Calcium silicate effects on wheat phosphorus nutrition depend on phosphorus-source chemistry
تُظهر هذه الدراسة أن فعالية مضافات سيليكات الكالسيوم في تعزيز تغذية القمح بالفوسفور تعتمد بشكل كبير على الشكل الكيميائي لمصدر الفوسفور، حيث تعمل المضافة على تعزيز النمو والامتصاص بشكل ملحوظ، لا سيما عندما يتم توفير الفوسفور في صورة هيدروكسي أباتيت أو فوسفات البوتاسيوم أحادي الفوسفات (KH2PO4) القابل للذوبان من خلال آليات تتوسطها النبات والجذور، بدلاً من مجرد إطلاق الفوسفات الكلي.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تحتاج النباتات إلى الفوسفور لتنمو، وهو عنصر غذائي تسحبه عادة من التربة في شكل كيميائي ذائب. ولكن في العديد من الحقول، يكون هذا العنصر الحيوي محبوساً، عالقاً في جزيئات التربة في أشكال لا تستطيع الجذور الوصول إليها بسهولة. غالباً ما يضيف المزارعون الأسمدة لمعالجة ذلك، ومع ذلك فإن جزءاً كبيراً من ذلك الفوسفور المضاف يصبح عالقاً مرة أخرى، مما يترك المحاصيل جائعة رغم التكلفة الإضافية. بحث العلماء لفترة طويلة عن طرق لمساعدة النباتات على الوصول إلى هذه الاحتياطيات المستعصية والمحبوسة دون الاعتماد على كميات هائلة من الأسمدة الجديدة. وأحد المساعدين الواعدين هو السيليكون، وهو عنصر شائع يوجد في الرمال والصخور، وتأخذه العديد من الأعشاب والحبوب مثل القمح بنشاط. وبينما يُعرف عن السيليكون أنه يقوي سيقان النباتات ويساعدها على مقاومة الإجهاد، فإن قدرته على تحسين تغذية الفوسفور كانت نتائجها متباينة في الدراسات السابقة، حيث ساعدت أحياناً ولم تفعل شيئاً على الإطلاق في أحيان أخرى.
قام فريق من الباحثين في المنظمة الزراعية في إسرائيل بدراسة سبب تباين مساعدة السيليكون بهذا الشكل الكبير. وافترضوا أن الإجابة تكمن في الشكل الكيميائي المحدد للفوسفور الذي تحاول النباتات امتصاصه. ولاختبار ذلك، قاموا بزراعة القمح في أصص مملوءة برمل نظيف، وهو وسط محايد سمح لهم بالتحكم بدقة في العناصر الغذائية التي تتلقاها النباتات. لقد زودوا القمح بأربعة أنواع مختلفة من الفوسفور: شكل شديد الذوبان يذوب فوراً، وشكل مرتبط بالحديد، وشكل مرتبط بالكالسيوم، ولا يوجد فوسفور مضاف في الحالة الرابعة. وفي كل سيناريو من هذه السيناريوهات الأربعة، أضافوا تعديلاً من سيليكات الكالسيوم إلى نصف الأصص، بينما تلقت النصف الآخر علاجاً يحتوي على الكالسيوم فقط لضمان أن أي آثار ناتجة تأتي من السيليكون، وليس من الكالسيوم فحسب.
وكشفت النتائج أن السيليكون لا يعمل كمحفز واحد شامل؛ بل يعتمد تأثيره تماماً على الطبيعة الكيميائية لمصدر الفوسفور. فعندما تم تغذية القمح بالفوسفور المرتبط بالكالسيوم، والذي يصعب عادةً على الجذور الوصول إليه، أدى إضافة السيليكون إلى تحويل أداء النبات بشكل جذري. فبدون السيليكون، عانى القمح، وأنتج كتلة ورقية وجذرية ضئيلة جداً. ومع وجود السيليكون، انتعشت النباتات، حيث نمت الكتلة الخضرية (النمو العلوي) بنسبة 85 بالمائة، والكتلة الجذرية بنسبة 86 بالمائة. كما تراكم في سيقان هذه النباتات فوسفور أكثر بنسبة 56 بالمائة. بدا أن السيليكون قد ساعد القمح على فتح مصدر للغذاء كان بعيد المنال سابقاً.
في المقابل، عندما تم تغذية القمح بالفوسفور القابل للذوبان، وهو سهل الالتقاط بالفعل، ساعد السيليكون النباتات على النمو بشكل أكبر، حيث زادت الكتلة الحيوية للساق بنسبة 65 بالمائ@ة. ومع ذلك، كانت استجابة الجذور مختلفة؛ فقد نمت النباتات أنظمة جذرية أطول، لكنها لم تضف بالضرورة المزيد من وزن الجذور. وعندما تم تغذية القمح بالفوسفور المرتبط بالحديد، كانت النباتات مزدهرة وتنمو جيداً حتى بدون السيليكون. ولم يؤدِ إضافة السيليكون إلى هذه المجموعة إلى تعزيز حجمها بشكل كبير، لكنه تسبب في ارتفاع حاد في كمية الحديد والمنغنيز التي تراكمت في أوراقها. أما في الأصص التي لم يُضف إليها فوسفور، فلم يكن للسيليكون أي تأثير تقريباً على النمو.
ولفهم ما كان يحدث في التربة، أجرى الباحثون تجربة منفصلة بدون نباتات، حيث خلطوا الرمل مع معادن الفوسفور مع تعديل السيليكون لمعرفة ما إذا كانت الكيمياء وحدها ستطلق المزيد من العناصر الغذائية. ووجدوا عكس ما قد يتوقعه المرء؛ إذ أدى تعديل السيليكون في الواقع إلى رفع درجة حموضة (pH) الماء وتسبب في انخفاض كمية الفوسفور الذائب بشكل كبير، بنسبة تصل إلى 98 بالمائة في بعض الحالات. وهذا يعني أن السيليكون لم يقم ببساطة بإذابة المعادن لإطلاق فيض من العناصر الغذائية في الماء ليتمكن الجذور من شربها، بل إن السيليكون كان يحبس الفوسفور بقوة أكبر في محلول التربة.
تشير هذه النتيجة إلى دور أكثر نشاطاً للنبات نفسه. وبما أن السيليكون لم يطلق الفوسفور في الماء العام، فإن النمو الهائل المشاهد في مجموعة الفوسفور المرتبط بالكالسيوم لا بد أن يكون ناتجاً عن تغيرات عند سطح الجذر. وقد لاحظ الباحثون أن القمح المعالج بالسيليكون طور نظاماً جذرياً أكبر وأكثر خشونة، بجذور أكثر سمكاً يمكنها استكشاف المزيد من التربة. ويبدو أن السيليكون ساعد القمح على تعديل هيكل جذوره الخاصة، وربما البيئة المحيطة بجذوره مباشرة، مما سمح له بالوصول إلى الفوسفور المرتبط بالكالسيوم المستعصي عبر وسائل بيولوجية بدلاً من الإذابة الكيميائية. وتظهر الدراسة أن السيليكون ليس حلاً سحرياً يعمل بنفس الطريقة في كل موقف، بل هو بالأحرى أداة محددة تغير كيفية تفاعل القمح مع أنواع مختلفة من الفوسفور، محولاً مصدراً مغلقاً للمغذيات إلى إمداد غذائي قابل للاستخدام فقط عندما تتوافق بيولوجيا النبات مع كيمياء التربة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.