7:19 ص
الانتاج النباتي
بكتيريا التربة : أهم وظائفه و مميزاته و أثره في زراعة المحاصيل
المقدمة
على الرغم من صغر حجم البكتيريا ، إلا أنها تؤدي بعض الوظائف المهمة جدًا التي تساعدنا في صنع طعام صحي. يبدأ إنتاج الغذاء بزراعة النباتات في الحقل. هنا ، تساعد البكتيريا التي تعيش في التربة النباتات على النمو قوية وطويلة ، ويمكنها أيضًا حماية النباتات من بعض الأمراض. بهذه الطريقة ، تساعد البكتيريا النباتات على البقاء بصحة جيدة وتساعد المزارع على زراعة الكثير من الطعام دون استخدام الكثير من المبيدات الحشرية. بعد الحصاد ، تقوم البكتيريا بمزيد من العمل لجعل الطعام لذيذًا وجيدًا لصحتك ، من خلال صنع أطعمة فائقة الجودة مثل الكيمتشي والكومبوتشا والناتو. يُطلق على أحد الأمثلة على البكتيريا التي يمكنها القيام بكلتا الوظيفتين Bacillus subtilis natto ، وقد درسنا ما يجعلها نوعًا مفيدًا ومهمًا. وجدنا أن بكتيريا الناتو تنتج إنزيمات مهمة يمكنها مهاجمة الفطريات التي قد تسبب أمراض النبات.
ما هو مفهوم "المكافحة الحيوية"؟
يمكن للبكتيريا الصغيرة التي تعيش في التربة القيام بعدد كبير من الوظائف المهمة التي تساعدنا على صنع طعام مغذي وصحي بطريقة لا تضر بالبيئة. يمكن لبعض بكتيريا التربة حماية المحاصيل مثل نبات فول الصويا من الأمراض عن طريق محاربة الفطريات التي قد تسبب العدوى. نستخدم مصطلح المكافحة الحيوية استخدام الكائنات الحية للسيطرة على أمراض النبات بدلاً من استخدام المبيدات الكيماوية. مثال على ذلك هو استخدام البكتيريا للسيطرة على الفطريات التي يمكن أن تلحق الضرر بالنباتات. عندما نستخدم كائنًا حيًا لحماية طعامنا. يمكنك التفكير في أمثلة على المكافحة الحيوية مثل استخدام القطط لإبعاد الفئران عن الطعام ، أو استخدام الدعسوقة لأكل حشرات المن التي يمكن أن تلحق الضرر بالمحاصيل. تساعدنا Biocontrol في الحد من نمو الكائنات الحية الضارة دون استخدام مبيدات الآفات الكيميائية. يمكن أن يكون لمبيدات الآفات الكثير من الآثار الضارة على البيئة ، مثل قتل الحشرات التي تلقيح النباتات وقتل الميكروبات التي تحافظ على صحة النباتات.
ندرس في عملنا كيف يمكن للبكتيريا أن تتحكم في نمو الفطريات التي قد تسبب المرض في نباتات المحاصيل. عادةً ما يستخدم المزارعون مبيدات الآفات الكيميائية للسيطرة على هذه الفطريات ، لكن العديد من الفطريات أصبحت مقاومة للمبيدات ولم تعد تتأثر بها ، لذلك أصبح من الصعب السيطرة عليها. هذا يعني أن المزارعين يستخدمون المزيد والمزيد من مبيدات الآفات ، مما يتسبب في المزيد من الأضرار البيئية ، ويزيد انتشار المقاومة! إن استخدام بكتيريا التربة في المكافحة الحيوية للفطريات يعني أن المزارعين يمكنهم استخدام مبيدات آفات كيميائية أقل في الحقول التي تنمو فيها نباتات المحاصيل. يعد استخدام القليل من المبيدات أمرًا جيدًا للتربة والهواء والماء وللحشرات التي تقوم بتلقيح نباتاتنا ، لذا فإن هذه البكتيريا تحمي البيئة بأكملها ، كما تساعدنا على زراعة الطعام.
ناتو باكتيريوم هو سوبر تخمر!
بعد أن نحصد الطعام من الحقل ، يمر أحيانًا بعمليات في مصنع لتحويله إلى شيء جاهز للأكل ، وغالبًا ما تستخدم بكتيريا التربة في هذه العمليات. في الواقع ، العديد من الأدوات التي تستخدمها البكتيريا في إنتاج الغذاء تشبه إلى حد بعيد الأدوات التي تستخدمها الأنواع البكتيرية الأخرى في التربة للسيطرة على الفطريات. أحد الأنواع البكتيرية - Bacillus subtilis natto - يمكنه فعل هذين الأمرين!
تعد بكتيريا الناتو جزءًا من مجموعة Bacillus من الأنواع الموجودة في التربة في جميع أنحاء العالم. تم استخدام هذه البكتيريا لفترة طويلة جدًا في اليابان لصنع طعام يسمى أيضًا ناتو. يُصنع هذا الطعام عندما تحول بكتيريا الناتو فول الصويا إلى مادة غذائية لزجة ونتنة ، من خلال عملية تسمى التخمير ، وهي عملية تقوم من خلالها الميكروبات بتفكيك أطعمة معينة باستخدام الإنزيمات ، لتحويل الطعام إلى نوع مختلف من المواد. تشمل منتجات التخمير الشائعة البيرة والزبادي .. يحظى الناتو بشعبية كبيرة في اليابان ، حيث يعتبر وجبة خفيفة شائعة ووجبة الإفطار ، ويؤكل مع صلصة الخردل والصويا. في الواقع ، تم إنتاج الناتو كغذاء في اليابان باستخدام تخمير Bacillus subtilis natto منذ فترة تايشو ، بعد الحرب العالمية الأولى مباشرة. تعد بكتيريا الناتو أيضًا رمزًا للثقافة الشعبية في اليابان - إحدى الشخصيات في كتاب المانجا الهزلي وسلسلة الرسوم المتحركة التي تسمى موياسيمون: حكايات الزراعة هي بكتيريا لطيفة تسمى ناتو. وظيفته في المزرعة هي تخمير فول الصويا لصنع الناتو للشخصيات البشرية لتأكله.
أصبح من المألوف أيضًا تناول الناتو في بقية أنحاء العالم ، لأننا نعلم الآن أن الأطعمة المخمرة مفيدة جدًا لصحة الإنسان . تتوفر الآن العديد من الأطعمة والمشروبات المخمرة في المتاجر ، بما في ذلك شاي الكمبوتشا ومخللات الكيمتشي والتيمبيه واللبن ، وجميع هذه الأطعمة يمكن أن تساعد في عملية الهضم. الناتو غني بالألياف ويحتوي على الكثير من فيتامين K ، والذي نحتاجه لنمو عظام قوية وصحية. من خلال تخمير فول الصويا إلى ناتو ، تقوم بكتيريا الناتو لدينا بإعداد وجبة خفيفة لذيذة وممتعة لبطنك وجسمك بالكامل!
كيف يتحكم الناتو في الفطريات التي قد تسبب أمراض النبات؟
بفضل المشروع الأخير الذي شاركت فيه ، نعلم الآن أيضًا أن بكتيريا الناتو لدينا ربما تساهم بشكل كبير في الوقاية من الأمراض الفطرية في بعض النباتات. تُظهر بكتيريا الناتو العديد من السلوكيات المهمة التي نراها في البكتيريا الأخرى التي تحمي النبات. على وجه الخصوص ، يمكن لبكتيريا الناتو أن تهاجم بفعالية جدار الخلية الذي يحمي الخلايا الفطرية . الفطريات ، مثل تلك التي يمكن أن تسبب المرض في نباتات فول الصويا ، لها خلايا رفيعة وطويلة تنمو بسرعة عن طريق مد إحدى حواف الخلية إلى الأمام في اتجاه واحد ، وتشكل خيوطًا رفيعة تسمى الخيوط. تحتوي هذه الخلايا على طبقة خارجية قوية - تسمى جدار الخلية الفطرية - والتي تتكون جزئيًا من مادة تسمى الكيتين وهو عديد السكاريد القوي جدًا الموجود في جدران الخلايا الفطرية ، والذي يحمي الخلايا من البيئة ويساعد الفطريات على إصابة الخلايا النباتية. . الكيتين هو عديد السكاريد ، وهو عبارة عن سلسلة طويلة من جزيئات السكر مرتبطة بروابط كيميائية قوية. على سبيل المثال ، يتكون السليلوز من سلاسل طويلة من سكر الجلوكوز. الكيتين هو عديد السكاريد الذي تصنعه الفطريات. ، وهو جزيء طويل جدًا يتكون من الكثير من جزيئات السكر الصغيرة المرتبطة ببعضها البعض ، وهو جامد وقوي جدًا. إنه يعمل كبدلة درع ، يحمي الخلية الفطرية من البيئة ومن هجوم الميكروبات الأخرى. كما أنه يجعل الخلية الفطرية قوية بما يكفي لاقتحام الأنسجة النباتية ، وهي الطريقة التي تبدأ بها العدوى النباتية في كثير من الأحيان.
الإنزيمات: نوع من البروتين يمكن أن يحفز التفاعل ، مثل صنع أو كسر الروابط الكيميائية في الكربوهيدرات. تعتبر الإنزيمات التي تكسر الكربوهيدرات محددة جدًا ، وتعمل فقط على الكيتين أو السليلوز أو بعض السكريات الأخرى. التي يمكن أن تكسر الكيتين إلى قطع صغيرة هي سلاح قوي للغاية ضد الفطريات ، لأنها تلحق الضرر ببدلة الدروع ، وتسمح للخلية الفطرية بالانكشاف والقتل. تنتج البكتيريا التي تحمي النبات في التربة إنزيمات تسمى الكيتيناز ، وهو إنزيم يقوم بتكسير عديد السكاريد الكيتين إلى قطع أصغر تسمى الكيتين- أوليغوساكاريدس. التي يمكن أن تحمي النباتات من الإصابة بالفطريات. في الواقع ، تعتبر الكيتينازات التي تنتجها بكتيريا التربة أحد أهم جوانب المكافحة الحيوية . تعتبر الكيتينازات البكتيرية مهمة أيضًا لصحة وخصوبة النظام البيئي للتربة بالكامل ، لأنها تحلل الخلايا الفطرية الميتة إلى جزيئات صغيرة يمكن للبكتيريا أن تتغذى عليها. هذا أمر حيوي لإعادة تدوير الكربون والعناصر الأخرى ، وهو ، بعد كل شيء ، ما يدفع الحياة على الأرض!
في تجاربنا الأخيرة ، أظهرنا أن بكتيريا التربة Bacillus subtilis natto يمكن أن تنتج إنزيمات تكسر الكيتين في جدران الخلايا الفطرية . في الاختبارات المعملية التي أجريناها ، يمكن لهذه الإنزيمات تحويل عديد السكاريد الكيتين إلى جزيئات صغيرة جدًا تسمى السكريات الصغيرة ، وهي سلسلة قصيرة من جزيئات السكر مرتبطة بروابط كيميائية قوية. تتشكل السكريات القليلة عندما يقوم الإنزيم بتكسير عديد السكاريد إلى قطع أصغر ، ويمكنها أيضًا تفتيت كتل كبيرة من جدران الخلايا الفطرية عندما يتم تحضين هذه الكتل مع الإنزيمات.
ومع ذلك ، فقد فوجئنا برؤية أن بكتيريا الناتو لا تحب أن تتغذى على مادة الكيتين نفسها ، ولن تنتج إنزيمات الكيتيناز إذا كان الكيتين هو المادة الوحيدة التي يمكنها العثور عليها. بدلاً من ذلك ، تحتاج بكتيريا الناتو إلى إيجاد جدار خلوي فطري كامل قبل أن تنتج إنزيمات الكيتيناز.
ما الذي سيأتي بعد ذلك في بحثنا؟
تخبرنا نتائجنا أن بكتيريا الناتو يمكن أن تشعر بطريقة ما عندما يكون هناك فطر في البيئة المحلية ، وتبدأ في إنتاج إنزيمات الكيتيناز القوية لتحطيم أقوى أجزاء جدار الخلية الفطرية. تخبرنا نتائجنا أيضًا أننا قد نكون قادرين على زيادة سلوك المكافحة الحيوية في Bacillus subtilis natto عن طريق خلط جدران الخلايا من الفطريات الميتة في التربة. أظهر باحثون آخرون أنه بالنسبة للبكتيريا الأخرى ، فإن إضافة الكيتين فقط إلى التربة يمكن أن يؤدي إلى زيادة في إنتاج الكيتيناز . لكن بالنسبة لبكتيريا الناتو ، القصة أكثر تعقيدًا.
في اختباراتنا ، أنتجت Bacillus subtilis natto أيضًا إنزيمات تكسر البروتين ، وهو عنصر مهم آخر في جدار الخلية الفطرية . لقد كنت متحمسًا لهذا ، لأن هذه هي نفس الإنزيمات المستخدمة في إنتاج الناتو كغذاء! إن الإنزيمات المهينة للبروتين معروفة منذ فترة طويلة ، لكننا الآن رأينا استخدامًا جديدًا تمامًا لها.
نقوم الآن ببعض التجارب الإضافية لاختبار ما إذا كانت طرقنا لزيادة إنتاج الكيتيناز يمكن أن تزيد من قدرة المكافحة الحيوية لعصيات Bacillus subtilis natto وتجعلها أكثر فاعلية في قتل الفطريات التي قد تضر بالنباتات. حتى الآن يبدو الأمر واعدًا للغاية ، ويمكننا أن نرى أن العديد من الفطريات التي اختبرناها تتأثر بشدة ببكتيريا الناتو. هذا يعني أن شخصية Natto من Moyasimon animé تؤدي في الواقع وظيفتين رائعتين في المزرعة وتساعدنا بطريقتين مختلفتين للحصول على إمدادات جيدة من الطعام الصحي!
قائمة المصطلحات
المكافحة الحيوية: استخدام الكائنات الحية لمكافحة أمراض النبات بدلاً من استخدام المبيدات الكيماوية. مثال على ذلك هو استخدام البكتيريا للسيطرة على الفطريات التي يمكن أن تلحق الضرر بالنباتات.
التخمير: عملية تقوم بها الميكروبات بتكسير بعض الأطعمة باستخدام الإنزيمات لتحويل الطعام إلى نوع مختلف من المواد. تشمل منتجات التخمير الشائعة البيرة والزبادي.
الكيتين: ↑ عديد السكاريد القوي جداً الموجود في جدران الخلايا الفطرية ، يحمي الخلايا من البيئة ويساعد الفطريات على إصابة الخلايا النباتية.
عديد السكاريد: سلسلة طويلة من جزيئات السكر مرتبطة بروابط كيميائية قوية. على سبيل المثال ، يتكون السليلوز من سلاسل طويلة من سكر الجلوكوز. الكيتين هو عديد السكاريد الذي تصنعه الفطريات.
الإنزيم: نوع من البروتين يمكن أن يحفز التفاعل ، مثل صنع أو كسر الروابط الكيميائية في الكربوهيدرات. تعتبر الإنزيمات التي تكسر الكربوهيدرات محددة جدًا ، وتعمل فقط على الكيتين أو السليلوز أو بعض السكريات الأخرى.
إنزيم الكيتيناز: ↑ إنزيم يكسر الكيتين عديد السكاريد إلى قطع أصغر تسمى الكيتين- أوليغوساكاريدس.
قليل السكاريد: سلسلة قصيرة من جزيئات السكر مرتبطة بروابط كيميائية قوية. تتشكل السكريات القليلة عندما يكسر إنزيم عديد السكاريد إلى قطع أصغر.
ليست هناك تعليقات: