Aplikace nízkoteplotního plazmatu na ošetření semen obilovin

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá využitím dielektrického bariérového výboje (DBD) jako zdroje nízkoteplotního plazmatu pro inaktivaci fytopatogenní mikroskopické houby Fusarium avenaceum. Tento druh plísně patří mezi významné patogeny obilnin, zejména ovsa, a je známý produkcí mykotoxinů, které ohrožují nejen kvalitu úrody, ale i zdraví člověka a zvířat. Teoretická část práce se věnuje základním principům fyziky plazmatu, vlastnostem DBD výboje, mechanismům antimikrobiálního působení plazmatu, a především aplikacím DBD při inaktivaci mikroorganismů. Dále je podrobně popsán mechanismus účinku plazmatu na spory a hyfy rodu Fusarium, včetně působení reaktivních částic a UV záření. V experimentální části byl využitý zdroj plazmatu s DBD reaktorem generující nízkoteplotní plazma za atmosférických podmínek. Postupně se sledoval vliv plazmatu na klíčivost a vitalitu obilnin pšenice, žita a ovsa. U všech vybraných obilnin byl pozorován trend, kdy s rostoucí dobou expozice rostl i vliv na růstové parametry a celkovou klíčivost semen. V další části experimentu byly spory Fusárium avenaceum naočkované na semena ovsa a následně byly vystaveny působení plazmatu po stanovenou dobu. Účinnost dekontaminace byla hodnocena na základě množství vyklíčených spor na živném médiu. Získané výsledky ukazují, že plazma má signifikantní inhibiční účinek na růst Fusarium avenaceum. V závislosti na délce expozice bylo dosaženo výrazné redukce klíčivosti spor. Výsledky potvrzují potenciál využití DBD plazmatu jako bezkontaktní a chemicky šetrné metody pro dekontaminaci osiv a potravinových substrátů v zemědělství.This bachelor’s thesis focuses on the use of dielectric barrier discharge (DBD) as a source of low-temperature plasma for the inactivation of the phytopathogenic microscopic fungus Fusarium avenaceum. This species of mold is significant pathogen of cereal crops, particularly oats, and is known for production of mycotoxins that threaten not only crop quality but also human and animal health. The theoretical part of the thesis addresses the basic principles of plasma physics, the properties of DBD discharge, the mechanisms of antimicrobial effect of plasma, and especially the applications of DBD in inactivation of microorganisms. It also provides a detailed description of the mechanism by which plasma affects spores and hyphae of the Fusarium genus, including the effects of reactive species and UV radiation. In the experimental part, a plasma source with a dielectric barrier discharge reactor was used, generating low-temperature plasma under atmospheric conditions. The influence of plasma on the germination and vitality of cereal grains, specifically wheat, rye, and oats, was systematically investigated. For all selected cereals, a trend was observed in which the effect on growth parameters and overall germination increased with longer exposure times. In the subsequent part of the experiment, spores of Fusarium avenaceum were inoculated onto oat seeds and then exposed to plasma for the selected exposure times. The decontamination efficiency was evaluated based on the number of germinated spores on nutrient media. The obtained results show, that plasma has a significant inhibitory effect on the growth of Fusarium avenaceum. Depending on the duration of exposure, a notable reduction in spore germination was achieved. The results confirm the potential of using DBD plasma as a noncontact and chemically gentle method for the decontamination of seeds and food substrates in agriculture.