fbpx

تكشف الجذور الطافرة كيف يمكننا زراعة المحاصيل في التربة المتضررة

Lidiane Miotto/Shutterstock

مالكولم بينيت، جامعة نوتنغهام؛ بيبين باندي، جامعة نوتنجهام، و ساشا موني، جامعة نوتنغهام

لسنوات، كانت الحكمة التقليدية تؤكد أن الجذور لا تنمو بعمق في التربة الصلبة لأنه من الصعب جداً عليها أن تندفع فيها عملياً. لكن بحثنا الجديد اكتشف سبباً آخر: يتم التحكم في نموها بواسطة إشارة بيولوجية حيث يمكن “إيقافها”، مما يمكنها من اختراق الأرض المضغوطة. إنه اكتشاف يمكن أن يساعد المحاصيل على النمو حتى في التربة الأكثر تضرراً.

يمثل ضغط التربة تحدياً كبيراً يواجه الزراعة الحديثة، مدفوعاً جزئياً بالوزن المتزايد للمعدات الزراعية التي يمكن أن تمر فوق نفس المنطقة من الأرض عدة مرات في الموسم. حيث يتم ضغط المساحات العميقة أيضاً تحت وطأة التربة أعلاه، مما يجعل من الصعب على الجذور اختراق طبقات الأرض الغنية بالرطوبة والمغذيات.

إن تأثير انضغاط التربة هذا عميق: نظراً لأنه يقلل من نمو الجذور، ويؤثر سلباً على امتصاص المياه والمغذيات، يمكن أن يتسبب ضغط التربة في خسائر في الغلة تصل إلى 25٪. وفي المملكة المتحدة وحدها، تقدر الخسائر المرتبطة بانضغاط التربة بما يتراوح بين 400 مليون يورو (355 مليون جنيه إسترليني) و 650 مليون يورو سنوياً.

جرار بعربة حصاد المحاصيل ينظر إليه من الأعلى
تساهم آلات الزراعة الثقيلة في ضغط التربة بمرور الوقت.
Saverio blasi/Shutterstock

ومن المتوقع أن يؤدي تغير المناخ هذه الخسائر أكبر. وذلك لأنه عندما يقترن الضغط بالجفاف، يمكن أن تنخفض غلة المحاصيل بنسبة تصل إلى 75٪، وهو ما يقدر أن يكلف المزارعينمليارات الدولارات كل عام. ومع تزايد شيوع حالات الجفاف، تزداد أهمية تطوير المحاصيل المقاومة لهذه التحديات.




إقرأ المزيد:
إن ثلثي أراضي الأرض في طريقها لفقد المياه مع ارتفاع درجة حرارة المناخ – وهذه مشكلة للناس والمحاصيل والغابات


وعلى الرغم من أهميته الواضحة للمزارعين في جميع أنحاء العالم، إلا أن الآلية الكامنة وراء توقف نمو الجذور في التربة المضغوطة ظلت غير واضحة. فالجذور التي فشلت في اختراق التربة شديدة الانضغاط كانت تعتبر ببساطة أضعف من أن تفعل ذلك. ومع ذلك، فقد اكتشفنا أن الجذور قادرة في الواقع على اختراق التربة شديدة الانضغاط- بعد تعطل حساسيتها لإشارة هرمون النبات.

اختراق الجذر

وجدت دراستنا أن هذه الإشارة أو “التبديل” يتحكم فيها هرمون يسمى الإيثيلين، والذي يتم إطلاقه كغاز من أطراف جذور النباتات. في التربة الرخوة غير المضغوطة، يكون هذا الغاز حراً في الانتشار في الأرض. ولكن في التربة الصلبة والمضغوطة، لا يمكن أن ينتشر غاز الإيثيلين، وبدلاً من ذلك يتم حصره في المنطقة التي يشغلها طرف الجذر – مما يتسبب في تراكم الإيثيلين في أنسجة الجذر نفسها.

وقد وجدت دراستنا أن تراكم الإيثيلين هذا يدفع الجذور إلى التوقف عن النمو لفترة أطول في التربة المضغوطة. لذلك يعمل الإيثيلين كإشارة “توقف” واضحة جداً لامتداد الجذور إلى تربة مضغوطة.

في تجاربنا، استخدمنا نباتات ذات طفرة جينية معينة لم تعد قادرة على استشعار إشارات الإيثيلين. لقد وجدنا أن الجذور لديها القدرة على اختراق التربة المضغوطة، ولكن لا تختار ذلك عند ظهور إشارة التوقف القائمة على الإيثيلين.

لقد أجرينا دراساتنا عن عمد باستخدام نوعين مختلفين جداً من التربة (الرمل والطين) ونوعان مختلفان تماماً من النباتات: الأرز والأرابيدوبسيس (أحد أقارب بذور زيت بذور اللفت). والحقيقة أننا لاحظنا نفس السلوك في مختلف التربة والنباتات والتي تشير إلى أن النتائج التي توصلنا إليها قد تكون قابلة للتطبيق على نطاق واسع على المحاصيل وأنواع التربة والمناطق الجغرافية الأخرى.

تنمو نباتات القمح الأصفر فوق التربة الجافة المتشققة
النباتات ذات أنظمة الجذور العميقة أكثر مقاومة للجفاف.
Jasper Suijten/Shutterstock

تفتح النتائج التي توصلنا إليها فرصاً جديدة لاختيار محاصيل جديدة مقاومة للضغط – تماماً كما قام جريجور مندل، “أبو علم الوراثة”، بتربية أنواع مختلفة من البازلاء بشكل انتقائي. ويمكن للمطورين الآن ببساطة فحص مجموعاتهم بحثاً عن أصناف تكون جذورها أقل حساسية للإيثيلين واختيار إنشاء نباتات جديدة بهذا التمايز.

ومع ذلك، نظراً لأن إشارة الهرمون هذه مهمة أيضًا لعمليات النبات الأخرى مثل مقاومة مسببات الأمراض، يمكن أيضاً اعتماد نهج أكثر استهدافاً لتحرير الجينات والتعديل الوراثي (GM) لمنع استجابة الإيثيلين في أنسجة طرف الجذر فقط، بدلاً من النبات ككل. وسيحدد الوقت أي من هذه الأساليب المتميزة سيثبت أنه الأكثر فعالية.

تعزيز الزراعة

إن النتائج التي توصلنا إليها لديها القدرة على أن تؤدي إلى زيادة غلات المحاصيل المحمية في جميع أنحاء العالم، لا سيما إلى أن ضغط التربة لا يزال يمثل مشكلة مستمرة في الممارسات الزراعية المكثفة. فيأوروبا وحدها، 36 مليون هكتار (من إجمالي 68 مليون هكتار) من الأراضي المزروعة عرضة لضغط التربة.

ستوفر المحاصيل ذات الجذور التي يمكن أن تخترق عمق هذه التربة المضغوطة عددًا من الفوائد الواضحة. أولاً، ستكون جذور المحاصيل قادرة على الوصول إلى مصادر المغذيات في طبقات التربة الأعمق التي لا تتوفر لها حالياً. وهذا بدوره سيدعم نمو محاصيل أكبر وأكثر صحة.

ثانياً، سوف تكون أنواع المحاصيل التي لديها نظم جذور أكثر شمولاً قادرة على تأمين مصادر أكثر موثوقية للمياه، مما يضفي قدراً أكبر من المرونة خلال فترات الإجهاد الناجم عن الجفاف، والتي من المقرر أن تزداد مع تغير المناخ. وأخيراً، تشير النمذجة إلى أن المحاصيل ذات الجذور العميقة تدفن المزيد من الكربون في التربة، مما يساعد الجهود الرامية إلى عزل الكربون من الغلاف الجوي للأرض للحد من تغير المناخ.

يمكن أن يكون فهمنا الجديد لكيفية اختراق الجذور للتربة الصلبة خطوة مهمة نحو استنبات أنواع جديدة من المحاصيل التي يمكن أن تكون أكثر مقاومة لضغط التربة. ونتوقع أن تساعد هذه المحاصيل في الحد من خسائر الغلة المرتبطة بالإجهاد والضرر الكبيرين للتربة في مختلف المناطق الجغرافية في جميع أنحاء العالم.المحادثة

مالكولم بينيت، أستاذ علوم النبات ، جامعة نوتنغهام؛ بيبين باندي، عالم أبحاث، كلية العلوم البيولوجية، جامعة نوتنغهام،و ساشا موني،أستاذ في فيزياء التربة ومدير مرفق هوندسفيلد في جامعة نوتنغهام، جامعة نوتنغهام

يتم إعادة نشر هذه المقالة من شبكة The Conversation تحت ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المادة الأصلية.

%d مدونون معجبون بهذه: