Published March 18, 2020 | Version v1
Publication Open

Enhancement of soybean nodulation by seed treatment with non–thermal plasmas

Creators

  • 1. University of Buenos Aires
  • 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 3. National Technological University
  • 4. Favaloro University

Description

Abstract Soybean ( Glycine max (L.) Merrill) is one of the most important crops worldwide providing dietary protein and vegetable oil. Most of the nitrogen required by the crop is supplied through biological N 2 fixation. Non-thermal plasma is a fast, economical, and environmental-friendly technology that can improve seed quality, plant growth, and crop yield. Soybean seeds were exposed to a dielectric barrier discharge plasma operating at atmospheric pressure air with superimposed flows of O 2 or N 2 as carrying gases. An arrangement of a thin phenolic sheet covered by polyester films was employed as an insulating barrier. We focused on the ability of plasma to improve soybean nodulation and biological nitrogen fixation. The total number of nodules and their weight were significantly higher in plants grown from treated seeds than in control. Plasma treatments incremented 1.6 fold the nitrogenase activity in nodules, while leghaemoglobin content was increased two times, indicating that nodules were fixing nitrogen more actively than control. Accordingly, the nitrogen content in nodules and the aerial part of plants increased by 64% and 23%, respectively. Our results were supported by biometrical parameters. The results suggested that different mechanisms are involved in soybean nodulation improvement. Therefore, the root contents of isoflavonoids, glutathione, auxin and cytokinin, and expansin (GmEXP1) gene expression were determined. We consider this emerging technology is a suitable pre-sowing seed treatment.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد فول الصويا المجرد ( Glycine max (L.) Merrill) أحد أهم المحاصيل في جميع أنحاء العالم التي توفر البروتين الغذائي والزيوت النباتية. يتم توفير معظم النيتروجين الذي يحتاجه المحصول من خلال التثبيت البيولوجي لـ N 2. البلازما غير الحرارية هي تقنية سريعة واقتصادية وصديقة للبيئة يمكنها تحسين جودة البذور ونمو النبات وإنتاجية المحاصيل. تعرضت بذور فول الصويا لبلازما تصريف حاجز عازل للكهرباء تعمل في هواء الضغط الجوي مع تدفقات متراكبة من O 2 أو N 2 كغازات حاملة. تم استخدام ترتيب ورقة فينولية رقيقة مغطاة بأفلام البوليستر كحاجز عازل. ركزنا على قدرة البلازما على تحسين عقيدات فول الصويا والتثبيت البيولوجي للنيتروجين. كان العدد الإجمالي للعقيدات ووزنها أعلى بكثير في النباتات المزروعة من البذور المعالجة مما كانت عليه في السيطرة. زادت معالجات البلازما 1.6 ضعف نشاط النيتروجين في العقيدات، بينما زاد محتوى الليغايموغلوبين مرتين، مما يشير إلى أن العقيدات كانت تثبت النيتروجين بشكل أكثر نشاطًا من السيطرة. وفقًا لذلك، زاد محتوى النيتروجين في العقيدات والجزء الجوي من النباتات بنسبة 64 ٪ و 23 ٪ على التوالي. كانت نتائجنا مدعومة بمعلمات بيومترية. وأشارت النتائج إلى أن آليات مختلفة تشارك في تحسين عقيدات فول الصويا. لذلك، تم تحديد محتويات جذر التعبير الجيني للأيسوفلافونويدات والجلوتاثيون والأوكسين والسيتوكينين والإكسبانسين (GmEXP1). نحن نعتبر هذه التكنولوجيا الناشئة علاجًا مناسبًا للبذور قبل البذر.

Translated Description (French)

Résumé Le soja ( Glycine max (L.) Merrill) est l'une des cultures les plus importantes au monde fournissant des protéines alimentaires et de l'huile végétale. La majeure partie de l'azote nécessaire à la culture est fournie par fixation biologique de N 2. Le plasma non thermique est une technologie rapide, économique et respectueuse de l'environnement qui peut améliorer la qualité des semences, la croissance des plantes et le rendement des cultures. Les graines de soja ont été exposées à un plasma de décharge à barrière diélectrique fonctionnant à l'air à pression atmosphérique avec des flux superposés d'O 2 ou de N 2 comme gaz porteurs. Un agencement d'une mince feuille phénolique recouverte de films polyester a été utilisé comme barrière isolante. Nous nous sommes concentrés sur la capacité du plasma à améliorer la nodulation du soja et la fixation biologique de l'azote. Le nombre total de nodules et leur poids étaient significativement plus élevés chez les plantes cultivées à partir de graines traitées que chez les plantes témoins. Les traitements au plasma ont augmenté de 1,6 fois l'activité de la nitrogénase dans les nodules, tandis que la teneur en leghémoglobine a été multipliée par deux, ce qui indique que les nodules fixaient l'azote plus activement que le témoin. En conséquence, la teneur en azote dans les nodules et la partie aérienne des plantes a augmenté de 64% et 23%, respectivement. Nos résultats ont été étayés par des paramètres biométriques. Les résultats suggèrent que différents mécanismes sont impliqués dans l'amélioration de la nodulation du soja. Par conséquent, les contenus racinaires de l'expression génique des isoflavonoïdes, du glutathion, de l'auxine et de la cytokinine, et de l'expansine (GmEXP1) ont été déterminés. Nous considérons cette technologie émergente comme un traitement approprié des semences avant semis.

Translated Description (Spanish)

Resumen La soja ( Glycine max (L.) Merrill) es uno de los cultivos más importantes a nivel mundial que proporciona proteínas dietéticas y aceite vegetal. La mayor parte del nitrógeno requerido por el cultivo se suministra a través de la fijación biológica de N 2. El plasma no térmico es una tecnología rápida, económica y respetuosa con el medio ambiente que puede mejorar la calidad de las semillas, el crecimiento de las plantas y el rendimiento de los cultivos. Las semillas de soja se expusieron a un plasma de descarga de barrera dieléctrica que operaba a aire a presión atmosférica con flujos superpuestos de O 2 o N 2 como gases transportadores. Se empleó una disposición de una lámina fenólica delgada cubierta por películas de poliéster como barrera aislante. Nos centramos en la capacidad del plasma para mejorar la nodulación de la soja y la fijación biológica del nitrógeno. El número total de nódulos y su peso fueron significativamente mayores en las plantas cultivadas a partir de semillas tratadas que en el control. Los tratamientos con plasma aumentaron 1.6 veces la actividad de la nitrogenasa en los nódulos, mientras que el contenido de leghemoglobina aumentó dos veces, lo que indica que los nódulos estaban fijando el nitrógeno más activamente que el control. En consecuencia, el contenido de nitrógeno en los nódulos y la parte aérea de las plantas aumentó en un 64% y un 23%, respectivamente. Nuestros resultados fueron respaldados por parámetros biométricos. Los resultados sugirieron que diferentes mecanismos están involucrados en la mejora de la nodulación de la soja. Por lo tanto, se determinaron los contenidos de raíz de la expresión génica de isoflavonoides, glutatión, auxina y citoquinina, y expansina (GmEXP1). Consideramos que esta tecnología emergente es un tratamiento de semillas adecuado antes de la siembra.

Files

s41598-020-61913-3.pdf.pdf

Files (1.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:0a2389046bf869278f8af10759ef2fc6
1.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تعزيز عقيدات فول الصويا عن طريق معالجة البذور بالبلازما غير الحرارية
Translated title (French)
Amélioration de la nodulation du soja par traitement des semences avec des plasmas non thermiques
Translated title (Spanish)
Potenciación de la nodulación de soja por tratamiento de semillas con plasmas no térmicos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3012003643
DOI
10.1038/s41598-020-61913-3

Is supplement to
https://openalex.org/W3107861684 (Other)
https://openalex.org/W2314295954 (Other)
https://openalex.org/W2153864270 (Other)
https://openalex.org/W2146237939 (Other)
https://openalex.org/W2103498575 (Other)
https://openalex.org/W2079681175 (Other)
https://openalex.org/W2065417106 (Other)
https://openalex.org/W1996142127 (Other)
https://openalex.org/W1970534620 (Other)
https://openalex.org/W1480884050 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1497322063
  • https://openalex.org/W168371890
  • https://openalex.org/W1967592481
  • https://openalex.org/W1973941779
  • https://openalex.org/W1991098848
  • https://openalex.org/W2001005003
  • https://openalex.org/W2003696779
  • https://openalex.org/W2021363848
  • https://openalex.org/W2023856547
  • https://openalex.org/W2025827751
  • https://openalex.org/W2026611441
  • https://openalex.org/W2027481395
  • https://openalex.org/W2029495498
  • https://openalex.org/W2035083024
  • https://openalex.org/W2039217462
  • https://openalex.org/W2046495594
  • https://openalex.org/W2051376397
  • https://openalex.org/W2059478116
  • https://openalex.org/W2072883743
  • https://openalex.org/W2079178076
  • https://openalex.org/W2090948370
  • https://openalex.org/W2095829930
  • https://openalex.org/W2096437964
  • https://openalex.org/W2097828432
  • https://openalex.org/W2103498575
  • https://openalex.org/W2108808769
  • https://openalex.org/W2116000887
  • https://openalex.org/W2120700991
  • https://openalex.org/W2128635872
  • https://openalex.org/W2131368226
  • https://openalex.org/W2142842201
  • https://openalex.org/W2149182446
  • https://openalex.org/W2151053334
  • https://openalex.org/W2178071302
  • https://openalex.org/W2587190910
  • https://openalex.org/W2593267412
  • https://openalex.org/W2598566297
  • https://openalex.org/W2734710772
  • https://openalex.org/W2735017968
  • https://openalex.org/W2789564217
  • https://openalex.org/W2884832461
  • https://openalex.org/W2912282962
  • https://openalex.org/W2937779733
  • https://openalex.org/W400402272
  • https://openalex.org/W4243214100
  • https://openalex.org/W4293247451
  • https://openalex.org/W758260955