التربيةلتحسين تثبيت النيتروجين في الفاصوليا

[????]

أولا: تثبيت النيتروجين
يكون النيتروجين حوالي 78% من جو الأرض .ولكن على الرغم من هذه الوفرة فى الجو فنادرا ما يوجد هذا العنصر فى التربة على صورة نترات و أملاح الامونيوم بكمية تفي احتياجات النباتات الخضراء.
التثبيت الحيوي للنيتروجين:
الطرق الحيوية لتثبيت النيتروجين تعتمد على الكائنات الدقيقة وخاصة البكتريا فتستطيع بعض أنواع البكتريا وقليل من الطحالب الخضراء المزرقة النامية على حالة حرة,تثبيت النيتروجين الجوى فى خلاياها و تكون البروتينات هى النواتج النهائية للتثبيت ويطلق على تثبيت النيتروجين بفعل الميكروبات المستقلة "بالتثبيت غير التكافلى" تميزا له عن تثبيت النيتروجين بطريقة "التكافل" الذى يحدث بالفعل المشترك بين بكتريا العقد الجذرية و النباتات البقولية .
تثبيت النيتروجين غير التكافلى:
تعتبر البكتريا الهوائية من جنس(Azotobacter) وخاصة نوع (A.chrococcum) وبعض أنواع البكتريا اللاهوائية مثل Clostridium pasteurianum مسئولة غالبا عن التثبيت غير التكافلى للنيتروجين فى الأرض ,ويمكن لنوع واحد من الطحالب الخضراء المزرقة من جنس (Nostoc) أن يثبت النيتروجين عند تنميتها فى بيئة خالية من النيتروجين.
إن الأهمية العملية لتثبيت النيتروجين فى التربة بواسطة هذه البكتريا غير التكافلية ليست كبيرة حيث يجب أن تتنافس مع كائنات التربة الأخرى على الأغذية الصالحة , ونظراًََ لعدم قدرتها على استخدام السليلوز أو اللجنو سليلوز أو اللجنينات يجب أن تعتمد على وجود كميات من الأغذية البسيطة نسبيا و التى يندر أن توجد فى التربة بكميات كبيرة .
وتتراوح كميات النيتروجين المثبتة من صفر – 20كجم فى الفدان فى الفدان سنوياًَ . و حيث أن النيتروجين المثبت بواسطة هذه الكائنات على صورة بروتينات داخل خلاياها فإنها غير صالحة لاستعمال النباتات حتى تموت خلاياها هذه الكائنات وتتحلل فى التربة.

التثبيت التكافلى للنيتروجين:
التكافل هو العلاقة التى يحدث فيها تبادل منفعة بين شريكين مختلفين ينموان معاًَ فى ارتباط وثيق. و العلاقة بين النباتات البقولية و البكتريا التى تنمو فى العقد الموجودة على جذورها هى عادة علاقة يمد النبات فيها البكتريا بالغذاء العضوى , وغير العضوى . وتحدث البكتريا تثبيت النيتروجين فى النبات على صورة بروتينات , وبكتريا العقد الجذرية النامية منفردة سواء فى التربة أو فى منابت لتثبيت النيتروجين.

المميزات الرئيسية لبكتريا العقد الجذرية:
تتبع بكتريا العقد الجذرية جنس (Rhizobium) وهى بكتريا صغيرة اسطوانية غير متجرثمة هوائية وسيطة الحرارة قادرة على إصابة نباتات بقولية معينة محدثة العقد , وعند وجود هذه البكتريا فى العقد تكون عصوية الشكل وهى عادة محتوية على فجوات وتسمى الخلايا التى تظهر بأشكال غير عادية وتسمى بالبكتيرويدات bacteroids .
تكوين العقدالجذرية :
يوجد ثلاث نقاط مهمه في هذه العملية والمشتملة على التكافل بين البكتيريا والعائل وهي:
1- الفلافونويدز المتحررة من البذور أو الجذور والتي تحفز جينات تكوين العقد nod genes وهذه المواد تعتبر الوسيط في عملية تكوين العقد.وقد وجد أن هناك علاقة إيجابية بين كمية الفلافونويدز المتحررة من الجذور وعملية تكوين العقد.
2- انتظام انتاج الnod genes يحفز تكوين أنواع من البروتينات المؤثرة على تكوين العقد .
3- تعتبر الهرمونات النباتية endogenous وسائط مهمه لبدء تكوين العقد وعليه ينبغي التنبيه على أن هذه العملية شديدة التعقيد وذلك بسبب التداخل بين النبات- الأرض – الميكروب والموجودة في النظام البيئي الزراعي.
وتختلف عوامل تكوين العقد الجذريةlipooligoscharids في طول سلسلة الأوليجوسكرايد وطبيعة الحمض الدهني والاستبدالات على هذه السلسلة مما يفسر خصوصية العلاقة التكافلية .

أما بالنسبة لميكانيكية تكون العقد :
عندما تنبت بذرة النباتات البقولى ترسل جذراًَ وتدياًَ فى الأرض سرعان ما تتفرغ منه جذور جانبية وعندما تكون هذه الجذور حديثة السن تكون أسطحها مغطاة بالشعيرات الجذرية . وإذا وجدت البكتريا القادرة على إصابة هذا النوع الخاص من النبات البقولى مجاورة تماماًَ لجذورها فإنها تغزو الشعيرات الجذرية إذا كانت الظروف مناسبة . وبمجرد أن تدخل البكتريا الشعيرة الجذرية يبدأ خيط العدوى فى التكون والنمو تجاه قاعدة الشعيرة وهذا الخيط يتكون من كتلة من الخلايا البكتيرية ويحوطها غلاف من السليلوز والهيميسلسلوز والبكتين وتكونها خلايا النبات المصاب .
وسرعان ما يصاب كثير من خلايا قشرة الجذر ببكتريا العقد الجذرية وتتسبب تلك الاصابة في تخليق البروتينين النباتيين noduline & legheamoglobin حيث يسبب الأول الاستطالة لخلايا القشرة وأثناء تلك التغيرات ترتفع درجة التضاعف للأنوية الخلوية كثيرا أما البروتين الآخر يسهم في اعطاء اللون الأحمر للعقد كما ويرتبط هذا البروتين بالأكسيجن الحر داخل الجذور والذي يؤثر إذا تواجد بكميات كبيرة سلبا على نشاط إنزيم النيتروجينيز . وتستمر البكتريا فى التكاثر وغزو خلايا النبات خلال القشرة إلى الطبقة المحيطة من الأسطوانة المركزية للجذر وانه من خلايا الطبقة المحيطة تتكون عقد هذه النباتات .
وتزداد كتلة الخلايا المتكاثرة فى القشرة المسببة انتفاخ الطبقات الخارجية لقشرة الجذر , وتستمر بكتريا العقد الجذرية فى التكاثر وغزو خلايا النبات الجديدة المتكونة و مع تكون العقدة الحديثة تتكون حزم وعائية فى قشرة العقد وتتصل بالجهاز الوعائى للجذر , ويمر الغذاء خلال الحزم الوعائية من نبات إلى العقدة كما تنتقل نواتج النشاط البكتيرى فى العقدة إلى النبات .
ولابد من تكون العقدة قبل حدوث تثبيت النيتروجين التكافلى , حيث أن الناتج الرئيسى للتكافل بين بكتريا العقد الجذرية و النباتات البقولية هو تثبيت النيتروجين الجوى .
ويستمر تثبيت و انتقال النيتروجين خلال فترة نشاط النمو في النبات ،ولا يثبت النيتروجين و يخزن في العقد و بعدئذ ينتقل كله في دفعة واحدة إلي النبات.

ثانبا: مشكلة الفاصوليا في التثبت النيتروجيني:
من المعرف بمكان أن الفاصوليا تعتبر من أفقر البقوليات في تثبيت النيتروجين وذلك للأسباب التالية:
1- قلة افراز البذور وبعدها الجذور للمواد الفينولية الازمة كإشارات محفزة للبكتيريا لقيام العلاقة التكافلية .
2- نسبة من العقد المتكونة غير فعالة وذللك إما لكبر حجمها أو عدم نشاط إنزيم النيتروجينيز.
وعليه فإن هذا المحصول يحتاج لزيادة مدخلاته من النيتروجين والقيام بذلك عبر الإضافة الكيميائية يواجه بعض العوائق والتي تتمثل في :
1- زراعية وذلك للإستجابة المحدودة من هذا المحصول لزيادة التسميد النيتروجيني.
2- بيئية وذلك بسبب الفقد في التربة.
3- اقتصادية بسببب ارتفاع التكلفة نتيجة زيادة الإضافة والعائد القليل الذي لايعوض تلك الكلفة.
وهكذا فإن زيادة مدخلات النبات من النيتروجين عبر تعزيز تثبيت النيتروجين بواسطة النبات سيسهم في زيادة المحصول وذلك عندما يكون النيتروجين هو العامل المحدد.

ثالثا: التربية لتحسين تلك الصفة
يوجد هناك اختلافات وراثية مادية لصفة تثبيت النيتروجين والصفات المرتبطة به كما وجميعها تعتبر صفات كمية ومن هنا يسهم التأثير البيئي والتداخل بين البيئة والتركيب الوراثي في انفاض إلى توسط درجة التوريث خاصة عند أخذ القياس على النبات المفرد .علما بأننا نستطيع الحصول على فعالية انتخابية كبيرة إذا ماارتكز الانتخاب على متوسط العائلة حيث أن تقييم العائلات بدلا من الفرد يسمح بالتكرار وهنا يتم التقليل من التأثير البيئي الذي يقلل القيمة الوراثية وبالتالي تتحسن دقة الانتخاب .
ومن المعروف أن معظم طرق تقدير النيتروجين الكلي المثبت المباشرة تعتمد على تدمير النبات وعليه لن نتمكن من الحصول على البذور أما تقييم العائلات يسمح بأخذ عينة للعائلة لتقدير النيتروجين وأيضا الحصول على البذور ولكن تعتبر مثل تلك الطرق كبيرة التكلفة.ولذا قد يلجأ المربي حينها إلى الاعتماد على الصفات المرتبطة بصفة تثبيت النيتروجين كعدد العقد الجذرية ,النيتروجين الكلي للمجموع الخضري ,النيتروجين الكلي للبذور ,محصول البذور وغيرها من الصفات التي يمكن استخدامها كمعايير انتخابية.
أما بالنسبة لبرامج التربية المستخدمة في هذا الصدد فهي كثيرة لعل من أبرزها طريقتين:
الأولى:يتم فيها الانتخاب في الأجيال المبكرة على أساس قوة ووزن النبات الفردي النامي تحت ظروف من التسميد النيتروجيني المنخفض وتزرع بذور النباتات المنتخبة (الجيل الثالث) في خطوط لقياسات المحصول والنضج والصفات المرتبطة بتثبيت النيتروجين ثم تزرع سلالات الجيل الرابع من الانتخاب من الجيل الثالث في مناطق مختلفة للسماح بتقييم الصفات الأخرى .
الثانية: سلالات التهجين الرجعي عن طريق تهجين الأب المعطي والحامل للصفات المرغوبة مع الأب التجاري المطلوب تحسينه وقد ثبتت فعالية تلك الطريقة وإضافة لها يوجد الانتخاب الدوري والاجمالي .
وأيا كانت الطريقة المستخدمة فلابد من مراعاة معايير الانتخاب خاصة إذا تم الانتخاب للصفات المرتبطة بتثبيت النيتروجين وأن تختار الصفات عالية التوريث سهلة القياس .
هذا وقد دلت نتائج الابحاث على أن محتوى المجموع الخضري من النيتروجين يعتبر معيار انتخابي جيد تحت ظرف التسميد النيتروجيني المنخفض كما ويعتبر محتوى النيتروجين الكلي للبذور معيار انتخابي جيد أيضا فهو مقياس للنيتروجين المثبت وهو دلالة على المحصول البذري .
وأخيرا فإنه إذا تمت الدراسة للجينات المتحكمة في تثبيت النيتروجين على مستوى الوراثة الجزيئية وبيان ما إذا كانت تلك الصفة مرتبطة بمعلم وراثي يمكننا حينها تسهيل الانتخاب لتلك الصفة وزيادة كفاءة وفعالية الانتخاب.