如何冷等离子体增强种子萌发和植物生长吗?

养活世界

当我们想到人类面临的最大威胁,我们倾向于气候变化和抗生素耐药性,照片不是我们要吃晚饭。但事实是,我们对食物的需求对地球带来的最大挑战之一。

据估计由联合国粮食及农业组织(粮农组织),by 2050年世界人口将达到91亿——几乎所有的增长将发生在发展中国家(1)。给许多人,世界粮食产量需要大大增加,发展中国家的粮食生产需要双。到2050年我们将需要养活二十亿人。有办法吗?

应对全球日益增长的对食物的需求,农民需要新技术来从更少的土地生产更多的食物。因此有必要提高作物生产技术和提高种子的发芽。

传统的方法是创建一个大的局限性对新技术的需求。最近一些研究人员的测试方法之一可能提高发芽是——一个热量和冷等离子体技术环保的传统处理技术方法提供了独特的优势。

冷等离子体究竟是什么?

对于那些不熟悉等离子体,最简单的方法把它是物质的四个州之一,可观察到的在日常生活中,与其他三人在固体、液体和气体。大多数人每天与等离子体相互作用的例子包括我们的电视,霓虹灯,和等离子体球——那些清楚玻璃球与螺栓的电力,这画一个色彩斑斓的光链时手指碰它。

可以观察到等离子体闪电,北极光,太阳——事实上,据估计,99.9%的宇宙处于等离子体状态,然而,很少有在地球上自然产生等离子体(2)。基于相对温度的电子、离子和中性粒子,等离子体被归类为“热”(热)和“非热能的”(冷)。后者最近调查了在食品加工中的应用,在低温下操作,这有助于保持食品的质量(3)。

在实验室条件下,冷等离子体是中性的气体,产生人为的创造鸡尾酒等不同的化学物种的正离子,负的电子,兴奋的原子,紫外光子,自由基和活性中性物种如活性氧(ROS)和氮物种(RNS)(4)。

测试显示出可喜的成果

冷等离子体技术可以应用在农业粮食生产的不同阶段,包括治疗的种子促进萌发率和植物的生长,增加作物产量和缩短收获时间。如何有效的治疗将是取决于类型的种子,以及环境因素,如气候、水资源和土壤条件。因此,等离子体处理的时间为每个类型的种子分别进行优化(5)。

自1990年代以来一些出版物和专利显示增强的种子萌发和研究仍在进行中(6)。改善发芽、长苗的芽和根,和更高的收益率plasma-treated种子已报告了作者使用各种种子,包括小麦(7)、玉米(11)、大豆(12),番茄(13)。

另一个有趣的方法是使用水暴露于等离子体,这是“plasma-activated水”(爪子),给种子浇水,这种类型的解决方案可以作为肥料有效工作。Chiara罗波尔图巴里大学的首席研究员的研究证明增加大豆的种子萌发和植物生长(14)解释道:“由于等离子治疗,爪子富含化学活性物种的鸡尾酒叫罗恩(活性氧和氮物种)。在这些物种中,硝酸盐和过氧化氢施肥影响植物的生长。”

“此外,他们刺激化学和荷尔蒙反应削弱胚乳的种子,打破其休眠(即种子的外套)和移动的储备资源种子到现成的位置。这允许从种子和幼苗轻易爆发增长得更快,更健康。”,她补充道。

这个紫色的气体是怎么做的促进植物生长吗?

尽管许多研究调查的影响等离子体种子,发芽的机制导致增强和促进植物生长不完全清楚,总的结果可以结合各种因素:

——种子表面润湿性能的变化导致增加吸水(15、16)- - - - - -减少灌溉用水将植物生长所需,这将是特别重要的国家,水资源是有限的。

-打破种子休眠的活性物种,形成等离子体放电期间,如一氧化氮、可以打破种子休眠,导致更快的萌发(17)。

-种皮侵蚀一些种子需要抓或轻伤的种皮很难让水分进入种子开始萌发过程——这是观察到,由于等离子治疗往往种子表面有轻微损坏(18、19)。

——删除微生物(18、20)- - - - - -冷等离子体处理能灭活细菌和真菌出现在了种子,这意味着plasma-treated种子不太可能造成健康风险相关的微生物污染,造成经济损失。

其他应用程序和冷等离子体对食品加工的未来

等离子体技术已经展示了他们潜在的种子处理在许多不同的方面除了发芽从微生物净化和改善,冷等离子体昆虫控制也是一个很有前途的技术存储粮食(21)、降解农药(22)和真菌毒素的清除(23、24)。

总的来说,经济和环保的冷等离子体的性质提供了独特的优势传统的种子处理技术。据更& Misra(25),看起来非常有前途的未来使用这项技术在食品工业和机会是有限的创造力的发明家。他们报告说,冷等离子体研究食物呈指数级增长了超过100每年发表论文。

引用

1。粮农组织。(2009)。如何养活世界2050年,2050年(1)1-35。

2。 Nehra, V。,Kumar, A., & Dwivedi, H. K. (2008). Atmospheric Non-Thermal Plasma Sources.国际工程杂志,2(1),53 - 68。

3所示。 戴伊,。,Rasane, P., Choudhury, A., Singh, J., Maisnam, D., & Rasane, P. (2016). Cold Plasma Processing : A review,9(4),2980 - 2984。

4所示。 Thirumdas, R。,Kothakota, A., Annapure, U., & Siliveru, K. (2018). Plasma activated water (PAW): Chemistry , physico-chemical properties , applications in food and agriculture Trends in Food Science & Technology.食品科学与技术的趋势,77年(5月),21-31。https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.05.007。

5。 伯克,P。,Ziuzina, D., Boehm, D., Cullen, P. J., & Keener, K. (2018). The Potential of Cold Plasma for Safe and Sustainable Food Production.生物技术的发展趋势,xx,1 - 12。https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2017.11.001。

6。 伊藤,M。,Oh, J.-S., Ohta, T., Shiratani, M., & Hori, M. (2017). Current status and future prospects of agricultural applications using atmospheric-pressure plasma technologies.等离子体过程和聚合物(9月),e1700073。https://doi.org/10.1002/ppap.201700073。

7所示。 江,J。他,X。李,L。李,J。,Shao, H., Xu, Q., … Dong, Y. (2014). Effect of Cold Plasma Treatment on Seed Germination and Growth of Wheat.等离子体科学和技术,16(1)。https://doi.org/10.1002/pmic.201400384。

8。 李,Y。,Wang, T., Meng, Y., Qu, G., Sun, Q., Liang, D., & Hu, S. (2017). Air Atmospheric Dielectric Barrier Discharge Plasma Induced Germination and Growth Enhancement of Wheat Seed.等离子体化学和等离子体处理,37(6),1621 - 1634。https://doi.org/10.1007/s11090 - 017 - 9835 - 5。

9。 孟,Y。曲,G。,& Wang, T. (2017). Enhancement of Germination and Seedling Growth of Wheat Seed Using Dielectric Barrier Discharge Plasma with Various Gas Sources.等离子体化学和等离子体处理。https://doi.org/10.1007/s11090 - 017 - 9799 - 5。

10。 洛杉矶,。,Ziuzina, D., Boehm, D., Cullen, P. J., & Bourke, P. (2019). Investigation of mechanisms involved in germination enhancement of wheat (小麦冷等离子体 ):对种子表面化学和特征的影响。等离子体过程和聚合物,1 - 12。https://doi.org/10.1002/ppap.201800148。

11。 Sidik, m·a·B。、Buntat Z。、Nawawi Z。,Jambak, M. I., Buntat, Y., Musa, F. N. (2018). Effects of Cold Plasma Treatment on the Growth Rate of Corn and Eggplant Plants.电子工程与计算机科学国际会议(ICECOS),Pangkal槟榔,2018年,页441 - 446。doi: 10.1109 / ICECOS.2018.8605250。

12。 凌,L。,Jiafeng, J., Jiangang, L., Minchong, S., Xin, H., Hanliang, S., & Yuanhua, D. (2014). Effects of cold plasma treatment on seed germination and seedling growth of soybean.科学报告,4(5859),1 - 7。https://doi.org/10.1038/srep05859。

13。 周,Z。,Huang, Y., & Chen, W. (2011). Introduction of a new atmospheric pressure plasma device and application on tomato seeds *,2(1)汽车出行。https://doi.org/10.4236/as.2011.21004。

14。 罗波尔图,C。,Ziuzina, D., Los, A., Boehm, D., Palumbo, F., Favia, P., … Cullen, P. J. (2018). Plasma activated water and airborne ultrasound treatments for enhanced germination and growth of soybean.创新食品科学和新兴技术,49。

15。 多布林,D。,Magureanu, M., Mandache, N. B., & Ionita, M.-D. (2015). The effect of non-thermal plasma treatment on wheat germination and early growth.创新食品科学和新兴技术,29日,255 - 260。https://doi.org/10.1016/j.ifset.2015.02.006。

16。 Bormashenko E。Grynyov, R。,Bormashenko, Y., & Drori, E. (2012). Cold Radiofrequency Plasma Treatment Modifies Wettability and Germination Speed of Plant Seeds.科学报告,2,3 - 10。https://doi.org/10.1038/srep00741。

17所示。 Sirova, J。,Sedláˇ, M., Piterková, J., Luhová, L., & Petˇ, M. (2011). Plant Science The role of nitric oxide in the germination of plant seeds and pollen,181年,560 - 572。https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2011.03.014。

18岁。 Zahoranova,。,Henselova, M., Hudecova, D., Kalinakova, B., Kovacik, D., Medvecka, V., & Cernak, M. (2015). Effect of Cold Atmospheric Pressure Plasma on the Wheat Seedlings Vigor and on the Inactivation of Microorganisms on the Seeds Surface.等离子体化学和等离子体处理,36(2),397 - 414。https://doi.org/10.1007/s11090 - 015 - 9684 - z。

19所示。 Stolarik, T。,Henselová, M., Martinka, M., Novák, O., Zahoranová, A., & Černák, M. (2015). Effect of Low-Temperature Plasma on the Structure of Seeds, Growth and Metabolism of Endogenous Phytohormones in Pea (Pisum sativum L.).等离子体化学和等离子体处理,35(4),659 - 676。https://doi.org/10.1007/s11090 - 015 - 9627 - 8。

20. 密特拉,。,李,Y。F., Klämpfl, T. G., Shimizu, T., Jeon, J., Morfill, G. E., & Zimmermann, J. L. (2014). Inactivation of Surface-Borne Microorganisms and Increased Germination of Seed Specimen by Cold Atmospheric Plasma.食品和生物处理技术,7(3),645 - 653。https://doi.org/10.1007/s11947 - 013 - 1126 - 4。

21。 那个年代。,Dorranian, D., Tirgari, S., & Shojaee, M. (2015). The effect of non-thermal plasma to control of stored product pests and changes in some characters of wheat materials,7(5),150 - 156。

22。Sarangapani C。Misra: N。,Milosavljevic, V., Bourke, P., O’Regan, F., & Cullen, P. J. (2016). Pesticide degradation in water using atmospheric air cold plasma.水处理工程杂志》上,9,225 - 232。https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2016.01.003。

23。 Křiž,P。,Petr, B., Zbyněk, H., Jaromír, K., Pavel, O., Petr, Š., & Miroslav, D. (2015). Influence of Plasma Treatment in Open Air on Mycotoxin Content and Grain Nutriments,5,145 - 158。

24。井斜,Y。,Thirumdas, R。,Sarangapani C。,Deshmukh, R. R., & Annapure, U. S. (2017). Influence of cold plasma on fungal growth and aflatoxins production on groundnuts.食品控制。https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2017.02.019。

25。更,k . M。,& Misra, N. N. (2016). Chapter 14 - Future of Cold. Cold Plasma in Food and Agriculture. Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801365-6.00014-7.