Growth promotion of tomato plants through bacteria derived from spent substrate of edible mushrooms

تُعد الطماطم واحدة من أكثر الخضروات زراعة في العالم، فهي تغذي الملايين وتُشكل ركيزة أساسية في العديد من النظم الغذائية. ولمواكبة الجوع العالمي، يتعين على المزارعين البحث باستمرار عن طرق لزراعة المزيد من الغذاء دون الإضرار بالأرض. ولعقود من الزمن، كان الحل القياسي هو الأسمدة الكيميائية، ولكن هذه الأسمدة يمكن أن تتسرب إلى المياه الجوفية وتضر بصحة التربة بمرور الوقت. ومع ذلك، تقدم الطبيعة بديلاً أكثر هدوءاً: بكتيريا دقيقة تعيش في التربة وتساعد النباتات على النمو. هذه المساعدات المجهرية، التي تُسمى غالباً بكتيريا تعزيز نمو النبات، لا تكتفي بالجلوس خاملة؛ بل تنتج مركبات طبيعية تفتح آفاق العناصر الغذائية، وتحارب الميكروبات الضارة، بل وحتى تحفز هرمونات النمو الخاصة بالنبات نفسه. ويتمثل التحدي الذي يواجه العلماء في إيجاد السلالات المناسبة من هذه البكتيريا ومعرفة أفضل طريقة لإيصالها إلى المحاصيل.

لقد توجه فريق من الباحثين في البرازيل إلى مصدر غير متوقع للعثور على هؤلاء المساعدين: المواد المتبقية من مزارع الفطر. فعندما يتم حصاد الفطر الصالح للأكل، فإنه يترك وراءه مادة تحتية مستنفدة — وهي خليط من القشور والبذور والخشب وغيرها من المنتجات الزراعية الثانوية التي تم تفكيكها جزئياً بواسطة الفطريات. هذه النفايات العضوية الغنية تعج بالحياة الميكروبية. قام الباحثون بجمع عشرين سلالة بكتيرية مختلفة من هذه المادة التحتية المستنفدة للفطر، وأخضعوها لسلسلة من الاختبارات لمعرفة أي منها كان الأكثر قدرة على مساعدة نبات الطماطم. لقد بحثوا عن أنشطة بيولوجية محددة، مثل القدرة على إنتاج إنزيمات تفكك ألياف النبات الصلبة، ومواد تلتقط الحديد من التربة، وهرمونات نمو طبيعية تشجع الجذور على الانتشار.

كشفت عملية الفحص أن كل سلالة بكتيرية اختبروها كانت تمتلك قدرة مفيدة ما، ولكن ثلاث سلالات برزت كالأكثر واعدة بشكل خاص. إحدى السلالات، التي سميت BUD 5، كانت بمثابة قوة ضاربة حيث أنتجت هرمون نمو يسمى حمض إندول-3-أسيتيك، جنباً إلى جنب مع إنزيمات تفكك السليلوز ومركبات لتأمين الحديد. وسلالة أخرى، BUD 7، أنتجت أيضاً هرمون النمو وإنزيمات تفكك السليلوز. أما السلالة الثالثة، BUD 19، فكانت منتجاً قوياً لمركبات التقاط الحديد وأنتجت أيضاً إنزيمات تكسير السليلوز. ولرؤية ما إذا كانت هذه البكتيريا يمكن أن تحدث فرقاً حقيقياً في نبات حي، نقل الفريق عملهم من طاولة المختبر إلى الدفيئة الزراعية (الصوبة). فقد قاموا بزراعة نباتات الطماطم في أصص وطبقوا البكتيريا بثلاث طرق مختلفة: نقع البذور قبل الزراعة، أو رش الأوراق، أو القيام بكليهما. وراقبوا النباتات على مدار موسمين زراعيين، حيث قاسوا كل شيء بدءاً من طول نموها وصولاً إلى حجم ووزن مجموعاتها الجذرية.

أظهرت النتائج أن البكتيريا ساعدت الطماطم بالفعل، رغم أن التأثيرات تفاوتت اعتماداً على السنة وكيفية تطبيق البكتيريا. في السنة الأولى، أدى الجمع بين معالجة البذور ورش الأوراق بسلالة BUD 5 إلى تحقيق النتائج الأكثر دراماتيكية. فقد طورت هذه النباتات أنظمة جذرية أكبر بنسبة تقارب أربعين بالمائة في الحجم مقارنة بنباتات المجموعة الضابطة غير المعالجة. كما أظهرت أوراق النباتات المعالجة بـ BUD 5 زيادة كبيرة في الوزن الطازج، حيث نمت بوزن أثقل بنسبة تقارب خمسة وأربعين بالمائة من المجموعة الضابطة. ويبدو أن البكتيريا عملت من خلال تشجيع النباتات على بناء المزيد من الكتلة الجذرية، مما سمح لها بدورها بسحب المزيد من الماء والمغذيات من التربة، وهو ما غذى نمو الأوراق والسيقان فوق الأرض.

أكدت السنة الثانية من التجربة أن هذه البكتيريا موثوقة، حتى لو تغيرت "الفائزة" المحددة قليلاً. وبينما نمت نباتات المجموعة الضابطة بنفس طول النباتات المعالجة من حيث الارتفاع، إلا أن النباتات المعالجة بالبكتيريا طورت غالباً أنظمة جذرية أكثر قوة وجمعت مادة جافة أكثر في جذورها وسيقانها. فعلى سبيل المثال، أدت معالجة البذور بسلالة BUD 7 إلى نظام جذري أكبر بنسبة تزيد عن عشرين بالمائة من المجموعة الضابطة. كما قاس الباحثون مدى كفاءة النباتات في استخدام الضوء لعملية التمثيل الضوئي، وهي العملية التي تحول بها النباتات ضوء الشمس إلى طاقة. حافظت النباتات المعالجة بالبكتيريا على آليات تمثيل ضوئي صحية، حيث أظهرت بعض المعالجات زيادة ملحوحة في كفاءة نقل الإلكترونات، وهي خطوة رئيسية في تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية. وهذا يشير إلى أن البكتيريا ساعدت النباتات على استخدام ضوء الشمس بفعالية أكبر، مما وفر الطاقة الإضافية اللازمة لدعم النمو الأكبر للجذور والسيقان.

إن ما يجعل هذا الاكتشاف مثيراً للاهتمام بشكل خاص هو مصدر البكتيريا. فمن خلال استخدام المادة التحتية المستنفدة من زراعة الفطر، استغل الباحثون مستودعاً من الكائنات الدقيقة المتكيفة بالفعل على تفكيك المواد العضوية المعقدة. هذه البكتيريا مجهزة طبيعياً بالأدوات اللازمة لتفكيك ألياف النباتات الصلبة وإعادة تدوير المغذيات، وهي سمات ثبت أنها مفيدة عند نقلها إلى نباتات الطماطم. وتثبت الدراسة أن هذه المنتجات الثانوية من مزارع الفطر ليست مجرد نفايات يجب التخلص منها، بل هي مورد قيم للعث_ور على أدوات بيولوجية جديدة للزراعة. وقد أظهرت السلالات الثلاث المختارة، BUD 5 و BUD 7 و BUD 19، قدرتها على تعزيز النمو باستمرار، وتحسين تطور الجذور، وتعزيز قدرة النبات على التقاط الطاقة من الشمس.

لم تجد الدراسة أن البكتيريا تعمل بنفس الطريقة في كل مرة؛ فقد تغيرت النتائج بين العامين، ويرجع ذلك على الأرجح إلى الاختلافات الطبيعية في الظروف البيئية. ومع ذلك، كان الاتجاه الثابت هو أن البكتيريا ساعدت النباتات على النمو بقوة أكبر، لا سيما في أنظمتها الجذرية. وهذا اكتشاف بالغ الأهمية لأن النظام الجذري الأقوى يعني أن النبات سيكون مجهزاً بشكل أفضل للتعامل مع الإجهاد والوصول إلى المغذيات. وخلص الباحثون إلى أن هذه العزلات البكتيرية لديها إمكانات حقيقية ليتم تطويرها إلى مدخلات حيوية، مما يوفر طريقة مستدامة لتعزيز إنتاج الطماطم دون الاعتماد على الأسمدة الكيميائية. ويسلط هذا العمل الضوء على فكرة بسيطة ولكنها قوية: من خلال النظر في نفايات عملية زراعية واحدة، يمكننا العث ور مفاتيح لتحسين عملية أخرى.