Effect of nano-silicon priming on germination dynamics, morpho-physiological changes, osmotic adjustment and yield responses of late sown Indian mustard (Brassica juncea L.) var. Kesari Gold and TBM-143

في الحقول الشاسعة في الهند، لا يُعد الخردل مجرد محصول فحسب؛ بل هو حجر الزاوية في الأمن الغذائي للأمة، حيث يوفر الزيت الذي يطهو ملايين الوجبات يومياً. ومع ذلك، يواجه هذا النبات الحيوي عدواً مستمراً: التقويم. فعندما يُضطر المزارعون إلى زراعة بذورهم في وقت متأخر عن الوقت المثالي، يعاني المحصول في ترسيخ نفسه، وغالباً ما يواجه نهاية حارة وقاسية لموسم نموه، مما يعيق نموه ويقلص الحصاد. هذا التأخير يخلق اختناقاً فسيولوجياً، حيث تستغرق البذور وقتاً أطول لتستيقظ، وتنمو البادرات الصغيرة بشكل ضعيف، وتفشل الآلية الداخلية للنبات لمقاومة الإجهاد في العمل بكامل طاقتها. لعقود من الزمن، بحث العلماء عن وسيلة لمنح هذه المحاصيل المزروعة متأخراً دفعة قوية، بحثاً عن طريقة لتقوية البذرة حتى قبل أن تلمس التربة.

هنا يأتي دور أداة جديدة من عالم تكنولوجيا النانو: جسيمات ثاني أكسيد السيليكون النانوية. وبينما يعد السيليكون عنصراً شائعاً يوجد في الرمل والتربة، فإنه يتصرف بشكل مختلف في شكله المجهري النانوي. هذه الجسيمات الصغيرة جداً قادرة على اختراق القشرة الصلبة للبذرة، لتعمل مثل مفتاح مجهري يفتح إمكانات البذرة. هي لا تغذي النبات بالمعنى التقليدي، بل تعمل كمنظم، مما يساعد الشتلة على تنمية جذور أقوى، وبناء دفاعات أفضل ضد الحرارة، وتحويل ضوء الشمس إلى طاقة بكفاءة أكبر. كان السؤال الذي طرحه الباحثون بسيطاً ولكنه حاسم: هل يمكن لنقع بذور الخردل في محلول من هذه الجسيمات الصغيرة أن يساعدها على البقاء والازدهار حتى عندما يتم دفع موسم الزراعة إلى وقت متأخر جداً؟

ولإيجاد الإجابة، وضع فريق من العلماء في جامعة "فيسفا بهاراتي" في الهند تجربة صارمة خلال شتاء عامي 2024 و2025. اختاروا صنفين شائعين من الخردل الهندي، يُعرفان محلياً باسم "كيساري جولد" (Kesari Gold) و"TBM-143"، وأخضعاهم لسلسلة من المعالجات. أعد الباحثون معلقاً من جسيمات ثاني أكسيد السيليكون النانوية في الماء، مما خلق خمسة تركيزات مختلفة تتراوح من الماء العادي إلى محاليل تحتوي على ما يصل إلى 100 ملليغرام من الجسيمات لكل لتر. أخذوا بذوراً صحية ومتجانسة من كلا الصنفين ونقعوها في هذه المحاليل لمدة خمس ساعات، وهي عملية تُعرف باسم "التجهيز" (priming)، قبل تركها لتجف. لم يكن هذا مجرد تمرين مخبري؛ بل زُرعت البذور بعد ذلك في مزرعة بحثية في "سرينيكيتان"، وهي منطقة ذات مناخ مداري شبه رطب، لمعرفة كيفية أدائها في ظروف العالم الحقيقي حيث تم تأخير تاريخ البذر عمداً لمحاكاة الإجهاد الذي يواجهه المزارعون غالباً.

كانت النتائج مذهلة ومتسقة. البذور التي تم تجهيزها بالجسيمات النانوية استيقظت بشكل أسرع وأكثر موثوقية من تلك التي نُقعت في الماء العادي. في مجموعة الضبط، حيث لم تتلق البذور أي معالجة خاصة، تأخر الإنبات وكان أقل تجانساً. ومع ذلك، فإن البذور المجهزة بالنانو، وخاصة تلك التي عولجت بتركيزات تتراوح بين 25 و50 ملليغرام لكل لتر، اندفعت بقوة أكبر وسرعة أكبر. أظهر صنف "كيساري جولد" استجابة ملحوظة، حيث حقق معدل إنبات يقارب 93 بالمائة، بينما وصل صنف "TBM-143" إلى حوالي 88 بالمائة. والأهم من ذلك، أن الوقت المستغرق لإنبات البذور انخفض بشكل كبير، مما يعني أن الحقل قد غُطي بالبراعم الخضراء في وقت أقصر، وهي ميزة حاسمة عندما يكون موسم النمو قصيراً.

ومع نمو الشتلات، أصبحت فوائد التجهيز بالنانو أكثر وضوحاً. النباتات التي عولجت بمحلول السيليكون طورت جذوراً أطول وسيقاناً أعلى مقارنة بنظيراتها غير المجهزة. الجذور، التي هي مرساة النبات ونظامه لجمع المياه، لم تكن أطول فحسب، بل شغلت أيضاً حجماً أكبر في التربة، مما يشير إلى قدرة أكثر قوة على التمسك بالعناصر الغذائية والرطوبة. كما نمت السيقان بشكل أطول وحملت كتلة ورقية أكبر، مما يشير إلى أن النباتات تبني هيكلاً أقوى لدعم النمو المستقبلي. تفوق صنف "كيساري جولد" باستمرار على "TBM-143" في كل مقي <<ياس تقريباً، حيث أنتج نباتات أطول وأوراقاً أكبر وكتلة حيوية أثقل، لكن كلا الصنفين أظهرا تحسناً واضحاً عن مجموعات الضبط غير المعالجة.

وفي داخل الأوراق، كانت التغيرات الكيميائية لا تقل أهمية. فقد راكمت النباتات المجهزة بالنانو مستويات أعلى من الكلوروفيل، وهو الصبغة الخضراء المسؤولة عن التقاط ضوء الشمس. وهذا يعني أن النباتات كانت أكثر كفاءة في عملية التمثيل الضوئي، محولة الضوء إلى الطاقة اللازمة للنمو. علاوة على ذلك، أظهرت النباتات قدرة متزايدة على إدارة الإجهاد؛ حيث أنتجت المزيد من "البرولين"، وهو مركب طبيعي يعمل كدرع واقٍ للخلايا، مما يساعدها على الاحتفاظ بالماء ومقاومة حرارة شمس نهاية الموسم. كما زادت مخزوناتها من السكريات والمركبات الفينولية، التي تعمل كمضادات للأكسدة لتحييد الآثار الضارة لإجهاد الحرارة. سمحت هذه التعديلات الداخلية للنباتات بالحفاظ على حيويتها حتى عندما انقلب الطقس ضدها.

ومع ذلك، كان الاختبار النهائي هو الحصاد. قاس الباحثون الإنتاجية النهائية عن طريق عد عدد قرون البذور، المعروفة باسم "سليكويا" (siliquae)، ووزن البذور التي أنتجتها. النباتات التي تم تجهيزها بالجسيمات النانوية أنتجت عدداً أكبر بكثير من قرون البذور لكل نبات، وكانت هذه القرون أطول وتحتوي على بذور أكثر من تلك الناتجة عن النباتات غير المعالجة. أنتج صنف "كيساري جولد"، عند معالجته بالتركيز الأمثل من الجسيمات النانوية، إجمالي إنتاج يقارب 786 كيلوغراماً للهكتار، وهي زيادة كبيرة عن مجموعة الضبط. حتى صنف "TBM-143" شهد تحسناً ملحوظاً، رغم أنه لم يصل إلى مستويات "كيساري جولد". كما تحسن وزن البذور، وهو مقياس لجودة وكثافة البذور، مما يشير إلى أن البذور لم تكن أكثر عدداً فحسب، بل كانت أيضاً أثقل وأفضل جودة.

خلصت الدراسة إلى أن نقع بذور الخردل في محلول من جسيمات ثاني أكسيد السيليكون النانوية هو وسيلة عملية وفعالة للتخفيف من الأضرار الناجمة عن التأخير في الزراعة. إنها تقنية لا تتطلب آلات معقدة أو مدخلات باهظة الثمن، مما يجعلها متاحة للمزارعين الذين قد يفقدون محاصيلهم بسبب جدول زراعة متأخر. فمن خلال مجرد معالجة البذور قبل زراعتها، يمكن للمزارعين مساعدة المحصول على ترسيخ نفسه بسرعة أكبر، والنمو بقوة، ومقاومة إجهاد الحرارة الذي يلاحق عادةً موسم الزراعة المتأخر. وبينما لم يطابق الإنتاج في ظل هذه الظروف المتأخرة ما يمكن تحقيقه مع الزراعة المبكرة المثالية، فإن المكاسب الكبيرة في تحمل الإجهاد والإنتاجية تشير إلى أن هذه الطريقة توفر شبكة أمان موثوقة. إنها تسد الفجوة بين الوضع المثالي والواقع الحتمي، مقدمةً وسيلة لتأمين الحصاد حتى عندما لا يتعاون التقويم مع المزارع.