DOI: https://doi.org/10.1007/s44447-026-00128-w
تاريخ النشر: 2026-03-06
المؤلف: Inga Sarenkova وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة شاملة على دور *Bacillus subtilis* في الزراعة المستدامة، مع التركيز على مساهماته المتعددة في صحة التربة ومرونة المحاصيل. يُعرف هذا الميكروorganism بقدرته على تعزيز نمو النباتات من خلال آليات متنوعة، بما في ذلك إذابة المغذيات، وإنتاج الهرمونات النباتية والسيدروفور، وقمع الفطريات النباتية عبر المستقلبات المضادة للميكروبات. تتيح له قدرته على تشكيل الأبواغ الداخلية البقاء في ظروف زراعية متنوعة، مما يجعله عاملاً قيمًا في التسميد الحيوي، ومكافحة الآفات، وإزالة التلوث من التربة الملوثة. تؤكد المراجعة على أهمية دمج التركيبات الحيوية المعتمدة على *B. subtilis* في الممارسات الزراعية على نطاق واسع لتحسين إنتاجية المحاصيل وتقليل التأثيرات البيئية.
تسلط الاستنتاجات الضوء على *B. subtilis* كميكروorganism محوري في استراتيجيات إنتاج المحاصيل الصديقة للبيئة، القادرة على تقليل الاعتماد على الأسمدة والمبيدات الاصطناعية مع تعزيز المرونة ضد الضغوط المختلفة. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية تحسين التطبيقات الخاصة بالسلالات، وتوضيح التفاعلات الجزيئية مع النباتات، واستكشاف استخدامها ضمن أطر الاقتصاد الحيوي الدائري لتحويل المخلفات الزراعية إلى سماد حيوي عالي القيمة. تدعم النتائج تنفيذ مبادرات مثل مشروع هورايزون أوروبا AGRI-BIOCIRCULAR-HUB، الذي يهدف إلى تعزيز التكنولوجيا الحيوية الميكروبية في نظم الأغذية الزراعية المستدامة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات الملحة التي تواجه الأنظمة الزراعية العالمية في تلبية الطلب المتزايد على الغذاء مع التخفيف من الأضرار البيئية. أدت الممارسات الزراعية التقليدية، التي تعتمد بشكل كبير على الأسمدة والمبيدات الكيميائية، إلى مشكلات كبيرة مثل تدهور التربة وفقدان التنوع البيولوجي (Pascutti et al. 2024). استجابةً لذلك، هناك اهتمام متزايد باستراتيجيات الزراعة المستدامة التي تستفيد من الميكروorganisms المفيدة، وخاصة البكتيريا المحفزة لنمو النباتات مثل *Bacillus subtilis*.
*Bacillus subtilis*، بكتيريا إيجابية الغرام تم التعرف عليها لأول مرة بواسطة فرديناند كوهين في عام 1872، معروفة بمرونتها وقدرتها على استعمار منطقة الجذور، حيث توفر فوائد متعددة للنباتات والتربة (Earl et al. 2008). تشمل آلياتها لتعزيز نمو النباتات إذابة المغذيات، وإفراز الهرمونات النباتية، وإنتاج السيدروفور، وقمع الفطريات النباتية من خلال المركبات المضادة للميكروبات (Verma et al. 2024; Timofeeva et al. 2022). بالإضافة إلى ذلك، فإن قدرتها على تشكيل الأبواغ الداخلية المقاومة للإجهاد وتنوعها الأيضي يضع *B. subtilis* كمرشح قيم للتطبيقات في التسميد الحيوي، ومكافحة الآفات، وإزالة التلوث (Su et al. 2020). تلعب البكتيريا أيضًا دورًا مهمًا في عمليات التخمير، حيث تحول النفايات العضوية إلى سماد حيوي، مما يتماشى مع مبادئ الاقتصاد الحيوي الدائري (Abuhena et al. 2022).
نقاش
يسلط النقاش حول *Bacillus subtilis* الضوء على تصنيفها الضريبي، ومرونتها البيئية، ومساهماتها الكبيرة في تعزيز نمو النباتات. كنوع من البكتيريا إيجابية الغرام، هوائية، تشكل الأبواغ الداخلية، يتم تصنيف *B. subtilis* ضمن شعبة Firmicutes وتظهر هيكلًا فرعيًا معقدًا، حيث ينتج كل منها مستقلبات حيوية فريدة. أدت التقدمات الأخيرة في التصنيف الجزيئي، وخاصة تحليل تسلسل المواقع المتعددة والنهج الجينومي، إلى توضيح التنوع الجيني داخل مجموعة أنواع *B. subtilis*، مما أدى إلى إعادة تصنيف العديد من الأنواع الفرعية كأنواع متميزة. لقد حسنت هذه التقنيات الجزيئية من فهمنا للعلاقات التطورية داخل جنس Bacillus، الذي يُعترف الآن بأنه متعدد النشوء، مما دفع إلى إنشاء أجناس جديدة لتعكس العلاقات النشوء الحقيقي.
فيما يتعلق بأهميتها الزراعية، يعزز *B. subtilis* توفر المغذيات من خلال إنتاج الأحماض العضوية، والفوسفاتاز، والهرمونات النباتية مثل حمض الإندول-3-أسيتيك، والجبرلينات، والسيتوكينينات. لا تعمل هذه المستقلبات فقط على تحسين جودة التربة وإذابة المغذيات، ولكنها أيضًا تحفز نمو النباتات وتطورها تحت ظروف الإجهاد المختلفة. تسهل قدرة البكتيريا على إنتاج الأحماض العضوية، مثل حمض الأسيتيك وحمض الستريك، تحريك المغذيات الأساسية، بينما يعزز تخليقها للهرمونات النباتية من إطالة الجذور وقوة النبات بشكل عام. بشكل جماعي، تؤكد هذه النتائج على إمكانيات *B. subtilis* كسماد حيوي ولاعب رئيسي في الممارسات الزراعية المستدامة، مما يبرز الحاجة إلى مواصلة البحث في مساراتها الأيضية وتفاعلاتها مع أنظمة النباتات.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44447-026-00128-w
Publication Date: 2026-03-06
Author(s): Inga Sarenkova et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
The section provides a comprehensive overview of the role of *Bacillus subtilis* in sustainable agriculture, emphasizing its multifaceted contributions to soil health and crop resilience. This microorganism is recognized for its ability to enhance plant growth through various mechanisms, including nutrient solubilization, production of phytohormones and siderophores, and suppression of phytopathogens via antimicrobial metabolites. Its capacity to form endospores allows it to survive in diverse agroecological conditions, making it a valuable agent in biofertilization, biocontrol, and bioremediation of contaminated soils. The review underscores the importance of integrating *B. subtilis*-based bioformulations into large-scale agricultural practices to improve crop productivity and reduce environmental impacts.
The conclusions highlight *B. subtilis* as a pivotal microorganism in eco-friendly crop production strategies, capable of reducing reliance on synthetic fertilizers and pesticides while enhancing resilience against various stresses. Future research directions include optimizing strain-specific applications, elucidating molecular interactions with plants, and exploring its use within circular bioeconomy frameworks to convert agricultural residues into high-value biofertilizers. The findings support the implementation of initiatives like the Horizon Europe AGRI-BIOCIRCULAR-HUB project, which aims to advance microbial biotechnology in sustainable agri-food systems.
Introduction
The introduction highlights the pressing challenges faced by global agricultural systems in meeting rising food demands while mitigating environmental harm. Traditional agricultural practices, which heavily depend on chemical fertilizers and pesticides, have led to significant issues such as soil degradation and biodiversity loss (Pascutti et al. 2024). In response, there is a growing interest in sustainable agricultural strategies that leverage beneficial microorganisms, particularly plant growth-promoting rhizobacteria like *Bacillus subtilis*.
*Bacillus subtilis*, a Gram-positive bacterium first identified by Ferdinand Cohn in 1872, is notable for its resilience and versatility in colonizing the rhizosphere, where it provides multiple benefits to plants and soil (Earl et al. 2008). Its mechanisms for promoting plant growth include nutrient solubilization, phytohormone secretion, siderophore production, and the suppression of phytopathogens through antimicrobial compounds (Verma et al. 2024; Timofeeva et al. 2022). Additionally, its ability to form stress-resistant endospores and its metabolic diversity position *B. subtilis* as a valuable candidate for applications in biofertilization, biocontrol, and bioremediation (Su et al. 2020). The bacterium also plays a significant role in fermentation processes, converting organic waste into biofertilizers, thus aligning with the principles of a circular bioeconomy (Abuhena et al. 2022).
Discussion
The discussion on *Bacillus subtilis* highlights its taxonomic classification, ecological versatility, and significant contributions to plant growth promotion. As a Gram-positive, aerobic, endospore-forming bacterium, *B. subtilis* is classified within the phylum Firmicutes and exhibits a complex subspecies structure, each producing unique bioactive metabolites. Recent advances in molecular taxonomy, particularly multilocus sequence analysis and phylogenomic approaches, have clarified the genetic diversity within the *B. subtilis* species complex, leading to the reclassification of several subspecies as distinct species. These molecular techniques have enhanced our understanding of the evolutionary relationships within the Bacillus genus, which is now recognized as polyphyletic, prompting the establishment of new genera to reflect true phylogenetic relationships.
In terms of its agricultural significance, *B. subtilis* enhances nutrient availability through the production of organic acids, phosphatases, and phytohormones such as indole-3-acetic acid, gibberellins, and cytokinins. These metabolites not only improve soil quality and nutrient solubilization but also stimulate plant growth and development under various stress conditions. The bacterium’s ability to produce organic acids, such as acetic and citric acid, facilitates the mobilization of essential nutrients, while its synthesis of phytohormones promotes root elongation and overall plant vigor. Collectively, these findings underscore the potential of *B. subtilis* as a biofertilizer and a key player in sustainable agricultural practices, emphasizing the need for continued research into its metabolic pathways and interactions with plant systems.