Molecular mechanisms underlying effects of seed treatment with cold plasma and plasma-activated water

Abstract

Plazminių technologijų taikymas žemės ūkiui – intensyviai plėtojam tarpdisciplininė tyrimų kryptis, nagrinėjanti dviejų sudėtingų sistemų sąveiką ir turinti įvertinti daug kintamųjų tiek iš eksperimentinės plazmos fizikos, tiek sudėtingų biologinių objektų pusės. Sėklų apdorojimo nepusiausvyrine žemos temperatūros plazma arba šalta plazma (CP) poveikis augalų agronominėms savybėms šiuo metu yra intensyviai tiriamas dėl plačių taikymo žemės ūkiui ir susijusioms biotechnologijoms galimybių, kurios pagrįstos duomenimis apie stiprų teigiamą poveikį sėklų daigumui, augalų augimui ir derliui. Patikimos ir standartizuotos plazmos agrobiotechnologijos kūrimas remiasi fundamentaliomis žiniomis apie CP generuojamų deguonies reaktyvių junginių formų (RONS) ir sėklų struktūrų sąveikos molekulinius mechanizmus. Pagrindinis projekto tikslas yra išplėsti turimas žinias apie CP reaktyvių dalelių sąveiką su augalų sėklomis, apibūdinti svarbius molekulinius įvykius (įskaitant epigenetinius baltymų pokyčius), kurie lemia CP įtaką žemės ūkio augalų savybėms. Projektu siekiama nustatyti molekulinio lygmens poveikius, svarbius paprastojo grikio ir raudonojo dobilo sėklų ir augalų agronominių savybių pokyčiams, sėklų apdorojimui CP naudojant kontroliuojamos dujinės fazės (KDF) CP generuojančią įrangą. Projekto užduotys: 1. Atlikti išsamią plazmos iškrovos reaktyviųjų RONS dalelių analizę, naudojant skirtingą kontroliuojamos dujinės fazės (KDF) sudėtį ir sėklų apdorojimo trukmę, siekiant įvertinti RONS sukeltus nitratų susidarymo kinetikos ir kitų fizikinių ir cheminių pokyčių sėklos paviršiuje skirtumus. 2. Nustatyti KDF CP sukeltų nitratų susidarymo ir kitų fizikinių-cheminių pokyčių įtaką sėklos paviršiui, sėklų fitohormonų pusiausvyrai, fermentų aktyvumui ir augalų agronominėms savybėms. 3. Suprojektuoti, sukonstruoti ir optimizuoti PAW generavimo eksperimentinę sistemą ir nustatyti sėklų apdorojimo PAW ir kombinuoto apdorojimo CP ir PAW įtaką augalų agronominėms savybėms ir biocheminiams rodikliams. 4. Sukurti KDF CP sukeltų RONS giluminio profilio matavimo biologinių objektų paviršiuje metodiką, taikant kerpsamanių Marchantia polymorpha L. modelį ir nustatyti išorinių (kilusių iš KDF CP ir PAW) ir vidinių (ląstelių generuojamų) RONS indėlį į CP sukeltus pokyčius biologinių sistemų biocheminių ir fiziologinių procesų eigoje sėklose ir daiguose. 5. Naudojant proteomikos metodus, ištirti sėklų ir augalų epigenetinių baltymų modifikacijų (karbonilinimo ir nitrozilinimo) priklausomybę nuo KDF ir PAW, siekiant išsiaiškinti šių pokyčių įtaką daigumo kinetikai, fotosintezei, biomasės produkcijai, sėklų derliui. The central aim of the project is to extend the existing knowledge on the mechanism of the effective interactions of CP-generated reactive particle species (gas phase CP-derived and PAW-derived) with plant seeds and to characterize key molecular events (including epigenetic changes in proteins) that are relevant for the CP effects on agricultural crop performance. The project aims to determine the effects important to seed and plant response to seed treatments on the agricultural performance of common buckwheat (Fagopyrum esculentum) and red clover (Trifolium pratense)using the component-controlled CP (controllable gaseous phase CP or CGP CP) or PAW generating devices.