Delayed seed germination and inhibited shoot emergence in glutinous corn (Zea mays L.) due to induced drought stress

في حقول الفلبين، يعتبر الذرة أكثر من مجرد محصول؛ إنها شريان حياة للمزارعين الذين يعتمدون عليها في الغذاء، وأعلاف الماشية، والدخل. وغالباً ما تُزرع الذرة بعد حصاد الأرز، لكنها تواجه تحدياً حرجاً: موسم الجفاف. فعندما تفتقر التربة إلى الرطوبة الكافية، تعاني البذور في الاستيقاظ من حالتها الخاملة. هذا النقص في الماء يبطئ العمليات الكيميائية الداخلية التي تسمح للبذرة بالإنبات، مما يؤدي غالباً إلى تأخير ظهور الجذر والنمو الصغير الذي يجب أن يشق طريقه عبر الأرض. وإذا لم تتمكن البذرة من تثبيت نفسها بسرعة، فإن المحصول بأكمله يتضرر، مما يترك المزارعين بمحاصيل ضعيفة. ولمواجهة ذلك، بحث العلماء لفترة طويلة عن طرق لمنح البذور انطلاقة قوية. إحدى هذه الطرق هي "تجهيز البذور" (seed priming)، وهي تقنية حيث تُنقع البذور في الماء أو في محلول محدد لفترة زمنية محددة قبل الزراعة. هذه العملية توقظ الآلات الداخلية للبذرة دون السماح لها بالإنبات بالكامل، بحيث يمكنها عند زراعتها أخيراً أن تنمو بشكل أسرع وأقوى، حتى لو كانت التربة جافة.

لقد وضع باحثون في جامعة ماريانو ماركوس الحكومية هذه الفكرة قيد الاختبار مع الذرة اللزجة، وهي صنف محدد يحظى بشعبية في المنطقة. أرادوا معرفة ما إذا كان نقع البذور في الماء أو في محلول ملحي خفيف يمكن أن يساعدها على البقاء على قيد الحياة خلال جفاف محاكى. أخذ الفريق بذوراً سليمة ومتجانسة وقسمها إلى مجموعات. بعضها تُرك جافاً كمجموعة ضابطة، بينما نُقعت بذور أخرى في الماء العادي، وهي طريقة تُعرف باسم "التجهيز المائي" (hydropriming). كما نُقعت مجموعة أخرى في محلول من نترات البوتاسيوم، وهو مركب كيميائي يُستخدم غالباً للمساعدة على نمو النباتات. وقد نُقعت كل مجموعة لفترات زمنية مختلفة: ثماني ساعات، واثنتي عشرة ساعة، وأربع وعشرين ساعة. وبعد النقع، جُففت البذور لتعود إلى حالتها الأصلية ثم زُرعت في صناديق. ولمحاكاة الجفاف، عولجت بعض الصناديق بمادة تجعل امتصاص البذور للماء من التربة صعباً، مما يخلق بيئة منخفضة المياه، بينما تلقت صناديق أخرى مياهاً عادية لتكون بمثابة مقارنة.

كشفت النتائج عن صورة واضحة لكيفية تفاعل هذه البذور مع الإجهاد وكيف يمكن للتجهيز أن يساعد. عندما واجهت البذور الظروف الجافة، استغرقت وقتاً أطول للإنبات مقارنة بتلك الموجودة في الصناديق الرطبة، بغض النظر عما إذا كانت قد نُقعت مسبقاً أم لا. لقد أبطأ إجهاد الجفاف كل شيء، مما أخر اللحظة التي تخترق فيها الشتلات السطح. ومع ذلك، أحدثت معالجات النقع فرقاً في جودة البذور التي تمكنت من النمو. كانت البذور المجهزة أفضل في البقاء على قيد الحياة خلال فترة الجفاف مقارنة بالبذور غير المنقوعة، مما يظهر أن المعالجة المسبقة ساعدتها على التكيف مع نقص المياه. ومن المثير للاهتمام أنه بينما ساعد النقع البذور على البدء، فإنه لم يسرع عملية الإنبات نفسها تحت ظروف الجفاف؛ إذ استغرقت البذور وقتاً أطول للبروز مما كانت ستستغرقه في الظروف المثالية.

ظهرت النتائج الأكثر أهمية في كيفية نمو النباتات الصغيرة بعد ظهورها. أدت الظروف الجافة إلى تقزم نمو السيقان، وهي الأجزاء الخضراء التي تمتد نحو السماء. وفي الظروف الرطبة، أنتج نقع البذور في محلول نترات البوتاسيوم لمدة ثماني ساعات أطول السيقان. ولكن عندما شحت المياه، ظلت السيقان قصيرة بغض النظر عن المعالجة المستخدمة. وكانت القصة مختلفة بالنسبة للجذور. ففي البيئة الرطبة، أنتج نقع البذور في الماء العادي لمدة اثنتي عشرة ساعة أطول الجذور. ومع ذلك، تحت وطأة إجهاد الجفاف، كانت جذور معظم البذور أقصر وأقل عدداً. وكان هناك استثناء بارز واحد: البذور المنقوعة في محلول نترات البوتاسيوم لمدة ثماني ساعات فقط تمكنت من نمو جذور أطول من أي مجموعة أخرى، حتى في التربة الجافة. وهذا يشير إلى أن هذه المعالجة المحددة ساعدت النبات على الوصول بعمق أكبر للحصول على المياه المتاحة المحدودة.

كما قام الباحثون بعدد الجذور الجانبية الصغيرة التي أنتجتها الشتلات. في الظروف العادية، أنتجت البذور المنقوعة جذوراً جانبية أكثر بكثير من البذور الجافة، مما خلق شبكة كثيفة لجمع المغذيات. ولكن في الصناديق الجافة، انخفض عدد هذه الجذور بشكل كبير، ولم تستطع معالجات النقع منع هذا الفقد بشكل كامل. ومع ذلك، كانت الصحة العامة للشتلات أفضل في المجموعات المجهزة. وقاس الفريق "مؤشر الحيوية"، وهو وسيلة للجمع بين مدى إنبات البذور وحجم ووزن النباتات الناتجة. أنتجت البذور المنقوعة في الماء العادي لمدة اثنتي عشرة ساعة أكثر الشتلات حيوية في الظروف العادية، حيث أظهرت نمواً قوياً في كل من الطول والوزن. وفي الظروف الجافة، ساعد نقع الثماني ساعات في نترات البوتاسيوم في إنتاج أطول الجذور، بينما أدى النقع لمدة اثنتي عشرة ساعة في الماء أو المحلول الملحي إلى إنتاج أقوى الشتلات بشكل عام.

تخلص الدراسة إلى أنه بينما يؤدي إجهاد الجفاف حتماً إلى إبطاء إنبات الذرة والحد من النمو، فإن تجهيز البذور يوفر طريقة عملية لتحسين النتائج. لا يحتاج المزارعون للاختيار بين الكيماويات المعقدة أو الماء البسيط؛ فقد أظهرت كلتا الطريقتين نتائج واعدة. لقد كان نقع نترات البوتاسيوم فعالاً بشكل خاص في مساعدة الجذور على النمو بشكل أطول عندما تكون المياه شحيحة، بينما كان نقع الماء العادي ممتازاً لإنتاج شتلات قوية وحيوية بشكل عام. ونظراً لأن الماء العادي مجاني ومتوفر بسهولة، يقترح الباحثون أن "التجهيز المائي" هو الخيار الأكثر عملية للمزارعين. فبمجرد نقع البذور للمدة المناسبة، يمكن للمزارعين منح ذرتهم فرصة أفضل لتثبيت نفسها والبقاء على قيد الحياة خلال فترات الجفاف التي تهدد محاصيلهم.