Plasma baridi ya shinikizo la chini (cold plasma, CP) ni mazingira ya gesi yaliyoainishwa kwa sehemu au kikamilifu ambamo elektroni zinaweza kubeba nishati kubwa huku halijoto ya chembe nzito ikibaki chini kwa kiasi; sifa hii huruhusu kutumika katika matibabu mafupi ya uso wa nyenzo za kibaolojia zinazohisi joto. Utafiti huu ulilinganisha athari za plasma baridi ya RF ya shinikizo la chini iliyozalishwa kutoka nitrojeni safi (N₂), oksijeni safi (O₂) na michanganyiko mitatu tofauti ya N₂/O₂ kwa uotaji na ukuaji wa awali wa miche ya buckwheat ya Tartary (Fagopyrum tataricum) kwa matibabu ya sekunde 45 na 90.

Matibabu ya sekunde 45 kwa N₂ safi hayakuathiri kwa kiwango cha maana asilimia ya mwisho ya uotaji, urefu wa miche au biomasi kwa njia hasi. Matibabu ya sekunde 90 kwa N₂ safi yalipunguza uotaji wa mwisho kwa chini ya %10 ikilinganishwa na kundi la udhibiti, lakini hayakusababisha kupungua kwa maana kwa urefu wa miche au biomasi. Plasma ya O₂ safi ilikuwa kali zaidi; kwa sekunde 45 asilimia ya mwisho ya uotaji ilikuwa zaidi ya %20 chini ya udhibiti, na matibabu ya O₂ ya sekunde 90 yalisababisha upungufu wa takriban %80. Kadiri uwiano wa oksijeni na muda wa matibabu ulivyoongezeka, kuchelewa kwa uotaji na athari hasi katika ukuaji wa awali wa miche kwa ujumla ziliongezeka.

Matokeo haya yanatumika tu kwa mfumo wa plasma ya shinikizo la chini uliotafitiwa, nyenzo ya buckwheat ya Tartary na masharti ya uotaji ya maabara. Utafiti haukupima moja kwa moja mavuno shambani, utendaji wa muda mrefu wa mimea au mafanikio ya plasma katika uondoaji wa uchafuzi wa vijidudu.

Plasma baridi ni nini na kwa nini hutumika kwenye mbegu?

Plasma ni hali ya gesi iliyoainishwa yenye elektroni huru, ioni, atomi, molekuli, radikali na fotoni. Tofauti na plasma ya joto, katika plasma baridi elektroni na chembe nzito haziko katika usawa wa joto. Elektroni zinaweza kubeba nishati kubwa huku halijoto ya chembe nzito ikibaki chini. Kwa sababu hiyo, matibabu mafupi ya plasma baridi yanafanyiwa utafiti kwenye nyenzo za kibaolojia zinazohisi joto kama vile mbegu.

Mwingiliano wa plasma–mbegu unaweza kubadilisha sifa za kemikali na kimwili za uso wa mbegu. Fasihi imejadili athari kama mabadiliko ya uloweshaji wa uso na ufyonzwaji wa maji, uamilishaji wa uso, majibu ya vimeng’enya/homoni na uzuiaji wa vijidudu. Hata hivyo, athari ya plasma si “ya manufaa” pekee: aina ya gesi, reakta, shinikizo, nguvu, muda wa matibabu, spishi ya mbegu na hata aina inapobadilika, mwitikio unaweza kubadilika kinyume.

Kwa nini buckwheat ya Tartary ilichaguliwa?

Buckwheat ya Tartary (Fagopyrum tataricum) ni zao la pseudocereal na hulimwa kwa kiwango kidogo kuliko buckwheat ya kawaida (Fagopyrum esculentum). Utafiti wa chanzo unasisitiza kuwa buckwheat ya Tartary hustahimili baridi na ukame, inafaa kwa kilimo cha pembejeo ndogo na ina flavonoidi nyingi. Hasa, inaelezwa kuwa maudhui yake ya rutin yanaweza kuwa juu sana kuliko ya buckwheat ya kawaida.

Sehemu kubwa ya tafiti za awali za plasma baridi imelenga mazao ya kawaida ya shambani. Kwa kuwa mwitikio wa mbegu kwa CP hutegemea spishi na aina, muundo wa gesi kwa buckwheat ya Tartary unahitaji kuboreshwa kando. Swali asilia la utafiti huu ni kama N₂ safi, O₂ safi na michanganyiko yao kwa uwiano tofauti huleta matokeo tofauti katika uotaji wa buckwheat ya Tartary.

Mfumo wa plasma uliundwaje?

Chanzo kilitumia reakta iliyotengenezwa maalum yenye urefu wa takriban 2 m na kipenyo cha nje cha 0,20 m. Kipenyo cha ndani ni 0,18 m na ujazo ni takriban 50 L. Utoaji uliounganishwa kwa njia ya induction ulizalishwa na jenereta ya 27,12 MHz Induktio UHFG-8 RF iliyounganishwa na koili ya msisimko kuzunguka bomba la kioo la utupu. Takriban nafaka 200 za buckwheat ya Tartary zilitandazwa juu ya wavu wa chuma na kuwekwa katika eneo la koili.

Pampu ya hatua mbili Leybold Trivac D65B ilitumika kwa utupu. Chanzo kinatoa katika sentensi moja ya mbinu shinikizo la 50 Pa kwa uzalishaji wa plasma na kauli “shinikizo la kufanya kazi takriban 10 Pa”; tofauti ya kina ya utendaji wa thamani hizi mbili haikuelezwa kando. Masharti ya umeme yaliripotiwa kuwa 2,5 kV na takriban 1,5 kW.

Muundo wa gesi na muda wa matibabu

Zaidi ya hayo, udhibiti wa kawaida ambao haukutibiwa kwa plasma na udhibiti wa utupu uliowekwa katika utupu pekee kwa muda wa juu wa matibabu wa sekunde 90 ulitumika. Mara tu baada ya matibabu, nafaka ziliwekwa katika mifuko tasa ya PVC na majaribio ya uotaji yalianza siku hiyo hiyo.

Jaribio la uotaji lilifanywaje?

Kwa kila matibabu, nafaka 20 ziliwekwa kwenye sahani za Petri zenye kipenyo cha 75 mm juu ya tabaka mbili za karatasi ya kuchuja na kuloweshwa kwa 4 mL ya maji yaliyodistiliwa mara mbili. Kila kundi lilirudiwa mara sita. Sahani za Petri ziliwekwa katika vyumba vya giza vya ukuzaji kwa 22 °C na unyevunyevu wa jamaa wa %60. Maji tasa yaliyodistiliwa yaliongezwa inapohitajika ili kudumisha unyevunyevu.

Idadi ya nafaka zilizoota ilihesabiwa kila baada ya saa 24 katika siku tatu za kwanza, kisha katika siku ya 6 na ya 8. Kuonekana kwa mzizi mdogo ukipenya ganda la mbegu kulikubaliwa kuwa kigezo cha uotaji.

Mlinganyo (1): Asilimia ya uotaji ilihesabiwaje?

\[ GR(\%)= \frac{\text{çimlenen tane sayısı}} {\text{toplam tane sayısı}} \times100 \tag{1} \]

Fomula huhesabu nini? Inaonyesha ni asilimia gani ya nafaka zote zilizoota katika wakati fulani wa tathmini.

Vigezo: Kihesabu ni idadi ya nafaka zilizoota ambazo mzizi wake mdogo umepita ganda la mbegu. Kigawanyaji ni idadi ya jumla ya nafaka zilizotathminiwa mwanzoni katika kundi husika. Kwa kuwa kiasi vyote viwili ni idadi ya nafaka, uwiano hauna kipimo; kuzidisha kwa 100 hubadilisha matokeo kuwa asilimia.

Tafsiri: \(GR=100\%\) humaanisha nafaka zote zimeota, na \(GR=50\%\) humaanisha nusu zimeota. Hata hivyo, GR huonyesha tu kiasi cha mwisho; haielezi peke yake kasi ya uotaji. Kwa hiyo utafiti ulitumia muda wa wastani wa uotaji kama kipimo cha pili.

Mlinganyo (2): Muda wa wastani wa uotaji hupima nini?

\[ MGT= \frac{\sum D\times n}{\sum n} \tag{2} \]

MGT (Mean Germination Time) ni wastani uliowekewa uzito wa muda unaoonyesha kwa wastani nafaka zilizooota ziliota katika siku ya ngapi ya jaribio.

\(D\) ni idadi ya siku tangu kuanza kwa jaribio; \(n\) ni idadi ya nafaka zilizooota siku hiyo. \(D\times n\) hutoa mchango wa uotaji wa siku fulani katika uzito wa jumla wa muda. Michango ya siku zote hujumlishwa na kugawanywa kwa idadi ya jumla ya nafaka zilizooota.

Kitengo cha MGT ni siku. MGT ya chini humaanisha uotaji ulitokea mapema zaidi, na MGT ya juu humaanisha uotaji ulichelewa. Kwa hiyo, hata kama makundi mawili yana thamani sawa ya mwisho ya GR, kundi lenye MGT ya juu linaweza kuwa liliota polepole zaidi.

Kwa Nini Plasma Baridi ya Nitrojeni Safi Ilionekana Kufaa Zaidi kwa Buckwheat ya Tartary?

Plasma ya N₂ safi ilitoa matokeo hasi machache kuliko plasma zenye O₂ katika jaribio hili: matibabu ya N₂ ya sekunde 45 hayakusababisha athari hasi ya maana kwa uotaji wa mwisho, MGT, urefu wa miche au biomasi ikilinganishwa na kundi la udhibiti, huku uotaji na ukuaji wa awali wa miche ukizorota kadiri uwiano wa O₂ na hasa muda wa mfiduo wa sekunde 90 ulivyoongezeka. Utafiti haukupima moja kwa moja sababu ya molekuli ya tofauti hii; maelezo kuhusu spishi tendaji za oksijeni na nitrojeni ni tafsiri za kimakanika zinazotegemea fasihi ya awali.

Kwa nini uwiano wa oksijeni unaweza kuwa muhimu?

Mwandishi anajadili tafiti za awali zinazoonyesha kwamba kuongezeka kwa kiasi cha oksijeni katika mifumo ya shinikizo la chini kunaweza kuongeza mmomonyoko wa uso wa nyenzo na kwamba spishi tendaji za oksijeni (ROS) zina jukumu kubwa katika uzuiaji wa vijidudu. Spishi za oksijeni kama ozoni (O₃), spishi metastable za O₂ na O ya atomiki zinaweza kusababisha athari kali zaidi za uso.

Spishi tendaji za nitrojeni (RNS) pia zinaweza kutoa mwitikio wa kibaolojia; hata hivyo, kuongezeka kwa uwiano wa O₂ katika mchanganyiko wa gesi kulionekana kwa ujumla pamoja na uotaji na ukuaji wa miche ulio mbaya zaidi katika utafiti huu. Hasa, ukandamizaji mkubwa zaidi wa ukuaji wa miche katika hali ya sekunde 90 ya %75 O₂ + %25 N₂ ulijadiliwa na mwandishi kama uwezekano unaohitaji uchunguzi wa athari ya pamoja ya ROS na RNS.

Tofauti muhimu: Katika utafiti huu, viwango vya ROS/RNS au wigo wa utoaji wa macho wa plasma havikupimwa moja kwa moja. Kwa hiyo, utaratibu madhubuti wa kisababishi wa aina ya “spishi hii tendaji ilisababisha uharibifu huu” si matokeo ya majaribio ya utafiti.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muundo wa sampuli na dokezo la idadi ndani ya chanzo

Chanzo kinafafanua michanganyiko 10 tofauti kwa matibabu hai ya plasma na kinaongeza udhibiti wa kawaida pamoja na udhibiti wa utupu. Kwa kila kundi ziliripotiwa nafaka 20 kwa kila sahani ya Petri na marudio sita, hivyo nafaka 120 zilitumika kwa kila kundi.

Maandishi pia yanatoa kauli “nafaka 1200 kwa jaribio lote”. Kihisabati, \(20\times6\times10=1200\) inashughulikia tu makundi kumi hai ya CP. Ikiwa udhibiti na udhibiti wa utupu pia hujumuishwa katika hesabu hiyo hiyo ya nafaka 120 kwa kundi, jumla huwa kubwa zaidi. Kwa kuwa chanzo hakielezi tofauti hii, Verianla haihesabu upya idadi ya jumla ya sampuli na kuiwasilisha kama thamani ya chanzo.

Tathmini ya takwimu

Matokeo yaliripotiwa kama wastani wa marudio sita ± kosa la kawaida (SE). Tofauti kati ya makundi zilitathminiwa kwa uchanganuzi wa tofauti wa njia moja (one-way ANOVA) na kufuatiwa na jaribio la Duncan post-hoc. Kizingiti cha umuhimu ni \(p<0.05\). Statistica StatSoft toleo la 7 ilitumika kwa uchanganuzi, na MS Excel kwa michoro.

Herufi za juu zilizotumika katika majedwali na michoro zinaonyesha matokeo ya ulinganisho mwingi. Kwa mujibu wa maelezo ya chanzo, makundi yenye herufi tofauti yana tofauti ya maana kitakwimu. Kwa makundi yanayoshiriki herufi hiyo hiyo, hakuna tofauti ya maana iliyoonyeshwa.

Matokeo ya asilimia ya uotaji na MGT

• Udhibiti wa utupu: Utupu wenyewe haukuathiri vibaya uotaji wa mwisho. Katika siku ya pili, uotaji wa muda wa takriban %15 juu kuliko udhibiti wa kawaida ulionekana.
• N₂, 45 s: Uotaji wa mwisho na MGT haukuathiriwa vibaya kwa kiwango cha maana ikilinganishwa na kundi la udhibiti.
• N₂, 90 s: MGT haikutofautiana kwa kiwango cha maana na kundi la udhibiti; uotaji wa mwisho ulipungua kwa chini ya takriban %10.
• O₂, 45 s: Uotaji wa mwisho ulipungua kwa zaidi ya %20 ikilinganishwa na kundi la udhibiti.
• O₂, 90 s: Uotaji wa mwisho ulipungua kwa takriban %80 na mojawapo ya hali hasi kali zaidi ikatokea.
• Michanganyiko ya N₂/O₂: Mwelekeo wa jumla ulikuwa kwamba kadiri sehemu ya O₂ na hasa muda wa matibabu wa sekunde 90 ulivyoongezeka, MGT iliongezeka na utendaji wa uotaji ukazidi kuwa mbaya.

Kielelezo 2 cha chanzo kinaonyesha asilimia ya uotaji kama mikunjo ya muda katika siku ya 1, 2, 3, 6 na 8. Kielelezo 3 cha chanzo kinalinganisha thamani za MGT za makundi yote. Kwa kuwa nukta binafsi za data ghafi za michoro hazikuwekwa katika jedwali, Verianla haitoi nambari mpya sahihi kutoka kwenye mikunjo hii.

Urefu wa miche na biomasi

Data ya miche inaunga mkono muundo uleule wa jumla kama matokeo ya uotaji. Urefu wa miche katika makundi ya udhibiti, udhibiti wa utupu, N₂ 45 s na N₂ 90 s uliwekwa katika kundi moja la takwimu “a”. Katika biomasi pia hali hizi nne ziko katika kundi “a”.

O₂ safi kwa sekunde 45 ilionyesha muundo wa kupunguza urefu wa miche kutoka 83,8 ± 1,6 mm hadi 61,3 ± 2,6 mm, na biomasi kutoka 78,6 ± 3,5 mg hadi 52,6 ± 2,5 mg. Kwa O₂ ya sekunde 90, urefu ulikuwa 46,4 ± 4,7 mm na biomasi 30,2 ± 2,8 mg.

Kwa ukuaji wa awali wa miche, thamani ya wastani ya chini zaidi haikupimwa katika O₂ safi bali katika mchanganyiko wa sekunde 90 wa %75 O₂ + %25 N₂: urefu wa miche 23,3 ± 8,2 mm na biomasi 24,6 ± 3,7 mg. Mwandishi anatathmini uchunguzi huu kama matokeo yanayoonyesha hitaji la kuchunguza athari ya pamoja ya ROS na RNS.

Athari ya muda wa matibabu

Kama ilivyo kwa muundo wa gesi, muda wa mfiduo pia ni jambo la kuamua. N₂ safi ilipoongezwa kutoka sekunde 45 hadi 90, haikusababisha kuzorota kwa maana kwa urefu wa miche au biomasi; kinyume chake, katika hali zenye O₂ matibabu marefu kwa ujumla yalihusishwa na uzuiaji mkali zaidi.

Chanzo kinajadili kwa kutegemea fasihi kwamba reakta zenye nguvu za plasma ya shinikizo la chini zinaweza kutoa mionzi mikali ya UV na hasa ultraviolet ya utupu pamoja na vipengele vingine vya plasma yenye nishati kubwa. Kwa mfiduo mrefu, kuongezeka kwa msongamano wa elektroni, mionzi na mzigo wa joto hutajwa miongoni mwa mifumo inayowezekana ya uharibifu. Hata hivyo, ukubwa huu wa kimwili haukupimwa kando katika jaribio la sasa.

Matokeo yanayoungwa mkono moja kwa moja na utafiti

• Katika mfumo uliotafitiwa, plasma ya N₂ safi ilikuwa na ukali mdogo kwa buckwheat ya Tartary kuliko plasma ya O₂ safi.
• Matibabu ya N₂ safi ya sekunde 45 hayakuathiri vibaya kwa kiwango cha maana uotaji au ukuaji wa awali wa miche.
• Matibabu ya N₂ safi ya sekunde 90 yalipunguza uotaji wa mwisho kwa chini ya %10 lakini hayakuathiri kwa kiwango cha maana urefu wa miche au biomasi.
• Plasma ya O₂ safi ilipunguza uotaji wa mwisho kwa zaidi ya %20 hata kwa sekunde 45.
• Matibabu ya O₂ safi ya sekunde 90 yalihusishwa na kupungua kwa takriban %80 kwa uotaji wa mwisho.
• Kuongezeka kwa uwiano wa O₂ na kurefushwa kwa muda wa mfiduo kwa ujumla kulihusishwa na uotaji na ukuaji wa miche ulio mbaya zaidi.
• Mchanganyiko wa sekunde 90 wa %75 O₂ + %25 N₂ ulitoa wastani wa chini zaidi wa urefu wa miche na biomasi.
• Matibabu ya utupu yenyewe hayakuonyesha athari hasi ya maana kwa uotaji wa mwisho.

Ujumlishaji ambao utafiti hauungi mkono

• Haijaonyeshwa kwamba plasma ya N₂ ni salama kwa spishi zote za mimea na reakta zote za plasma.
• Haijaonyeshwa kwamba matibabu ya N₂ ya sekunde 45 huongeza mavuno ya shambani.
• Mafanikio ya plasma baridi katika uondoaji wa uchafuzi ya kuvu au bakteria hayakupimwa katika jaribio hili.
• Kwa kuwa kiasi cha ROS na RNS hakikupimwa, haijathibitishwa kwamba spishi mahususi tendaji ndizo sababu ya moja kwa moja ya mabadiliko ya kibaolojia yaliyoonekana.
• Jaribio linahusu tu uotaji na hatua ya awali ya miche; ukuaji wa mmea uliokomaa, mavuno na ubora wa bidhaa havikutathminiwa.
• Matokeo hayawezi kujumlishwa moja kwa moja kwa aina nyingine za buckwheat ya Tartary; chanzo kinasisitiza kwamba mwitikio wa mbegu unaweza kubadilika katika kiwango cha aina.
• Uwezekano wa kiuchumi au kibiashara wa hali moja ya plasma ya maabara katika kilimo haujaonyeshwa na jaribio hili.

Mahitaji ya utafiti wa baadaye

Mwandishi anasema kwamba tafiti zijazo zinapaswa kutathmini michanganyiko ya gesi si kwa uotaji pekee bali pia kwa ufanisi wa uondoaji wa uchafuzi. Aidha, buckwheat ya Tartary iliyotibiwa kwa plasma inahitaji kufuatiliwa kwa muda mrefu zaidi na hasa katika majaribio ya shambani.

Mbinu hii ni muhimu kwa sababu matibabu bora ya plasma ya mbegu yanapaswa kutathminiwa si tu kwa uwezo wake wa kuzima vijidudu, bali kwa kufanya hivyo huku yakihifadhi uhai wa mbegu na ukuaji wa baadaye wa mmea. Utafiti wa sasa unaonyesha kwamba tatizo hili la uboreshaji hutegemea sana muundo wa gesi na muda wa mfiduo.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Kichwa asili: Effect of nitrogen and oxygen low-pressure cold plasma and their mixtures on the germination and early seedling growth of Tartary buckwheat

Mwandishi: Jure Mravlje.

Mwandishi wa mawasiliano: Jure Mravlje.

Taasisi: Department of Biology, Biotechnical Faculty, University of Ljubljana, Ljubljana, Slovenia; Department of Surface Engineering, Jožef Stefan Institute, Ljubljana, Slovenia.

Jarida: Acta Biologica Slovenica.

Taarifa ya uchapishaji: 2026, 69(1), 106–115.

Mchapishaji: University of Ljubljana Press na Biological Society of Slovenia; jarida linachapishwa na University of Ljubljana, Biotechnical Faculty.

DOI: 10.14720/abs.69.1.23667

Kiungo rasmi: https://doi.org/10.14720/abs.69.1.23667

Aina ya makala: Original Research; makala ya majaribio ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu wenza.

Iliwasilishwa: 18 Agosti 2025. Ilikubaliwa: 16 Januari 2026. Ilichapishwa: 16 Januari 2026.

Leseni: Creative Commons Attribution–ShareAlike (CC BY-SA).

Ufadhili: Slovenian Research and Innovation Agency (ARIS); vikundi vya programu P1-0212 Plant Biology na P2-0082 Thin-film Structures and Plasma Surface Engineering pamoja na mradi J1-3014.

Upatikanaji wa data: Imeripotiwa kuwa data ya utafiti inapatikana kwenye Zenodo kwa DOI https://doi.org/10.5281/zenodo.18246860

Mgongano wa maslahi: Mwandishi aliripoti kutokuwepo kwa mgongano wa maslahi.

Michango ya mwandishi: Jure Mravlje; aliripotiwa kuwajibika kwa uundaji wa dhana, metodolojia, uchanganuzi rasmi na utafiti, rasilimali, uratibu wa data, uandishi wa rasimu ya awali, mapitio/uhariri na uwasilishaji wa picha.

Dokezo la chanzo kuhusu idadi ya sampuli: Maandishi yanaripoti kuwa kulikuwa na matibabu 10 hai ya CP pamoja na udhibiti na udhibiti wa utupu na kwamba nafaka 120 zilitumika kwa kila kundi, huku yakitoa jumla ya jaribio kama nafaka 1200. Thamani 1200 inalingana tu na jumla ya \(10\times120\) kwa makundi 10 hai ya CP. Chanzo hakielezi kando tofauti hii ya kuhesabu.

Dokezo la chanzo kuhusu shinikizo: Mbinu ya reakta inaripoti katika sentensi moja shinikizo la 50 Pa na shinikizo la kufanya kazi la takriban 10 Pa. Kwa kuwa majukumu ya majaribio ya thamani hizi mbili hayajatenganishwa kando, hayakubadilishwa na Verianla.

Kikomo kikuu cha kimetodolojia: Matokeo yanahusu uotaji wa maabara na ukuaji wa awali wa miche. Ukuaji wa muda mrefu wa mimea, mavuno ya shambani, ufanisi wa uondoaji wa uchafuzi na utendaji chini ya aina/reakta tofauti vinahitaji kuthibitishwa kando.