منظمات نمو النبات (PGRs)تُعدّ هذه الطريقة وسيلة فعّالة من حيث التكلفة لتعزيز دفاعات النبات في ظل ظروف الإجهاد. وقد بحثت هذه الدراسة قدرة نوعين منها.منظمات نمو النباتاستُخدمت مادة الثيوريا (TU) والأرجينين (Arg) للتخفيف من الإجهاد الملحي في القمح. وأظهرت النتائج أن TU وArg، وخاصة عند استخدامهما معًا، يُمكنهما تنظيم نمو النبات تحت الإجهاد الملحي. وقد أدت معالجتهما إلى زيادة ملحوظة في نشاط الإنزيمات المضادة للأكسدة، مع انخفاض مستويات أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) والمالونديالدهيد (MDA) وتسرب الإلكتروليتات النسبي (REL) في بادرات القمح. بالإضافة إلى ذلك، أدت هذه المعالجات إلى انخفاض ملحوظ في تركيز أيونات الصوديوم (Na+) والكالسيوم (Ca2+) ونسبة Na+/K+، مع زيادة ملحوظة في تركيز أيونات البوتاسيوم (K+)، مما حافظ على التوازن الأيوني الأسموزي. والأهم من ذلك، أن TU وArg زادا بشكل ملحوظ من محتوى الكلوروفيل، ومعدل التمثيل الضوئي الصافي، ومعدل تبادل الغازات في بادرات القمح تحت الإجهاد الملحي. وقد أدى استخدام TU وArg منفردين أو مجتمعين إلى زيادة تراكم المادة الجافة بنسبة تتراوح بين 9.03% و47.45%، وكانت الزيادة أكبر عند استخدامهما معًا. في الختام، تُبرز هذه الدراسة أهمية الحفاظ على التوازن التأكسدي والاختزالي وتوازن الأيونات لتعزيز قدرة النبات على تحمل الإجهاد الملحي. بالإضافة إلى ذلك، تم التوصية باستخدام الثيول (TU) والأرجينين (Arg) كعوامل محتملة.منظمات نمو النبات،وخاصة عند استخدامها معًا، لزيادة إنتاجية القمح.
تُؤدي التغيرات المناخية والممارسات الزراعية السريعة إلى تفاقم تدهور النظم البيئية الزراعية. ومن أخطر عواقب ذلك تملح التربة، الذي يُهدد الأمن الغذائي العالمي. ويُؤثر التملح حاليًا على حوالي 20% من الأراضي الصالحة للزراعة في جميع أنحاء العالم، وقد ترتفع هذه النسبة إلى 50% بحلول عام 205. يُمكن أن يُسبب الإجهاد الناتج عن الملوحة والقلوية إجهادًا أسموزيًا في جذور المحاصيل، مما يُخل بالتوازن الأيوني في النبات. كما يُمكن أن تُؤدي هذه الظروف المعاكسة إلى تسريع تحلل الكلوروفيل، وانخفاض معدلات التمثيل الضوئي، واضطرابات أيضية، مما يُؤدي في النهاية إلى انخفاض غلة النبات. علاوة على ذلك، من الآثار الخطيرة الشائعة زيادة إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية، التي يُمكن أن تُسبب تلفًا تأكسديًا للعديد من الجزيئات الحيوية، بما في ذلك الحمض النووي والبروتينات والدهون.
يُعدّ القمح (Triticum aestivum) من أهم محاصيل الحبوب في العالم، فهو ليس فقط أكثر محاصيل الحبوب زراعةً، بل أيضاً محصول تجاري هام.8 مع ذلك، يُعدّ القمح حساساً للملوحة، التي قد تُعيق نموه، وتُخلّ بعملياته الفيزيولوجية والكيميائية الحيوية، وتُقلّل إنتاجيته بشكل ملحوظ. تشمل الاستراتيجيات الرئيسية للتخفيف من آثار الإجهاد الملحي التعديل الوراثي واستخدام منظمات نمو النبات. تُعرف الكائنات المعدلة وراثياً باستخدام تقنيات تحرير الجينات وغيرها من التقنيات لتطوير أصناف قمح مقاومة للملوحة.9،10 من جهة أخرى، تُحسّن منظمات نمو النبات مقاومة القمح للملوحة من خلال تنظيم الأنشطة الفيزيولوجية ومستويات المواد المرتبطة بالملح، وبالتالي التخفيف من أضرار الإجهاد.11 تُعتبر هذه المنظمات أكثر قبولاً وانتشاراً من الطرق المُعدّلة وراثياً. فهي تُحسّن مقاومة النبات لمختلف أنواع الإجهاد اللاأحيائي، مثل الملوحة والجفاف والمعادن الثقيلة، وتُعزّز إنبات البذور وامتصاص العناصر الغذائية والنمو التكاثري، مما يزيد من إنتاجية المحصول وجودته. تُعدّ منظمات نمو النبات ضرورية لضمان نمو المحاصيل والحفاظ على غلتها وجودتها، وذلك بفضل كونها صديقة للبيئة، وسهلة الاستخدام، واقتصادية، وعملية. ومع ذلك، ونظرًا لتشابه آليات عمل هذه المنظمات، فإن استخدام أحدها بمفرده قد لا يكون فعالًا. لذا، يُعدّ إيجاد توليفة من منظمات النمو التي تُحسّن تحمل القمح للملوحة أمرًا بالغ الأهمية لتحسين سلالات القمح في الظروف المناخية القاسية، مما يزيد من الغلة ويضمن الأمن الغذائي.
لا توجد دراسات تبحث في الاستخدام المشترك للثيوراسيل والأرجينين. ومن غير الواضح ما إذا كان هذا المزيج المبتكر قادرًا على تعزيز نمو القمح بشكل تآزري في ظل الإجهاد الملحي. لذلك، هدفت هذه الدراسة إلى تحديد ما إذا كان هذان المنظمان للنمو قادرين على التخفيف بشكل تآزري من الآثار السلبية للإجهاد الملحي على القمح. ولتحقيق هذه الغاية، أجرينا تجربة قصيرة الأجل على شتلات القمح المزروعة مائيًا لدراسة فوائد التطبيق المشترك للثيوراسيل والأرجينين على القمح في ظل الإجهاد الملحي، مع التركيز على التوازن التأكسدي والاختزالي والأيوني للنباتات. افترضنا أن مزيج الثيوراسيل والأرجينين يمكن أن يعمل بشكل تآزري للحد من الضرر التأكسدي الناجم عن الإجهاد الملحي ومعالجة اختلال التوازن الأيوني، وبالتالي تعزيز تحمل القمح للملوحة.
تم تحديد محتوى MDA في العينات باستخدام طريقة حمض الثيوبربيتوريك. وُزِنَ 0.1 غرام من مسحوق العينة الطازج بدقة، ثم استُخلص باستخدام 1 مل من حمض ثلاثي كلورو الأسيتيك بتركيز 10% لمدة 10 دقائق، ثم خُضِعَ المزيج للطرد المركزي عند 10000 دورة في الدقيقة لمدة 20 دقيقة، وجُمِعَ الراسب. مُزِجَ المستخلص مع حجم مماثل من حمض الثيوبربيتوريك بتركيز 0.75%، وحُضِنَ عند 100 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة. بعد التحضين، جُمِعَ الراسب بالطرد المركزي، وقُيِّسَت قيم الامتصاص الضوئي عند 450 نانومتر، و532 نانومتر، و600 نانومتر. حُسِبَ تركيز MDA كما يلي:
على غرار المعالجة التي استمرت ثلاثة أيام، أدى استخدام الأرجينين والثيوفين أيضًا إلى زيادة ملحوظة في نشاط إنزيمات مضادات الأكسدة في بادرات القمح خلال المعالجة التي استمرت ستة أيام. وظل مزيج الثيوفين والأرجينين هو الأكثر فعالية. مع ذلك، بعد ستة أيام من المعالجة، أظهر نشاط إنزيمات مضادات الأكسدة الأربعة، في ظل ظروف المعالجة المختلفة، اتجاهًا تنازليًا مقارنةً بما كان عليه بعد ثلاثة أيام من المعالجة (الشكل 6).
تُعدّ عملية التمثيل الضوئي أساس تراكم المادة الجافة في النباتات، وتحدث في البلاستيدات الخضراء، وهي شديدة الحساسية للملوحة. يمكن أن يؤدي الإجهاد الملحي إلى أكسدة الغشاء البلازمي، واضطراب التوازن الأسموزي الخلوي، وتلف البنية الدقيقة للبلاستيدات الخضراء، وتحلل الكلوروفيل، وانخفاض نشاط إنزيمات دورة كالفن (بما في ذلك روبيسكو)، وتقليل انتقال الإلكترونات من النظام الضوئي الثاني إلى النظام الضوئي الأول. إضافةً إلى ذلك، يمكن أن يحفز الإجهاد الملحي إغلاق الثغور، مما يقلل من تركيز ثاني أكسيد الكربون في الأوراق ويثبط عملية التمثيل الضوئي. أكدت نتائجنا نتائج سابقة مفادها أن الإجهاد الملحي يقلل من موصلية الثغور في القمح، مما يؤدي إلى انخفاض معدل نتح الأوراق وتركيز ثاني أكسيد الكربون داخل الخلايا، وهو ما يؤدي في النهاية إلى انخفاض القدرة على التمثيل الضوئي وانخفاض الكتلة الحيوية للقمح (الشكلان 1 و3). والجدير بالذكر أن استخدام TU وArg يمكن أن يعزز كفاءة التمثيل الضوئي لنباتات القمح تحت الإجهاد الملحي. وكان التحسن في كفاءة التمثيل الضوئي ملحوظًا بشكل خاص عند استخدام TU وArg معًا (الشكل 3). قد يعود ذلك إلى أن الثيوريا والأرجينين ينظمان فتح وإغلاق الثغور، مما يعزز كفاءة عملية التمثيل الضوئي، وهو ما تدعمه دراسات سابقة. فعلى سبيل المثال، وجد بنكارتي وزملاؤه أنه في ظل الإجهاد الملحي، زاد الثيوريا بشكل ملحوظ من موصلية الثغور، ومعدل استيعاب ثاني أكسيد الكربون، والكفاءة الكمية القصوى للكيمياء الضوئية للنظام الضوئي الثاني في نبات الأتريبلكس بورتولاكويدس.39. ورغم عدم وجود تقارير مباشرة تثبت قدرة الأرجينين على تنظيم فتح وإغلاق الثغور في النباتات المعرضة للإجهاد الملحي، فقد أشار سيلفيرا وزملاؤه إلى أن الأرجينين يعزز تبادل الغازات في الأوراق في ظروف الجفاف.22
باختصار، تُبرز هذه الدراسة أنه على الرغم من اختلاف آليات عمل كل من TU وArg وخصائصهما الفيزيائية والكيميائية، إلا أنهما يُمكنهما توفير مقاومة مُماثلة للإجهاد الناتج عن كلوريد الصوديوم في بادرات القمح، لا سيما عند استخدامهما معًا. يُمكن لتطبيق TU وArg تنشيط نظام الدفاع الإنزيمي المضاد للأكسدة في بادرات القمح، وتقليل محتوى أنواع الأكسجين التفاعلية، والحفاظ على استقرار دهون الأغشية، وبالتالي الحفاظ على عملية التمثيل الضوئي وتوازن أيونات الصوديوم والبوتاسيوم في البادرات. مع ذلك، تُعاني هذه الدراسة من بعض القيود؛ فعلى الرغم من تأكيد التأثير التآزري لـ TU وArg وشرح آليته الفيزيولوجية إلى حد ما، إلا أن الآلية الجزيئية الأكثر تعقيدًا لا تزال غير واضحة. لذلك، من الضروري إجراء المزيد من الدراسات حول آلية التآزر بين TU وArg باستخدام تقنيات تحليل النسخ، وتحليل الأيض، وغيرها من الأساليب.
تتوفر مجموعات البيانات المستخدمة و/أو التي تم تحليلها خلال الدراسة الحالية من المؤلف المسؤول عند الطلب المعقول.
تاريخ النشر: 19 مايو 2025