RONS – “Sức mạnh” của nước hoạt hóa Plasma

Theo các báo cáo nghiên cứu về ứng dụng của nước plasma trong nông nghiệp, nước plasma có ảnh hưởng lên tốc độ nảy mầm, kích thích cây trồng tăng trưởng, và góp phần kiểm soát sâu bệnh.¹ Tác nhân  làm nên điều “kỳ diệu” này chính là hoạt chất của Oxy và Nitơ (RONS) trong nước plasma (PAW).

Nước plasma là sản phẩm thu được khi hoạt hóa nước bằng plasma lạnh (CAP). Nhờ đó nó được thừa hưởng RONS từ CAP. Thông thường, RONS trong nước plasma (PAW) chủ yếu là các RONS bền (có thời gian tồn tại dài trong môi trường, như: H₂O₂, NO₃^–, NO₂^–, v.v), sản phẩm của quá trình tương tác giữa các RONS kém bền (có thời gian tồn tại ngắn hơn trong môi trường, VD: OH*, NO*, v.v) trong plasma lạnh (CAP) với nhau hoặc với các phân tử nước. Tuy nhiên, trong một số phương pháp hoạt hóa, thành phần RONS kém bền trong PAW có thể còn đa dạng hơn trong CAP.

RONS thường được biết đến với công dụng diệt khuẩn trên bề mặt cây trồng bằng cách thâm nhập vào màng tế bào, oxi hóa DNA, protein, lipids, làm vỡ màng tế bào hoặc giảm pH nội bào, gây rối loạn chức năng và kết quả là làm chết tế bào (Hình 1).¹ Bên cạnh đó, người ta cũng cho rằng ROS làm nứt lớp vỏ của hạt mầm, giúp chúng tiếp xúc với nước, chất dinh dưỡng nhanh hơn, do đó làm tăng tốc độ nảy mầm.²

Hình 1: Tiêu diệt vi khuẩn bằng nước hoạt hóa plasma

Các nhà nghiên cứu tại Nhật Bản đã chỉ ra rằng khi sử dụng nước plasma, nụ củ cải cao nhanh hơn 53%,⁴ và tốc độ tăng trưởng của bắp cải tăng 6,6 lần so với dùng nước thường.⁵ Nhóm nghiên cứu của tác giả Lindsay cũng sử dụng nước plasma để kích thích sự tăng trưởng của hoa cúc, cà chua, cà rốt và thu được kết quả tăng 1,7-2,2 lần.⁶ RONS có thể kích thích sự tăng trưởng bằng cách tác động lên lượng hormone và chức năng gen của cây trồng như các gen tham gia vào kéo dãn, phân chia tế bào,⁷ các gen hạn chế các chất ức chế tăng trưởng. Ngoài ra, vì Nitơ là chất dinh dưỡng chính cho cây trồng, NO₃^– được cho là một trong những thành phần quan trọng  trong nước plasma trong tăng cường sự tăng trưởng của cây. Bên cạnh đó, ROS, đặc biệt là H₂O₂ đóng vai trò như một phân tử phát tín hiệu trong cơ chế chống chịu của cây trồng, giảm thiểu những tác động từ các chất oxi hóa, và duy trì hoạt động trao đổi chất. Nhóm nghiên cứu các nhà khoa học tại Úc và Trung Quốc chỉ ra rằng, với nồng độ dưới 0.07%, H₂O₂ sẽ thúc đẩy sự tăng trưởng của cây trồng bằng cách ức chế tăng trưởng các lá chưa phát triển, giảm sự rụng chồi, và thúc đẩy sự biểu hiện của các gen liên quan đến hoa.^{8, 9}

 

Tài liệu tham khảo     

1. Qisen Xiang, Liumin Fan, Yunfei Li, Shanshan Dong, Ke Li & Yanhong Bai, A review on recent advances in plasma-activated water for food safety: current applications and future trends, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 62:8, 2250-2268 (2020)
2. Chen ZX, Silva H and Klessig DF, Active oxygen species in the induction of plant systemic acquired resistance by salicylic acid. Science 262: 1883–1886 (1993).
3. Dingmeng Guo, Hongxia Liu, Lei Zhou, Jinzhuo Xie, Plasma-activated water production and its application in agriculture Chi He, J Sci Food Agric, 101:12, 4891-4899 (2021)
4. Takahata J, Takaki K, Satta N, Takahashi K, Fujio T and Sasaki Y, Improvement of growth rate of plants by bubble discharge in water. Jpn J Appl Phys 54:1AG07 (2015)
5. Takaki K, Takahata J, Watanabe S, Satta N, Yamada O, Fujio T et al., Improvements in plant growth rate using underwater discharge. In: Li J, editor. 7th International Conference on Applied Electrostatics. J Phys Conf Ser 418:12140 (2013)
6. Lindsay A, Byrns B, King W, Andhvarapou A, Fields J, Knappe D et al., Fertilization of radishes, tomatoes, and marigolds using a largevolume atmospheric glow discharge. Plasma Chem Plasma Process 34:1271–1290 (2014)
7. Zhou R, Li J, Zhou R, Zhang X and Yang S, Atmospheric-pressure plasma treated water for seed germination and seedling growth of mungbean and its sterilization effect on mung bean sprouts. Innovative Food Sci Emerging Technol 53:36–44 (2019)
8. Zhou R, Zhou R, Wang P, Xian Y, Mai-Prochnow A, Lu X et al., Plasma activated water: generation, origin of reactive species and biological applications. J Phys D-Appl Phys 53:303001 (2020).
9. Ismail SZ, Khandaker MM, Mat N and Boyce AN, Effects of hydrogen peroxide on growth, development and quality of fruits: a review. J Agron 14:331–336 (2015).

 

Ban Truyền thông – Viện Nghiên cứu Công nghệ Plasma