Bioprospecting and characterization of Trichoderma and Bacillus species as biocontrol agents against Macrophomina phaseolina in maize

في العالم الخفي تحت التربة، تدور رحى صراع صامت من أجل البقاء كل يوم. تعتمد النباتات على شبكة معقدة من الحلفاء والأعداء المجهريين لتزدهر؛ فبعض هذه الكائنات المجهرية مفيدة، حيث تحمي الجذور من الأمراض أو تساعدها على امتصاص العناصر الغذائية، بينما البعض الآخر عبارة عن مسببات أمراض مدمرة يمكنها القضاء على محاصيل بأكملاء. أحد هذه القوى المدمرة هو فطر يعيش في التربة ويهاجم جذور الذرة، مسببًا مرضًا يُعرف باسم "العفن الفحمي". هذا الف fungus يصعب إدارته بشكل خاص لأنه ينتج هياكل بقاء صغيرة ومتينة تسمح له بالبقاء في التربة لسنوات، ولا توجد حاليًا علاجات كيميائية قوية أو أصناف نباتية مقاومة يمكنها إيقافه بشكل موثوق. وعندما يتمكن هذا الفطر من السيطرة، فإنه يسلب النبات الماء والعناصر الغذائية، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة في الإنتاج الغذائي. ويعد إيجاد طريقة لوقف هذا الفطر دون الاعتماد على المواد الكيميائية القاسية هدفًا حاسمًا للمزارعين والعلماء على حد سواء.

ولمعالجة هذه المشكلة، وجه الباحثون اهتمامهم إلى نظام الدفاع الطبيعي، بحثًا عن كائنات مجهرية يمكنها محاربة الفطر بشروطه الخاصة. بدأوا بجمع مجموعة كبيرة مكونة من تسعة وخمسين عينة مختلفة من البكتيريا والفطريات من البيئة. خضعت هذه العينات لعملية فحص دقيقة في المختبر لمعرفة أي منها يمكنه إيقاف نمو فطر العفن الفحمي بفعالية. كان العلماء يبحثون عن سمات محددة: القدرة على مهاجمة الفطر مباشرة، والقدرة على إطلاق إشارات كيميائية تثبط نموه، وإمكانية مساعدة نباتات الذرة على النمو بشكل أقوى. ومن هذه المجموعة الأولية، برزت أربعة مرشحين محددين كأكثرهم واعدة: نوعان من فطر نافع يسمى "ترايكوديرما" (Trichoderma)، ونوعان من بكتيريا نافعة تسمى "باسيلوس" (Bacillus).

بعد ذلك، فحص الباحثون بدقة كيف تعمل هذه المرشحات الأربعة ضد فطر العفن الفحمي. واكتشفوا أن نوعي "الترايكوديرما" يعملان كمنافسين شرسين؛ حيث يلتفان جسديًا حول الفطر الضار، ويستهلكانه ويستحوذان على كل المساحة والمغذيات المتاحة بحيث لا يستطيع الغازي البقاء على قيد الحياة. كما أطلقا مركبات كيميائية، بعضها يبقى في مكانه والبعض الآخر يطفو في الهواء، مما أدى إلى مزيد من التثبيط للفطر. أما بكتيريا "الباسيلوس" فقد اتبعت نهجًا مختلفًا قليلاً، حيث اعتمدت بشكل كبير على إطلاق مركبات كيميائية قوية تنتقل عبر الهواء والتربة لتثبيط نمو الممرض. وفي كل حالة، تمكنت هذه الكائنات النافعة من إبطاء أو إيقاف انتشار فطر العفن الفحمي بشكل ملحوظ في الاختبارات المنضبطة.

وبعيدًا عن مجرد محاربة العدو، بحثت الدراسة أيضًا في كيفية تأثير هذه الكائنات النافعة على نباتات الذرة نفسها. فعندما طبق الباحثون هذه المرشحات الأربعة على شتلات الذرة السليمة، لاحظوا دفعة واضحة في النمو؛ حيث ساعدت جميع الكائنات الأربعة النباتات على تطوير أنظمة جذور أكبر، وهي ضرورية لتثبيت النبات وجمع الماء. كما ساعد اثنان من المرشحين، أحدهما من مجموعة "الترايكوديرما" والآخر من مجموعة "الباسيلوس"، النباتات على النمو بشكل أطول وأكثر قوة فوق الأرض. وهذا يشير إلى أن هذه الكائنات لا تكتفي بحماية النبات فحسب، بل تساعده بنشاط ليصبح أقوى وأكثر حيوية.

وتضمن الجزء الأخير من اللغز فهم كيف تساعد هذه الكائنات النباتات على الدفاع عن نفسها من الداخل إلى الخارج. قام الباحثون بقياس نشاط إنزيمات محددة داخل خلايا النبات والتي تعمل كجزء من الجهاز المناعي للنبات. ووجدوا أن معالجة النباتات بهذه الكائنات النافعة حفزت استجابة بيوكيميائية؛ حيث زادت بعض المعالجات من نشاط الإنزيمات التي تحمي الخلايا من الإجهاد، بينما عززت معالجات أخرى الإنزيمات التي تساعد النبات على إنتاج مركبات دفاع طبيعية. وهذا يشير إلى أن الكائنات النافعة لا تعمل كدرع فحًا فقط، بل تعلم النبات أيضًا أن يكون أكثر يقظة واستعدادًا لمحاربة المرض بمفرده.

تخلص الدراسة إلى أن نجاح هذه الكائنات الأربعة المحددة يكمن في مزيج من الاستراتيجيات؛ فهي تعمل عن طريق مهاجمة الفطر الضار مباشرة، ومساعدة النبات على النمو بشكل أكبر وأكثر صحة، وتعزيز آليات الدفاع الداخلية للنبات. يوفر هذا النهج متعدد الطبقات مسارًا واعدًا لإدارة العفن الفحمي في الذرة، مما يوفر بديلًا طبيعيًا للعلاجات الكيميائية. وبينما أجري البحث في بيئة منضبطة، فإن النتائج تشير إلى أن هذه السلالات المحددة من "الترايكوديرما" و"الباسيلوس" يمكن أن تلعب دورًا حيويًا في حماية المحاصيل، محولةً التربة نفسها إلى مصدر للحماية بدلًا من أن تكون مصدرًا للمرض.