Effects for barley growth and development of single exposure to low-temperature argon plasma at different organogenesis stages

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper presents the vegetation experiments results on the low-temperature argon plasma effect on barley plants ( Hordeum vulgare L.) of the Vladimir cultivar and its influence on morphophysiological parameters and yield. Plasma treatment was once at three organogenesis stages of barley plants: 3rd leaf, tillering and booting. Plasma exposure was 15 and 30 min. The barley plants were grown to full maturity. Analysis of barley yield structure did not reveal clear patterns in the change in most parameters resulted from the plasma treatment. However, 15 min plasma exposure on barley plants in the critical development stage (3rd leaf) increased by 77.8 % (p < 0.05) the root weight of plants compared with control. After treatment at the tillering stage, the number of spikelets per main stem ear increased by 18.5 % (p < 0.001) after 15 min plasma exposure, and by 11.17 % (p < 0.05) after 30 min exposure. An increase in the number of productive stems and the number of grains per lateral stem ear was observed. At the same time, 30 min exposure in the 3rd leaf stage reduced by 7 % (p < 0.05) the plant height. And the treatment in the tillering stage reduced by 39 % (p < 0.01) the root weight of barley plants. The effect of low-temperature plasma on barley plants at the booting stage was less expressed to the plasma effect at earlier development stages. This can be explained by the lower sensitivity of this stage of organogenesis. The obtained effects of single exposure to low-temperature argon plasma at different organogenesis stages of barley plants can be useful to increase barley yields.

About the authors

Daria I. Petrukhina

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Email: daria.petrukhina@outlook.com
ORCID iD: 0000-0002-5790-9958

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher

109 km Kievskoe ave., Obninsk, Kaluga region, 249032, Russian Federation

Oksana V. Tkhorik

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Email: oxana.tkhorik@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-5213-2150

Researcher

109 km Kievskoe ave., Obninsk, Kaluga region, 249032, Russian Federation

Valentin I. Shishko

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Email: valentine585@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0526-0579

Researcher

109 km Kievskoe ave., Obninsk, Kaluga region, 249032, Russian Federation

Vladimir A. Kharlamov

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Email: kharlamof@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3479-1800

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher

109 km Kievskoe ave., Obninsk, Kaluga region, 249032, Russian Federation

Pavel N. Tsygvintsev

Russian Institute of Radiology and Agroecology

Author for correspondence.
Email: paul-gomel@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0214-7447

Candidate of Biological Sciences, Head of the Laboratory

109 km Kievskoe ave., Obninsk, Kaluga region, 249032, Russian Federation

References

  1. Attri P, Ishikawa K, Okumura T, Koga K, Shiratani M. Plasma agriculture from laboratory to farm: A review. Processes. 2020; 8(8):1002. doi: 10.3390/pr8081002
  2. Ito M, Oh JS, Ohta T, Shiratani M, Hori M. Current status and future prospects of agricultural applications using atmospheric-pressure plasma technologies. Plasma Processes and Polymers. 2018; 15(2):1700073. doi: 10.1002/ppap.201700073
  3. Niemira BA. Cold plasma decontamination of foods. Annual Review of Food Science and Technology. 2012; 3(1):125-142. doi: 10.1146/annurev-food-022811-101132
  4. Guo J, Huang K, Wang J. Bactericidal effect of various non-thermal plasma agents and the influence of experimental conditions in microbial inactivation: A review. Food Control. 2015; 50:482-490. doi: 10.1016/j. foodcont.2014.09.037
  5. Mravlje J, Regvar M, Vogel-Mikuš K. Development of cold plasma technologies for surface decontamination of seed fungal pathogens: present status and perspectives. Journal of Fungi. 2021; 7(8):650. doi: 10.3390/jof7080650
  6. Park Y, Oh KS, Oh J, Seok DC, Kim SB, Yoo SJ, et al. The biological effects of surface dielectric barrier discharge on seed germination and plant growth with barley. Plasma Processes and Polymers. 2018; 15(2):1600056. doi: 10.1002/ppap.201600056
  7. Pizá MCP, Prevosto L, Zilli C, Cejas E, Kelly H, Balestrasse K. Effects of non-thermal plasmas on seed-borne Diaporthe/Phomopsis complex and germination parameters of soybean seeds. Innovative Food Science and Emerging Technologies. 2018; 49:82-91. doi: 10.1016/j.ifset.2018.07.009
  8. Măgureanu M, Sîrbu R, Dobrin D, Gîdea M. Stimulation of the germination and early growth of tomato seeds by non-thermal plasma. Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2018; 38(5):989-1001. doi: 10.1007/ s11090-018-9916-0
  9. Štěpánová V, Slavíček P, Kelar J, Prášil J, Smékal M, Stupavská M, et al. Atmospheric pressure plasma treatment of agricultural seeds of cucumber (Cucumis sativus L.) and pepper (Capsicum annuum L.) with effect on reduction of diseases and germination improvement. Plasma Processes and Polymers. 2017; 15(2):1700076. doi: 10.1002/ppap.201700076
  10. Holubová L, Švubová R, Slováková L, Bokor B, Chobotová Kročková V, Renčko J, et al. Cold atmospheric pressure plasma treatment of maize grains - i nduction of growth, enzyme activities and heat shock proteins. International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22(16):8509. doi: 10.3390/ijms22168509
  11. Darmanin M, Fröhling A, Bußler S, Durek J, Neugart S, Schreiner M, et al. Aqueous and gaseous plasma applications for the treatment of mung bean seeds. Scientific Reports. 2021; 11(1):19681. doi: 10.1038/ s41598-021-97823-1
  12. Abarghuei FM, Etemadi M, Ramezanian A, Esehaghbeygi A, Alizargar J. An application of cold atmospheric plasma to enhance physiological and biochemical traits of basil. Plants. 2021; 10(10):2088. doi: 10.3390/plants10102088
  13. Waskow A, Butscher D, Oberbossel G, Klöti D, Rudolf von Rohr P, Büttner-Mainik A, et al. Lowenergy electron beam has severe impact on seedling development compared to cold atmospheric pressure plasma. Scientific Reports. 2021; 11(1):16373. doi: 10.1038/s41598-021-95767-0
  14. Zadoks JC, Chang TT, Konzak CF. A decimal code for the growth stages of cereals. Weed research. 1974; 14(6):415-421. doi: 10.1111/j.1365-3180.1974.tb01084.x
  15. Tottman DR. The decimal code for the growth stages of cereals, with illustrations. Annals of applied biology. 1987; 110(2):441-454. doi: 10.1111/j.1744-7348.1987.tb03275.x
  16. Tikhonov VN, Aleshin SN, Ivanov IA, Tikhonov AV. The low-cost microwave plasma sources for science and industry applications. Journal of Physics: Conference Series. 2017; 927(1):012067. doi: 10.1088/1742- 6596/927/1/012067
  17. Ivanov IA, Tikhonov VN, Tikhonov AV. Microwave complex for obtaining low-temperature plasma at atmospheric pressure. Journal of Physics: Conference Series. 2019; 1393(1):012042. doi: 10.1088/1742- 6596/1393/1/012042

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».