تأثیر انواع سامانه‌های پلاسمای سرد بر جوانه‌زنی بذر و خصوصیات مورفولوژیکی گیاهچۀ دو اکوتیپ سیاهدانه (Nigella sativa L.)

. مقدمه

جایگاه گیاهان دارویی بدین سبب که یکی از منابع باارزش برای استفاده از ترکیب‌های مؤثرۀ مورد نیاز در صنایع غذایی، دارویی، بهداشتی و آرایشی می‌باشند، حائز اهمیت است. گیاه دارویی سیاهدانه با نام علمیNigella sativa (L.)  از خانوادۀ آلالگان (Ranunculaceae) بومی نواحی مدیترانه‌ای، غرب آسیا و خاورمیانه است و در مناطق خشک و نیمه‌خشک ایران کشت می‌شود. اکوتیپ‌های مختلفی نظیر اکوتیپ‌های مشهد، اصفهان، سمیرم، اراک، قزوین و محلات در ایران کشت می‌شوند
 (Rezaei-Chiyaneh et al., 2018). دانه‌ها و روغن گیاه سیاهدانه مدت‌هاست در درمان بیمارهای مختلف استفاده می‌شود. سیاهدانه ارزش غذایی بالایی دارد که می‌توان آن را به وجود مقادیر قابل توجهی پروتئین گیاهی، فیبر، مواد معدنی و ویتامین‌ها مرتبط دانست (Rezaei-Chiyaneh et al., 2018).

جوانه‌زنی بذر مرحلۀ مهم، پیچیده و پویایی از رشد گیاه است و می‌تواند از طریق تأثیری که بر استقرار گیاهچه دارد عملکرد را بهبود بخشد. نتایج بررسی‌های انجام­شده نشان‌دهندۀ آن است که می‌توان با استفاده از تیمارهای افزایش‌دهندۀ قدرت بذر، به جوانه‌زنی سریع، ظهور یکنواخت و استقرار قوی گیاه دست یافت (Farooq & Azam, 2006). جوانه‌زنی تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله دما و پتانسیل آب قرار می‌گیرد. دما، آب و اکسیژن از عوامل محیطی مهم و تأثیرگذار بر جوانه‌زنی بذر هستند
(Soltani et al., 2017). یکی از مهم‌ترین مراحل فنولوژیک گیاه، سبز شدن است که نشان‌دهندۀ درجۀ موفقیت سیستم‌های زراعی در تولید است. سبز شدن به شدت تحت تأثیر عوامل محیطی شامل رطوبت خاک، شوری، عمق کاشت و دما قرار دارد
(Soltani et al., 2006).

پلاسما به‌عنوان گاز یونیزۀ خنثی شناخته می‌شود و چهارمین و بالاترین حالت انرژی ماده پس از جامدات، مایعات و گازها است (Yodpitak et al., 2019). تیمار با پلاسمای سرد روشی پیشرفته و جدید برای بالا بردن سرعت و درصد جوانه‌زنی بذور، تغییر خواص آبنوشی بذرها به گونه‌ای که سبب تسریع جوانه‌زنی و عملکرد بیشتر آن‌ها شود بوده و افزایش عمر انبارمانی بذور را در پی دارد (Randeniya & Groot, 2015). در فرآیند تولید پلاسمای سرد، گازها تحت تأثیر میدان الکتریکی، یک یا چند الکترون از دست داده و در اثر یونیزاسیون، یون­ها و گونه­های فعال هیدروکسیل، اکسیژن، اوزون، پراکسید هیدروژن و همچنین نور ماوراء بنفش به وجود می­آیند (Olatunde et al., 2019). هنگامی که بذر تحت تأثیر این اتم­ها و رادیکال­های آزاد ایجادشده قرار می‌گیرد، تغییراتی در پوستۀ بذر، خصوصیات بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی آن ایجاد می‌شود. در فرآیند پلاسمادهی بذر، حملۀ رادیکال‌های اکسیژن و بمباران یونی سبب ساییدگی پوستۀ بذر می‌شود. همچنین خاصیت آبدوستی پوستۀ بذر زیاد شده و در نهایت جذب آب توسط بذر افزایش می­یابد (Ling et al., 2014).

در سال‌های اخیر از فن­آوری پلاسمای سرد در تحقیقات کشاورزی استفاده شده است و اثر مثبت آن در جوانه‌زنی بذور به اثبات رسیده است (Thirumdas, 2018). در یک پژوهش، بهبود جوانه‌زنی و افزایش محتوای فیتوشیمیایی زیستی برنج قهوه‌ای جوانه­زده تحت تأثیر تیمار پلاسمای سرد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پس از تیمار بهینۀ پلاسما، شاخص‌های درصد جوانه‌زنی، طول ریشه‌چه و ساقه‌چه افزایش یافت (Yodpitak et al., 2019). همچنین در پژوهشی دیگر که از الکترود دوقلو با لبۀ تیز به جای الکترود سوزنی با شعاع انحنای کوچک استفاده شد، نشان داده شد که پلاسمای سرد اتمسفری از طریق میدان متغیر، تخلیۀ کرونا نسبت به سد دی‌الکتریک برای کاربردهای مختلف را افزایش داد (Khamsen et al., 2016). گزارش شده است که پیش‌تیمار با پلاسمای سرد، منجر به بهبود جوانه‌زنی بذور مارچوبه وحشی گردید. این پیش‌تیمار با مواجۀ بذور به مدت یک دقیقه با پلاسمای سرد، منجر به افزایش جذب آب توسط بذور و افزایش 15 درصدی جوانه‌زنی گردید و زمان لازم برای دست­یابی به نصف حداکثر درصد جوانه‌زنی نیز به مدت پنج روز کاهش یافت (Porto et al., 2019). در مطالعه‌ای تأثیر آب فعال­شده با پلاسما بر درصد و سرعت جوانه‌زنی و رشد اولیۀ ساقه‌چۀ بذر تربچه بررسی شد که مشخص شد در بذرهای تربچۀ تیمار شده با آب فعال­شده با پلاسما در مدت زمان‌های 15 و 30 دقیقه در مقایسه با تیمار شاهد اختلاف معنی‌داری در سرعت و درصد جوانه‌زنی مشاهده شد (Shetab Bushehri et al., 2019). در پژوهشی تأثیر پیش‌تیمار بذرهای سویا با پلاسمای سرد (صفر، 60، 80، 100 و 120 وات به مدت 15 ثانیه) بررسی و نتایج نشان داد که تیمارهای پلاسما تأثیر مثبتی بر جوانه‌زنی بذر و رشد گیاهچه داشتند و تیمار 80 وات بیشترین تأثیر را داشت (Ling et al., 2014). اثر پلاسمای غیر حرارتی بر مؤلفه‌های جوانه‌زنی سویا نشان داد که مواجهه بذور سویا با تیمار پلاسما باعث بهبود کیفیت جوانه‌زنی و ساختار بذور شد (Piza et al., 2018).

با توجه به اهمیت خصوصیات جوانه‌زنی و کیفیت گیاهچه در حصول عملکرد، این پژوهش با هدف بررسی تأثیر انواع مختلفی از سامانه‌های پلاسمای سرد بر ویژگی‌های جوانه‌زنی و مورفولوژیکی گیاهچۀ دو اکوتیپ گیاه دارویی سیاهدانه انجام پذیرفت.

2. روش‌شناسی پژوهش

آزمایش در سال 1401 در آزمایشگاه پلاسمای سرد پژوهشکدۀ لیزر و پلاسمای دانشگاه شهید بهشتی و آزمایشگاه دانشکدۀ فناوری کشاورزی (پردیس ابوریحان) دانشگاه تهران واقع در شهرستان پاکدشت اجرا شد. این آزمایش روی دو اکوتیپ درگز و یزد سیاهدانه در قالب طرح پایۀ کاملاً تصادفی در چهار تکرار انجام شد.

تیمارهای آزمایش شامل تیمار شاهد (بدون تیمار با پلاسما)، تیمار پلاسمای سرد با پایۀ تخلیۀ گلایدین‌آرک (Ga) در چهار زمان 30 ثانیه، یک، دو و سه دقیقه روی اکوتیپ درگز و همچنین تیمار شاهد، تیمارهای پلاسمای رادیو فرکانسی (RF)[1] با توان 50 وات در دو بازۀ پنج و 15 دقیقه و توان 100 وات در بازۀ پنج دقیقه و تیمار پلاسمای سرد بر پایۀ تخلیه سد دی‌الکتریک (SDBD)[2] با زمان‌های 10، 15 و 20 ثانیه روی اکوتیپ یزد بود.

در سامانۀ تخلیۀ پلاسمای گلایدین‌آرک، تخلیه با اعمال اختلاف پتانسیل بین دو الکترود دور از هم که در میان آنها گاز جریان داشت و سبب به‌وجود­آمدن یک قوس الکتریکی می­شد، ایجاد گردید. قوس الکتریکی ایجادشدۀ آغازین، توسط جریان گاز از خارج دو الکترود دور از هم به سمت باریک‌ترین ناحیۀ پایین الکترود جریان می‌یافت (شکل 1-الف).

در سامانۀ پلاسمای رادیو فرکانسی (RF)، در فشار پایین با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی، محیط فعال پلاسما تشکیل شد. الکترون‌های موجود در محیط پلاسما باعث تولید الکترون‌های دیگر، یون‌ها، رادیکال‌ها و گونه‌های فعال­شده که قادر به فرآوری سطح مورد نظر بودند. پلاسما بین دو الکترود موازی یک الکترود زمین شده و یک الکترود متصل­شده به مولد RF تولیدشده و جفت‌شدگی خازنی بین دو الکترود باعث تبدیل گاز به پلاسما می­شد (شکل 1-ب).

در سامانۀ پلاسمای سرد بر پایۀ تخلیه سد دی‌الکتریک، عمل تخلیه بین دو الکترود که حداقل یکی از آنها با لایۀ دی‌الکتریک پوشانده شده است، صورت گرفت. این تخلیه مابین دو الکترود با اعمال ولتاژ بالای متناوب اتفاق افتاد و وجود یک لایۀ دی‌الکتریک موجب عدم عبور جریان شدید میان دو الکترود و وقوع جرقه شد (Olatunde et al., 2019). در نهایت پلاسمای سرد به­صورت جریانی از الکترون و پروتون از قسمت نازل‌مانند دستگاه خارج شد. سپس بر اساس زمان‌های تعریف­شده بذرهای موجود در دستگاه در معرض جریان الکترون و پروتون شعلۀ پلاسما قرار گرفتند (شکل 1-ج).

شکل 1. الف: تخلیۀ پلاسمای گلایدین‌آرک. ب: سامانۀ پلاسمای رادیو فرکانسی. ج: پلاسما بر پایۀ تخلیۀ سد دی‌الکتریک

بذور از شرکت پاکان بذر تهیه شدند. پس از اینکه بذرها تحت تابش پلاسمای سرد قرار گرفتند 20 عدد بذر از هر تیمار درون پتری‌دیش‌هایی با قطر هشت سانتی‌متر قرار داده و در هر پتری‌دیش از دو لایه کاغذ صافی واتمن در زیر بذور استفاده شد. برای تأمین رطوبت در طول جوانه‌زنی، شش سی‌سی محلول آب مقطر و قار‌چ‌کش کاربوکسین تیرام 75 درصد (پودر وتابل) با غلظت 1000 قسمت در میلیون به محیط رشد بذرها افزوده شد و در ادامه نیز در صورت نیاز جهت حفظ رطوبت از محلول ذکر شده به پتری‌دیش‌ها اضافه شد. سپس پتری‌دیش‌ها را داخل اتاقک جوانه‌زنی با شرایط دمایی 24 ± 1 درجۀ سانتی‌گراد و شرایط تاریکی با رطوبت 40 درصد گذاشته و یادداشت‌برداری روزانه به مدت دو هفته انجام و تعداد بذرهای جوانه‌زده ثبت گردید. معیار جوانه‌زنی خروج ریشه‌چه به اندازۀ حداقل دو میلی‌متر بود که به‌صورت روزانه تا زمانی که جوانه‌زنی هفت روز متوالی صفر شود، ادامه داشت
 (Soltani & Maddah, 2010). برای تعیین سرعت جوانه‌زنی از رابطۀ زیر استفاده شد (Ghaderifar et al., 2011).

معادله (1)                                                                                 زمان تا 50 درصد جوانه‌زنی / 1 = سرعت جوانه‌زنی

مؤلفه‎های جوانه‌زنی با کمک نرم‌افزار Germin^v2 محاسبه شد (Soltani & Maddah, 2010).

به‌منظور بررسی و ارزیابی گیاهچه پس از پایان آزمون جوانه‌زنی استاندارد تعداد ۱۰ گیاهچه عادی به‌طور تصادفی از هر تکرار انتخاب و پس از اندازه‌گیری طول گیاهچه به وسیله خط‌کش برحسب سانتی‌متر و وزن تر گیاهچه‌ها به وسیلۀ ترازوی دقیق با دقت 01/0 ± گرم تعیین شدند. پس از خشک­کردن گیاهچه‌ها به وسیله آون با دمای ۷۵ درجه سلسیوس به مدت ۲۴ ساعت، با استفاده از ترازوی دقیق وزن خشک نیز با دقت ۰۰۱/0 ± مشخص شد. برای انجام محاسبات آماری از نرم‌افزار SAS 9.4.1 و برای مقایسات میانگین از آزمون Duncan در سطح احتمال خطای پنج درصد استفاده شد. رسم نمودار­ها با استفاده از نرم‌افزار
Excel 2013  انجام شد.

3. نتایج پژوهش و بحث

نتایج نشان داد که اثر پلاسمای گلایدین‌آرک بر حداکثر درصد جوانه‌زنی و وزن خشک گیاهچۀ اکوتیپ درگز سیاهدانه، در سطح پنج درصد و بر طول گیاهچه و وزن تر گیاهچه در سطح یک درصد معنی‌دار بود (جدول 1). در اکوتیپ درگز سیاهدانه، تیمارهای گلایدین‌آرک سه و دو دقیقه به­ترتیب با 5/67 و 5/62 درصد، بیشترین درصد جوانه‌زنی را حاصل نمودند (شکلa 2). گلایدین‌آرک با زمان 30 ثانیه، با 64/3 سانتی‌متر و شاهد با 65/2 سانتی‌متر به‌ترتیب بیشترین و کمترین طول گیاهچه را در اکوتیپ درگز حاصل نمود و با یکدیگر اختلاف معنی‌داری داشتند (شکل b2). تیمار گلایدین‌آرک در زمان سه دقیقه با 118/0 گرم و تیمارهای گلایدین‌آرک در یک دقیقه و شاهد با 1/0 گرم به‌ترتیب بیشترین و کمترین وزن تر را در اکوتیپ درگز سیاهدانه حاصل نمودند (شکل c2). بیشترین وزن خشک گیاهچۀ اکوتیپ درگز سیاهدانه، در تیمار گلایدین‌آرک در زمان سه دقیقه با 0068/0 گرم و کمترین میزان در تیمار گلایدین‌آرک در یک دقیقه با 0049/0 گرم مشاهده شد (شکل d2).

شکل 2. مقایسه میانگین حداکثر درصد جوانه‌زنی (a)، طول گیاهچه (b)، وزن تر گیاهچه (c) و وزن خشک گیاهچه (d) در اکوتیپ درگز سیاهدانه تحت تأثیر سطوح مختلف پلاسمای سرد (گلایدین‌آرک)

نتایج نشان داد که اثر پلاسمای سرد RF و SDBD بر وزن خشک گیاهچۀ اکوتیپ یزد سیاهدانه، در سطح پنج درصد و بر حداکثر درصد جوانه‌زنی، طول گیاهچه و وزن تر گیاهچه در سطح یک درصد معنی‌دار بود (جدول 2). با توجه به نتایج مقایسات میانگین، تیمار RF با توان 50 و زمان پنج دقیقه با 5/68 درصد بیشترین درصد جوانه‌زنی و تیمار شاهد نیز با 5/44 درصد کمترین درصد جوانه‌زنی را در اکوتیپ یزد سیاهدانه حاصل نمود که در تیمار شاهد به صورت معنی‌داری کاهش یافت (شکل a3). تیمار پلاسمای SDBD با زمان 20 ثانیه، بیشترین طول گیاهچه را در اکوتیپ یزد حاصل نمود که این صفت در تیمار شاهد (96/2 سانتی‌متر) به­صورت معنی‌داری کاهش یافت (شکل b3). تیمار RF با توان 50 در زمان پنج دقیقه با 1443/0 گرم بیشترین و تیمار RF با توان 100 و زمان پنج دقیقه با 0542/0 گرم کمترین وزن تر را در اکوتیپ یزد دارا بودند (شکل a4). در اکوتیپ یزد، تیمار SDBD با زمان 20 ثانیه با 0120/0 گرم بیشترین و تیمار RF با توان 100 و زمان پنج دقیقه و تیمار شاهد با 0069/0 و 0081/0 گرم کمترین وزن خشک گیاهچه را دارا بودند (شکل b4).

شکل 3. مقایسه میانگین حداکثر درصد جوانه‌زنی (a) و طول گیاهچه (b) در اکوتیپ یزد سیاهدانه تحت تأثیر سطوح مختلف پلاسمای سرد (RF و SDBD).

مطابق با نتایج، پلاسمای گلایدین‌آرک در تیمارهای دو و سه دقیقه بیشترین درصد جوانه‌زنی را در اکوتیپ درگز سیاهدانه حاصل کردند؛ اما تفاوت معنی‌داری با شاهد نداشتند. اما در تیمار با پلاسمای RF و SDBD، درصد جوانه‌زنی بذور اکوتیپ یزد سیاهدانه در اکثر سطوح تیمارها نسبت به شاهد به‌صورت معنی‌داری بیشتر بود. به نظر می­رسد تیمارهای پلاسمای RF و SDBD بر ویژگی درصد جوانه‌زنی بذور سیاهدانه نسبت به پلاسمای گلایدین‌آرک اثرگذاری بیشتری داشتند. در زمینۀ اثر پلاسمای سرد بر جوانه‌زنی محصولات مختلف مطالعاتی انجام گرفته است که با نتایج این آزمایش هم‌راستا هستند. نتایج آزمایش حاضر نیز حاکی از تأثیرگذاری مناسب پلاسمای سرد خصوصاً پلاسمای سرد RF و SDBD بر درصد جوانه‌زنی گیاه سیاهدانه اکوتیپ یزد بود. در پژوهشی پلاسمای سرد موجب افزایش درصد جوانه‌زنی سویا شد (Porto et al., 2019). همچنین گزارش شده است که با استفاده از پلاسمای سرد جوانه‌زنی در نخود به میزان 66/14 درصد افزایش یافت (Fereydooni & Haji Agha Alizadeh, 2022). در آزمایشی با اعمال پلاسمای سد دی‌الکتریک (SDBD) به مدت هفت دقیقه، افزایش 7/26 درصدی پتانسیل جوانه‌زنی در گندم گزارش شده است (2017 ,.Li et al). در اثر پلاسمای سرد، بمباران یونی و الکترونی و همچنین تغییر زاویۀ تماس، سبب تغییراتی در پوستۀ بذر شده و این امر نفوذپذیری و جذب آب را افزایش می­د‌هد که این موارد در افزایش و تحریک جوانه‌زنی مؤثرند
 (Ling et al., 2014; Adhikari et al., 2020). جذب آب می‌تواند مستقیماً با توان و زمان تیمارهای پلاسما مرتبط باشد (Pourbagher et al., 2024).

شکل 4. مقایسه میانگین وزن تر (a) و وزن خشک گیاهچه (b) در اکوتیپ یزد سیاهدانه تحت تأثیر سطوح مختلف پلاسمای سرد (RF و SDBD).

در پژوهشی دیگر نیز افزایش درصد جوانه‌زنی بذور گیاه پریوش (.Catharanthus roseus L) به نسبت گیاهان شاهد را تحت تیمار ۵۰ ثانیه پلاسمای سرد گزارش کردند (Noormohammadi et al., 2019). فعالیت انواعی از گونه‌های فعال اکسیژن و نیتروژن در شرایط تیمار با پلاسما، اثرات تنظیم­کنندگی مشهودی در فرآیندهای رشد و نمو شامل متابولیسم‌ها و انتقال پیام و جذب مواد غذایی دارند که می‌تواند سبب بهبود جوانه‌زنی شود (Yong et al., 2019). در گزارش دیگری درصد جوانه‌زنی بذرهای کنجد تحت تیمار پلاسمای ۸۰ وات به مدت ۱۰ ثانیه از 2/82 به ۱۰۰ درصد افزایش یافت (Goudarzi et al., 2021). این افزایش بر اساس گزارشات پژوهشگران ممکن است به‌دلیل افزایش آبدوستی ناشی از تغییرات سطحی بذر باشد و در پلاسمای سرد، یون‌ها و الکترون‌ها وجود دارند. بنابراین پلاسما می‌تواند سطح خارجی بذر را تحت تأثیر قرار داده و سطح بذر را هموار کند که باعث کاهش زاویۀ سطح تماس قطرات آب روی سطح بذر و تغییر ساختار شیمیایی لایه‌های بذر و افزایش آب‌دوستی آن می‌شود
 (Ling et al., 2014; Fereydooni & Haji Agha Alizadeh, 2022 ). گزارش شده است که پیش‌تیمار بذر مارچوبۀ وحشی با پلاسمای سرد، موجب افزایش 15 درصدی جوانه‌زنی، افزایش جذب آب بذر و ضدعفونی سطح بذر شد (Loporto et al., 2019). تیمار با پلاسمای سرد می‌تواند سبب کاهش میزان تکثیر باکتری‌های بذر، تغییر ساختار پوشش، افزایش نفوذپذیری پوشش بذر شده و در نتیجه جوانه‌زنی بذر و رشد گیاهچه را تقویت نماید (Mahdizadeh et al., 2023).

جوانه‌زنی بذور سیاهدانه (در شرایط عادی و تیمار شاهد) در مطالعات مختلف حدود 7/90 درصد
 (Amooaghaei & Baghaei, 2015)، 3/91 درصد (Koocheki et al., 2016)، 80 درصد (Madadi et al., 2016)، 96 درصد (Yadavi et al., 2016) گزارش شده است. بنابراین برای این دو اکوتیپ سیاهدانۀ درگز و یزد که درصد جوانه‌زنی آنها به‌ترتیب 48 و 5/44 درصد بوده و از حالت نرمال در سایر مطالعات پایین‌تر بوده است، کاربرد پلاسمای سرد همانطور که در نتایج مشهود است باعث افزایش درصد جوانه‌زنی به نزدیک حدود 70 درصد گردیده و راهکاری مناسب برای این بذور و بذوری که درصدهای پایینی از جوانه‌زنی را دارند، می‌باشد.

در این آزمایش همچنین صفت طول گیاهچه مورد بررسی قرار گرفت، اکوتیپ درگز تحت هر چهار تیمار گلایدین‌آرک نسبت به تیمار شاهد، به‌طور معنی‌داری طول گیاهچۀ بزرگتری داشت و تیمار گلایدین‌آرک با زمان 30 ثانیه با 64/3 سانتی‌متر و تیمار شاهد با 65/2 سانتی‌متر به‌ترتیب بیشترین و کمترین طول گیاهچه را داشتند (شکل b2). افزایش درصد جوانه‌زنی، طول ریشه‌چه و طول ساقه‌چه در بذور ذرت نیز تحت تیمارهای سه، پنج و 10 دقیقۀ پلاسمای گلایدین‌آرک نسبت به تیمار شاهد مشاهده شده است (Šerá et al., 2021). همچنین در اکوتیپ یزد، تیمارهای SDBD با زمان 20 ثانیه و RF با توان 50 و زمان پنج دقیقه بدون اختلاف معنی‌دار با یکدیگر بیشترین (14/4 و 04/4 سانتی‌متر) و تیمارهای شاهد و RF با توان 100 و زمان پنج دقیقه نیز کمترین (96/2 و 95/2 سانتی‌متر) طول گیاهچه را داشتند (شکل b3). گزارش شده است که که تیمار بذور سویا با پلاسمای سرد ۸۰ وات به مدت زمان ۱۵ ثانیه باعث افزایش معنی‌دار طول گیاهچه (8/13 درصد) نسبت به شاهد شد (2014 ,.Ling et al). در مطالعات دیگری در گندم (Li et al., 2017; Guo et al., 2018)، گیاه پریوش (Noormohammadi et al., 2019) و کنجد (Goudarzi et al., 2021) در طول گیاهچه تحت تیمار پلاسمای سرد افزایش معنی‌دار گزارش شده است. رشد ریشه‌چه می‌تواند توسط تیمار با پلاسمای سرد تحت تأثیر قرار گرفته و بهبود یابد و در نهایت بر جذب آب و مواد غذایی نیز اثرگذار باشد (Perez-Piza et al., 2020).

در بذور سیاهدانۀ اکوتیپ درگز، تیمار گلایدین‌آرک در زمان سه دقیقه و زمان 30 ثانیه به­ترتیب با 118/0 و 11/0 گرم نسبت به تیمار شاهد به‌طور معنی‌داری وزن تر گیاهچۀ بیشتری را حاصل کردند (شکل c2). همچنین در اکوتیپ یزد، برخی تیمارهای پلاسمای سرد RF و SDBD باعث افزایش وزن تر گیاهچه نسبت به تیمار شاهد شدند که این افزایش معنی‌دار نبود (شکل a4). در بذور سیاهدانۀ اکوتیپ درگز، تیمارهای گلایدین‌آرک در زمان سه دقیقه و 30 ثانیه نسبت به تیمار شاهد وزن خشک گیاهچۀ بیشتری را حاصل کردند که این افزایش معنی‌دار نبود (شکل d2). اما در اکوتیپ یزد، تیمارهای پلاسمای سرد SDBD در 10 و 20 ثانیه به صورت معنی‌داری نسبت به شاهد وزن خشک گیاهچه را افزایش دادند (شکل b4). در تحقیقی که روی گندم انجام شد تیمار پلاسمای سد دی‌الکتریک (SDBD) در اتمسفر هوا به مدت هفت دقیقه وزن تر و خشک را به میزان قابل توجهی افزایش داد (Li et al., 2017). همچنین گزارش شده است که بذور ذرت تحت تأثیر پلاسمای سرد نسبت تیمار شاهد، رشد بیشتری داشتند (Ahn et al., 2019). گزارش شده است که تیمار پلاسمای سرد ۸۰ وات به مدت ۱۵ ثانیه وزن خشک اندام هوایی سویا را نسبت به تیمار شاهد، 9/21 درصد افزایش داد (2014 ,.Ling et al). همچنین افزایش معنی‌دار وزن خشک اندام هوایی گیاه گندم در تیمار پلاسمای سرد با مدت زمان چهار دقیقه به ‌نسبت تیمار شاهد گزارش شده است (Guo et al., 2018) که با نتایج حاصل از تحقیق حاضر مطابقت داشت. از آنجایی که ذخیرۀ کافی مواد مغذی برای رشد بذر ضروری است، افزایش طول ریشه به دلیل پلاسمای سرد می‌تواند باعث افزایش جذب و نفوذ ذخیرۀ مواد مغذی به بذر شود (Fereydooni & Haji Agha Alizadeh, 2022)؛ در نتیجه احتمال تولید گیاهچه‌هایی با وزن بیشتر افزایش می‌یابد. تیمار با پلاسمای سرد می‌تواند متابولیسم فیزیولوژیکی گیاه، همچون فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی، رنگدانه‌های فتوسنتزی، کارایی فتوسنتزی و فعالیت نیترات ردوکتاز را بهبود بخشد و بدین طریق سبب تقویت رشد گیاهچه شود (Mahdizadeh et al., 2023). رادیکال‌های فعال موجود در پلاسما، به­عنوان عامل کنترل­کنندۀ تمایز آوندی عمل می‌کنند و با فعال­کردن فیتوهورمون‌ها بر تمایز سیستم آوندی اثر می‌گذارند و با تغییر الگوی پراکنش آوندی و افزایش اندازۀ آوند‌های برگ، ساقه و ریشه به جذب بهتر آب و مواد غذایی توسط گیاه کمک می‌کنند (Asnavandi et al., 2021). افزایش درصد و سرعت جوانه‌زنی، طول ریشه‌چه و ساقه‌چه در بذور زیره سبز تحت تیمار پلاسمای سرد SDBD نیز گزارش شده است (Mahdizadeh et al., 2023).

4. نتیجه‌گیری

پلاسمای سرد در هر سه نوع مورد استفاده در این مطالعه، تأثیر مثبتی بر خصوصیات جوانه‌زنی بذور گیاه سیاهدانه در دو اکوتیپ درگز و یزد داشت. در اکوتیپ درگز گیاه سیاهدانه، پلاسمای سرد گلایدین‌آرک در تمامی تیمارهای زمانی سبب افزایش طول گیاهچه شد و در زمان‌های سه دقیقه و زمان 30 ثانیه به‌صورت معنی‌داری سبب حصول وزن تر گیاهچۀ بیشتری نسبت به شاهد شد. در اکوتیپ یزد گیاه سیاهدانه نیز، اکثر تیمار‌های پلاسمای سرد RF و SDBD نسبت به شاهد سبب افزایش حداکثر درصد جوانه‌زنی، طول ساقه‌چه و وزن تر و خشک گیاهچه شد. در نتیجه می‌توان استفاده از این تکنیک‌های پلاسمای سرد را جهت بهبود جوانه‌زنی بذر و رشد گیاهچه مؤثر دانست که متعاقباً به تولید گیاهان مقاوم‌تری در برابر مؤلفه‌های محیطی منجر خواهد شد.

5. منابع

Adhikari, B., Adhikari, M., & Park, G. (2020). The effects of plasma on plant growth, development, and sustainability. Applied Sciences, 17(10), 6045.

Amooaghaei, R., & Baghaei, M. (2015). Dose-dependent effect of vermicompost and its extract on seed germination and vegetative growth of Nigella sativa. Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology), 27(4), 691-702. (In Persian).

Ahn, C., Gill, J., & Ruzic, D.N. (2019). Growth of plasma-treated corn seeds under realistic conditions. Scientific Reports, 9(1), 4355.

Asnavandi, A., Barzin, G., Davari Mahabadi, T., Entezari, M., & Pishkar, L. (2021). Study of anatomical changes of fennel plants following cold plasma radiation. Journal of Cell & Tissue, 12(1), 1-19. (In Persian).

Farooq, S., & Azam, F. (2006). The use of cell membrane stability (CMS) technique to screen for salt tolerance wheat varieties. Journal of Plant Physiology, 163, 629-637.

Fereydooni, M., & Haji Agha Alizadeh, H. (2022). Microscopic investigation of cold plasma effect on chickpea seed germination. Journal of Agricultural Machinery, 12(2), 231-240. (In Persian).

Ghaderi-Far, F., Soltani, A., & Sadeghipour, H.R. (2011). Changes in seed quality during seed development and maturation in medicinal pumpkin. Journal of Herbs, Spices & Medicinal Plants, 17(3), 249-257.

Goudarzi, S.H., Ghafoorifard, H., Ghasemi, S.A., & Mazandarani, A. (2021). The effect of atmospheric cold plasma on the rates of germination and root length and shoot length of sesame seed. 27th Iran Nuclear Conference, 1-7 Mar., Nuclear Society of Iran, Iran. (In Persian).

Guo, Q., Meng, Y., Qu, G., Wang, T., Yang, T., Liang, D., & Hu, S. (2018). Improvement of wheat seed vitality by dielectric barrier discharge plasma treatment. Bioelectromagnetics, 39(2), 120-131.

Khamsen, N., Akkarachanchainon, A., Fookiat, K., Srisala, J., Chomchuen, S., Kanokbannakorn, W., & Srisonphan, S. (2016). Atmospheric cold plasma via fringe field enhanced corona discharge on single dielectric barrier for large volume applications. Procedia Computer Science, 86, 321-324.

Koocheki, A., Tabrizi, L., Keikha Akhar, M., & Roohi, A. (2016). Investigation of yield and germination qualitative characteristics of seeds of black cumin (Nigella sativa L.), isabgol (Plantago ovate Forsk.) and fennel (Foeniculum vulgare Mill.) under organic cultivation. Agroecology, 8(2), 153-168. (In Persian).

Li, Y., Wang, T., Meng, Y., Qu, G., Sun, Q., Liang, D., & Hu, S. (2017). Air atmospheric dielectric barrier discharge plasma induced germination and growth enhancement of wheat seed. Plasma Chem. Plasma Process, 37, 1621-1634.

Ling, L., Jiafeng, J., Jiangang, L., Minchong, S., Xin, H., Hanliang, S., & Yuanhua, D. (2014). Effects of cold plasma treatment on seed germination and seedling growth of soybean. Scientific Reports, 4(1), 5859.

Madadi, M., Khomari, S., Javadi, A., & Sofalian, O. (2016). Effect of black cumin seed priming with calcium nitrate and nano-zinc oxide on germinability and seedling growth under salinity stress. Plant Process and Function, 5(15),169-180. (In Persian).

Mahdizadeh, N., Jami Moeini, M., & Khorshidi, P. (2023). Germination percentage enhancement of cumin seed by cold plasma treatment. Iranian Journal of Applied Physics, 13(2), 33, 73-87. (In Persian).

Noormohammadi, Z., Mohammadzadeh-Shahir, M., Fahmi, D., Atyabi, S.M., & Farahani, F. (2019). Induced genetic and morphological changes in Catharanthus roseus L. by cold atmospheric plasma. Nova Biologica Reperta, 6(3), 302-310.

Olatunde, O.O., Benjakul, S., & Vongkamjan, K. (2019). Dielectric barrier discharge cold atmospheric plasma: Bacterial inactivation mechanism. Journal of Food Safety, 39(6), p.e12705.

Pérez-Pizá, M.C., Cejas, E., Zilli, C., Prevosto, L., Mancinelli, B., Santa-Cruz, D., Yannarelli, G., & Balestrasse, K. (2020). Enhancement of soybean nodulation by seed treatment with non–thermal plasmas. Scientific Reports, 10(1), 4917.

Pizá, M.C.P., Prevosto, L., Zilli, C., Cejas, E., Kelly, H., & Balestrasse, K. (2018). Effects of non– thermal plasmas on seed-borne diaporthe/phomopsis complex and germination parameters of soybean seeds. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 49, 82-91.

Porto, C.L., Sergio, L., Boari, F., Logrieco, A.F., & Cantore, V. (2019). Cold plasma pretreatment improves the germination of wild asparagus (Asparagus acutifolius L.) seeds. Scientia Horticulturae, 256, p.108554.

Pourbagher, M., Pourbagher, R., & AbbaspourFard, M.H. (2024). Cold plasma technique in controlling contamination and improving the physiological processes of cereal grains (A review). Journal of Agricultural Machinery, 14(1), 83-104.

Randeniya, L.K., & Groot, G.J.J.B.D. (2015). Non-thermal plasma treatment of agricultural seeds for stimulation of germination, removal of surface contamination and other benefits: A review. Plasma Processes and Polymers, 12, 608–623.

Rezaei-Chiyaneh, E., Seyyedi, S.M., Ebrahimian, E., Siavash-Moghaddam, S., & Damalas, C.A. (2018). Exogenous application of gamma-aminobutyric acid (GABA) alleviates the effect of water deficit stress in black cumin (Nigella sativa L.). Industrial Crops and Products, 112, 741-748.

Šerá, B., Vanková, R., Roháˇcek, K., & Šerý, M. (2021). Gliding arc plasma treatment of maize (Zea mays L.) grains promotes seed germination and early growth, affecting hormone pools, but not significantly photosynthetic parameters. Agronomy, 11, 2066.

Shetab Bushehri, S.M., Abbaszadeh, R., & Sarami, S. (2019). The effect of plasma activated water on the percentage and speed of seed germination and early stem growth. 7th Plasma Engineering and Physics Conference, 17-18 July,Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran, pp. 101-104. (In Persian).

Soltani, A., Robertson, M.J., Torabi, B., Yousefi-Daz, M., & Sarparast, R. (2006). Modelling seedling emergence in chickpea as influenced by temperature and sowing depth. Agricultural and Forest Meteorology, 138, (1-4), 156-167.

Soltani, A., & Maddah, V. (2010). Simple applied programs for education and research in agronomy. ISSA press. First Edition, Iran, 80p. (In Persian).

Soltani, E., Baskin, C.C., & Baskin, J.M. (2017). A graphical method for identifying the six types of non-deep physiological dormancy in seeds. Plant Biology, 19(5), 673-682.

Thirumdas, R. (2018). Exploitation of cold plasma technology for enhancement of seed germination. Journal of Agricultural Research and Technology, 13(2), 1-5.

Yodpitak, S., Mahatheeranont, S., Boonyawan, D., Sookwong, P., Roytrakul, S., & Norkaew, O. (2019). Cold plasma treatment to improve germination and enhance the bioactive phytochemical content of germinated brown rice. Food Chemistry, 289, 328-339.

Yadavi, A.R., Movahedi Dehnavi, M., & Balouchi, H.R. (2009). Investigating the effect of salinity and drought on the germination of seeds of medicinal plants of Nigella sativa and Silybum marianum. 11^th Iranian Soil Sciences Congress. 12-14 July 2009. Gorgan, Iran. (In Persian).

Yong, H.I., Lee, S.H., Kim, S.Y., Park, S., Park, J., Choe, W., & Jo, C. (2019). Color development, physiochemical properties, and microbiological safety of pork jerky processed with atmospheric pressure plasma. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 53, 78-84.

[1]. Radio frequency

[2]. Surface dielectric barrier discharge