«السيليكون» كمصدر لتحمل إجهاد جفاف النباتات

إعداد: أ.د.عطية الجيار

أستاذ بمعهد بحوث الأراضي والمياه والبيئة بمركز البحوث الزراعية

يؤثر نقص الماء سلبا على عدد من الآليات الفسيولوجية والتمثيل الغذائي في النباتات وربما يكون عاملا رئيسيا يحد من الإنتاجية. غالبا ما يضع هذا في الاعتبار التحدي المتمثل في إنتاج غلات محاصيل أعلى من أي وقت مضى من خلال الحفاظ على المياه الجوفية المستنزفة واستخدامها بكفاءة وزراعة الأراضي الهامشية التي تعاني من نقص المياه.

تابعونا على قناة الفلاح اليوم

تابعونا على صفحة الفلاح اليوم على فيس بوك

الحل المحتمل هو تحفيز تحمل الجفاف للتخفيف من هذا التحدي. لقد اجتذبت مقاومة الجفاف مؤخرا التركيز البحثي المستقبلي ويرجع ذلك أساسا إلى استنفاد منسوب المياه وتوزيعها. من المعروف أن تحضير السيليكون يعزز قدرة تحمل المحاصيل ضد الضغوط البيئية المختلفة عن طريق تصميم امتصاص النبات للمياه ونقلها.

يمكن أن يحدث تحمل الجفاف من خلال السمات الفيزيائية المورفولوجية المعدلة مثل: تعديل إمكانات مياه الأوراق، وتكرار الثغور، وحجم الثغور، والتعديلات الأسموزي. من المحتمل أن يؤدي تحضير السيليكون إلى إحداث تغييرات تشريحية في جدار الخلية مع ترسيب السيليكا في شكل جزيئات صلبة من ثاني أكسيد السيليكون المبلمر (SiO2)، مما يخفف من الضرر التأكسدي للجزيئات الوظيفية ويحسن القدرات الدفاعية المضادة للأكسدة.

في الواقع، يحفز السيليكون تحمل الجفاف على مستوى الأنسجة أو الخلايا عن طريق تحسين حالة الماء، وبالتالي يسهل وصول النبات إلى التمثيل الضوئي وتختلف آلية التكيف المعدلة هذه بين الأنواع. في هذه السطور سنناقش تعديلات تحمل النبات للجفاف ودور تحضير السيليكون لتحمل إجهاد الجفاف.

مقدمة

تمارس الظروف البيئية القاسية مثل ارتفاع درجة الحرارة وانخفاض المياه إجهادا غير حيوي شديد في البيئة الدقيقة للمحاصيل. تمكن بعض المسارات البيوكيميائية النباتات من تحمل الإجهاد عن طريق احتباس الماء وفي نهاية المطاف حماية البلاستيدات الخضراء والحفاظ على التوازن الأيوني. يعد الجفاف أحد العوامل البيئية الرئيسية التي تسبب انخفاض الإنتاجية والنمو. ويمكن إدراج آثار الجفاف الضارة على أنها خسارة في المحصول والجودة؛ وفي بعض السيناريوهات موت النبات. يقال إن استخدام السيليكون معروف بتعزيز قدرة المحاصيل على تحمل الضغوط البيئية المختلفة عن طريق تكييف امتصاص النبات للمياه ونقلها. تختلف آلية القدرة على التكيف المعدلة هذه من نوع إلى آخر.

في الواقع، يحفز السيليكون تحمل الجفاف على مستوى الأنسجة أو الخلايا عن طريق تحسين حالة الماء. وهذا في المقابل يسهل وصول عملية التمثيل الضوئي للنبات وإتاحتها للنبات. لقد حث سكان العالم المتزايدون باستمرار على زيادة إنتاج الغذاء والأعلاف والألياف للحفاظ على قيمة الكوكب للحياة السلمية.

غالبا ما يتم تحدي هذه الرغبة من خلال تغير المناخ واستنفاد الموارد بشكل مستمر مثل المياه والأراضي الصالحة للزراعة وتفشي الأمراض وقضايا إدارة المحاصيل. لذلك، لابد من تطوير أصناف مقاومة للجفاف، واستراتيجيات بديلة مثل تحضير السيليكون لحل مشكلة الأمن الغذائي. وتكشف البيانات المتناقلة أن الجفاف هو السبب الأكثر شيوعا للنقص الحاد في الغذاء.

الجفاف له التأثير الأكبر على الزراعة، ونتيجة لذلك تتأثر الماشية، بسبب نقص العلف يمكن أن يؤدي إلى موت الحيوان. ويؤثر الجفاف على نوعية الأراضي، ويسبب تآكل التربة، والمجاعة، ويضر بصحة الإنسان، وسوء التغذية، والأمراض التي تنقلها الأغذية. هل يؤثر الجفاف على الزراعة فقط؟ ربما لا، بل له تأثير اجتماعي واقتصادي أوسع، خاصة في المجاعة حيث يعاني الجميع من التسويق الأسود وارتفاع الأسعار. الحل النهائي والطويل الأجل لهذا التحدي هو تطوير وإدارة والحفاظ على الموارد المائية وتلبية احتياجات المحاصيل من المياه و/أو اعتماد أصناف تتحمل الجفاف. يشكل الإجهاد المائي خطرا كبيرا على إنتاج المحاصيل.

تعتبر خسائر إنتاجية المحاصيل بسبب ندرة المياه أكثر ضررا من الضغوط البيئية الأخرى. لا يمكن للنباتات البقاء على قيد الحياة بدون ماء. يؤثر نقص الماء سلباً على عدد من الآليات الفسيولوجية والتمثيل الغذائي في النباتات. يمنع الجفاف النمو في المقام الأول، حيث أن نقص المياه يعيق معدلات التمثيل الضوئي.

يعتبر الجفاف العامل الرئيسي الذي يعيق الوصول إلى الحد الأقصى من المحصول النظري. إنها واحدة من أكثر العوامل التي تحد من إنتاجية المحاصيل. وله تأثير تفاضلي على البيئة الجزئية والكلية للمحاصيل عبر حقل مشترك ومراحل نمو النبات المختلفة والمواد النباتية التي سيتم حصادها. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية الواعدة على مجموعة واسعة من العوامل الوراثية والتمثيل الغذائي والبيئي والفسيولوجي عوامل تحسين مقاومة الجفاف في المحاصيل.

لقد اجتذبت مقاومة الجفاف مؤخرا التركيز البحثي المستقبلي بسبب استنفاد توافر المياه وتوزيعها. ولا يمكن تحقيق هذا الهدف إلا من خلال المعرفة الكاملة بالأساس الجيني والجزيئي لمقاومة الجفاف. أن النبات اعتمد آليات مختلفة لمواجهة الجفاف، على سبيل المثال.

التكيف التناضحي، استقرار غشاء الخلية، الشمع فوق الجلدي، التقسيم وتعبئة احتياطي الساق، معالجة وثبات عمليات التزهير، صفات جفاف البادرات. سيساعد فحص هذه الأنواع في مكافحة ظروف الجفاف. يعد نتح النبات الضحية الثانية للجفاف الذي يعيق كفاءة النبات عن طريق تقليل النتح الذي يؤدي إلى انخفاض إنتاجية المحصول إلى حد كبير.

كما تأثر استيعاب ثاني أكسيد الكربون ومحتوى الكلوروفيل بالجفاف. وجد أن محتوى الكلوروفيل يزداد في الأوراق عند الإجهاد المائي قصير الأمد أثناء الطور الخضري، بينما لوحظ العكس (انخفاض الكلوروفيل) أثناء الإجهاد طويل الأمد. من المعروف أن محتوى الكلوروفيل وموصلية الثغور ومعدل النتح يؤثر بقوة على معدل التمثيل الضوئي.

أدى الجفاف إلى انخفاض معدل النتح وتوصيل الثغور ومعدل التمثيل الضوئي لشتلات أربعة أصناف من القمح الربيعي بينما زادت كفاءة استخدام المياه للأوراق. ولذلك، فإن الجفاف لا يؤثر فقط على معدل التمثيل الضوئي والنتح، ولكنه يؤثر أيضًا على محتوى الكلوروفيل ومعدل استيعاب ثاني أكسيد الكربون بدرجة كبيرة.

أولا: تحمل الجفاف في النباتات

الجفاف هو حالة تواجه فيها المنطقة نقصًا في هطول الأمطار وارتفاع التبخر مما يؤدي إلى عدم توفر الحد الأدنى من كمية المياه. يعني تحمل الجفاف حالة تتكيف فيها النباتات مع الجفاف أو الظروف القاحلة عن طريق تعديل السمات الفيزيائية الشكلية. وتشمل هذه الميزات إمكانات المياه الورقية، وتكرار الثغور، وحجم الثغور، والتعديلات الأسموزي. يمثل الإجهاد المائي عائقًا بيئيًا وإنتاجيًا شديدًا لمجموعة متنوعة من المحاصيل الغذائية بما في ذلك القمح. تتحول المياه إلى سلعة نادرة، وقد تم التنبؤ بخطورتها في السنوات القادمة. يغير الجفاف جميع عناصر نمو النبات وقدرة النبات على إعادة التأهيل في حين أن السمات الفيزيائية المختلفة يمكن أن تعدل الإجهاد.

هذه السمات معقدة وراثيا وليس من السهل التعامل معها. ومن المحتمل أن تتجاوز الخسارة الناجمة عن الجفاف في إنتاجية المحاصيل الخسائر الناجمة عن جميع الأسباب الأخرى، حيث أن شدة الإجهاد ومدته أمران حاسمان. يؤثر إجهاد الجفاف على النمو، والفينولوجيا، والعلاقات المائية والمغذيات، والتمثيل الضوئي، واستيعاب التقسيم، والتنفس في النباتات. مركبات الأمونيوم البرولين والرباعية على سبيل المثال.

يعتبر الجلايسين بيتين والكولين والبرولين بيتين من المواد الأسمولية الرئيسية التي تساهم في التعديل الأسموزي. علاوة على ذلك، فإن التربية على تحمل الجفاف في المحاصيل تعتبر اقتصادية وتعتبر وسيلة فعالة للتعامل مع إجهاد الجفاف.

استراتيجيات المسار في النبات بسبب الإجهاد

أ) التعديل الاسموزي

عندما يعاني النبات من الإجهاد المائي، تتراكم بعض المركبات النشطة تناضحيًا مثل الأحماض الأمينية والأيونات والسكريات داخل الخلية، مما يؤدي إلى انخفاض الإمكانات الاسموزية للخلية. ويقال إنها آلية مهمة في ظروف الجفاف. بعد أن يتراكم الماء في الفراغات بين الخلايا، فإنه سيتحرك داخل الخلية فيما يسمى بالتعديل الأسموزي (OA).

الزراعة العضوية هي الظاهرة المحتملة التي ستحافظ على التورم ويمكن للنبات أن يعيش في حالة نقص المياه ويسهل نمو الجذور. وجد أن الزراعة العضوية لها علاقة إيجابية بإنتاج الحبوب في ظروف الجفاف في الذرة الرفيعة، والقمح، والشعير، والحمص ، والبازلاء الحمامية. تم الإبلاغ عن أن النباتات ذات الزراعة العضوية العالية تتمتع بإنتاجية حبوب أفضل من النباتات ذات الزراعة العضوية المنخفضة. على الرغم من أن آلية التبني هذه تبدو مفيدة، فقد اقترحت بعض الدراسات أن تكون سلبية  أو لا علاقة لها  بإنتاج الحبوب.

ب) استقرار غشاء الخلية

استقرار غشاء الخلية هو قدرة الخلية على العيش في الجفاف. هذه القدرة مفيدة بشكل خاص في الزراعة العضوية. يساعد التعديل الأسموزي المقترن باستقرار غشاء الخلية النبات على تقليل ظروف المياه أثناء الجفاف. تختلف قدرة المحاصيل المختلفة على تحمل هذا الضغط اعتمادًا على استقرار غشاء الخلية (CMS).

يعتمد التحمل على CMS لأنه يمنع تسرب الإلكتروليت في حالة الجفاف ويحافظ على نشاط الخلية في الضغوط اللاأحيائية مثل الملوحة، والجفاف، وتلوث الهواء والحرارة والبرودة. ولذلك يعتبر CMS أحد آليات التكيف مع الإجهاد تحت إجهاد الجفاف ويساعد في زيادة الغلة لأنه يحافظ على نشاط الخلايا في الإجهاد.

(ج) الشمع فوق الجلدي

الشمع فوق الجلدي عبارة عن مركبات عضوية للبشرة تغطي السطح الخارجي للأنسجة النباتية. الشمع فوق الجلدي مفيد جدًا في تقليل فقدان الماء على سطح الورقة. تحتفظ الأنواع ذات الطبقة الجلدية السميكة بمزيد من الرطوبة وتحافظ على انتفاخ الأوراق لفترة أطول من الوقت في ظروف الإجهاد بسبب انخفاض التبخر. قد يختلف تكوين الشمع للأنواع باختلاف أجزاء النبات نفسه وقد يختلف باختلاف الموسم والمكان وعمر النبات.

(د) التقسيم وتعبئة احتياطيات الجذع

في ظروف الجفاف يتم اختصار عملية التمثيل الضوئي ويجب أن يعتمد إنتاج الحبوب على احتياطيات الجذع. احتياطيات الجذع عازلة في حالة الإجهاد وتساعد في الحفاظ على محصول الحبوب من خلال المساعدة في عملية التمثيل الضوئي وامتصاص العناصر الغذائية أثناء مرحلة امتلاء الحبوب. قد تتأثر مساهمة هذه العناصر في البذور في ظروف الإجهاد الشديدة عندما يتم تقليل عملية التمثيل الضوئي ويكون امتصاص الماء والمعادن محدودا.

في حالة الإجهاد الشديد، يختلف ملء الحبوب باختلاف الأنواع والأصناف والبيئة؛ ويمكن أن تحدث تعبئة كبيرة في حالة انخفاض خصوبة التربة. يبدأ التقسيم وتعبئة احتياطي الجذع من شيخوخة النبات، مما ينقل الاحتياطيات المخزنة من السيقان إلى البذور. أوضحت الدراسة السابقة أن مقدار تعبئة الاحتياطي يعتمد على البيئة والنمط الجيني والممارسات الثقافية. يمكن أن يؤدي الارتفاع المستمر في درجة الحرارة أثناء تعبئة الحبوب إلى انخفاض حاد في إنتاج المادة الجافة. تشجع هذه الآلية على انخفاض حمض الجبريليك وزيادة تركيز حمض الأبسيسيك.

(هـ) سمات الجفاف للشتلات

في ظروف الجفاف، تُزرع الشتلات عميقا للوصول إلى مستوى المياه المتراجع بحيث يمكن تجنب الجفاف وفي النهاية مساعدة النبات على الحماية من درجات الحرارة السطحية المرتفعة التي تسبب تثبيط الإنبات. ستكون البذور العميقة قادرة على التقاط المزيد من الماء من التربة واستبعاد الأملاح من الخلايا الجذرية.

ثانبا: السيليكون وتحضيره تحت الضغوط اللاأحيائية

وتشير كلمة التمهيد إلى ترطيب البذور أو تزويد البذور بالرطوبة ثم تجفيفها، لتبدأ عملية الإنبات. يعمل التحضير على تسريع عملية الإنبات وظهور البادرات والنمو المبكر بطريقة تعمل على إشراك رطوبة التربة والنيتروجين والاستفادة منهما. يمكن إجراء التحضير باستخدام عدد من المواد الكيميائية بما في ذلك السيليكون، وهو حاجز فعال ضد فقدان الماء عن طريق النتح الجلدي و/أو الالتهابات الفطرية.

يمكّن السيليكون النبات من تحمل الجفاف وزيادة امتصاص الماء، مما يساعد النبات في المقابل على إنتاج كتلة جافة أكبر وإنتاجية أعلى. وبالمثل، أدى التحضير باستخدام حمض الجبريليك (GA3) إلى تعزيز معدل الإنبات، وتقليل الآثار الضارة للإجهاد الملحي، وزيادة محتويات الماء الورقية، ومساحة الورقة ومحتويات الكلوروفيل.

يعد السيليكون أحد عناصر المغذيات الدقيقة التي ثبت أنها مفيدة في أنواع نباتات البذور بشكل رئيسي graminae وcyperaceae خاصة أثناء الإجهاد البيئي. في التربة بعد الأكسجين يوجد السيليكون بأقصى كمية. يوجد السيليكون في الغالب على شكل سيليكا أو سيليكات بسبب قابليته العالية للأكسجين.

يمكن أيضا العثور على السيليكون في شكل حمض السيليسيك في التربة  ويتم تناوله مباشرة كحمض السيليسيك. امتصاص السيليكون في شكل حمض السيليسيك غير المشحون و ثم يتم ترسيبه في أجزاء النبات على شكل سيليكا غير متبلورة من خلال عملية لا رجعة فيها. يتم تناول السيليكون على شكل حمض السيليسيك عندما يكون الرقم الهيدروجيني للتربة أقل من 9. تتراكم أنواع النباتات المختلفة كميات مختلفة من السيليكون على سبيل المثال. يتراكم الأرز أكبر قدر ممكن من السيلكون. يتم نقل السيليكون من محلول التربة إلى الخلايا القشرية بمساعدة ناقل، وتعتمد العملية على الطاقة لأن درجات الحرارة المنخفضة والمثبطات الأيضية تقاوم عملية النقل.

يتم نقل السيليكون من الجذور إلى البراعم بمساعدة الخشب. في حالة القمح والأرز، يتبلمر حمض السيليك إلى هلام السيليكا، مع زيادة التركيز إلى 2 ملم. يتم التحكم في توزيع السيليكون في البراعم عن طريق النتح. يوجد المزيد من السيليكون في الأنسجة القديمة.

يترسب السيليكون تحت طبقة البشرة، وهذه الطبقة تحمي من الضغوط الحيوية وغير الحيوية. اقترحت العديد من الدراسات تأثيرات إيجابية للسيليكون على نمو النبات تحت الضغط. أعطى التسميد Si استجابة إيجابية تجاه النمو تحت ضغط الماء. لدراسة تأثير السيليكون على الجفاف، تم تطبيق الإجهاد المائي في تجربة عن طريق أخذ العينات في مرحلة التمهيد وتعبئة الحبوب. وجد أن Si يزيد من إمكانات المياه للنباتات المجهدة بالماء في مرحلة ملء الحبوب، في حين أن التأثيرات كانت غير مهمة في مرحلة التمهيد. أن تطبيق السيليكون يزيد من كمية أصباغ التمثيل الضوئي والبروتينات القابلة للذوبان تحت الجفاف.

حمض السيليسيك هو المادة الأولية الوحيدة في الكائنات الحية والنباتات التي يتم أخذها في شكل مائي دون شحنها من خلال جذورها. كمية السيليكون في النبات تعادل تقريبًا المغذيات الكبيرة مثل المغنيسيوم (Mg) والفوسفور (P) والكالسيوم. قد يقلل السيليكون من الضرر التأكسدي في النباتات التي تواجه الضغوط البيئية. يمكن أن تكون عملية تحضير السيليكون مفيدة بشكل غير مباشر من حيث أنها تسهل للنبات زيادة النمو والإنتاج عن طريق تقليل فرص الضغوط الحيوية وغير الحيوية مثل هجوم الآفات الحشرية والأمراض والجفاف وفقدان المغذيات.

أظهر عدد من الدراسات أن السيليكون مادة مغذية تلعب دورًا مهمًا في الضغوط البيئية. يعزز السيليكون قدرة تحمل الجفاف في المحاصيل لأنه يقلل من الضرر التأكسدي للجزيئات الوظيفية ويبالغ في قدرات الدفاع المضادة للأكسدة. وجد أن السيليكون مفيد في تقليل إجهاد الملح لأنه يزيد من الكتلة الجافة ومحتويات الماء ومعدل النتح الذي انخفض بسبب إجهاد الملح. كما وجد أن السيليكون مفيد في إزالة المواد السامة مثل الأملاح من النباتات عن طريق زيادة تخزين الماء في أنسجة النبات مما يؤدي بدوره إلى زيادة النمو والمساهمة في تخفيف المواد المذابة في النباتات. يساعد السيليكون في بناء قوة الخلايا ويجعل النبات يستجيب للضغوط البيئية.

كما أنه مفيد في الجانب الذي يعزز القوة الهيكلية ويزيد من القدرة على التحمل ضد الأمراض وسمية المعادن. أظهر السيليكون أيضا تأثيرا إيجابيا في تقليل التأثيرات السامة في النباتات المزروعة تحت الإجهاد الملحي. من المحتمل أن يؤدي السيليكون إلى تغييرات تشريحية في جدار الخلية مع ترسب السيليكا في شكل جزيئات صلبة من ثاني أكسيد السيليكون المبلمر (SiO2).

تكون القدرة على تحمل الجفاف في النباتات أفضل مع زيادة ترسب السيليكون في الأدمة الداخلية للجذور. وجد أن تطبيق السيليكون يزيد من معدل تدفق المياه في أوعية الخشب مما يقلل من معدل النتح ويؤدي إلى تعزيز كفاءة استخدام المياه في النباتات. يعتبر السيليكون عنصرا نشطا بيولوجيا ويساعد في التخلص من الضغوط الحيوية وغير الحيوية، وبالتالي فهو يمنح النباتات مقاومة للفطريات المسببة للأمراض. تتأثر الكتلة الحيوية النباتية وإنتاجية المحاصيل سلبا تحت ضغط الجفاف لأنه يعيق بشكل كبير مختلف العوامل الفسيولوجية والزراعية.

تجربة التسميد بالسيليكون بجرعة 50 ملغم/كغم و150 ملغم/كغم من التربة في ثلاثة محتوى مائي للتربة (50%، 75%، 100% من السعة الحقلية) أدى إلى تحسين نمو القمح. أدى نقص المياه في التربة إلى انخفاض كبير في الكتلة الحيوية للبراعم ووزن نباتات القمح.

يؤدي تطبيق السيليكون إلى زيادة كبيرة في الكتلة الحيوية للنبات وارتفاع النبات ووزن السنبلة عند جميع مستويات محتويات الماء، ومع ذلك، فإن استجابة تسميد Si تكون أعلى في ظل ظروف نقص المياه مقارنة بالظروف الرطبة. تم التحقق من هذه الظاهرة حيث أن استخدام Si في الذرة الرفيعة يقلل من الوزن الجاف تحت ظروف إجهاد الجفاف بينما لم يكن له أي تأثير على إنتاج المادة الجافة تحت الظروف الرطبة.

يمكن أن يساعد تطبيق بعض المواد الكيميائية أو المعادن النبات في تحمل الإجهاد، على سبيل المثال. تم الإبلاغ عن أن استخدام الفوسفور يحسن التكيف الأسموزي في أنسجة الأوراق في الفول والذرة الرفيعة ، وأنسجة الجذور في البرسيم الأبيض. يزيد التسميد بالنيتروجين من نشاط العقيدات مما يساعد في تحسين تحمل الجفاف. يحافظ استخدام البوتاسيوم على التعديل الأسموزي في الدخن اللؤلؤي.

أثبت التسميد المعزز بالفوسفور والبوتاسيوم أنه مفيد في زيادة الإنتاجية في ظروف الجفاف. كما تم الإبلاغ عن بعض العناصر الغذائية الدقيقة التي لها تأثير إيجابي على تحمل الجفاف. يمكن تقليل تأثير الجفاف على معدل النتح وكفاءة استخدام المياه (WUE) وقيمة الحد من الثغور ومعدل التمثيل الضوئي الصافي والعديد من المعلمات الأخرى عن طريق تطبيق Si. في التجربة تم استخدام صنفين من القمح (Triticum aestivum L.)، أحدهما حساس للجفاف والآخر متحمل للجفاف لتقدير تأثير Si على المعلمات المذكورة أعلاه تحت ظروف الإجهاد المائي. تم تعزيز معدلات التمثيل الضوئي الصافي لأوراق القمح المجهد بالجفاف بشكل كبير من خلال تطبيق السيليكون.

كانت المعالجة بـ 1.0 مليمول / لتر Si أكثر فعالية في تعزيز تحمل النبات للجفاف من المعالجة بـ 0.1 مليمول / لتر Si. بالمقارنة مع التحكم في معدل النتح، تم تعزيز قيمة الحد من كفاءة استخدام المياه ومعدل التمثيل الضوئي الصافي بشكل كبير، ومع ذلك، انخفض توصيل الثغور بشكل ملحوظ بواسطة Si. كان للنباتات المجهدة بالجفاف مع تطبيق Si وزن طازج ووزن جاف ومحتوى من البروتين القابل للذوبان في الأوراق أكبر بكثير مقارنة بالنباتات المجهدة بالجفاف دون تطبيق Si. في ظل إجهاد الجفاف الخفيف والشديد، يمكن أن يؤدي توفير السيليكون إلى زيادة الكتلة الحيوية للنبات بنسبة تصل إلى 31.1% إلى 33.3% و23.7% إلى 40.5% على التوالي، مقارنة بالكنترول.

لاحظ أن Si عزز صافي معدل التمثيل الضوئي، ومحتوى الكلوروفيل، والأنشطة الأنزيمية بما في ذلك ديسموتاز الفائق أكسيد (SOD)، والبيروكسيديز (POD)، والكاتالاز (CAT)، وبيروكسيداز الأسكوربات (APX) وقيد زيادة غشاء البلازما الورقية نفاذية. ولوحظ وجود علاقة كبيرة بين تراكم المادة الجافة النباتية وتراكمات التمثيل الضوئي النهاري، مما يوضح عملية التمثيل الضوئي المعززة تحت تأثير السيليكون. كان إمداد السيليكون هو العامل الرئيسي الذي أدى إلى زيادة تراكم المادة الجافة تحت ضغط الجفاف. كما يزيد تطبيق السيليكون من مقاومة الجفاف في الخيار.

أشارت النتائج إلى أنه في غياب الإجهاد، أدى السيليكون إلى تعزيز معدل التمثيل الضوئي الصافي بشكل طفيف، لكنه قلل بشكل كبير من معدل النتح وتوصيل الثغور في نباتات الخيار. عزز السيليكون معدل التمثيل الضوئي الصافي لنباتات الخيار تحت إجهاد الجفاف.

نظرا لأن السيليكون يقلل من توصيل الثغور، ويعزز القدرة على الاحتفاظ بالمياه، ويحافظ على معدل النتح بمعدل ثابت نسبيا أثناء إجهاد الجفاف، فقد تم الحفاظ على عملية التمثيل الضوئي لنباتات الخيار مع زيادة الكتلة الحيوية ومحتوى الماء في أوراق الخيار. يقلل السيليكون من تحلل الكلوروفيل نباتات الخيار تحت إجهاد الجفاف.

أظهرت هذه النتائج أن السيليكون عزز مقاومة نباتات الخيار للجفاف. يمكن لـSi تحسين نمو جذور نبات الجاودار (Secalecereale L.) تحت الجفاف؛ تم إجراء تجربة تحت نظامين من مياه التربة في الأواني. أدى تطبيق الجاودار مع السيليكون إلى زيادة الوزن الجاف لكنه لم يؤثر على نسبة الجذور البراعمية في ظروف الري الجيد وخفض النسبة في الظروف الجافة.

في ظروف الفيضانات تم تعزيز إمكانات المياه الورقية وكفاءة استخدام المياه في حين لم تتأثر كفاءة استخدام المياه ومعدل التمثيل الضوئي وتوصيل الثغور. في حين أنه في ظل الحالة الجافة، أدى استخدام الجاودار مع تطبيق السيليكون إلى ارتفاع معدل التوصيل في الثغور ومعدل التمثيل الضوئي واستخدام المياه وإمكانات استخدام الماء في الأوراق مقارنةً بتلك التي لا تحتوي على السيليكون. لاحظ إجهاد الجفاف المعتدل والشديد، حيث أن توفير السيليكون يمكن أن يزيد الكتلة الحيوية للنبات.

تمت دراسة التسميد بمركبات السيليكون (Si) وتراكمها اللاحق في القمح (Triticum aestivum L.) حيث تم إعطاء جميع النباتات نفس الظروف، ولكن تم تسميدها بمركبات Si المختلفة (جزيئات السيليكا الدقيقة البيروليتية، الصوديوم السيليكات، هلام السيليكا)، ومن ثم تم تحليل أجزاء النبات الموجودة فوق سطح الأرض عن طريق التحليل الدقيق للأشعة السينية (EDX) ومطياف الامتصاص الذري (AAS) لمحتويات السيليكون. يترسب السيليكون بشكل رئيسي في خلايا البشرة للأوراق وجدران خلاياها. تم تحسين النمو الضعيف للنباتات في ظروف نقص المياه بشكل ملحوظ مع تطبيق Si.

التوصيات

أفاد عدد كبير من الدراسات عن دور قوي وإيجابي للسيليكون في دعم النبات أثناء الاستجابة للضغوط اللاأحيائية. آلية فسيولوجية معدلة مع تحسين امتصاص المياه ونقلها؛ يُعزى تخفيف الضرر التأكسدي الضار للجزيئات الوظيفية إلى جانب تحسين قدرات الدفاع المضادة للأكسدة وتحسين مناعة النبات للحشرات ومسببات الأمراض إلى نشاط السيليكون. ومع ذلك، لا يزال هناك حاجة إلى اكتشاف دور دقيق للغاية للسيليكون على مستوى الأنسجة أو الخلايا بالنسبة للمحاصيل الغذائية والألياف الرئيسية وممارسته على مستوى المزرعة لقيمته التجارية والاقتصادية.

المراجع

• Ahmad M, Akram Z, Munir M, Rauf M (2006) Physio-morphic response of wheat genotypes under rainfed conditions. Pak J Bot. 38(5):1697-1702
• Ahmad, F, Rahmatullah T, Aziz MA, Maqsood A, Mukkram Tahir M, Kanwal S (2007) Effect of silicon application on wheat (Triticum aestivum ) growth under water deficiency stress. Emir J Food Agric 19(2):01-07
• Ahmed M, Hassen FU, Khurshid Y (2011a). Does silicon and irrigation have impact on drought tolerance mechanism of sorghum? Agric Water Mgt. 98: 1808– 1812
• Ahmed M, Hassen FU, Qadeer U, Aslam MA (2011b) Silicon application and drought tolerance mechanism of sorghum. Afr J Agric Res. 6, 594–607
• Alvaro F, Isidro J, Villegas D, Garcia del Moral LF, Royo C (2008) Breeding eff ect on grain filling, biomass partitioning, and remobilization in Mediterranean durum wheat. Agron J 100:361-370
• Araus JL, Slafer G, Royo C, Serret MD (2008) Breeding for yield potential and stress adaptation in cereals. Crit Rev Plant Sci 27, 377–412
• Chang-juan S, Ju-xiang T, Wen-ping Y, Xin-liang Z, Xiu-juan R, Yi-zhuo L (2012) Comparison of photosynthetic characteristics of four wheat (Triticum aestivum ) genotypes during jointing stage under drought stress. Afric J Agric Res. 7(8):1289-1295
• Song AL, Li ZJ, Zhang J, Xue GF, Fan FL, Liang YC (2009) Silicon-enhanced resistance to cadmium toxicity in Brassica chinensis is attributed to Si-suppressed cadmium uptake and transport and Si-enhanced antioxidant defense capacity. J Hazard Materials. 172: 74-83
• Tahir ISA, Nakata N (2005) Remobilization of nitrogen and carbohydrate from stems of bread wheat in response to heat stress during grain filling. J Agron Crop Sci. 191: 106-115
• Tuna AL, Kaya C, Higgs D, Murillo-Amador B, Aydemir S, Gergon AR (2008) Silicon improves salinity tolerance in wheat plants. Environ Exp Bot. 62: 10-16

Yang F, Hu J, Li J, Wu X, Qian Y (2009) Chitosan enhances leaf membrane stability and antioxidant enzyme activities in apple seedlings under drought stress. Plant Growth Regul. 58: 131–136