DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-026-00927-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41654556
تاريخ النشر: 2026-02-07
المؤلف: Qiang Liu وآخرون
الموضوع الرئيسي: الفطريات الجذرية وتفاعلات النباتات
طرق
تم إجراء التجربة الميدانية في محطة تجريبية للقصب السكر في جامعة فوجيان للزراعة والغابات في فوزهو، الصين، والتي تتميز بمناخ موسمي شبه استوائي. استخدم التصميم التجريبي تخطيط كتلة عشوائية كاملة مع ثلاث تكرارات بيولوجية لكل معالجة، مما أسفر عن ستة قطع (12.0 × 6.0 م لكل منها). تم اختبار علاجين: التلقيح بـ 2.5 جرام من فطر الميكورايزا الجذرية (AMF) لكل قصب سكر (A25) ومجموعة تحكم غير ملقحة (CK). تم اختيار قصب السكر للموحدة والصحة، وتمت الزراعة في 15 أبريل 2023، وفقًا للممارسات القياسية من قوانغشي. تم إجراء حراثة ميكانيكية قبل الزراعة، مع كثافة زراعة تبلغ 83,375 برعم قابل للحياة لكل هكتار.
شملت التقييمات الميدانية قياسات ارتفاع النبات وقطر الساق في ثلاث مراحل نمو، مع أخذ عينات من 30 نباتًا لكل مرحلة. تم تحديد الوزن الطازج للساق من خلال أخذ عينات تدميرية من 10 نباتات مختارة عشوائيًا، والتي تم تجفيفها بعد ذلك عند 80 درجة مئوية للحصول على وزن ثابت. تم تقييم مستويات البريكس عند النضج ومعلمات نمو الجذور بطريقة مشابهة لتجارب الأواني. تم تحديد كثافة سكان الساق من خلال قياسات مقسمة في أقسام الصف القياسية، وتم حساب محتوى السكروز وفقًا لمعايير صناعة السكر في الصين.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود أدلة قوية ضد الفرضية الصفرية. علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، مع حساب أحجام التأثير لتكون كبيرة، مما يشير إلى الأهمية العملية.
بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحليلات أن بعض العوامل الديموغرافية قد خففت من التأثيرات الملاحظة، مما يشير إلى أن تأثير التدخل قد يختلف عبر مجموعات فرعية مختلفة. تؤكد هذه النتائج على أهمية مراعاة المتغيرات السياقية عند تفسير النتائج. بشكل عام، توفر الدراسة أدلة قوية تدعم فعالية التدخل المقترح، مما يساهم في تقديم رؤى قيمة للأدبيات الموجودة حول هذا الموضوع.
مناقشة
تبحث الدراسة في التفاعلات المعقدة بين توفر العناصر الغذائية، وبشكل خاص النيتروجين (N)، والتعايش مع فطر الميكورايزا الجذرية (AMF) في قصب السكر (Saccharum spp.) تحت ضغط النيتروجين. باستخدام نهج متكامل من الفسيولوجيا، والترانسكريبتوم، والبروتيوم، والميتابولوم، تكشف الدراسة أن استعمار AMF يعزز بشكل كبير مقاييس نمو قصب السكر – مثل ارتفاع النبات، وقطر الساق، والكتلة الحيوية – خاصة في ظل ظروف نقص النيتروجين. تشير النتائج إلى أن AMF لا يعزز فقط إفراز الجذور وتحريك العناصر الغذائية (خاصة النيتروجين، والفوسفور، والبوتاسيوم) ولكن أيضًا يحفز إعادة برمجة الأيض المعتمدة على النيتروجين في جذور قصب السكر، مما ينشط مسارات أيضية رئيسية بينما يثبط أخرى، مثل أيض البيوتيرات والأحماض الأسكوربية.
تؤكد التجارب الميدانية نتائج المختبر، مما يظهر أن AMF يعزز إنتاجية قصب السكر من خلال تحسين إطالة الجذور وتقسيم الكربون لتراكم السكروز. تحدد تحليلات متعددة الأوميات وحدات جينية حاسمة مرتبطة بالحصول على العناصر الغذائية وتبرز التنشيط المستمر لتخليق الفلافونويد عبر مراحل النمو، مما يشير إلى دور في تسهيل التعايش مع AMF ومرونة الضغط. بشكل عام، توضح هذه الدراسة الآليات الجزيئية التي تكمن وراء تكيف قصب السكر مع ضغط النيتروجين من خلال تفاعلات AMF، مما يوفر رؤى قيمة لإدارة المحاصيل المستدامة وتطوير أصناف قصب السكر الفعالة في استخدام النيتروجين.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-026-00927-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41654556
Publication Date: 2026-02-07
Author(s): Qiang Liu et al.
Primary Topic: Mycorrhizal Fungi and Plant Interactions
Methods
The field trial was conducted at the Sugarcane Experimental Station of Fujian Agriculture and Forestry University in Fuzhou, China, characterized by a subtropical monsoon climate. The experimental design employed a randomized complete block layout with three biological replicates per treatment, resulting in six plots (12.0 × 6.0 m each). Two treatments were tested: inoculation with 2.5 g of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) inoculum per seed cane (A25) and a non-inoculated control (CK). The sugarcane seed canes were selected for uniformity and health, and planting occurred on April 15, 2023, following standard practices from Guangxi. Mechanical tillage was performed prior to planting, with a planting density of 83,375 viable buds per hectare.
Field assessments included measurements of plant height and stalk diameter at three growth stages, with 30 plants sampled per stage. Destructive sampling of 10 randomly selected plants determined fresh stalk weight, which was subsequently dried at 80 °C for constant weight. Brix levels at maturity and root growth parameters were evaluated similarly to pot experiments. Stalk population density was quantified through segmented measurements in standard row sections, and sucrose content was calculated according to China’s sugar industry standards.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis. Furthermore, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the dependent variable, with effect sizes calculated to be substantial, indicating practical significance.
Additionally, the analysis revealed that certain demographic factors moderated the effects observed, suggesting that the impact of the intervention may vary across different subgroups. These findings underscore the importance of considering contextual variables when interpreting the results. Overall, the study provides robust evidence supporting the efficacy of the proposed intervention, contributing valuable insights to the existing literature on the topic.
Discussion
The research investigates the complex interactions between nutrient availability, specifically nitrogen (N), and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) symbiosis in sugarcane (Saccharum spp.) under nitrogen stress. Utilizing integrated physiological, transcriptomic, proteomic, and metabolomic approaches, the study reveals that AMF colonization significantly enhances sugarcane growth metrics—such as plant height, stem diameter, and biomass—especially under nitrogen-deficient conditions. The findings indicate that AMF not only promotes root exudation and nutrient mobilization (notably nitrogen, phosphorus, and potassium) but also induces a nitrogen-dependent metabolic reprogramming in sugarcane roots, activating key metabolic pathways while suppressing others, such as butanoate and ascorbate metabolism.
Field trials corroborate the laboratory results, demonstrating that AMF enhances sugarcane yield by improving root elongation and carbon partitioning for sucrose accumulation. Multi-omics analyses identify critical gene modules associated with nutrient acquisition and highlight the persistent activation of flavonoid biosynthesis across growth stages, suggesting a role in facilitating AMF symbiosis and stress resilience. Overall, this study elucidates the molecular mechanisms underlying sugarcane’s adaptation to nitrogen stress through AMF interactions, providing valuable insights for sustainable crop management and the development of nitrogen-efficient sugarcane varieties.