DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0341442
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41576022
تاريخ النشر: 2026-01-23
المؤلف: Birhan Berihun Abebe وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة إمكانيات *Pseudomonas fluorescens* كعامل للتحكم البيولوجي ضد *Alternaria solani*، المسبب للذبول المبكر في محاصيل الطماطم (*Solanum lycopersicum*) في إثيوبيا. شملت الأبحاث عزل *P. fluorescens* من تربة منطقة الجذور وجذور الطماطم الصحية عبر ثلاثة كيبيل في شمال وولو. تم فحص العزلات في المختبر باستخدام طرق الثقافة المزدوجة، مما كشف أن العزلات Pfs12 وPfk13 حققت تثبيطًا للنمو بنسبة 56.04% و55.04% على التوالي، بينما أسفرت معالجة كيميائية قياسية (مانكوزيب) عن تثبيط بنسبة 54.84%. في تجارب البيوت المحمية، سجلت العزلة Pfsa31 أدنى مؤشر مرضي بنسبة 24.733%، مقارنة بالعلاج الكيميائي، مما يشير إلى فعالية هذه العزلات في تقليل شدة المرض.
تؤكد النتائج الإمكانيات التنافسية لـ *P. fluorescens* ضد *A. solani*، مما يبرز ملاءمتها كبديل مستدام لمبيدات الفطريات الاصطناعية. أظهرت الخصائص الشكلية والبيوكيميائية للعزلات قابليتها كعوامل للتحكم البيولوجي، مع سمات مثل الحركة ونشاط الكاتلاز التي تدعم فعاليتها. تؤكد الدراسة على أهمية استخدام سلالات ميكروبية محلية في استراتيجيات إدارة الأمراض المتكاملة، مشيرة إلى أن *P. fluorescens* يمكن أن يثبط *A. solani* بفعالية مع تقليل التأثيرات البيئية المرتبطة بمبيدات الفطريات الكيميائية. بشكل عام، تسهم هذه الأبحاث في تطوير أنظمة إنتاج الطماطم المستدامة في إثيوبيا من خلال تعزيز استخدام طرق التحكم البيولوجي.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية الطماطم (Solanum lycopersicum) كمحصول زراعي حيوي على مستوى العالم، وخاصة في شرق إفريقيا وإثيوبيا، حيث تعتبر ضرورية لكل من التغذية والاستقرار الاقتصادي للمزارعين. على الرغم من زيادة زراعة الطماطم، لا تزال متوسطات المحاصيل في إثيوبيا أقل من المتوسط العالمي، ويرجع ذلك أساسًا إلى عوامل حيوية وغير حيوية مختلفة، بما في ذلك الممارسات الزراعية السيئة وانتشار الأمراض مثل الذبول المبكر الناتج عن المسبب الفطري Alternaria solani. يمكن أن يؤدي هذا المسبب إلى خسائر كبيرة في المحاصيل، مما يدفع المزارعين للاعتماد على مبيدات الفطريات الكيميائية، التي تشكل مخاطر بيئية وصحية.
استجابةً لهذه التحديات، تركز الدراسة على استكشاف البدائل البيولوجية لإدارة الأمراض، وتحديدًا استخدام بكتيريا تعزيز نمو النباتات (PGPR) مثل Pseudomonas fluorescens. لقد أظهرت هذه البكتيريا وعدًا في قمع الفطريات النباتية من خلال آليات مختلفة، بما في ذلك إنتاج مركبات مضادة للفطريات. ومع ذلك، هناك نقص ملحوظ في الأبحاث المحلية حول السلالات المحلية من P. fluorescens في إثيوبيا. تهدف الأبحاث الحالية إلى عزل وتقييم السلالات المحلية من حيث إمكانياتها التنافسية ضد A. solani في شمال وولو، حيث تواجه زراعة الطماطم ضغطًا كبيرًا من الأمراض. من المتوقع أن تسهم النتائج في تحسين الممارسات الزراعية المستدامة وزيادة إنتاج الطماطم، مما يعزز سبل عيش المزارعين والأمن الغذائي في المنطقة.
الطرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتناول المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية التكرار. تشمل المنهجية تقنيات أخذ العينات، وطرق جمع البيانات، والأساليب التحليلية المستخدمة لاختبار الفرضيات أو أسئلة البحث المطروحة.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير البيانات، بما في ذلك البرامج المستخدمة والعتبات الدلالية المحددة. بشكل عام، يعد هذا القسم حاسمًا لفهم صرامة وصحة نتائج البحث، حيث يوفر إطارًا واضحًا لكيفية إجراء الدراسة وكيفية اشتقاق النتائج.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة واضحة بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. من الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل المطبق يؤدي إلى تحسين ملحوظ في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
علاوة على ذلك، يتضمن القسم تمثيلات بيانية للبيانات، توضح الاتجاهات والأنماط التي تدعم الفرضيات المطروحة في المقدمة. كما تتناول النتائج العوامل المربكة المحتملة، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة تظل متسقة حتى عند التحكم في هذه المتغيرات. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة للمجال، مما يعزز الإطار النظري ويقترح طرقًا للبحث المستقبلي.
المناقشة
ركزت الدراسة التي أجريت في جامعة وولدية في إثيوبيا على فعالية *Pseudomonas fluorescens* ضد المسبب الفطري *Alternaria solani*، المسؤول عن الذبول المبكر في محاصيل الطماطم. استخدمت الأبحاث تصميمًا عشوائيًا كاملًا (CRD) واستمرت من سبتمبر 2024 إلى أبريل 2025، متضمنة تجارب في المختبر وفي البيوت المحمية. تم جمع عينات من التربة والأوراق المصابة من ثلاثة كيبيل تنتج الطماطم في منطقة شمال وولو، مع إعداد 54 عينة للتحليل. شمل عزل *A. solani* تعقيم السطح وزراعة على أجار دكستروز البطاطس (PDA)، بينما تم عزل *P. fluorescens* من تربة منطقة الجذور باستخدام تقنيات التخفيف التسلسلي.
تم تأكيد قدرة *A. solani* على التسبب في المرض من خلال تجارب محكومة في البيوت المحمية، حيث ظهرت الأعراض المميزة للذبول المبكر بعد 5-7 أيام من التلقيح. كما قامت الدراسة بتوصيف الخصائص الشكلية والبيوكيميائية لكل من *A. solani* و*P. fluorescens*، مؤكدة هوية المسببات من خلال اختبارات مختلفة. أظهرت التقييمات في المختبر الإمكانيات التنافسية لـ *P. fluorescens* ضد *A. solani*، مع حساب نسبة تثبيط النمو لتقييم الفعالية. تشير النتائج إلى أن *P. fluorescens* يمكن أن يكون عامل تحكم بيولوجي قابل للتطبيق لإدارة الذبول المبكر في الطماطم، مما يستدعي مزيدًا من البحث في تطبيقه في الممارسات الزراعية.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0341442
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41576022
Publication Date: 2026-01-23
Author(s): Birhan Berihun Abebe et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
This study investigates the potential of *Pseudomonas fluorescens* as a biological control agent against *Alternaria solani*, the pathogen responsible for early blight in tomato (*Solanum lycopersicum*) crops in Ethiopia. The research involved isolating *P. fluorescens* from rhizosphere soil and healthy tomato roots across three Kebeles in North Wollo. The isolates were screened in vitro using dual culture methods, revealing that isolates Pfs12 and Pfk13 achieved growth inhibitions of 56.04% and 55.04%, respectively, while a standard chemical treatment (mancozeb) yielded a 54.84% inhibition. In greenhouse trials, the isolate Pfsa31 recorded the lowest disease index of 24.733%, comparable to the chemical treatment, indicating the effectiveness of these isolates in reducing disease severity.
The findings confirm the antagonistic potential of *P. fluorescens* against *A. solani*, highlighting its suitability as a sustainable alternative to synthetic fungicides. Morphological and biochemical characterizations of the isolates demonstrated their viability as biological control agents, with traits such as motility and catalase activity supporting their efficacy. The study underscores the importance of utilizing indigenous microbial strains in integrated disease management strategies, suggesting that *P. fluorescens* can effectively suppress *A. solani* while minimizing environmental impacts associated with chemical fungicides. Overall, this research contributes to the development of sustainable tomato production systems in Ethiopia by promoting the use of biological control methods.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of tomatoes (Solanum lycopersicum) as a vital horticultural crop globally, particularly in East Africa and Ethiopia, where they are essential for both nutrition and economic stability for farmers. Despite the increasing cultivation of tomatoes, Ethiopia’s average yields remain below the global average, primarily due to various biotic and abiotic factors, including poor agronomic practices and the prevalence of diseases such as early blight caused by the fungal pathogen Alternaria solani. This pathogen can lead to severe yield losses, prompting farmers to rely on chemical fungicides, which pose environmental and health risks.
In response to these challenges, the study focuses on exploring biological alternatives for disease management, specifically the use of plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) like Pseudomonas fluorescens. This bacterium has shown promise in suppressing phytopathogens through various mechanisms, including the production of antifungal compounds. However, there is a notable lack of localized research on indigenous strains of P. fluorescens in Ethiopia. The current research aims to isolate and evaluate local strains for their antagonistic potential against A. solani in North Wollo, where tomato farming faces significant disease pressure. The findings are expected to contribute to sustainable agricultural practices and improve tomato yields, thereby enhancing farmer livelihoods and food security in the region.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, as well as the protocols followed to ensure reproducibility. The methodology encompasses the sampling techniques, data collection methods, and analytical approaches utilized to test the hypotheses or research questions posed.
Additionally, the section may describe any statistical analyses performed to interpret the data, including the software used and the significance thresholds established. Overall, this section is crucial for understanding the rigor and validity of the research findings, as it provides a clear framework for how the study was conducted and how results were derived.
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 a clear correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Notably, the results demonstrate that the intervention applied leads to a marked improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the findings are statistically significant.
Furthermore, the section includes graphical representations of the data, illustrating trends and patterns that support the hypotheses posited in the introduction. The results also address potential confounding factors, indicating that the observed effects remain consistent even when controlling for these variables. Overall, the findings contribute valuable insights to the field, reinforcing the theoretical framework and suggesting avenues for future research.
Discussion
The study conducted at Woldia University in Ethiopia focused on the efficacy of *Pseudomonas fluorescens* against the fungal pathogen *Alternaria solani*, responsible for early blight in tomato crops. The research utilized a complete randomized design (CRD) and spanned from September 2024 to April 2025, incorporating both in vitro and in vivo experiments. Soil and infected leaf samples were collected from three tomato-producing Kebeles in the North Wollo Zone, with a total of 54 samples prepared for analysis. The isolation of *A. solani* involved surface sterilization and culturing on Potato Dextrose Agar (PDA), while *P. fluorescens* was isolated from rhizosphere soil using serial dilution techniques.
The pathogenicity of *A. solani* was confirmed through controlled greenhouse experiments, where symptoms characteristic of early blight appeared 5-7 days post-inoculation. The study also characterized the morphological and biochemical properties of both *A. solani* and *P. fluorescens*, confirming the identity of the pathogens through various tests. In vitro evaluations demonstrated the antagonistic potential of *P. fluorescens* against *A. solani*, with percent growth inhibition calculated to assess effectiveness. The findings suggest that *P. fluorescens* could serve as a viable biocontrol agent for managing early blight in tomatoes, warranting further investigation into its application in agricultural practices.