cropping system of potato and maize. Potatoes were planted in early March and harvested in late June, followed by maize sowing in early July. Standard agronomic practices, including fertilization and irrigation, were adhered to, with detailed climatic data provided in accompanying tables and figures.
The experimental design utilized a randomized block approach with three replicates, testing five seed treatment modes: untreated control, chemical coating, and three microbial coatings involving Bacillus velezensis, Bacillus subtilis, Paenibacillus mucilaginosus, and Bacillus licheniformis. These treatments aimed to enhance potato growth and stress tolerance through various mechanisms, such as nutrient solubilization and root growth promotion. Each plot measured 25 m by 5 m, and certified seed tubers were treated and maintained for uniform sprouting before planting. Fertilization and irrigation were managed according to local recommendations, ensuring consistency with commercial potato production practices.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical procedures 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 target outcomes, with a p-value of less than 0.05, indicating statistical significance.
Additionally, the analysis of variance (ANOVA) showed that the differences among the groups were substantial, further validating the effectiveness of the proposed methodology. Graphical representations of the data, including figures and tables, illustrate the trends and patterns observed, reinforcing the conclusions drawn from the quantitative assessments. Overall, these findings contribute to the existing body of knowledge and suggest potential applications in relevant fields.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant role of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) in enhancing potato agronomic traits, soil nutrient availability, and overall crop yield. The study demonstrated that PGPR treatments, particularly the composite inoculant of *Bacillus subtilis* and *Bacillus licheniformis*, significantly improved soil nutrient dynamics by increasing the levels of available nitrogen (NO₃⁻-N) and phosphorus (P) during critical growth stages. This enhancement is attributed to the biological stimulation provided by PGPR, which promotes root system development and enzyme activities that facilitate nutrient mobilization and transformation in the rhizosphere. Consequently, PGPR-treated plants exhibited greater root biomass, improved photosynthetic rates, and enhanced nutrient accumulation, leading to increased tuber biomass and overall yield.
Furthermore, the findings indicate that PGPR not only improved nutrient acquisition but also accelerated the translocation of nitrogen and phosphorus from source leaves to developing tubers. The study reported that PGPR increased nitrogen and phosphorus translocation rates by an average of 17.13% and 50.48%, respectively, compared to control treatments. This synergistic effect of enhanced photosynthesis and improved nutrient dynamics underscores the importance of PGPR in optimizing both soil biochemical processes and plant physiological performance, ultimately contributing to higher potato yields and economic benefits. The results suggest that PGPR-based seed coatings represent a sustainable agricultural strategy to enhance soil fertility and crop productivity.