Rhizobacterial volatile organic compounds from perennial wheat and their potential to suppress phytopathogenic fungi
تُظهر هذه الدراسة أن سلالات البكتيريا المحيطة بالجذور المعزولة من القمح المعمر يمكنها كبح الفطريات الممرضة للنبات، ولا سيما *Aspergillus flavus*، من خلال إطلاق المركبات العضوية المتطايرة، حيث تم تحديد ثنائي ميثيل ثنائي كبريتيد وثنائي ميثيل ثلاثي كبريتيد كعوامل تثبيط رئيسية.
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
لقد خاض المزارعون لقرون من الزمن حرباً صامتة ضد الأمراض الفطرية التي تعفن الحبوب في الحقول وتتلفها أثناء التخزين. هذه الغزاة المجهرية، مثل الفطريات التي تسبب عدوى "الفيوزاريوم" و"الأسبرجيلس"، يمكن أن تدمر المحاصيل وتهدد الأمن الغذائي. ومع تغير المناخ العالمي، من المتوقع أن تزداد هذه التهديدات عدم قابلية للتنبؤ، مما يجبر العلماء على البحث عن حلول تتجاوز الرش الكيميائي التقليدي. ويكمن أحد المسارات الواعدة في التربة نفسها، وتحديداً في المحادثات الكيميائية غير المرئية التي تحدث بين جذور النبات والبكتيريا التي تعيش هناك. فبعض البكتيريا النافعة، المعروفة باسم البكتيريا الريزوسفيرية المعززة لنمو النبات، لا تكتفي بمساعدة النباتات على امتصاص العناصر الغذائية فحسب، بل تطلق أيضاً سحابة من الغازات غير المرئية تسمى المركبات العضوية المتطايرة. يمكن لهذه الغازات أن تنتقل عبر الهواء وتعمل كأسلحة طبيعية، حيث تثبط نمو الفطريات الضارة دون الحاجة إلى مواد كيميائية سامة.
قرر الباحثون في جامعة بارما في إيطاليا استقصاء نظام الدفاع الطبيعي هذا باستخدام نوع فريد من المحاصيل: القمح المعمر. وخلافاً للقمح الذي نأكله عادةً، والذي يُحصد مرة واحدة في السنة ويُعاد زراعته، يعيش القمح المعمر لسنوات عديدة، ويطور أنظمة جذرية عميقة ومعقدة تعزز مجتمات غنية من بكتيريا التربة. ركز الفريق على سلالة معينة من هذا المحصول، تُعرف باسم OK72، والتي أظهرت سابقاً نظاماً بيئياً تحت الأرض ديناميكياً ونشطاً. قاموا بعزل عشر سلالات مختلفة من البكتيريا من جذور هذا القمح، وعزموا على معرفة ما إذا كانت الغازات التي تطلقها هذه البكتيريا يمكن أن توقف نمو ثلاثة أنواع خطيرة من الفطريات: Aspergillus flavus، وFusarium proliferum، وFusarium verticillioides. ولضمان قياسهم فقط لتأثير الغازات وليس التلامس المباشر أو المواد الكيميائية السائلة، وضع العلماء البكتيريا والفطريات في أطباق منفصلة، وأحكموا إغلاقها معاً بحيث لا يمكن سوى للهواء المرور بينهما.
أظهرت النتائج أن غازات البكتيريا كانت فعالة بالفعل، وإن كانت قوتها تختلف اعتماداً على نوع البكتيريا ونوع الفطر المحدد. في البيئة المغلقة، أدت الانبعاثات البكتيرية إلى إبطاء النمو الفطري بنسبة تتراوح بين صفر إلى ما يقرب من سبعة وأربعين بالمائة. عملت بعض السلالات البكتيرية كمتخصصات، حيث استهدفت نوعاً واحداً من الفطريات بدقة عالية، بينما تصرفت سلالات أخرى كعامات، مقدمة حماية واسعة ضد الأنواع الثلاثة جميعها. يشير هذا التباين إلى أن الطبيعة قد وفرت بالفعل مجموعة أدوات متنوعة من الوكلاء البيولوجيين، لكل منها استراتيجيته الفريدة في الدفاع. ثم وجه الباحثون اهتمامهم نحو تحديد ماهية الغازات المسؤولة تحديداً عن هذا التثبيط. وباستخدام معدات حساسة لاستنشاق البصمات الكيميائية في الهواء، رصدوا ستة وأربعين مركباً متطايراً مختلفاً عبر التجارب المتنوعة.
وكشف التحليل عن وجود نمط واضح يربط بين مواد كيميائية محددة ونجاح الدفاع. وبينما لم يتنبأ إجمالي كمية الغاز المنتجة بدقة بمدى نجاح إيقاف الفطر، إلا أن وجود مركبات كيميائية معينة تحتوي على الكبريت فعل ذلك. وتحديداً، ظهر غازان، وهما ثنائي كبريتيد ثنائي الميثيل وثلاثي كبريتيد ثنائي الميثيل، بشكل مستمر في الهواء عندما نجحت البكتيريا في تثبيط نمو فطر Aspergillus flavus. وكانت هذه المركبات الكبريتية غائبة عندما فشلت البكتيريا في تثبيط الفطر. تشير هذه النتيجة إلى آلية كيميائية محددة حيث من المرجح أن الغازات الكبريتية تسبب ضرراً لجدران الخلايا الفطرية أو تخل بالتوازن الداخلي للفطر، مما يؤدي فعلياً إلى وقف نموه. ومن المثير للاهتمام أن الدراسة وجدت أيضاً أن مركباً آخر، وهو الأسيتوين، يميل للظهور عندما تفشل البكتيريا في إيقاف الفطر، مما يشير إلى أنه قد يكون علامة على صراع تخسره البكتيريا بدلاً من كسبه.
لم تجد الدراسة "رصاصة سحرية" واحدة من الغازات تعمل في كل المواقف. بدلاً من ذلك، تشير الأدلة إلى أن البكتيريا تطلق خليطاً معقداً من المواد الكيميائية، وتعتمد فعالية هذا الخليط على الجمع المحدد بين البكتيريا والفطر المعنيين. وبينما برزت المركبات الكبريتية كلاعبين رئيسيين ضد ممرض رئيسي واحد، فإن غازات أخرى تم رصدها في الخليط، مثل بعض الكحوليات والكيتونات، معروفة من دراسات أخرى بأن لها خصائص مضادة للفطريات أيضاً. وخلص الباحثون إلى أن الحماية الملحوظة تنبع على الأرجح من العمل المشترك لعدة غازات مختلفة تعمل معاً، بدلاً من غاز واحد مهيمن. يسلط هذا العمل الضوء على إمكانات بكتيريا جذور القمح المعمر كمصدر لعوامل مكافحة بيولوجية طبيعية، مما يوفر طريقة مستدامة لحماية المحاصيل من الأمراض الفطرية من خلال تسخير اللغة الكيميائية للتربة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.