DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1733182
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41717105
تاريخ النشر: 2026-02-04
المؤلف: Haoran Xie وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات تعزيز نمو النباتات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في آثار الجبريلين (GA) والميلاتونين (MT) على نمو وتركيب الأوراق العليا من التبغ، والتي غالبًا ما تكون غير مستغلة بسبب حجمها الصغير وخصائصها الكيميائية غير المتوازنة. تم استخدام تصميم كتلة عشوائية ذو عاملين لتقييم تأثير هذه الهرمونات على المعلمات الشكلية، وتراكم الكتلة الحيوية، والتركيب الكيميائي. أظهرت النتائج أن معالجة 75 ملغ/ل GA زادت بشكل كبير من عرض الورقة ومساحتها بنسبة 12.96% و17.69% على التوالي، وحسنت كل من الكتلة الحيوية الطازجة والجافة (P<0.01). زادت التفاعلات بين GA وMT من تراكم الكتلة الحيوية (P<0.05)، حيث كشفت نمذجة المعادلات الهيكلية أن GA يؤثر بشكل أساسي على تراكم المادة الجافة من خلال تأثيرات مباشرة على مساحة الورقة (معامل المسار، 0.47) والوزن الطازج (معامل المسار، 0.39). تخلص الدراسة إلى أنه بينما يعد GA ضروريًا لتحسين الخصائص الشكلية والكتلة الحيوية للأوراق العليا من التبغ، يلعب MT دورًا مهمًا في تعزيز الجودة الكيميائية. تم تحديد العلاجات المثلى: 80 مللي مول/ل MT حسنت مؤشر قابلية استخدام المكونات الكيميائية (CCUI)، بينما اعتُبرت مجموعة 75 ملغ/ل GA و80 مللي مول/ل MT أفضل استراتيجية بشكل عام، حيث توازن بين النمو والجودة الكيميائية (معامل القرب، 0.644). توفر هذه النتائج نهجًا قائمًا على الهرمونات لمعالجة عيوب الأوراق العليا من التبغ، مما يعزز إمكاناتها للاستخدام الصناعي.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الأهمية الاقتصادية للتبغ (Nicotiana tabacum L.) وتسلط الضوء على التحديات المرتبطة بجودة الأوراق العليا، التي تشكل جزءًا كبيرًا من إجمالي المحصول ولكن غالبًا ما تكون غير مناسبة لخلطات السجائر الممتازة بسبب عوامل مثل السماكة الزائدة، وارتفاع محتوى النيكوتين، والخصائص الفيزيائية الضعيفة. على الرغم من أنها تمثل 30-45% من إجمالي المحصول في الصين، إلا أن معدل استخدام الأوراق العليا في إنتاج السجائر عالية الجودة منخفض بشكل ملحوظ، ويرجع ذلك أساسًا إلى عيوب الجودة. تشمل الاستراتيجيات الحالية لتحسين جودة الأوراق العليا ممارسات الإدارة الثقافية، وتحسينات الحصاد، وتحسينات في عمليات التجفيف، ومع ذلك، غالبًا ما تتطلب هذه الطرق خبرة تقنية عالية وتظهر استجابات متأخرة.
تحدد الورقة فجوة معرفية حاسمة بشأن التأثيرات التآزرية للهرمونات النباتية، وخاصة الجبريلينات (GAs) والميلاتونين (MT)، على التشكيل الكيميائي للأوراق العليا من التبغ. بينما ركزت الدراسات السابقة على التأثيرات الفردية لهذه الهرمونات على تحسينات الجودة الشكلية والكيميائية، لا تزال التفاعلات بين GA وMT غير مستكشفة. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق بشكل منهجي في التأثيرات المشتركة لـ GA وMT على نمو الأوراق العليا، وتراكم الكتلة الحيوية، وهيكل الأنسجة، والتركيب الكيميائي باستخدام تصميم كتلة عشوائية ذو عاملين. الهدف هو توضيح الآليات الفسيولوجية الكامنة وراء التآزر الهرموني وتطوير استراتيجية عملية لتركيبة الهرمونات لتعزيز الاستخدام الصناعي للأوراق العليا من التبغ.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام صنف التبغ يونيان 87، الذي يتميز بإنتاجه 18-20 ورقة فعالة. تم إجراء التجربة في دفيئة بجامعة سيتشوان الزراعية خلال مناخ المونسون الرطب شبه الاستوائي لعام 2022، حيث تم تقليم النباتات للحفاظ على 18 ورقة فعالة، مع التركيز بشكل خاص على الأوراق الست العليا. شمل الإعداد التجريبي أصص بلاستيكية مملوءة بـ 20 كجم من التربة، مع إضافة سماد كيميائي متوازن، لضمان توفر المغذيات بشكل مثالي (N: 58 ملغ/كجم، P₂O₅: 73 ملغ/كجم، K₂O: 108 ملغ/كجم) بنسبة 1:1.5:2.
تم استخدام تصميم عشوائي كامل ذو عاملين، مع الجبريلين (GA₃) والميلاتونين كعاملين، كل منهما بأربعة مستويات تركيز، مما أسفر عن 16 مجموعة معالجة. تم تكرار كل معالجة عشر مرات، مع نبتة تبغ واحدة لكل أصيص. تم زراعة الشتلات في عمر 65 يومًا، وتم تطبيق المعالجات في مراحل نمو محددة: تم رش الميلاتونين بعد 50 يومًا من الزراعة (DAT) خلال مرحلة التوسع السريع للأوراق، بينما تم تطبيق الجبريلين بعد 71 DAT، متزامنًا مع فترة إعادة توزيع المغذيات الحرجة بعد التقليم. تلقى كل نبات 50 مل من محلول المعالجة، مما يضمن تغطية شاملة للأوراق العليا.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في التفاعل بين الجبريلين (GA) والميلاتونين (MT) وتأثيراتهما على معدل التمثيل الضوئي، والشكل، والكتلة الحيوية، والجودة الكيميائية للأوراق العليا من التبغ. أظهرت النتائج أن كل من GA وMT يعززان بشكل كبير من معدل التمثيل الضوئي الصافي (Pn)، مع أعلى المعدلات التي لوحظت عند تركيزات محددة (50 ملغ/ل GA و40 مللي مول/ل MT). لم تحسن مجموعة هذه المعالجات الأداء الضوئي فحسب، بل عززت أيضًا من توسع الأوراق وتراكم الكتلة الحيوية، حيث كان GA هو العامل الرئيسي المؤثر على شكل الأوراق ونموها. بشكل محدد، أدى تطبيق GA إلى زيادات كبيرة في عرض الورقة ومساحتها، مما ساهم في زيادة الوزن الطازج والجاف للأوراق العليا.
علاوة على ذلك، كشفت الدراسة أنه بينما حسنت تطبيقات الهرمونات الفردية عند التركيزات المثلى الجودة الكيميائية لأوراق التبغ، فإن التطبيق المفرط المشترك لـ GA وMT أدى إلى اختلالات في النسب الكيميائية الرئيسية، مما أثر سلبًا على مؤشر قابلية استخدام المكونات الكيميائية (CCUI). تشير النتائج إلى أن GA ينظم بشكل أساسي عملية التمثيل الغذائي للنيتروجين وتخليق القلويات، بينما يعزز MT من امتصاص الكربون والتوازن الأيوني. تؤكد الدراسة على أهمية إدارة تركيزات الهرمونات بعناية لتحقيق التوازن بين النمو والجودة الكيميائية في إنتاج التبغ، حيث يكون GA 3 وحده فعالًا لتحسينات الشكل، وMT وحده يعزز الجودة الكيميائية. تدعو الدراسة إلى نهج مستهدف في تطبيق الهرمونات لتخفيف العيوب في الأوراق العليا من التبغ وتحسين قابليتها للاستخدام الصناعي.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1733182
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41717105
Publication Date: 2026-02-04
Author(s): Haoran Xie et al.
Primary Topic: Plant Growth Enhancement Techniques
Overview
This research investigates the effects of gibberellin (GA) and melatonin (MT) on the growth and chemical composition of upper tobacco leaves, which are typically underutilized due to their small size and imbalanced chemical properties. A two-factor randomized block design was employed to assess the impact of these hormones on morphological parameters, biomass accumulation, and chemical composition. The results indicated that a treatment of 75 mg/L GA significantly enhanced leaf width and area by 12.96% and 17.69%, respectively, and improved both fresh and dry biomass (P<0.01). The interaction between GA and MT further increased biomass accumulation (P<0.05), with structural equation modeling revealing that GA primarily influences dry matter accumulation through direct effects on leaf area (path coefficient, 0.47) and fresh weight (path coefficient, 0.39). The study concludes that while GA is crucial for improving the morphological characteristics and biomass of upper tobacco leaves, MT plays a significant role in enhancing chemical quality. Optimal treatments were identified: 80 mmol/L MT improved the Chemical Component Usability Index (CCUI), while the combination of 75 mg/L GA and 80 mmol/L MT was deemed the best overall strategy, balancing growth and chemical quality (closeness coefficient, 0.644). These findings provide a hormone-based approach to addressing the defects of upper tobacco leaves, enhancing their potential for industrial use.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the economic significance of tobacco (Nicotiana tabacum L.) and highlights the challenges associated with the quality of upper leaves, which constitute a substantial portion of the total yield but are often unsuitable for premium cigarette blends due to factors such as excessive thickness, high nicotine content, and poor physical characteristics. Despite accounting for 30-45% of total yield in China, the utilization rate of upper leaves in high-quality cigarette production is notably low, primarily due to their quality deficiencies. Current strategies to enhance upper leaf quality include cultural management practices, harvesting optimization, and improvements in curing processes, yet these methods often require high technical expertise and exhibit delayed responses.
The paper identifies a critical knowledge gap regarding the synergistic effects of plant hormones, specifically gibberellins (GAs) and melatonin (MT), on the morphogenesis and chemical composition of upper tobacco leaves. While previous studies have focused on the individual effects of these hormones on morphological and chemical quality improvements, the interaction between GA and MT remains unexplored. This research aims to systematically investigate the combined effects of GA and MT on upper leaf growth, biomass accumulation, tissue structure, and chemical composition using a two-factor randomized block design. The objective is to elucidate the physiological mechanisms underlying hormonal synergy and to develop a practical hormone combination strategy to enhance the industrial utilization of upper tobacco leaves.
Methods
In this study, the tobacco variety Yunyan 87 was utilized, characterized by its production of 18-20 effective leaves. The experiment, conducted in a greenhouse at Sichuan Agricultural University during the subtropical humid monsoon climate of 2022, involved topping the plants to maintain 18 effective leaves, specifically focusing on the upper six leaves. The experimental setup included plastic pots filled with 20 kg of soil, supplemented with a balanced chemical fertilizer, ensuring optimal nutrient availability (N: 58 mg/kg, P₂O₅: 73 mg/kg, K₂O: 108 mg/kg) at a ratio of 1:1.5:2.
A two-factor completely randomized design was employed, with gibberellin (GA₃) and melatonin as the two factors, each at four concentration levels, resulting in 16 treatment combinations. Each treatment was replicated ten times, with one tobacco seedling per pot. The seedlings were transplanted at 65 days old, and treatments were applied at specific growth stages: melatonin was sprayed at 50 days after transplanting (DAT) during the rapid leaf expansion phase, while gibberellin was applied at 71 DAT, coinciding with the critical post-topping nutrient remobilization period. Each plant received 50 ml of the treatment solution, ensuring thorough coverage of the upper leaves.
Discussion
In this study, the interaction between gibberellin (GA) and melatonin (MT) was investigated for its effects on the photosynthetic rate, morphology, biomass, and chemical quality of upper tobacco leaves. The results indicated that both GA and MT significantly enhance the net photosynthetic rate (Pn), with the highest rates observed at specific concentrations (50 mg/L GA and 40 mmol/L MT). The combination of these treatments not only improved photosynthetic performance but also promoted leaf expansion and biomass accumulation, with GA being the primary factor influencing leaf morphology and growth. Specifically, GA application led to significant increases in leaf width and area, contributing to enhanced fresh and dry weights of the upper leaves.
Moreover, the study revealed that while single hormone applications at optimal concentrations improved the chemical quality of tobacco leaves, excessive co-application of GA and MT resulted in imbalances in key chemical ratios, negatively affecting the Chemical Components Usability Index (CCUI). The findings suggest that GA primarily regulates nitrogen metabolism and alkaloid synthesis, while MT enhances carbon assimilation and ionic balance. The research underscores the importance of carefully managing hormone concentrations to optimize both growth and chemical quality in tobacco production, with GA 3 alone being effective for morphological improvements and MT alone enhancing chemical quality. The study advocates for a targeted approach in hormone application to mitigate defects in upper tobacco leaves and improve their industrial usability.