Unveiling the Potential of Non-Rhizobial Microorganisms to Improve Faba Bean Growth

على مر قرون، اعتمد المزارعون على شراكة هادئة بين النباتات وحلفاء غير مرئيين لإطعام العالم. تمتلك البقوليات، مثل الفاصوليا والبازلاء، قدرة فريدة على التآزر مع بكتيريا تربة محددة تُعرف باسم "الريزوبيا". تعيش هذه الكائنات المجهرية المساعدة داخل نتوءات صغيرة على جذور النبات تسمى "العقيدات"، حيث تؤدي خدمة حيوية: فهي تأخذ غاز النيتروجين من الهواء وتحوله إلى شكل يمكن للنبات امتصاصه. هذه العملية الطبيعية، التي تسمى "تثبيت النيتروجين التكافلي"، تسمح للبقوليات بالنمو بشكل غني وأخضر دون الحاجة إلى أسمدة اصطناعية باهظة الثمن. لفترة طويلة، اعتقد العلماء أن هذه العقيدات الجذرية كانت أحياءً حصرية، تسكنها فقط بكتيريا الريزوبيا المفيدة. ومع ذلك، كشفت الأدوات الحديثة عن واقع أكثر ازدحاماً؛ فداخل هذه العقيدات نفسها تعيش مجتمعات متنوعة من بكتيريا أخرى لا تشكل العقيدات بنفسها، بل تعيش جنباً إلى جنب مع الريزوبيا. تُسمى هذه البكتيريا "النهايات الجذرية غير الريزوبية" (non-rhizobial endophytes). وبينما لا تستطيع هذه البكتيريا بدء شراكة تثبيت النيتروجين بمفردها، يشتبه الباحثون في أنها قد تساعد النبات بطرق أخرى، مثل استخلاص العناصر الغذائية من التربة أو إنتاج هرمونات النمو. إن فهم كيفية عمل هذه البكتيريا المختلفة معاً قد يكون المفتاح لزراعة محاصيل أكثر صحة باستخدام مدخلات كيميائية أقل.

في دراسة حديثة أجريت في منطقة آيت أورير بالمغرب، سعى فريق من الباحثين لاستكشاف هذا العالم الخفي داخل عقيدات الفول، وهو محصول أساسي معروف بمحتواه العالي من البروتين. قاموا بجمع جذور سليمة من خمس حقول مختلفة، وغسلوا التربة بعناية لعزل البكتيريا التي تعيش داخل العقيدات الوردية المثبتة للنيتروجين. كان الهدف هو معرفة ما يوجد هناك بالفعل واختبار ما إذا كانت هذه البكتيريا الإضافية يمكن أن تعزز نمو النبات عند اقترانها بشركاء الريزوبيا الرئيسيين. نجح الفريق في عزل ثمانين سلالة بكتيرية متميزة من العقيدات. معظم هذه السلالات، بواقع سبع وسبعين سلالة، كانت من النهايات الجذرية غير الريزوبية، بينما كانت السلالات التسع المتبقية هي الريزوبيا الكلاسيكية. أكد هذا الاكتشاف أن العقيدات هي بالفعل مجتمعات ميكروبية معقدة، وليست مجرد موائل من نوع واحد.

قام الباحثون بعد ذلك باختبار هذه البكتيريا لمعرفة المهارات التي تمتلكها. تحققوا أولاً من السلالات التسع للريزوبيا لمعرفة أي منها الأفضل في تكوين العقيدات ومساعدة النبات على النمو. برزت سلالة واحدة، سميت F4.10، كالأكثر فعالية، حيث أنتجت أكبر عدد من العقيدات وساعدت النباتات على النمو لتصبح أطول وأثقل مقارنة بالأخريات. بعد ذلك، فحصوا السلالات الـ 71 غير الريزوبية بحثاً عن سمات مفيدة. وجدوا أن حوالي 65% من هذه البكتيريا يمكنها تثبيت النيتروجين بمفردها، رغم عدم قدرتها على صنع العقيدات. وأظهرت سلالات أخرى القدرة على إذابة الفوسفات، وهو عنصر غذائي غالباً ما يكون محبوساً في التربة، مما يجعله متاحاً للنبات. كانت بعض هذه السلالات جيدة جداً في هذا الأمر، حيث أطلقت ما يصل إلى 17.76 مليغرام من الفوسفات لكل لتر في اختباراتهم. بالإضافة إلى ذلك، أنتجت العديد من البكتيريا "إندول-3-حمض الأسيتيك" (indole-3-acetic acid)، وهو هرمون طبيعي يشجع نمو الجذور والسيقان، حيث أنتجت بعض السلالات كميات كبيرة منه.

ولرؤية كيف تعمل هذه البكتيريا معاً في نبات حي، صمم الفريق تجربة حيث زرعوا بذور الفول في أصص مملوءة بتربة معقمة. أنشأوا ثلاث مجموعات: مجموعة لم تتلقَ أي بكتيريا، ومجموعة أخرى تلقت سلالة الريزوبيا الأفضل فقط (F4.10)، ومجموعة ثالثة تلقت نفس سلالة الريزوبيا ممزوجة مع اختيار من أكثر البكتيريا الواعدة غير الريزوبية. بعد عشرين يوماً، كانت النتائج مذهلة. النباتات التي تلقت الريزوبيا فقط نمت بشكل أفضل من تلك التي لم تُلقح، لكن النباتات التي تلقت الفريق المختلط نمت بشكل أكبر. كانت النباتات الملقحة مختلطة أطول بنسبة 29% في سيقانها وأطول بنسبة 47% في جذورها مقارنة بالنباتات التي تلقت الريزوبيا وحدها. ولعل الأمر الأكثر إثارة للإعجاب هو أن الوزن الجاف للجذور في المجموعة المختلطة زاد بنسبة 152% مقارنة بالنباتات التي لم تتلقَ أي بكتيريا على الإطلاق. يشير هذا إلى أن البكتيريا غير الريزوبية لم تكن مجرد جيران سلبيين، بل كانت تساعد النبات بنشاط على امتصاص العناصر الغذائية والنمو بقوة أكبر.

تخلص الدراسة إلى أن عقيدات جذور الفول هي موطن لمجتمع بكتيري متنوع ووظيفي يمكنه تعزيز نمو النبات بشكل كبير. وبينما توفر الريزوبيا خدمة تثبيت النيتروجين الأساسية، يبدو أن النهايات الجذرية غير الريزوبية تعمل كمساعدين أقوياء، حيث تحسن امتصاص العناصر الغذائية وتحفز النمو من خلال إنتاج الهرمونات. وجد الباحثون أن الجمع بين هذه الأنواع المختلفة من البكتيريا يعطي نتائج أفضل من استخدام الريزوبيا وحدها. ورغم أن التجربة أجريت لفترة قصيرة في دفيئة (صوبة) خاضعة للرقابة، فإن النتائج تقدم مساراً واضحاً نحو تطوير أسمدة حيوية جديدة وأكثر فعالية. ومن خلال تسخير الإمكانات الكاملة للمجتمع الميكروبي بأكمله داخل عقيدات الجذور، قد يتمكن المزارعون من زراعة المزيد من الغذاء بشكل مستدام، مما يقلل اعتمادهم على الأسمدة الكيميائية مع دعم صحة التربة.