Please use this identifier to cite or link to this item:https://hdl.handle.net/20.500.12259/36178
Type of publication: Magistro darbas / Master thesis
Field of Science: Ekologija ir aplinkotyra / Ecology and environmental science
Author(s): Gedvilas, Lukas
Title: Šaltos plazmos bei elektromagnetinio lauko poveikis paprastosios eglės (Picea abies) sėklų daigumui ir jų sėjinukų vystymuisi bei augimui
Other Title: Effects of cold plasma and electromagnetic field on Norway spruce (Picea abies) seed germination, seedling development and growth
Extent: 53 p.
Date: 22-May-2018
Event: Vytauto Didžiojo universitetas. Gamtos mokslų fakultetas. Aplinkotyros katedra
Keywords: Šalta plazma;Elektromagnetinis laukas;Paprastoji eglė (Picea abies);Cold plasma;Electromagnetic field;Norway spruce (Picea abies)
Abstract: Paprastoji eglė (Picea abies (L.) Karst.) yra vienas svarbiausių miško medžių Europoje ekonominiu ir ekologiniu atžvilgiu. Lietuvoje ji užima 23,4 % viso miško ploto ir yra laikoma vienu iš produktyviausių medžių. Paprastoji eglė yra susirūpinimą keliantis objektas dėl miškų nykimo bei reikalaujantis kurti naujas technologijas, padedančias pagerinti sėjinukų augimą ir atsparumą. Augalų sėklų apdorojimas elektromagnetiniu lauku (EML) arba šalta plazma (ŠP) pripažįstamas kaip novatoriškas sėklų daigumo ir ankstyvojo sėjinukų augimo pagerinimo būdas. Šio tyrimo tikslas buvo nustatyti trumpalaikio sėklų apdorojimo šalta plazma, bei radio-dažnuminio elektromagnetiniu lauku poveikį paprastosios eglės (Picea abies) sėklų daigumui, bei jų sėjinukų vystymuisi ir augimui siekiant sukurti kokybiškesnius sodinukus (didesnio daigumo, greitesnio augimo, tankesnių lajų, stipresnius bei atsparesnius nepalankiems aplinkos veiksniams). Gauti rezultatai rodo, kad paprastosios eglės sėklų prieš sėją apdorojimas ŠP, vakuumu ir EML gali veiksmingai pagerinti sėklų daigumą ir spygliuočių augimą durpių substrate spygliuočiams. 7 minučių apdorojimas ŠP (ŠP7) ir 5 min. apdorojimas EML (EML5) reikšmingai padidino sėklų daigumo išeigą (9,6–11,5 %), o ŠP5 poveikis buvo neigiamas. Dauguma apdorojimų žymiai padidino dygimo greitį, o apdorojimas ŠP2 buvo pats efektyviausias. Tik ŠP7 grupės eglių sėklų daigumas buvo reikšmingai sumažėjęs, lyginant su neapdorota kontroline grupe. Ilgalaikiai stebėjimai parodė, kad bėgant laikui fizikinių stresorių nulemti sėjinukų augimo pokyčiai skyrėsi. Praėjus 29 mėnesiams nuo sėjos, augalai buvo aukščiausi vakuumo (vidutinis aukštis buvo 32,2 cm), ŠP5 (30,8 cm) ir ŠP7 (28,6 cm) grupėse. Sėjinukai, išauginti iš ŠP5 ir ŠP7 apdorotų sėklų, kuriems buvo būdinga neigiama įtaka dygimo greičiui ar daigumo išeigai, po 2,5 metų buvo 14–23% aukštesni ir 25–28% šakotesni lyginant su kontroliniais sėjinukais. Priešingai, apdorojimas EML, kuris turėjo teigiamą poveikį daigumui, vėliau neturėjo įtakos augalų augimui. Augalų liaukinės trichomos geba kaupti ir išskirti didelius antrinių metabolitų kiekius. Trichomoms, kaip lakiųjų organinių junginių (LOJ) saugojimui ar emisijai skirtiems organams, tenka labai svarbus vaidmuo ozono (O3) formavimo procesuose: kai didesnis LOJ srautas susimaišo su azoto oksidais (NOx) optimalioje temperatūroje (dažniausiai aukštesnėje nei 35 oC) ir esant toje aplinkoje UV spinduliuotei, ore nustatoma didesnė O3 koncentracija. Šiuo aspektu trichomos dalyvauja biosferos-atmosferos sąveikoje ir yra svarbūs atmosferos ir klimato cheminių savybių veiksniai. Kai kurie junginiai, kuriuos išskiria trichomos, yra komerciškai pageidaujami dėl jų biologinio aktyvumo arba vaistinės bei maistinės vertės. Trichomų išskiriami junginiai yra labai svarbūs pritraukiant apdulkintojus ir sėklų išnešiotojus, antžeminei ir požeminei augalo gynybai nuo žolėdžių, apsaugai nuo patogenų, augalų komunikacijai ir augalų atsakui į abiotinius neigiamus veiksnius. Nepaisant antrinių metabolitų svarbos, trichomos taip pat yra augalų "saugotojos", sumažindamos vėjo greitį augalo paviršiuje, apsaugodamos augalų kutikulės ląsteles nuo šalčio, apsaugodamos augalus nuo perkaitimo ir didinančios prieinamus vandens išteklius (nuo rūko ar rudos) augalams sausringose ir būdingos aukštesnės temperatūros augavietėse. Aplinkai draugiško būdo, padidinančio trichomų skaičių ant augalų paviršiaus, sukūrimas būtų svarbus laimėjimas ateities pritaikymams įvairiose pramonės šakose. Gauti rezultatai parodė, kad ŠP2 sėjinukų vidutinis trichomų skaičius vidutiniškai padidėjo 2,5 karto ant einamųjų (antrų) metų spyglių ir 1,93 karto ant praėjusių (pirmų) metų spyglių. Sėklų apdorojimas EML (5 ar 10 min.) lėmė vėlesnį teigiamą efektą – trichomų skaičius ant jaunų spyglių buvo padidintas atitinkamai 1,97 ir 3,35 karto. Tačiau, apdorojimai neturėjo jokios reikšmingos įtakos senesnių (pirmų metų) spyglių trichomų formavimuisi, išskyrus apdorojimą ŠP2. ŠP5 ir vakuumas neigiamai veikė trichomų formavimąsi ant jaunų spyglių – vidutinis trichomų skaičius sumažėjo atitinkamai 2,8 ir 5 kartus. Visose eksperimentinėse grupėse dauguma trichomų buvo išsidėsčiusios viršutiniame spyglio trečdalyje nuo spyglio viršunės, išskyrus CP2, kur trichomos buvo gausios visame spyglio paviršiuje, tačiau didžiausias jų tankis buvo koncentruotas viršutinėje pusėje nuo spyglio viršūnės. Elektroniniu skenuojančiu mikroskopu nenustatyta jokių apdorotų ir kontrolinių sėjinukų spyglių trichomų paviršiaus struktūros skirtumų. Nustatyti faktai, rodo augalų atsako į stresą, sukeltą trumpalaikiu apdorojimu ŠP ar EML, kompleksiškumą, sąlygojantį P. abies augimo savybių ilgalaikius ir tolydžio besivystančius pokyčius. Gauti rezultatai parodė, kad sėklų apdorojimas ŠP ir EML gali būti perspektyvus būdas paskatinti trichomų formavimąsi ant paprastosios eglės spyglių. Šis efektas gali pagerinti augalų komunikaciją, sustiprinti atsaką į stresą bei padidinti atsparumą kenkėjams ir patogenams, kadangi trichomos yra apsauginės ataugėlės, kuriose aktyviai vyksta lakiųjų aliejų ir kitų antrinių metabolitų sintezė bei kaupimas.
Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) is one of the most important forest trees in Europe both due to economic and ecological aspects. In Lithuania it covers 23.4% of total forest lands and is considered as one of the most productive trees. Norway spruce is subject to increasing concerns about forest decline and that underlies the need to develop novel technologies that could lead to improved seedling performance and resistance. Plant seed treatment by electromagnetic field (EMF) or cold plasma (CP) is recognized as an innovative tool for seed germination enhancement and early seedling growth. The aim of this research work was to estimate the effects of pre-sowing treatment of seeds by radio-frequency CP and EMF treatments on Norway spruce seed germination, seedling growth and trichome formation on needles. The obtained results indicate that pre-sowing treatment of Norway spruce seeds with CP, vacuum, and EMF can effectively improve seed germination and seedling growth in peat substrate for conifers. Treatment with CP for 7 min (CP7) and EMF for 5 min (EMF5) significantly increased (by 9.6–11.5 %) the germination yield, whereas the effect of CP5 was negative. The majority of treatments accelerated the germination rate significantly, with CP2 treatment being the most effective. Only the CP7 treatment affected the germination rate negatively. Long-term observations revealed that the treatment-induced pattern of seedling growth changes varied with time. After 29 months from the sowing seedlings were highest in vacuum (mean height was equal 32.2 cm), CP5 (30.8 cm) and CP7 (28.6 cm) groups. Seedlings grown from CP5 and CP7 treated seeds, characterized by the negative effects on either germination rate or yield, after 2.5 years had 14–23 % larger height and 25–28 % increased branching in comparison to the control seedlings. In contrast, the EMF treatments that positively affected germination, had no effect on seedling growth on a longer time scale. Plant glandular trichomes are able to secrete and store large amounts of secondary metabolites. Trichomes as volatile organic compound (VOC) storage or emitting organs play very important role in ozone (O3) formation processes: when higher flux of VOC mixes with nitrogen oxides (NOx) at optimal temperature (usually higher than 35 oC) and present UV radiation, higher O3 concentration is estimated in the air. In this aspect trichomes participate in biosphere-atmosphere interaction and are key factors of chemical features of the atmosphere and climate. Some compounds secreted by trichomes are commercially desirable due to their biological activities or pharmaceutical and nutraceutical values. Trichome secretion compounds play key roles in attracting pollinators and seed dispersers, above- and below-ground herbivore defense, protection from pathogens, plant–plant signaling, and abiotic stress responses. Despite the importance of secondary metabolites, trichomes are also „protectors“ of plants by decreasing surface wind, protecting cuticle plant cells from frost, saving plants from overheat and increasing available water resources (from mist or dew) for plants in dry and hot areas. Thus, creating an eco-friendly way of increasing number of trichomes on plant surface area would be an achievement of great importance for future appliance in different industries. The obtained results indicate a significant increase of average number of trichomes on a young (current year) needles (by 2.5 times) and older previous year needles (by 1.93 times) developed on seedlings grown from seeds treated by CP for 2 minutes (CP2). Seed treatment by EMF (5 and 10 min) induced later positive effect – the trichome number on young needles was increased by 1.97 and 3.35 times, respectively. However, no significant effects on older needle trichome formation were detected by the used treatments, except CP2. Moreover, CP (5 min) and vacuum had negative effect on trichome formation on young needles – the average number of trichomes decreased by 2.8 and 5 times, respectively. Majority of trichomes were abundant on the first third from the top of a needle in all estimated groups, except the CP2, where trichomes were abundant on all the surface of the needle, but the greatest density of them was concentrated in the first half from the top of a needle. Electron scanning microscopy did not detect any differences in trichome surface structure of treated and control seedling needles. The revealed facts indicate the complexity of the plant seed response to stress induced by short time seed treatment with CP and EMF, leading to the long lasting and continuously developing changes in the traits of growing P. abies. Obtained results show that seed treatment by CP and EMF may be a promising tool of increasing trichome formation on Norway spruce needles. This effect may improve plant communication, strengthen stress response and resistance to pests and pathogens, as trichomes are protective structures involved in synthesis and storage of volatile oils and other secondary metabolites.
Internet: https://hdl.handle.net/20.500.12259/36178
Appears in Collections:2018 m. (GMF mag.)

Files in This Item:
Show full item record

Page view(s)

94
checked on Oct 14, 2019

Download(s)

104
checked on Oct 14, 2019

Google ScholarTM

Check


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.