DOI: https://doi.org/10.3389/fhort.2025.1679927
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: G.F. Rizzo وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في فعالية تجمع ميكروبي يتكون من Bacillus spp. و Pseudomonas spp. و Streptomyces spp. و Trichoderma spp. و Glomus spp. كبديل مستدام للأسمدة الكيميائية في تعزيز نمو وإنتاج نباتات الطماطم تحت ظروف البيوت العضوية في صقلية. شملت الدراسة تطبيق هذا التجمع عبر الري بالتنقيط على خمسة أصناف من الطماطم، بما في ذلك صنف تجاري واحد وأربعة أصناف محلية صقلية، في دفيئة مصابة بشكل طبيعي بمعدن أوراق الطماطم، Phthorimaea absoluta. أظهرت النتائج أن النباتات المعالجة بالتجمع الميكروبي أظهرت تحسنًا في النمو والإنتاج على الرغم من الضغط الكبير من الآفات، مما يبرز إمكانيات هذه اللقاحات الميكروبية في الزراعة العضوية.
بالإضافة إلى ذلك، قامت الدراسة بتحليل تأثير المعالجة الميكروبية على المجتمعات الميكروبية المرتبطة بالجذور من خلال تسلسل الأمبليكون. بينما ظلت مؤشرات تنوع ألفا لمجتمعات البكتيريا غير متغيرة إلى حد كبير، أثر العلاج والنمط الجيني بشكل كبير على تنوع ألفا لمجتمعات الفطريات والديدان الخيطية. كشفت تحليل تنوع بيتا عن اختلافات ملحوظة في تركيب المجتمع الميكروبي بين التربة المعالجة وغير المعالجة، مع تحديد العديد من الوحدات التصنيفية التشغيلية المرتبطة بالتجمع الميكروبي. تؤكد هذه النتائج على دور التجمع في تعزيز أداء النباتات وأيضًا في تغيير المشهد الميكروبي للريزوسفير، مما قد يساهم في تحسين مقاومة النباتات ضد الضغوط البيولوجية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الحاجة الملحة لزيادة إنتاج الغذاء بسبب توقع ارتفاع الطلب العالمي على الغذاء بنسبة 62% بحلول عام 2050، إلى جانب زيادة بنسبة 30% في عدد السكان المعرضين لخطر الجوع. بينما حسنت المبيدات الحشرية تاريخيًا من غلات الزراعة، أدى استخدامها الواسع إلى أضرار بيئية كبيرة ومخاطر صحية. تؤكد الورقة على التحول نحو ممارسات الزراعة المستدامة، بما في ذلك الزراعة العضوية، التي يمكن أن تقلل من المدخلات الكيميائية وتعزز من احتجاز الكربون في التربة، على الرغم من أنها قد تؤدي أيضًا إلى زيادة الانبعاثات الناتجة عن إنتاج الغذاء التعويضي.
تركز الدراسة على استخدام الكائنات الدقيقة المحفزة لنمو النباتات (PGPMs) كبديل صديق للبيئة للأسمدة الكيميائية، خاصة في زراعة الطماطم، التي تواجه تهديدات من الآفات مثل معدن أوراق الطماطم الأمريكي الجنوبي، *Phthorimaea absoluta*، والديدان الخيطية الطفيلية للنباتات. تناقش المقدمة إمكانيات PGPMs في تعزيز مقاومة النباتات ونموها، على الرغم من ملاحظة نتائج غير متسقة في الأبحاث. الهدف من الدراسة هو تقييم تأثيرات مزيج من اللقاحات الحيوية التجارية على نمو وإنتاج أصناف مختلفة من الطماطم، خاصة في سياق الإصابة المتزامنة بـ *P. absoluta* والديدان الخيطية العقدية، مع تقييم التأثير على المجتمع الميكروبي للجذور.
طرق البحث
استخدم الإعداد التجريبي تصميمًا مقسمًا لتقييم تأثيرات تجمع ميكروبي (Maxy Soil) على خمسة أنماط جينية نباتية مختلفة. تم تخصيص القطع الرئيسية للعلاج، حيث تلقت مجموعة واحدة التطبيق الميكروبي (معالجة) والأخرى كانت بمثابة التحكم (غير معالجة). تم تقسيم كل قطعة رئيسية إلى خمسة قطع فرعية، تتوافق مع الأنماط الجينية، وتم تكرارها ثلاث مرات، مما أسفر عن إجمالي 30 قطعة فرعية، تحتوي كل منها على ستة نباتات. تم إجراء التجربة على مدى ستة أشهر من ديسمبر 2021 إلى يونيو 2022.
تم زراعة البذور في البداية في صواني مليئة بخليط خث تجاري وتم نقلها إلى الحقل التجريبي في مرحلة ورقتين. تم تطبيق التجمع الميكروبي عبر الري بالتنقيط بتركيز 5 جرام/لتر، مع 1 لتر من المحلول لكل متر مربع. حدثت التطبيقات ثلاث مرات: مرة واحدة قبل سبعة أيام من الزراعة، مرة أخرى بعد سبعة أيام من الزراعة (7 DAT)، وتطبيق نهائي في 30 DAT، وفقًا لتوصيات الشركة المصنعة.
نتائج
في هذه الدراسة، تم إجراء تسلسل الحمض النووي للجذور لتقييم تأثير معالجة التجمعات الميكروبية على الميكروبيوم الجذري خلال مرحلة الإزهار. أسفر تسلسل منطقة V3-V4 من الحمض النووي الريبي الريبوسومي 16S عن 1,600,513 قراءة، مع بقاء 1,244,021 تسلسلًا بعد التصفية، بمتوسط 41,467 قراءة لكل عينة. أنتج تسلسل منطقة ITS1 1,244,182 قراءة، مع تخصيص أكثر من 50% للنباتات والديدان الخيطية، مما دفع إلى تحليل مشترك لتسلسلات الفطريات والديدان الخيطية. تألفت مجموعة البيانات الناتجة من 466,599 قراءة، بمتوسط 15,553 لكل عينة، وحددت 1,190 وحدة تصنيف تشغيلية بكتيرية (bOTUs) و356 وحدة تصنيف تشغيلية فطرية وديدانية (fOTUs).
هيمنت مجتمع البكتيريا على Actinobacteriota (38.9%) وProteobacteriota (27.4%)، بينما كان المجتمع الفطري يتكون أساسًا من Ascomycota (39.7%). كشفت التحليلات الإحصائية عن اختلافات كبيرة في الوفرة النسبية بين النباتات الضابطة والمعالجة: كانت Bacteroidota وProteobacteria أكثر انتشارًا في جذور التحكم (قيم p تساوي 0.007 و0.006، على التوالي)، بينما كانت Actinobacteriota وFirmicutes أكثر وفرة في جذور المعالجة (قيم p تساوي 0.06 و0.02، على التوالي). بالإضافة إلى ذلك، وُجد أن الديدان الخيطية كانت أكثر وفرة مقارنة بالفطريات في النباتات الضابطة (قيمة p=0.03)، بينما كانت Ascomycota أكثر انتشارًا في النباتات المعالجة (قيمة p=0.06). تسلط هذه النتائج الضوء على الهياكل الميكروبية المتميزة التي تأثرت بالعلاج الميكروبي في نظم الجذور.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على تأثير تجمع ميكروبي، Maxy Soil®، على نمو وإنتاج أصناف مختلفة من الطماطم تحت الضغط البيولوجي من معدن أوراق الطماطم، *Tuta absoluta*، والديدان الخيطية العقدية. وجدت الدراسة أن النباتات المعالجة أظهرت تحسينات ملحوظة في مقاييس النمو، بما في ذلك ارتفاع أكبر ونسبة أعلى من الأفرع المثمرة، مقارنة بالنباتات الضابطة. بشكل محدد، أدى العلاج الميكروبي إلى زيادة في الإنتاج من 504 جرام/م² في قطع التحكم إلى 1292 جرام/م² في القطع المعالجة، مما يظهر إمكانيات اللقاحات الميكروبية كبدائل صديقة للبيئة للمبيدات الكيميائية.
بالإضافة إلى ذلك، بدا أن التجمع الميكروبي يقلل من الأضرار الناتجة عن *T. absoluta*، حيث أظهرت النباتات المعالجة معدلات إصابة أقل وفقدان أقل للأفرع مقارنة بالتحكم. أظهر تحليل الأضرار الجذرية الناتجة عن الديدان الخيطية انخفاضًا هامشيًا في النباتات المعالجة، مما يشير إلى فعالية محتملة في المكافحة البيولوجية. كما كشفت الدراسة عن اختلافات كبيرة في تركيب الميكروبيوم الجذري بين النباتات المعالجة والضابطة، خاصة في وفرة الفصائل المفيدة مثل Actinobacteria وFirmicutes، المعروفة بأدوارها في دورة المغذيات وصحة النباتات. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية اللقاحات الميكروبية في تعزيز مقاومة النباتات وإنتاجيتها، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في آليات عملها وآثارها طويلة الأمد على نظم المحاصيل.
DOI: https://doi.org/10.3389/fhort.2025.1679927
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): G.F. Rizzo et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
The research investigates the efficacy of a microbial consortium composed of Bacillus spp., Pseudomonas spp., Streptomyces spp., Trichoderma spp., and Glomus spp. as a sustainable alternative to chemical fertilizers in enhancing the growth and yield of tomato plants under organic greenhouse conditions in Sicily. The study involved applying this consortium via fertigation to five tomato cultivars, including one commercial variety and four Sicilian landraces, in a greenhouse naturally infested with the tomato leaf miner, Phthorimaea absoluta. Results indicated that plants treated with the microbial consortium exhibited improved growth and yield despite significant pest pressure, highlighting the potential of these microbial inoculants in organic agriculture.
Additionally, the research analyzed the impact of the microbial treatment on root-associated microbial communities through amplicon sequencing. While alpha diversity indices for bacterial communities remained largely unchanged, the treatment and genotype significantly influenced the alpha diversity of fungal and nematode communities. Beta diversity analysis revealed marked differences in microbial community composition between treated and untreated soils, with several operational taxonomic units identified as being associated with the microbial consortium. These findings underscore the consortium’s role in not only enhancing plant performance but also in altering the microbial landscape of the rhizosphere, which may contribute to improved plant resilience against biotic stressors.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the urgent need for increased food production due to a projected 62% rise in global food demand by 2050, alongside a 30% increase in the population at risk of hunger. While pesticides have historically improved agricultural yields, their extensive use has led to significant environmental harm and health risks. The paper emphasizes the shift towards sustainable agricultural practices, including organic farming, which can reduce chemical inputs and enhance soil carbon sequestration, although it may also lead to increased emissions from compensatory food production.
The study focuses on the use of Plant Growth-Promoting Microorganisms (PGPMs) as an environmentally friendly alternative to chemical fertilizers, particularly in tomato cultivation, which faces threats from pests like the South American tomato leaf miner, *Phthorimaea absoluta*, and plant-parasitic nematodes. The introduction discusses the potential of PGPMs to enhance plant resilience and growth, although inconsistent results in research have been noted. The aim of the study is to evaluate the effects of a commercial bioinoculant mixture on the growth and yield of various tomato cultivars, particularly in the context of simultaneous infestations by *P. absoluta* and root-knot nematodes, while also assessing the impact on the root microbial community.
Methods
The experimental setup utilized a split-plot design to evaluate the effects of a microbial consortium (Maxy Soil) on five different plant genotypes. The main plots were designated for treatment, with one set receiving the microbial application (treated) and the other serving as a control (untreated). Each main plot was subdivided into five subplots, corresponding to the genotypes, and replicated three times, resulting in a total of 30 subplots, each containing six plants. The experiment was conducted over a six-month period from December 2021 to June 2022.
Seeds were initially sown in trays filled with a commercial peat mix and transplanted into the experimental field at the 2-leaf stage. The microbial consortium was applied via fertigation at a concentration of 5 g/L, with 1 L of solution per square meter. Applications occurred three times: once seven days prior to transplanting, again seven days after transplanting (7 DAT), and a final application at 30 DAT, following the manufacturer’s recommendations.
Results
In this study, root DNA sequencing was conducted to assess the impact of microbial consortia treatment on the root microbiome during the flowering stage. The sequencing of the V3-V4 region of the 16S ribosomal RNA yielded 1,600,513 reads, with 1,244,021 sequences remaining after filtering, averaging 41,467 reads per sample. The ITS1 region sequencing produced 1,244,182 reads, with over 50% assigned to plants and nematodes, prompting a combined analysis of fungal and nematode sequences. The resulting dataset comprised 466,599 reads, averaging 15,553 per sample, and identified 1,190 bacterial operational taxonomic units (bOTUs) and 356 fungal and nematode operational taxonomic units (fOTUs).
The bacterial community was dominated by Actinobacteriota (38.9%) and Proteobacteriota (27.4%), while the fungal community was primarily composed of Ascomycota (39.7%). Statistical analysis revealed significant differences in relative abundances between control and treated plants: Bacteroidota and Proteobacteria were more prevalent in control roots (p-values of 0.007 and 0.006, respectively), whereas Actinobacteriota and Firmicutes were more abundant in treated roots (p-values of 0.06 and 0.02, respectively). Additionally, nematodes were found to be more abundant relative to fungi in control plants (p-value=0.03), while Ascomycota were more prevalent in inoculated plants (p-value=0.06). These findings highlight the distinct microbial community structures influenced by microbial treatment in root ecosystems.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the impact of a microbial consortium, Maxy Soil®, on the growth and yield of various tomato cultivars under biotic stress from the tomato leaf miner, *Tuta absoluta*, and root-knot nematodes. The study found that inoculated plants exhibited significantly enhanced growth metrics, including greater height and a higher percentage of fruit-bearing trusses, compared to control plants. Specifically, the microbial treatment resulted in a yield increase from 504 g/m² in control plots to 1292 g/m² in treated plots, demonstrating the potential of microbial inoculants as eco-friendly alternatives to chemical pesticides.
Additionally, the microbial consortium appeared to mitigate damage from *T. absoluta*, with treated plants showing lower infestation rates and less truss loss compared to controls. The analysis of root damage from nematodes indicated a marginally significant reduction in treated plants, suggesting potential biocontrol efficacy. The study also revealed significant differences in the root microbiome composition between treated and control plants, particularly in the abundance of beneficial phyla such as Actinobacteria and Firmicutes, which are known for their roles in nutrient cycling and plant health. Overall, the findings underscore the importance of microbial inoculants in promoting plant resilience and productivity, warranting further investigation into their mechanisms of action and long-term effects on crop systems.