Rilevazione di NO3− introdotto nel plasma

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12525 (2022) Citare questo articolo

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Il plasma di scarica irradia i semi con specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto (RONS). Tuttavia, i RONS introdotti nei semi mediante irradiazione al plasma non sono stati finora rilevati con successo. Questo studio fornisce prove sperimentali che lo ione nitrato NO3− viene introdotto nei semi di lattuga come RONS dopo l'irradiazione con plasma a scarica di barriera dielettrica aerea a pressione atmosferica. L'irradiazione al plasma per 5 minuti favorisce la germinazione dei semi. I componenti dei semi irradiati dal plasma sono stati esaminati utilizzando la spettrometria di massa quantistica con ionizzazione elettrospray (ESI QMS), che ha rivelato che l'irradiazione del plasma ha introdotto uno ione con una massa di 62 m/z in quantità rilevabili. Questo ione è stato identificato come NO3− mediante cromatografia liquida (LC), rilevatore di lunghezze d'onda multiple (MWD) e LC-ESI QMS. Una simulazione unidimensionale alla temperatura elettronica Te = 1 eV, densità elettronica Ne = 1013/m3 e temperatura del gas Tg = 300 K ha indicato l'introduzione di NO3−, che coinvolge l'ossido nitrico NO. NO3− è uno degli ioni più importanti che attivano la trasduzione del segnale per la germinazione quando introdotto nei semi. Le immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) hanno rivelato che non vi era alcun cambiamento sulla superficie dei semi dopo l'irradiazione al plasma. L’irradiazione al plasma è un metodo efficace per introdurre NO3− nei semi in un processo a secco senza causare danni.

L'effetto di miglioramento della crescita dell'irradiazione al plasma sulle piante ha attirato una notevole attenzione a livello mondiale1,2,3. Finora sono stati condotti studi pionieristici sul miglioramento della germinazione e della crescita4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19, sul controllo dell'equilibrio ormonale tra acido gibberellico (GA) e acido abscissico (ABA) nei semi20,21 e miglioramento delle caratteristiche del raccolto22 utilizzando l'irradiazione al plasma. Recentemente sono stati condotti studi di biologia molecolare per chiarire i meccanismi alla base degli effetti biologici dell'irradiazione del plasma23. Il plasma può irradiare i semi con specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto (RONS), fotoni, ioni e sottoporli a campi elettrici24. I RONS sono coinvolti in una varietà di processi del seme, tra cui maturazione, invecchiamento e germinazione, seguiti dalla crescita delle piantine25,26. Le specie esogene reattive dell'ossigeno (ROS) migliorano la germinazione dei semi di Zea mays e Helianthus annuus inducendo la biosintesi GA e il catabolismo ABA27. La determinazione e le simulazioni colorimetriche sono utili per stimare la quantità di RONS introdotta nei semi. Tuttavia, i RONS introdotti nei semi mediante irradiazione al plasma non sono stati finora rilevati con successo. Considerando che molti studi riguardano l’induzione di risposte biologiche nei semi in seguito all’irradiazione del plasma, le discussioni sui meccanismi sottostanti dovrebbero basarsi sulle particelle effettive introdotte nei semi. Questo studio fornisce prove sperimentali che gli ioni nitrato NO3− vengono introdotti nei semi come RONS in seguito all'irradiazione del plasma.

Abbiamo tentato di rilevare il tipico RONS, NO3−, introdotto nei semi dopo irradiazione con plasma non termico di aria a pressione atmosferica. La risposta dei semi alla somministrazione di NO3 esogeno è un importante argomento di ricerca nella fisiologia molecolare delle piante. NO3− nei semi delle piante è responsabile dell'induzione di risposte come la rottura della dormienza, la regolazione dell'espressione genica, la trasduzione del segnale e il metabolismo ABA derivante dal legame della NLP8 al promotore CYP707A228,29,30,31,32. Sebbene esistano molti studi sui cambiamenti nel genotipo e nel fenotipo dovuti alla somministrazione di NO3−, il meccanismo molecolare dietro la risposta della pianta all'NO3− rimane poco chiaro30. Di conseguenza, questo studio mirava a dimostrare sperimentalmente che NO3− viene introdotto nei semi mediante irradiazione del plasma; viene suggerito anche un probabile meccanismo per questa introduzione. Ha inoltre proposto un nuovo metodo per somministrare NO3− ai semi in un processo a secco utilizzando il plasma.