ردود الفعل الوقائية النباتية والمادة الحمضية

عند تسمم النباتات بمواد مختلفة تدخل مع التيار الصاعد إلى الخشب (Xylem) عبر الجذور أو مباشرة في السيقان المقطوعة مع الماء، يلاحظ رد فعل دفاعي نسجي مميز، يتمثل في اسمرار الجدران وتشكل كتلة بنية تسد النظام الموصل، مما يؤدي إلى توقف امتصاص العامل الضار.

وهكذا، عند إبقاء جذور نباتات مختلفة في الماء أو في محلول مغذٍ يحتوي على مواد نشطة أليلوباثياً (allelopathically active)، أو تركيزات عالية من الأملاح أو عوامل سامة أخرى، فإنه بحلول اليوم الثاني أو الثالث، يحدث اسمرار لجدران الخشب في المنطقة الموصلة للجذور، وغالباً في الأجزاء الواقعة أعلى الجهاز الموصل للساق، وخاصة في العقد، وتتكون انسدادات تتألف من مادة بنية غير متبلورة.

وقد لوحظت انسدادات مماثلة في الخشب سابقاً من قبل باحثين آخرين، لكنهم قدموا لها تفسيراً مختلفاً. فعلى سبيل المثال، لاحظنا تموضع رواسب بنية في خشب القمح الذي نما جنباً إلى جنب مع النجيل الزاحف، وكنا نعتقد أن هذه الكتلة هي مادة "أغروبيرين" (Agropyrene)، وهو تريتيربين نشط فسيولوجياً تفرزه جذور النجيل.

غالباً ما تنشأ الانسدادات عند إصابة النباتات بالبكتيريا والفطريات التي تسبب أمراض الذبول؛ مثل الذبول في الطماطم والقطن، ومرض الدردار الهولندي وغيرها. علاوة على ذلك، يُفسَّر انسداد الأوعية بتطور البكتيريا الممرضة بداخلها. ويُعتقد أيضاً أن سبب الانسداد قد لا يكون فقط الميسيليوم النامي، ولكن أيضاً مواد ذبول محددة - المارازمينات (Marasmines). تم تحديد بعض المارازمينات والحصول عليها في شكل مستحضرات نقية، مثل حمض البيكولينيك، واللايكومارازمين، والفيتونيفين، وحمض الفوساريك وغيرها، إلا أن آلية تأثيرها على النباتات لم يتم الكشف عنها بالكامل بعد.

من المحتمل أنه، كما هو الحال تحت تأثير العامل الأليلوباثي، يحدث في هذه الحالة انسداد للخشب، مصحوباً بذبول وموت الجزء الهوائي. وهكذا، تنشأ انسدادات في الخشب عند التسمم الأليلوباثي، والفيتوباثوجيني (المرضي النباتي)، والكيميائي البحت، وغير ذلك من أنواع تسمم النباتات.

لقد افترضنا أن حدوث الانسدادات هو رد فعل دفاعي عالمي للنبات تجاه اختراق المواد الضارة. يسمح هذا الانسداد للنبات بإيقاف دخول السم مؤقتاً على الأقل وتجنب الموت الفوري. مع مرور الوقت، يطور النبات جذوراً جانبية وخشباً إضافياً، ويكتسب بنية عصارية لتبخير كمية أقل من الماء وبالتالي تقليل دخول السم إلى الجزء الهوائي. وقد وُصف، على سبيل المثال، زيادة عصارية الأوراق تحت تأثير الأليلوباثيا. يسمح انسداد تجاويف الخشب للنبات بتأخير الموت الفوري بسبب التسمم، وإذا كان العامل السام يعمل بشكل مؤقت، فيمكن للنبات النجاة من الفترة غير المواتية.

نحن نتصور آلية تكوين الانسدادات في أوعية الخشب على النحو التالي. العامل الضار، الذي دخل إلى أوعية الخشب الميتة، يخترق عبر الخلايا جميع أنسجة السيقان والأوراق، ويبدو أنه يؤثر بشدة على خلايا البرنشيمية الحية الواقعة بجوار الخشب.

في هذه العملية، يمكن تقسيم ردود الفعل الدفاعية النسجية إلى نوعين. أولاً وقبل كل شيء، تتدفق مواد وقائية مختلفة من النبات بأكمله، وخاصة من الأوراق، إلى مكان التهيج الأقوى للأنسجة الحية المجاورة للخشب، وبفضل هذه المواد تزداد كثافة التنفس للأنسجة المصابة، ومن المحتمل أن يتم تحييد المواد السامة عن طريق استقلابها وأكسدتها.

إذا استمر دخول السم، فإن النبات لا ينجح في إبطال مفعول السم بالكامل بهذه الطريقة، وتخرج المواد الواقية إلى تجويف أوعية الخشب، حيث تبدأ المرحلة الثانية من ردود الفعل الدفاعية. نتيجة للتغير الحاد في الظروف البيئية، واضطراب الفصل المكاني للمواد في عصارة الخشب، يحدث التحلل الذاتي (Autolysis)، مما يؤدي إلى تمسخ وتحلل البروتينات والمكونات الأخرى للخلايا النباتية، وتكوين مركبات بوليمرية مؤكسدة جزئياً. تترسب هذه المركبات، وتتراكم في أجزاء معينة من الأوعية وتسدها.

قد يكون انسداد تجاويف الأوعية في وقت لاحق سبباً في تثبيط أو موت النباتات إذا لم تتمكن من تجديد الجهاز الوعائي الموصل في الوقت المناسب. وهكذا، فإن آلية ردود الفعل الدفاعية مزدوجة: في البداية، يحاول النبات إبطال مفعول السموم كيميائياً حيوياً عن طريق زيادة التنفس والأكسدة البيولوجية في منطقة اختراق السموم. وفي وقت لاحق، تتطور الانسدادات التي تمنع دخول السموم التي لم يعد النبات قادراً على التعامل معها كيميائياً حيوياً.

بالطبع، هذا التقسيم مشروط، لأن الكتلة السادة ليست مجرد حاجز في طريق التيار الصاعد، بل هي أيضاً وسيلة لإبطال مفعول المواد السامة عن طريق الامتزاز والترسيب. وكما أظهرت دراساتنا الهستوكيميائية، تتكون الكتلة البنية من مركبات صعبة الذوبان أو غير قابلة للذوبان. يتغير تركيبها أثناء عملية التكوين: في البداية يتم الكشف عن الجلوكوز، والمواد البكتينية، والمركبات الفينولية، واللجنين، وفي المراحل الأخيرة يتم اكتشاف الميلانين في تكوين المادة البنية. لم يتم دراسة التركيب الكامل للكتلة البنية، ولكن من المحتمل أن يكون معقداً للغاية.

بما أن انسداد الأوعية يتم اكتشافه تحت تأثيرات ضارة متنوعة للغاية، وكما هو معروف، فإن المركبات الدبالية غالباً ما تخفف من التأثير الضار للعوامل المختلفة، فقد اهتممنا بمسألة التأثير المحتمل للمواد الدبالية على تكوين الانسدادات، ومن خلالها على تعزيز أو إضعاف ردود الفعل الدفاعية للنبات. كان التحقق من هذا الافتراض هو الهدف من العمل الحالي.

المنهجية والمواد

تم الحصول على المواد الدبالية (Humic Substances) على النحو التالي: تم صب 150 مل من 0.1 عياري هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) على 50 غراماً من الخث (Peat) أو الدبال (Humus/Compost)، وبعد 16 ساعة من النقع تم ترشيحها. أضيف إلى 50 مل من الرشاحة الناتجة 8 مل من 1 عياري حمض الكبريتيك (H2SO4)، وتم تسخينها في حمام مائي لترسيب الغرويات العضوية ثم ترشيحها. بقيت الأحماض الدبالية (Humic acids) على الفلتر.

تم اعتبار الراسب الموجود على الفلتر في دراساتنا كجرعة كاملة من الأحماض الدبالية، أو تم تقسيمه إلى جزأين وأربعة وثمانية أجزاء وإضافته إلى الماء الذي توجد فيه النباتات التجريبية. وهكذا، كان تركيز المواد الدبالية يعادل محلولاً من 50 غراماً من الخث (أو الدبال) في 200، 400 أو 800 مل من الماء، أي أنه كان مرتفعاً جداً. لم نسعَ للحصول على جرعة دقيقة، حيث كنا مهتمين فقط بالنتيجة النوعية.

كما تم في التجارب فحص المستخلصات المائية من الدبال والخث؛ حيث تم صب الماء على 80 غراماً من الدبال أو الخث المجفف بالهواء وتم رفع الحجم إلى 500 مل. بعد النقع لمدة يوم، تم استخدام المستخلصات للتجربة.

بهدف دراسة تأثير المواد الدبالية على ردود الفعل الدفاعية للكائن النباتي الواقع تحت تأثير مواد نشطة أليلوباثياً، قمنا بإعداد مستخلصات مائية من الجذور الجافة للنجيل الزاحف Agropyron repens L. والكتلة الهوائية الجافة للبرسيم الأحمر بنسبة 1:10. تمت إضافة المواد الدبالية إلى 200 مل من مستخلص النجيل والبرسيم، ووضعت فيها نباتات تم اقتلاعها بجذورها من الحقل.

للدراسة، أخذنا نباتات السلجم الشتوي (الكانولا) Brassica napus var. oleifera D. صنف "ميتيشينسكي رقم 1"، والشوفان Avena sativa L. صنف "لفوفسكي 1023"، والفراولة Fragaria ananassa Duch. صنف "كييفسكايا المبكرة". وضعت النباتات الضابطة (Control) في ماء الصنبور، والنباتات التجريبية في المستخلصات وفقاً للمخطط الموضح في الجدول 1.

تم الاحتفاظ بالنباتات في المستخلصات في ظروف معملية وتمت دراستها في اليوم الخامس والسابع بعد بدء التجربة. تم عمل مقاطع مجهرية يدوياً في أماكن ظهور المادة البنية التي تسد الأوعية: في السلجم الشتوي - في الجذور، والسيقان، وأعناق الأوراق؛ وفي الشوفان - في عقد التفريع وعقد الساق؛ وفي الفراولة - في السيقان وأعناق الأوراق. تمت دراسة وجود تغيرات مرضية في الأوعية على المقاطع المجهرية. للدراسة، تم أخذ 5 نباتات، وتم فحص 30-50 مقطعاً تحت المجهر.

النتائج والمناقشة

نتائج التجارب موضحة في الجدول 1. في النباتات الضابطة للسلجم، في اليوم الخامس بعد بدء التجربة، تم اكتشاف مادة تسد الأوعية. من الواضح أنه يمكن تفسير هذه الظاهرة بأن السلجم نبات نشط جداً أليلوباثياً، وقد تراكمت تحته في الماء مواد ضارة تسببت في التسمم الذاتي.

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن كمية المواد التي تسد الأوعية وامتداد الانسدادات في النباتات الضابطة للسلجم أقل بكثير مما هي عليه في تلك التي تم الاحتفاظ بها في المستخلصات التجريبية. إن إدخال المواد الدبالية المستخلصة من الدبال والخث إلى الماء لم يكن له أي تأثير على تكوين الانسدادات في السلجم.

في الفراولة، في اليوم 5-8 في ظل هذه الظروف، حدث اسمرار لأوعية الخشب في الأعناق والسيقان، ومع ذلك، فإن الجرعة الكاملة من الأحماض الدبالية من الدبال خففت هذه العملية إلى حد ما ولم يتم اكتشاف اسمرار في الأعناق. في السيقان، ظهر اسمرار جدران الخشب والانسدادات فقط بحلول نهاية التجربة.

في الشوفان، على العكس من ذلك، زادت الجرعة الكاملة من الأحماض الدبالية للدبال من تكوين الانسدادات في تجاويف الخشب. وهكذا، فإن الأحماض الدبالية المخففة في الماء زادت من تكوين الانسدادات بحلول نهاية التجربة.

لم يكن للأحماض الدبالية التي تم الحصول عليها من الدبال وإضافتها إلى مستخلصات النجيل تأثير خاص على النباتات، وظهرت المادة التي تسد الأوعية بنفس الكمية تقريباً كما في مستخلص النجيل النقي بدون مواد دبالية. في الوقت نفسه، خففت الأحماض الدبالية التي تم الحصول عليها من الخث بشكل كبير من التأثير الأليلوباثي لمستخلص النجيل على نباتات الشوفان والفراولة، ونتيجة لذلك، في اليوم السابع من التجربة، لوحظت آثار فقط لكتلة صفراء تسد الأوعية. في السلجم، في مستخلص النجيل، حتى المخفف بالماء (1:1)، لم يكن للأحماض الدبالية التي تم الحصول عليها من الخث تأثير إيجابي.

في التركيزات التي درسناها، خففت بشكل كبير التأثير الأليلوباثي لمستخلصات النجيل على النباتات المدروسة. مستخلصات البرسيم أكثر سمية للنباتات من مستخلصات النجيل. تعزز الأحماض الدبالية من الدبال والخث التأثير الأليلوباثي للبرسيم.

في هذه المتغيرات، في جميع النباتات التي درسناها، تم اكتشاف المادة التي تسد الأوعية أو تسبب اسمرار جدرانها بكميات أكبر مما كانت عليه في مستخلص البرسيم النقي. الفراولة نبات حساس جداً. في اليوم 4-5 من التجربة، تتحول أوراق الفراولة جزئياً إلى اللون البني وتجف وهي خضراء، بينما في الشوفان والسلجم، تصفر الأوراق تدريجياً وتفقد لونها: يتم تدمير البلاستيدات الخضراء فيها تماماً. من الواضح أن هذه الظاهرة مرتبطة بحقيقة أنه في السلجم والشوفان، تخترق المواد الضارة النبات وتعمل بشكل أكثر اعتدالاً وتسممه تدريجياً.

تُستهلك المواد الاحتياطية للأوراق لزيادة كثافة التنفس وتلعب دوراً مهماً في تكوين ردود الفعل الدفاعية. المواد النشطة أليلوباثياً الموجودة في مستخلص البرسيم، بعد اختراقها أوراق الفراولة، تمارس تأثيراً ساماً حاداً على البلاستيدات الخضراء، مما يؤدي إلى اسمرار الأوراق وجفافها. من المحتمل أن الأحماض الدبالية في مستخلص البرسيم تكثف العملية المرضية. تخفيف المستخلص بالماء لم يكن له أهمية بالنسبة للفراولة.

كان للمستخلصات المائية من الدبال والخث نفس التأثير على النباتات مثل الأحماض الدبالية النقية. وبالتالي، فإن الأحماض الدبالية التي تم الحصول عليها من الدبال وخاصة من الخث تقلل من التأثير الأليلوباثي للنجيل على النباتات إلى حد معين (يقل عدد الانسدادات) وتعززه في مستخلصات البرسيم الأحمر (يزداد الانسداد).

تؤكد هذه الدراسات افتراضنا بأن المادة البنية التي تنشأ في أوعية الخشب هي رد فعل دفاعي للكائن النباتي تجاه العنصر الضار الذي اخترقه. علاوة على ذلك، تظهر الأحماض الدبالية تأثيرها بطريقتين: في حالة واحدة، يقل عدد الانسدادات، وبالتالي، يشتد التسمم البيوكيميائي لإفرازات النجيل؛ وفي الحالة الأخرى، يزداد الانسداد، وهو ما يرتبط بوضوح بتعزيز الوظيفة الدفاعية تحت تأثير الأحماض الدبالية.

تسمح لنا البيانات التي حصلنا عليها بالاستنتاج بأن المواد الدبالية قادرة على زيادة مقاومة النباتات لتأثيرات العوامل الأليلوباثية.

الجدول 1. تأثير المواد الدبالية (م.د) على تضرر الخشب الناجم عن العامل الأليلوباثي

ملاحظة: — لا يوجد ضرر؛ + الأوعية متضررة؛ ++ الأوعية متضررة بشدة؛ +++ الأوعية متضررة بكميات كبيرة جداً؛ X تضرر الأوعية ضعيف؛ 0 لم يتم إجراء الدراسة.