Diversity, distribution, and abundance of native Trichoderma species in selected irrigated lowland rice agroecosystems of Tanzania
تُوصّف هذه الدراسة تنوع وتوزيع ووفرة أنواع فطر التريكوديرما (Trichoderma) الأصلية عبر ست مناطق زراعية بيئية في نظم زراعة الأرز في الأراضي المنخفضة المروية في تنزانيا، كاشفةً أن خصائص التربة تؤثر بشكل كبير على تكوين المجتمع الحيوي، ومحددةً مستودعاً غنياً من العزلات الأصلية ذات الإمكانات للاستخدام كعوامل مكافحة حيوية.
المؤلفون الأصليون:Nyamasija Francis Nyakeko, Richard R. Madege, Newton L. Kilasi
في التربة تحت أقدامنا، يزدهر عالم شاسع وغير مرئي، تسكنه كائنات مجهرية تشكل صحة النباتات فوقها. ومن بين هؤلاء السكان الخفيين فطريات من جنس "تريكوديرما" (Trichoderma)، وهي مجموعة من الكائنات الشبيهة بالعفن التي تعيش في مناطق جذور النباتات. وعلى عكس العديد من الفطريات التي تسبب الأمراض، تُعرف هذه الأنواع تحديداً بطبيعتها النافعة؛ فهي تعمل كمدافعين طبيعيين، حيث تهاجم المسببات المرضية الضارة التي تهدد المحاصيل، وتعمل كمحفزات بيولوجية، فتنتج مواد تساعد النباتات على النمو بقوة وامتصاص العناصر الغذائية بكفاءة أكبر. وبسبب هذه القدرات، كان العلماء مهتمين منذ فترة طويلة بالعثور على سلالات جديدة من "تريكوديرما" يمكن استخدامها لحماية المحاصيل دون الاعتماد على المبيدات الكيميائية. ومع ذلك، فبينما توجد هذه الفطريات في جميع أنحاء العالم، إلا أننا نعرف القليل جداً عن الأنواع المحددة التي تعيش في حقول الأرز في تنزانيا أو كيف تؤثر البيئة المحلية على وجودها.
لقد شرع فريق من الباحثين في رسم خريطة لهذا المشهد الخفي عبر ست مناطق زراعية مختلفة في تنزانيا، تتراوح من السهول الساحلية الرطبة إلى المناطق شبه القاحلة الجافة والمناطق المرتفقة الباردة. قاموا بجمع عينات من التربة من حقول الأرز المروية في هذه المناطق المتنوعة وأحضروها إلى المختبر لمعرفة ما ينمو هناك. وباستخدام مزيج من الملاحظة البصرية والاختبار الجيني، حددوا تسعة أنواع متميزة من "تريكوديرما" تعيش في التربة. وكشفت الدراسة أن البيئة تلعب دوراً حاسماً في تحديد أي الأنواع تنجو وكيف يمكن لأنواع مختلفة أن تتعايش معاً. ففي بعض المناطق، دعمت التربة تنوعاً غنياً من الأنواع التي تعيش معاً في توازن، بينما في مناطق أخرى، هيمن نوع واحد من الفطريات تماماً، مما أدى إلى إقصاء جميع المنافسين.
وجد الباحثون أن المنطقة الساحلية احتوت على أكبر تنوع من هذه الفطريات المفيدة، مع وجود مزيج من الأنواع المختلفة التي تتشارك المساحة بالتساوي. وفي المق المقابل، كانت المرتفعات الجنوبية والغربية موطناً لنوع واحد فقط، والذي استولى على المجتمع بأكمله. ولم يكن هذا الاختلاف عشوائياً؛ بل كان مرتبطاً ارتباطاً وثيقاً بالتركيبة الفيزيائية والكيميائية للتربة. فالعوامل مثل قوام التراب، وحموضته، وكمية المواد العضوية التي يحتوي عليها، ومستوى الملح المذاب في الماء، كلها عوامل أثرت في تحديد أي الفطريات يمكنها اتخاذ حقل معين موطناً لها. فعلى سبيل المثال، أظهرت الدراسة أن المستويات العالية من المادة العضوية والملح تميل إلى تقليل عدد الأنواع المختلفة الموجودة، مما يؤدي إلى مجتمعات يهيمن عليها عدد قليل فقط من الناجين الأقوياء.
وقد برز نوع واحد، وهو "تريكوديرما هارزيانوم" (Trichoderma harzianum)، كأكثر الأنواع شيوعاً وقدرة على التكيف من بين الجميع. فقد وُجد في كل منطقة زارها الباحثون، من الأراضي شبه القاحلة الأكثر جفافاً إلى السهول الساحلية الأكثر رطوبة. ويشير هذا إلى أن هذا الفطر تحديداً هو "عام" (generalist)، قادر على الازدهار في مجموعة واسعة من الظروف. أما الأنواع الأخرى، فقد كانت أكثر انتقائية بكثير؛ فبعضها وُجد فقط في تربة ذات مستويات حموضة محددة، بينما بدا أن البعض الآخر يفضل مناطق ذات أنسجة أو ملفات تعريف غذائية معينة. وقد أكد التحليل الجيني أنه حتى ضمن النوع الواحد، فإن الفطريات في المناطق المختلفة تمتلك اختلافات جينية طفيفة، ويرجع ذلك على الأرجح إلى تكيفها مع محيطها المحلي بمرور الوقت.
يسلط هذا العمل الضوء على أنه لا يوجد فطر واحد "أفضل" لكل حالة. بدلاً من ذلك، تعمل التربة نفسها كمرشح (فلتر)، يختار الأنواع من "تريكوديرما" الأكثر ملاءمة للظروف المحلية. وهذا الاكتشاف مهم للمزارعين والعلماء الذين يتطلعون إلى استخدام هذه الفطريات كأدوات طبيعية لحماية المحاصيل. فهو يشير إلى أن النهج الأكثر فعالية قد لا يكون في إدخال سلالة عالمية واحدة في كل مكان، بل في تحديد واستخدام الأنواع الأصلية المتكيفة جيداً بالفعل مع تربة ومناخ منطقة معينة. ومن خلال فهم هذه العلاقات المحلية، قد يكون من الممكن تسخير قوة هذه الفطريات الأصلية لدعم إنتاج الأرز المستدام في تنزانيا وما وراءها.
ملخص تقني: تنوع وتوزيع ووفرة أنواع Trichoderma الأصلية في نظم زراعية مختارة للأرز في الأراضي المنخفضة المروية في تنزانيا
بيان المشكلة يُعرف جنس Trichoderma عالميًا بقدراته في المكافحة الحيوية، والتحفيز الحيوي، والتسميد الحيوي، ومع ذلك، لا تزال البيانات الشاملة المتعلقة بتوافر وتنوع ووفرة الأنواع الأصلية من Trichoderma في أفريقيا، وتحديدًا في تنزانيا، محدودة. وبينما ركزت الدراسات السابقة على آسيا وأوروبا وأمريكا، هناك فجوة حرجة في فهم التنوع التصنيفي وديناميكيات العشائر لعينات Trichoderma المحلية ضمن النظم الزراعية للأرز في الأراضي المنخفضة المروية في تنزانيا. تعالج هذه الدراسة هذه الفجوة من خلال تقييم التنوع والتوزيع البيئي لأنواع Trichoderma الأصلية عبر ست مناطق بيئية زراعية مختلفة لتوجيه عملية اختيار السلالات للمكافحة الحيوية والزراعة المستدامة.
المنهجية استخدمت الدراسة نهجًا مختلط الأساليب يجمع بين التوصيف المورفولوجي (الشكلي) وعلم الوراثة العرقي:
أخذ العينات: جُمعت عينات التربة من قطع أراضٍ تبلغ مساحتها 12 فدانًا من ستة مخططات لأرز الأراضي المنخفضة المروية تمثل ست مناطق بيئية زراعية: الساحلية (كيتيري)، الهضاب الوسطى (باهي)، شبه القاحلة (كاهانغارا)، المرتفعات الجنوبية والغربية (ماكوالي)، المرتفعات الشمالية (لوير موشي)، والغرينية (مسلوانا). تم جمع إجمالي 72 عينة تربة مركبة خلال الموسم الجاف لعام 2023.
العزل والتوصيف المورفولوجي: تم الحصول على عزلات Trichoderma عبر التخفيف المتسلسل على آغار روز بنجال. تم الحصول في البداية على إجمالي 105 عزلات مشتبه بها؛ وبعد التوصيف المورفولوجي التفصيلي، تم تنقية 67 عزلة متميزة تمثل مجموعات مورفولوجية منفصلة على آغار بطاطس ديكستروز (PDA). تضمن التوصيف المورفولوجي تقييم السمات الكلية (لون المستعمرة، معدل النمو، أنماط تكوين الأبواغ) والسمات المجهرية (تفرع الحوامل الكونيدية، شكل الفياليدات، مورفولوجيا الأبواغ) مقابل المفاتيح التصنيفية المعتمدة (بيسيت، رفاي، سامويلز).
التحليل الجزيئي: استُخلص الحمض النووي الجينومي باستخدام طريقة CTAB. تم تضخيم منطقة ITS (الفراغ النسخي الداخلي) باستخدام البادئات ITS1F وITS4R. من بين 67 عزلة متميزة، قدمت 48 عزلة تسلسلات عالية الجودة لمزيد من التحليل. حُللت التسلسلات عبر برنامج BLASTn مقابل قاعدة بيانات NCBI. كما تم إنشاء أشجار الوراثة العرقية باستخدام خوارزمية الاحتمال الأقصى (نموذج كيمورا-2-بارامتر) مع 1,000 تكرار بوستستراب.
التحليل الإحصائي: تم قياس الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة (القوام، الرقم الهيدروجيني pH، المادة العضوية، الموصلية الكهربائية). حُسبت مؤشرات التنوع (شانون، سيمبسون، وتساوي بيلو). وتم تحليل العلاقات بين توزيع الأنواع وعوامل التربة باستخدام تحليل الإحداثيات الرئيسية (PCoA) وتحليل المراسلة الكنسية (CCA).
النتائج الرئيسية
تحديد الأنواع: أكد التحليل الجزيئي لـ 48 تسلسلاً عالي الجودة وجود تسعة أنواع متميزة: T. harzianum (36 عزلة)، T. virens (4)، T. longibrachiatum (2)، وعزلات مفردة من T. erinaceum، وT. atroviride، وT. asperellum، وT. koningiopsis، وT. paraviridescens، وT. pleuroti.
الكلادات الوراثية العرقية: انقسمت العزلات إلى أربعة كلادات رئيسية: Harzianum (الذي يحتوي على T. harziana وT. pleuroti)، وLongibrachiatum، وVirens، وViridae (الذي يحتوي على الأنواع الستة المتبقية).
التوزيع والوفرة:
كان النوع T. harzianum هو الأكثر انتشارًا، حيث وُجد في جميع المناطق الست الست بمعدل تكرار عزل إجمالي بلغ (38.89%).
أظهرت المنطقة الساحلية (كيتيري) أعلى تنوع نوعي وتساوي (شانون H' = 1.21، التساوي J = 0.88).
سيطرت نوعية واحدة تمامًا على منطقة المرتفعات الجنوبية والغربية (ماك wale)، مما أدى إلى تنوع صفر (H' = 0) وتساوي صفر.
أظهرت المنطقة شبه القاحلة (كahangara) تنوعًا عاليًا ولكن بتساوي أقل مقارنة بالمنطقة الساحلية.
المحركات البيئية:
أثرت الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة بشكل كبير على تشكيل المجتمع.
الرقم الهيدروجيني (pH): أظهر ارتباطًا إيجابيًا مع التنوع النوعي والتساوي.
المادة العضوية (OM) والموصلية الكهربائية (EC): ارتبطا إيجابيًا مع هيمنة الأنواع، وسلبيًا مع التنوع والتساوي، مما يشير إلى أن مستويات المادة العضوية العالية والملوحة تقلل من توازن المجتمع.
تحليل CCA: كشف أن T. longibrachiatum مرتبط بالمادة العضوية العالية؛ وT. atroviride وT. koningiopsis بارتفاع الرقم الهيدروجيني؛ وT. erinaceum بانخفاض الرقم الهيدروجيني. أما T. harzianum وT. virens فقد بدوا كأنواع عامة واسعة الانتشار ذات ارتباطات ضعيفة بعوامل تربة محددة.
التشابه الجيني: تراوح التشابه الجيني داخل العشيرة بين 94% و100%. أظهرت منطقة ماكوالي تشابهًا بنسبة 100% (تجانس جيني)، بينما أظهرت منطقة كاهانغارا أدنى تشابه بنسبة 94%، مما يشير إلى تباين جيني أعلى. لوحظ أكبر تمايز جيني (تشابه 93%) بين منطقتي شبه القاحلة والهضاب الوسطى.
الأهمية والأثر تخلص الدراسة إلى أن الظروف البيئية المحلية، وخاصة قوام التربة، والرقم الهيدروجيني، والمادة العضوية، والموصلية الكهربائية، هي المحركات الأساسية التي تشكل بنية وتنوع وتباين تنوع مجتمعات Trichoderma.
الرؤية البيئية: تسلط النتائج الضوء على وجود أنواع عامة واسعة التكيف (مثل T. harzianum) وأنواع متخصصة بيئيًا. تشير هيمنة نوع واحد في مناطق معينة (مثل ماكوالي) إلى وجود ترشيح بيئي قوي.
الإمكانات التطبيقية: يدعم الانتشار الواسع والقدرة على التكيف لـ T. harzianum إمكاناته كعامل مكافحة حيوية فعال على نطاق واس-ع. ومع ذلك، فإن وجود أنواع متكيفة محليًا يشير إلى أن استراتيجيات المكافحة الحيوية الخاصة بكل موقع قد تكون أكثر فعالية من استخدام سلالة عالمية واحدة.
الاتجاهات المستقبلية: يؤكد المؤلفون أنه بينما وفرت منطقة ITS دقة كافية لهذه الدراسة، فإن الأبحاث المستقبلية يجب أن تدمج تحليل التسلسل متعدد المواقع للتحقق من الحدود الجينية بشكل أكبر. بالإضافة إلى ذلك، يُوصى بتقييم النشاط المضاد وقدرة تعزيز نمو النبات لهذه العزلات الأصلية المحددة لتطوير مدخلات حيوية فعالة لإنتاج الأرز المستدام.