آب فعال پلاسما، تکنولوژی نوظهور برای بهبود جوانه زنی و رشد بخش (۲)

در بخش اول از این سلسله مقالات به بررسی دو روش نوظهور، پردازش با فشار بالا (High pressure processing (HPP و پردازش توسط میدان اکتریکی پالسی (Pulsed electric field processing (PEF) در ارتباط با بهبود جوانه زنی و همچنین کنترل عوامل بیماریزا پرداخته شد. در این مقاله به بررسی تکنولوژی نوظهور و موثر آب فعال پلاسمایی شده که به اختصار “آب فعال پلاسما ” نامیده میشود، خواهیم پرداخت.

– آب فعال پلاسما (Plasma activated water (PAW

پلاسما چهارمین حالت و فاز پرانرژی ماده محسوب میشود، که از قرن نوزدهم کاربردهای گسترده ای در کشاورزی و صنایع غذایی پیدا کرده است. با این حال، در اواسط قرن بیستم دانشمندان کاربرد جدیدی را در فناوری پلاسما کشف کردند. نوع جدیدی از آب که فاقد مواد شیمیایی، نمک و فرآیندهای مضر میباشد که به نام آب فعال پلاسما (PAW) نامیده شد، که از فعال شدن آب تحت تاثیر پلاسما تولید می شود. آب حاصل از تکنولوژی پلاسما دارای مقدار بالای pH بوده و از گونه های رادیکال O ، رادیکال H ، رادیکال OH ، نیتروژن واکنش پذیر و اکسیژن تشکیل شده است. در طی فرایند پلاسمایی شدن، اسیدیته، رسانایی و پتانسیل کاهش اکسیژن (oxygen reduction) آب تغییر مییابد. حالات متفاوت برای تولید آب فعال شده با پلاسما وجود دارد. پلاسما یا مستقیماً در آب قرار داده میشود و یا تخلیه پلاسما در بالای سطح آب صورت میگیرد (شکل ۱).

پلاسما پلاسما
شکل ۱ روش پلاسمایی کردن آب

اولین روشی که پلاسما به طور مستقیم در آب تخلیه می شود، بازده انرژی کمتری دارد. از این رو، به منظور افزایش راندمان انرژی، پلاسما در سطح مایع تخلیه می شود. قرار گرفتن در معرض پلاسما باعث شکستگی در رنجیره مولکولهای آب و تولید آب تک مولکولی (monomolecular) میشود. در نتیجه مقدار مولکول زنجیره آب کاهش یافته و تعداد آب تک مولکولی افزایش مییابد؛ که این رخداد سبب فعال شدن آب میشود. آب فعال شده یا مُنوملکولی اندازه بسیار کمی داشته که به آن اجازه میدهد تا به راحتی از میان غشاها، منافذ موجود در گیاهان، حیوانات و غذاهای فرآوری شده عبور کند. بنابراین آب فعال پلاسمایی (PAW) تولید شده میتواند pH (اسیدیته) برابر با ۱۲.۵ با توان کاهش اکسیژن (ORP) از ۶۰۰ − میلی ولت تا pH کمتر از ۱.۵ با توان کاهش اکسیژن ۱۲۰۰+ میلی ولت داشته باشد.

آب فعال پلاسما کاربردهای زیادی در کشاورزی و صنایع غذایی پیدا کرده است. مهمترین کاربرد آب فعال پلاسما، ضد عفونی میکروبی مواد غذایی و تجهیزات صنایع غذایی است. همچنین استفاده از  PAW باعث از بین رفتن باکتریها و ویروسهای موجود برای سالمتر شدن مواد غذایی میشود. آب فعال شده با پلاسما در زمینه پزشکی به عنوان محلول پایه ای برای تهیه آنتی بیوتیکها و تهیه واکسن بطور گسترده ای در حوزه پزشکی کاربرد دارد.

آب فعال پلاسما در مدیریت فاضلابها و مزارع کشاورزی نیز مورد استفاده قرار می گیرد و همچنین نشان داده است که تأثیر بسیار خوبی در جوانه زنی بذر دارد. از این رو آب فعال پلاسما به عنوان یک فناوری جدید در افزایش درصد جوانه زنی و سرعت رشد بذرها محسوب میشود (شکل ۲).

پلاسما
شکل ۲. افزایش قابل توجه رشد در گیاهان در  تیمار با آب فعال پلاسما (PAW)

براساس مطالعه صورت گرفته تیمار بذور گیاه گل آهار یکساله (zinnia) و چاودار با آب فعال پلاسما باعث افزایش بیوماس ریشه، طول دو برابر ریشه و افزایش ۵۰ درصدی جوانه زنی شد (Naumova, Maksimov, & Khlyustova, 2011). در این مطالعه نشان داده شد که پراکسید هیدروژن و رادیکالهای تشکیل شده قادر به عبور از غشای سلولی و فعال کردن سلولهای دخیل در فرآیندهای جوانه زنی بودند. در مطالعه دیگری، تأثیر آب فعال پلاسما بر جوانه زنی بذرهای عدس مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، و مشخص شد که رادیکالهای نیتروژن (NO رادیکال) و پراکسید هیدروژن تولید شده، جوانه زنی را تا حد ۸۰ درصد بهبود میدهند. در حالی که با استفاده از آب معمولی تنها ۳۰ درصد جوانه زنی در بذر عدس مشاهده شد (شکل ۳) Zhang, Rousseau, and Dufour (2017)).

پلاسما
شکل ۳. تصاویری از بذر و گیاهچه های عدس را در روزهای ۶ ، ۱۲ و ۱۸ ام جوانه زنی و رشد نشان می دهند. TAP: شیر آب، DEM: آب دی مینیرالیزه شده (demineralized)، FTZ: کود مایع، Ctrl: کنترل (بدون تیمار)، PAL: آب فعال پلاسما (Zhang et al.2017).

در مطالعه دیگری مشخص شد که استفاده از آب فعال پلاسما منجر به افزایش سرعت رشد بذر هندوانه، زینیا، یونجه و لوبیای گردید، این مطالعات نشان داد که هم وزن و هم طول گیاهان افزایش داشته است (Park et al., 2013).

مطالعه انجام شده در روی بذر تربچه هم حاکی از جوانه­زنی ۱۰۰ درصد در تیمار با آب فعال پلاسما در مقابل ۴۰ درصد جوانه زنی در تیمار با آب معمولی بود.

در مطالعه دیگری تاثیر آب فعال پلاسما بر جوانه زنی بذر ماش و کنجد مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه تاثیر معنی داری در افزایش جوانه زنی و رشد در هر دو گونه گیاهی، در اثر تیمار با آب فعال پلاسما مشاهده شد (شکل ۴)

قسمت اول اول این مقاله تحت عنوان بهبود جوانه زنی بذر بوده که امیدوارم مورد توجه شما عزیزان قرار بگیرد.

پلاسما
پلاسما
شکل ۴. خصوصیات رشد بذر ماش و کنجد (از بالا به پایین) در روز  ۵ام رشد، تحت تیمار آب فعال پلاسما (a) و (b) آب معمولی Zhang et al.2017)).

پژوهشها نشان میدهد که رادیکال نیتروژن و پراکسید هیدروژن که در طی فعال سازی آب تولید می شود (پلاسمایی شدن) مسئول بهبود درصد جوانه زنی و سرعت رشد است. علاوه بر این، پراکسید هیدروژن با از بین بردن تنش زیستی بذر و  تنظیم اسید جیبرلیک و اسید آبسیزیک نقش مهمی در فرآیندهای فیزیولوژیکی ایفا می کند.

نیترات تولید شده در آب فعال پلاسما هم نقش مهمی در افزایش رشد و جوانه ­زنی  از طریق دو مکانیسم زیر ایفا میکند اول اینکه، توسط آنزیمهای گیاهی به عنوان یک ماده مغذی (به عنوان مثال نیترات ردوکتاز) که منجر به تولید ترکیبات نیتروژن و اسیدهای آمینه میشود، جذب میشود. دوم اینکه، به عنوان یک مولکول، مراحل مختلف متابولیسم و نمو گیاه را تنظیم میکند.

در مجموع، تکنولوژی  آب فعال پلاسما به عنوان یک روش قابل توجه و روش نوین  برای جوانه زنی بذرها و افزایش سرعت رشد مورد بحث است و میتوان از این تکنولوژی در افزایش جوانه زنی بذور و همچنین افزایش سرعت رشد گیاهان استفاده کرد.

منابع:

  1. ۱. Zhang S, Rousseau A, Dufour T. Promoting lentil germination and stem growth by plasma activated tap water, demineralized water and liquid fertilizer. RSC Adv. 2017;7(50):31244–۵۱.
  2. Rifna EJ, Ratish Ramanan K, Mahendran R. Emerging technology applications for improving seed germination. Trends Food Sci Technol. 2019;86(December 2017):95–۱۰۸.
  3. Park DP, Davis K, Gilani S, Alonzo CA, Dobrynin D, Friedman G, et al. Reactive nitrogen species produced in water by non-equilibrium plasma increase plant growth rate and nutritional yield. Curr Appl Phys. 2013;13(SUPPL.1).
  4. Naumova IK, Maksimov AI, Khlyustova A V. Stimulation of the germinability of seeds and germ growth under treatment with plasma-activated water. Surf Eng Appl Electrochem. 2011;47(3):263–۵.

طاعتی زاده
دی ۲۱, ۱۳۹۸