جسيمات نانوية من الكيتوزان محمَلة بالميثيل جاسمونات والبيوچار تحسّن تحمل الذرة للحرارة

مساعدة الذرة على الحفاظ على برودتها

مع تزايد موجات الحر نتيجة تغير المناخ، تصبح المحاصيل الأساسية مثل الذرة معرضة للخطر بشكل متزايد. درجات الحرارة العالية يمكن أن تقصر نمو النباتات، وتجفف أنسجتها، وتخفض غلات الحبوب، مما يهدد الأمن الغذائي عالمياً. تختبر هذه الدراسة مزيجاً مبتكراً وصديقاً للبيئة من أداتين — بقايا الفحم النباتي (البيوچار) المضاف إلى التربة وجسيمات نانوية حاملة للهرمونات تُرَش على الأوراق — لمعرفة ما إذا كان بمقدورهما معاً مساعدة الذرة على البقاء منتجة حتى تحت حرارة مكثفة.

لماذا الحرارة صعبة على الذرة

الذرة حساسة بشكل خاص لدرجات الحرارة العالية، لا سيما أثناء الإزهار وملء الحبوب. عندما ترتفع حرارة الهواء، تفقد نباتات الذرة الماء بسرعة أكبر، وتجف أنسجة الأوراق، وتبدأ آليات التمثيل الضوئي في التدهور. في هذه التجربة، نما نباتات تعرضت لحرارة 40 درجة مئوية دون أي معالجة أقصر بكثير، وكان لديها أوراق أكثر جفافاً، وغشاء خلوي أضعف، وأنتجت حبوباً أقل وذات وزن أخف مقارنة بالنباتات المحتفظ بها عند درجات حرارة طبيعية. بعبارة أخرى، أضعفت موجة الحر تقريباً كل وظيفة حيوية تدعم النمو والغلة.

استراتيجية حماية من جزئين

جمع الباحثون بين تقنيتين ناشئتين. أولاً، مزجوا التربة ببيوچار مشتق من الكافور — مادة مسامية غنية بالكربون تحسّن بنية التربة، وقدرتها على الاحتفاظ بالماء، وتوافر العناصر المغذية. ثانياً، كبّلوا الميثيل جاسمونات، وهو هرمون نباتي طبيعي يشارك في الاستجابات ضد الإجهاد، داخل جسيمات نانوية قائمة على الكيتوزان. الكيتوزان مستخرج من بيولبوليمرات طبيعية مثل قشور المحار ويساعد على حماية الهرمون وإطلاقه ببطء بحيث لا يتحلل سريعاً. نقعوا البذور في محلول الجسيمات النانوية، وتلقت الشتلات رشات متابعة قبل أن تتعرض لموجة حر مسيطر عليها في بيت زجاجي.

ما الذي حدث داخل النباتات

تحت التعرض للحرارة، خففت المعالجة المزدوجة من البايوچار والجسيمات النانوية الحاملة للميثيل جاسمونات الضرر بوضوح. مقارنة بالنباتات المتأثرة بالحرارة والمزروعة في تربة عادية، كانت هذه النباتات المعالجة أطول، واحتفظت بمزيد من الماء في أوراقها، وأظهرت أغشية خلوية أقوى. تعافى معدل التمثيل الضوئي، تحسنت كفاءة استخدام الماء، وامتصت النباتات مزيداً من العناصر الأساسية مثل الفوسفور والمغنيسيوم والحديد. على المستوى الجزيئي، فعّلت أنسجة الأوراق مجموعة من الجينات الوقائية بقوة أكبر مما كان عليه الحال مع الحرارة وحدها. شملت هذه الجينات بروتينات الصدمة الحرارية التي تعمل كحاضنات جزيئية، وبروتينات تساعد الخلايا على التكيف مع الجفاف، وبروتينات قنوات الماء التي تنقل الماء بكفاءة أكبر عبر الأنسجة. مجتمعة تشير هذه التغيرات إلى أن النباتات لم تكن فقط تصمد أمام الحرارة بشكل سلبي، بل أعادت برمجة نفسها نشطاً لتحمّلها بشكل أفضل.

حصاد أقوى تحت الإجهاد

الاختبار النهائي لأي تقنية زراعية هو الغلة. قللت الحرارة وحدها من عدد الحبوب في سنبلة الذرة ووزن تلك الحبوب. ساعد كل من البايوچار أو الجسيمات النانوية بمفردهما، لكن المزيج عمومًا كان أكثر فاعلية: تحت الحرارة، أنتجت الذرة التي تلقت المعالجتين حبوبًا أكثر ونوى أثقل من النباتات المتأثرة بالحرارة دون تعديلات. وبينما تركت الحرارة تأثيراً، استعادت هذه المقاربة المزدوجة جزءاً كبيراً من الإنتاجية المفقودة، مما يشير إلى أن تحسين علاقات الماء، وتوازن المغذيات الأفضل، والدفاعات الداخلية الأقوى تَرْجَمَتْ فعلاً إلى مزيد من الغذاء.

ماذا يعني هذا للزراعة المستقبلية

للقارئ غير المتخصص، الخلاصة هي أننا قد نتمكن من مساعدة المحاصيل على تحمل الحرارة الشديدة باستخدام مواد ذكية مستوحاة من الطبيعة بدلاً من الاعتماد فقط على المزيد من الري أو المواد الكيميائية التقليدية. يعمل البايوچار كإسفنجة للتربة وبنك للعناصر الغذائية، بينما تعمل الجسيمات النانوية المحمَّلة بالهرمونات كرسل صغيرة تخبر النباتات بالاستعداد للإجهاد. في هذه الدراسة، ساعدت المعالجة المشتركة الذرة على البقاء أكثر خضرة، واستخدام الماء بكفاءة أكبر، وملء حبوب أكثر تحت درجات حرارة قاسية. قبل أن يتمكن المزارعون من تبني هذه الاستراتيجية على نطاق واسع، يجب اختبارها في حقول حقيقية وتقييم سلامتها وتكلفتها على المدى الطويل. لكن النتائج تشير إلى مجموعة أدوات واعدة مقاومة للمناخ قد تساعد في الحفاظ على استقرار غلات الذرة في عالم أحر.

الاستشهاد: Soliman, M.H., Abu-Elsaoud, A.M., ALrashidi, A.A. et al. Methyl jasmonate-loaded chitosan nanoparticles and biochar improve maize thermotolerance. Sci Rep 16, 7374 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37762-x

الكلمات المفتاحية: إجهاد الحرارة في الذرة, البيوچار, الجسيمات النانوية, ميثيل جاسمونات, محاصيل مقاومة لتغير المناخ