Stimulation of seed germination and plant growth by cold plasmas at atmospheric pressure
Stimulation de la germination des graines et de la croissance des plantes par plasmas froids à la pression atmosphérique
Résumé
This work is part of the convergence of the fields of plasma physics and plant biology. The objective of this thesis is to contribute answers to the mechanisms involved in the effects of cold plasmas at atmospheric pressure on the germination and development of plants. The plant model in plant biology Arabidopsis thaliana is used; by considering the reference genotype Col-0 and several of its mutants (gl2 and gpat5) in order to better highlight the effect of plasma, in particular on osmotic and saline stresses. For the direct treatment of seeds to promote germination, air plasmas are used. Indirect treatment for growth stimulation uses plasma-activated water (PAW) thanks to helium plasma jets. The results show a positive effect of the plasma treatment of air generated by a dielectric barrier discharge device on a floating electrode (FE-DBD) and also a corona device in ambient air. These direct treatments allow an increase in the germination rate but above all an increase in the speed of germination. Analysis of the seed permeability revealed a change in the seed surface due to a physical effect of the plasma on the surface. Analysis of the surface residues shows a change in lipid composition. This being strongly correlated with germination; these results allow the identification of an understanding track of the effects of plasmas on the germination of seeds. In a second part, the indirect treatment of plants with PAW has the effect of increasing the growth rate. The plasma creating a certain number of reactive species of oxygen and nitrogen (in particular nitrates and nitrites) acts as a fertilizer stimulating the growth of plants.
Ces travaux s'inscrivent à la convergence des domaines de la physique des plasmas et de la biologie végétale. L'objectif de cette thèse est de contribuer à apporter des réponses quant aux mécanismes impliqués dans les effets des plasmas froids à pression atmosphérique sur la germination et le développement des plantes. La plante modèle en biologie végétale Arabidopsis thaliana est utilisée ; en considérant le génotype de référence Col-0 et plusieurs de ses mutants (gl2 et gpat5) afin de mieux mettre en évidence l'effet du plasma notamment sur les stress osmotiques et salins. Pour le traitement direct des graines afin de favoriser la germination, les plasmas d'air sont utilisés. Le traitement indirect, servant à la stimulation de la croissance, utilise l'eau activée par plasma (PAW) grâce aux jets de plasma d'hélium. Les résultats montrent un effet positif du traitement au plasma d'air généré par un dispositif de décharge à barrière diélectrique sur électrode flottante (FE-DBD) et également un dispositif corona dans l'air ambiant. Ces traitements directs permettent une augmentation du taux de germination mais surtout une augmentation de la vitesse de germination. Une analyse de la perméabilité des graines a mis en évidence un changement à la surface des graines dû à un effet physique du plasma sur la surface. L'analyse des résidus de surface montre un changement en composition lipidique. Cela étant fortement corrélé avec la germination, ces résultats permettent la mise en évidence de piste de compréhension des effets des plasmas sur la germination des graines. Dans une seconde partie, le traitement indirect des plantes par le PAW a pour effet une augmentation de la vitesse de croissance. Le plasma créant un nombre certains d'espèces réactive de l'oxygène et de l'azote (notamment des nitrates et des nitrites) agit comme un engrais stimulant la croissance des plantes.
Origine : Version validée par le jury (STAR)