Comparison of the effect produced by ozone and constant electric field on the morphophysiological characteristics of tomato (Solanum lycopersicum L.) and wheat (Triticum aestivum L.) seedlings

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This study investigated the effect of ozone and constant electric field on the morphological and physiological characteristics of tomato and wheat seedlings with the purpose of creating an effective and environmentally friendly technology for increasing the growth potential of crop seeds. Seeds of cv. Ventura tomato (Solanum lycopersicum L.) and cv. Irkutskaya soft winter wheat (Triticum aestivum L.) were exposed to ozone concentrations of 1, 3, and 5 g/m3 and electric field strengths of 1.6 and 2 kV/cm. The exposure time was 15 and 30 min. Both ozone and constant electric field were found to expand the spread of data on the shoot and root length, as well as alter the energy of seed germination. Depending on ozone concentrations and electric field strengths, the effect of seed treatment was established to be both positive and negative. The most optimal mode for ozonization of tomato seeds was achieved at an ozone concentration of 5 g/m3 for 15 minutes. The optimal mode for treating tomato seeds by electric field was achieved at an electric field strength of 1.6 kV/cm for 15 min. Wheat was determined to response to treatment not as intensively as tomato. When treating wheat seeds, ozonization is a more preferable method, since it stimulates germination even at an ozone concentration of 1 g/m3 for 15 minutes. However, our experimental results showed that even small changes in the mode of exposure both to ozonization and electric field can result in seed damage, thereby inhibiting the development of plants and decreasing the seed germination energy.

About the authors

V. N. Nurminsky

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RAS

Email: vadyanurm@mail.ru

A. V. Lazukin

National Research University «Moscow Power Engineering Institute»

Email: lazukin_av@mail.ru

S. V. Gundareva

National Research University «Moscow Power Engineering Institute»

Email: gundareva-sv@rambler.ru

A. S. Stolbikov

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RAS; Irkutsk State University

Email: valkir5@yandex.ru

A. V. Tretyakova

Irkutsk State University

Email: anastasiya_chepi@mail.ru

References

  1. Тихонова О. С., Фатыхов И. Ш. Влияние нормы высева семян на качество зерна озимых зерновых культур в Среднем Предуралье // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2012. N 4 (24). С. 14–16.
  2. Торопова Е. Ю., Захаров А. Ф. Предпосевная подготовка семян яровой пшеницы в условиях ресурсосберегающих технологий // Защита и карантин растений. 2017. N 3. С. 28–31.
  3. Khadeeva N. V., Yakovleva E. Yu., Sydoruk K. V., Korostyleva T. V., Istomina E. A., Dunaevsky Ya. E., et al. Molecular genetic analysis of collection of transgenic tobacco plants with buckwheat serine proteases inhibitor gene during long-term subculture // Russian Journal of Genetics. 2017. Vol. 53, no. 11. P. 1200– 1210. https://doi.org/10.1134/S1022795417110047.
  4. Aladjadjiyan A. Physical factors for plant growth stimulation improve food quality. In: A. Aladjadjiyan (ed.). Food production – approaches, challenges and tasks. Chapter 9. Rijeka: In Tech Publishing, 2012. P. 145–168. https://doi.org/10.5772/32039.
  5. Rifna E. J., Ramanan K. R., Mahendran R. Emerging technology applications for improving seed germination // Trends in Food Science & Technology. 2019. Vol. 86. P. 95–108. https:// doi.org/10.1016/j.tifs.2019.02.029.
  6. Krivov S. A., Lazukin A. V., Serdyukov Y. A., Gundareva S. V., Romanov G. A. Effect of constant high-voltage electric field on wheat seed germination // IOP SciNotes. 2020. Vol. 1, no. 2. P. 024002. https://doi.org/10.1088/2633-1357/aba1f6.
  7. Avdeeva V., Zorina E., Bezgina J., Kolosova O. Influence of ozone on germination and germinating energy of winter wheat seeds // Engineering for Rural Development: 17th International Scientific Conference. 23–25 May 2018, Jelgava, Latvia. 2018. P. 543–546. https://doi.org/10.22616/ERDev2018.17.N128.
  8. Hayashi N., Ono R., Nakano R., Shiratani M., Tashiro K., Kuhara S., et al. DNA microarray analysis of plant seeds irradiated by active oxygen species in oxygen plasma // Plasma Medicine. 2016. Vol. 6, no. 3-4. P. 459–471. https://doi.org/10.1615/ PlasmaMed.2016018933.
  9. Mittler R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance // Trends in Plant Science. 2002. Vol. 7, no. 9. P. 405–410. https://doi.org/10.1016/ s1360-1385(02)02312-9.
  10. Gill S. S., Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants // Plant Physiology and Biochemistry. 2010. Vol. 48, no. 12. P. 909–930. https://doi.org/10. 1016/j.plaphy.2010.08.016.
  11. Henselová M., Slováková Ľ., Martinka M., Zahoranová A. Growth, anatomy and enzyme activity changes in maize roots induced by treatment of seeds with low-temperature plasma // Biologia. 2012. Vol. 67, no. 3. P. 490–497. https://doi.org/10. 2478/s11756-012-0046-5.
  12. Stolárik T., Henselová M., Martinka M., Novák O., Zahoranová A., Černák M. Effect of lowtemperature plasma on the structure of seeds, growth and metabolism of endogenous phytohormones in pea (Pisum sativum L.) // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2015. Vol. 35, no. 4. P. 659–676. https:// doi.org/10.1007/s11090-015-9627-8.
  13. Hayashi N., Ono R., Shiratani M., Yonesu A. Antioxidative activity and growth regulation of Brassicaceae induced by oxygen radical irradiation // Japanese Journal of Applied Physics. 2015. Vol. 54, no. 6. Article number 06GD01. https://doi.org/10. 7567/JJAP.54.06GD01.
  14. Los A., Ziuzina D., Boehm D., Cullen P. J., Bourke P. Investigation of mechanisms involved in germination enhancement of wheat (Triticum aestivum) by cold plasma: Effects on seed surface chemistry and characteristics // Plasma Processes and Polymers. 2019. Vol. 16, no. 4. Article number 1800148. https://doi.org/10.1002/ppap.201800148.
  15. Roy N. C., Hasan M. M., Kabir A. H., Reza M. A., Talukder M. R., Chowdhury A. N. Atmospheric pressure gliding arc discharge plasma treatments for improving germination, growth and yield of wheat // Plasma Science and Technology. 2018. Vol. 20, no. 11. Article number 115501. https://doi.org/10.1088/ 2058-6272/aac647.
  16. Bourke P., Ziuzina D., Boehm D., Cullen P. J., Keener K. The potential of cold plasma for safe and sustainable food production // Trends in Biotechnology. 2018. Vol. 36, no. 6. P. 615–626. https://doi. org/10.1016/j.tibtech.2017.11.001.
  17. Šerá B., Šerý M. Non-thermal plasma treatment as a new biotechnology in relation to seeds, dry fruits, and grains // Plasma Science and Technology. 2018. Vol. 20, no. 4. Article number 044012. https://doi.org/10.1088/2058-6272/aaacc6.
  18. Liu B., Honnorat B., Yang H., Arancibia J., Rajjou L., Rousseau A. Non-thermal DBD plasma array on seed germination of different plant species // Journal of Physics D: Applied Physics. 2018. Vol. 52, no. 2. Article number 025401. https://doi.org/10. 1088/1361-6463/aae771.
  19. Van Eck J., Kirk D. D., Walmsley A. M. Tomato (Lycopersicum esculentum) // Methods in Molecular Biology book series. 2006. Vol. 343. P. 459– 473. 10.1385/1-59745-130-4:459' target='_blank'>https://doi: 10.1385/1-59745-130-4:459.
  20. 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. Vol. 38. P. 989– 1001. https://doi.org/10.1007/s11090-018-9916-0

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


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».