Биоцидное действие нетермальной аргоновой плазмы на микробиоту семян ячменя

10.33267/2072-9642-2021-4-20-23

УДК: 632.935.9: 664.727

В.А. Харламов, канд. биол. наук, ст. науч. сотр., Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

И.В. Полякова, науч. сотр., Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Д.И. Петрухина, канд. биол. наук, ст. науч. сотр., Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. (ФГБНУ ВНИИРАЭ)

Аннотация. Показано биоцидное действие нетермальной аргоновой плазмы при обработке семян ячменя, определяемое по снижению общего микробного числа (на 36,7% при обработке в течение 5 мин) поверхностной микробиоты. Выделены и идентифицированы микроорганизмы поверхностной микробиоты исследуемых семян. Рекомендована обработка плазмой для снижения микробиологической зараженности семян сельскохозяйственных растений.

Ключевые слова: нетермальная аргоновая плазма, дезинфекция, общее микробное число, семена сельскохозяйственных растений, ячмень.

Список использованных источников:

1. Перспективы применения низкотемпературной плазмы для биодеконтаминации пищевых продуктов / Е.Н. Кобзев [и др.] // Пищевая промышленность. 2014. №. 5. С. 60-63.
2. Niemira B. A. Cold Plasma Decontamination of Foods // Annual Review of Food Science and Technology. 2012. Vol. 3. No 1. Pp. 125-142.
3. Current status and future prospects of agricultural applications using atmosphericpressure plasma technologies / M. Ito [et al.] // Plasma Processes and Polymers. 2017. Vol. 15. Pp. 1700073.
4. Петрухина Д.И., Помясова М.Г., Карпенко Е.И. Исследование возможности применения нетермальной плазмы для фитосанитарной обработки семян ячменя // Техника и оборудование для села. 2020. Т. 279. № 9. С. 30‑33.
5. Воздействия низкотемпературной плазмы на продукты растительного происхождения / С.В. Гомбоева [и др.] // Техника и технология пищевых производств. 2017. Т. 46. № 3. С. 129-134.
6. Исследование инактивации болезнетворных микроорганизмов в воде воздействием низкотемпературной плазмы / В.А. Колесников [и др.] // Гигиена и санитария. 2016. Т. 95. № 6. С. 588-592.
7. Пискарев И.М., Астафьева К.А., Иванова И.П. Источники газоразрядной плазмы: влияние поглощенной дозы и состава активных частиц на физико-химические превращения в биологических субстратах // Современные технологии в медицине. 2018. Т.10. № 2. С. 90-100.
8. Анализ активных продуктов излучения плазмы искрового разряда, определяющих биологические эффекты в клетках / И.П. Иванова [и др.] // Современные технологии в медицине. 2012. №. 2. С. 20-30.
9. Трофимова С.В., Иванова И.П., Бугрова М.Л. Структурные и биохимические изменения в прокариотических клетках под действием излучения низкотемпературной плазмы // Медицинский альманах. 2013. Т. 27. №. 3. С. 87-88.
10. The Low-Cost Microwave Source of Non- Thermal Plasma / V. Tikhonov [et al.] // 2020 7th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE). Tomsk, Russia. 2020. Pp. 596599.
11. Микроволновый источник нетермальной плазмы при атмосферном давлении / С.А. Горбатов [и др.] // Приборы и техника эксперимента. 2021. №. 1. С. 155-156.
12. ГОСТ 12044-93. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения зараженности болезнями. М.: Изд-во стандартов, 2004. 57 с.
13. Применение МАЛДИ времяпролетной масс-спектрометрии для идентификации микроорганизмов / Е.А. Демидов [и др.] // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013. Т. 17. № 4/1. С. 758-764.

Non-thermal argon plasma biocidal effect on the barley seed microbiota

V.A. Kharlamov, I.V. Polyakova, D.I. Petrukhina (Russian Institute of Radiology and Agroecology)

Summary. The non - thermal argon plasma biocidal effect to be determined by the decrease in the total microbial count (36.7% reduction when barley seeds are treated for 5 minutes) of the surface microbiota has been shown. Microorganisms of the surface microbiota of the studied seeds have been isolated and identified. Plasma treatment is recommended to reduce microbiological contamination of agricultural plant seeds.

Keywords: non-thermal argon plasma, disinfection, total microbial count, seeds of agricultural plants, barley.

Реферат. Цель исследований – оценка биоцидного действия низкотемпературной плазмы на поверхностную микробиоту семян ячменя. Объект исследования – семена ячменя ярового сорта Владимир (урожай 2018 г.). Семена отсортированы по 50 шт. на каждый вариант эксперимента. Обработку семян проводили нетермальной аргоновой плазмой. Расстояние от пучка до исследуемого объекта – 55 мм, расход аргона – 5 л/мин. Семена выкладывались одним слоем в стерильную стеклянную емкость. Время обработки семян ячменя составило 1, 5 и 10 мин. Температура образцов семян, измеряемая тепловизором, зависела от длительности обработки и составила: при обработке в течение 1 мин – 28°С; 5 мин – 38,9°С; 10 мин – 48°С. Необработанные семена служили контролем. В естественных условиях на поверхности зерна ячменя обнаруживается смешанная микробиота. Была проведена таксономическая идентификация обнаруженных микроорганизмов: грибков, дрожжей и бактерий. При посеве на разные среды было выявлено: два вида дрожжей родов Rhodutorula и Clavispora; плесневые грибы родов Pinicillum и Rhizopus; спорообразующие бактерии Bacillus subtilis и Bacillus mesentericus (pumilus); эпифитные микроорганизмы Pseudomonas herbicola, Arthrobacter pascens, Micrococcus luteus; фитопатогенные микроорганизмы Rhodococcus fascians. Bacillus cereus обнаружены не были. Обработка семян сельскохозяйственных растений нетермальной аргоновой плазмой позволяет снизить их микробиологическую зараженность. Обработка семян ячменя приводит к зависящему от длительности воздействия снижению общей микробной обсемененности, обусловленной количеством мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ), – на 36,7% при обработке в течение 5 мин. При увеличении времени обработки семян ячменя нетермальной аргоновой плазмой до 10 мин наблюдается тенденция к увеличению количества МАФАнМ относительно контроля. Соотношение видов поверхностной микробиоты семян ячменя в результате обработки нетермальной аргоновой плазмой существенно не меняется, однако фитопатогенные бактерии Rhodococcus fascians в обработанных образцах не обнаруживаются.

Abstract. The aim of the research is to assess the low-temperature plasma biocidal effect on the surface microbiota of barley seeds. The subject of the study is the seeds of barley of the Vladimir spring variety (2018 harvest). Seeds are sorted into 50 pieces for each experiment scenario. Seeds were treated with non-thermal argon plasma. The distance from the beam to the subject under study is 55 mm; the argon flow rate is 5 L / min. The seeds were laid out in one layer in a sterile glass container. The treatment duration for barley seeds was 1, 5 and 10 minutes. The seed sample temperature to be measured using a thermal imager depended on the duration of treatment and amounted to 28 Centigrade during treatment for 1 min, 38.9 Centigrade during treatment for 5 min, and 48 Centigrade during treatment for 10 min. Untreated seeds served as a control. Under natural conditions, a mixed microbiota is found on the surface of a barley grain. Taxonomic identification of the detected microorganisms was performed, such as fungi, yeast and bacteria. Inoculation on different substrates identified two types of yeast of the Rhodutorula and Clavispora genera; molds of the Pinicillum and Rhizopus genera; Bacillus subtilis and Bacillus mesentericus (pumilus) spore-forming bacteria; Pseudomonas herbicola, Arthrobacter pascens and Micrococcus luteus epiphytic microorganisms; Rhodococcus fascians phytopathogenic microorganisms. Bacillus cereus was not found. Treatment of seeds of agricultural plants with non-thermal argon plasma can reduce their microbiological contamination. Treatment of barley seeds leads to a decrease in the total microbial contamination due to the Quantity of Mesophilic Aerobic and Facultative Anaerobic Microorganisms (QMAFAnM) depending on the duration of exposure, e.g. reducing by 36.7 percent when treated for 5 minutes. With an increase of up to 10 min in the duration of treatment of barley seeds with non-thermal argon plasma, a tendency to an increase in the amount of MAFAnM is observed relative to the control. The ratio of species of surface microbiota of barley seeds does not change significantly as a result of treatment with non-thermal argon plasma, however, Rhodococcus fascians phytopathogenic bacteria are not found in the treated samples._