Ultrazvučni priming i klijanje
- Ultrazvučni priming sjemena koristan je tehnički postupak prije sjetve za nadoknadu vode i hranjivih tvari u sjemenu i za stimulaciju klijanja.
- Ultrazvučna obrada (sonikacija) učinkovita je tehnika za prekidanje dormantnosti sjemena i poboljšanje karakteristika klijanja.
- Hielscher ultrazvučna oprema može se precizno kontrolirati za pouzdan ishod klijanja sjemena i primingа.
Ultrazvučni priming sjemena, klijanje i proklijavanje
Ultrazvučni priming sjemena odnosi se na postupak obrade sjemena ultrazvučnim valovima na oko 20 kHz u vodi ili drugim prikladnim hranjivim otopinama radi poboljšanja njihova klijanja i ranog rasta. Brzo klijanje i nicanje klijanaca presudni su faktori za uspješno uspostavljanje biljaka i usjeva. Prekidanje dormantnosti i stimulacija klijanja važni su za razmnožavanje i ranu proizvodnju sadnica biljaka. Ultrazvučna obrada sjemena u vodi, hranjivoj otopini ili osmotiku poboljšava stopu i brzinu klijanja te pokazuje veći postotak klijanja nego neobrađeno sjeme.
Sonicirana leća (40Ws/g s UP200St) u usporedbi s lećom koja nije ultrazvučno obrađena: Ultrazvučno obrađena leća pokazuje veću stopu klijanja i duže izdanke.
Prednosti ultrazvučnog primingа sjemena
Intenzivni ultrazvuk od oko 20kHz ima značajan utjecaj na sjemenku ljusku, kao i na prijenos mase i unutarstanične procese. U nastavku možete pronaći detalje o glavnim učincima ultrazvučne obrade (sonikacije) na sjeme i s tim povezanim prednostima.
- Povećana stopa klijanja: Ultrazvučni priming sjemena može poboljšati stope klijanja sjemena razgradnjom dormantnosti sjemena, povećanjem unosa vode i aktiviranjem enzima koji potiču rast sjemena. Naime, ultrazvučna obrada (sonikacija) može aktivirati enzime unutar sjemena koji su odgovorni za razgradnju pohranjenih hranjivih tvari i pokretanje klijanja.
- Povećan unos vode: Ultrazvučna obrada (sonikacija) može perforirati sjemenku ljusku i stanične stijenke, tako da sjeme nakon toga može povećati svoju propusnost za vodu i poboljšati unos vode i hranjivih tvari. To daje primiranom sjemenu prednost, posebno u suhom tlu ili tlu siromašnom hranjivim tvarima.
- Ubrzano nicanje klijanaca: Ultrazvučna obrada sjemena za priming može skratiti vrijeme potrebno da klijanci niknu iz tla, što može biti osobito korisno u situacijama u kojima je poželjno brzo uspostavljanje usjeva. Razgradnjom sjemenke ljuske i poboljšanjem propusnosti za vodu, potičući bubrenje i klijanje sjemena, ultrazvuk može prekinuti dormantnost sjemena.
- Poboljšan rast klijanaca: Ultrazvučni priming sjemena može stimulirati rast klijanaca poticanjem razvoja korijena, stabljika i listova. To može rezultirati jačim, zdravijim biljkama s boljim prinosima.
- Poboljšana tolerancija klijanaca na stres: Ultrazvučni priming sjemena povećava sposobnost klijanaca da izdrže stresore iz okoliša poput suše, saliniteta i visokih temperatura.
- Smanjen mortalitet klijanaca: Ultrazvučni priming sjemena može smanjiti stope mortaliteta klijanaca poticanjem ujednačenog klijanja i ranog rasta, što može pomoći u sprječavanju gubitka klijanaca zbog neujednačenog nicanja ili slabog rasta.
Zahvaljujući tim pozitivnim učincima, ultrazvučno induciran priming sjemena i klijanje poboljšavaju kvalitetu i količinu usjeva, što vodi uspješnijem klijanju, smanjuje troškove proizvodnje i povećava održivost u poljoprivredi.
Ultrazvučni uređaji poput industrijskog UIP6000hdT koriste se za inline ultrazvučni priming sjemena, uključujući hidropriming, osmopriming i halopriming.
- ujednačeno i brzo klijanje
- viši indeks vitalnosti sjemena
- duži korijeni i izdanci
- povećana aktivnost α-amilaze
- veća otpornost
- povećana hidratacija
- obogaćivanje hranjivim tvarima
- skraćeno vrijeme između sjetve i nicanja klijanaca
Snimke sjemena uročnjaka (Arabidopsis) dobivene skenirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM).
a–c Sjeme izloženo ultrazvučnoj obradi (sonikaciji) na 24°C tijekom 30sec.
d, e suho sjeme, f, g sjeme stavljeno u vodu na 4 dana na 4°C,
h, i, proklijalo sjeme.
Slike i studija: ©Lopez-Ribera et al. 2017
Ultrazvučni priming
Priming sjemena u osmoticima poput manitola, polietilenglikola (osmopriming), slanih otopina (npr. CaCl2, NaCl ili CaSO4) (halopriming) i u vodi (hidropriming) može se lako poboljšati primjenom ultrazvučnih valova. Ultrazvučno izazvana fragmentacija ljuske, perforacija i povećanje veličine pora sjemena dovode do većeg kapaciteta zadržavanja vode i hranjivih tvari u sjemenu i zrnu, što rezultira poboljšanom hidratacijom. Ultrazvučna obrada (sonikacija) poboljšava prijenos mase između sjemena i okolne otopine, čime se postiže povećan unos otopine (tj. vode, hranjivih tvari itd.) u sjeme. Ultrazvučno potpomognut priming ekonomična je, jednostavna i sigurna tehnika za povećanje sposobnosti sjemena za osmotsko prilagođavanje te za poboljšanje klijanja sjemena, uspostavljanja klijanaca i proizvodnje usjeva u uvjetima stresa.
Nadalje, ultrazvučna obrada uzrokuje modifikaciju endosperma, poput razgradnje škroba ultrazvučnom obradom, što povećava brzinu enzimski kataliziranih reakcija hidrolize unutar sjemena. Povećana aktivnost enzima i hidroliza ubrzavaju klijanje i rast embrija kao rezultat ultrazvučne obrade.
Saznajte više o ultrazvučnom primingu ovdje!
Saznajte kako ultrazvučna obrada (sonikacija) poboljšava proizvodnju travnatog busena u roli!
Ultrazvučni uređaji za priming i klijanje sjemena
Hielscher Ultrasonics isporučuje ultrazvučnu opremu za poboljšani priming sjemena, uključujući hidropriming, osmopriming i halopriming. Kompaktni ultrazvučni uređaji za istraživanje i razvoj te laboratorijski rad omogućuju testiranje i utvrđivanje optimalnih ultrazvučnih procesnih parametara, dok se ultrazvučna oprema industrijske klase primjenjuje u obradi komercijalno prometovanog sjemena u velikim razmjerima, u praktičnoj i vrlo učinkovitoj ultrazvučnoj obradi primingom u protočnom načinu rada.
Da bi se klijanje sjemena poboljšalo ultrazvučnom obradom (sonikacijom), potrebni su precizno kontrolirani i podesivi ultrazvučni sustavi. Budući da se ultrazvučni valovi koriste za stimulaciju fizioloških aktivnosti biljnih stanica, intenzitet ultrazvučne obrade (sonikacije) mora se prilagoditi specifičnoj vrsti sjemena i kultivaru. Hielscher ultrazvučni sustavi mogu se podesiti na blage amplitude koje osiguravaju kavitaciju i/ili oscilacije potrebne za priming sjemena radi optimalnog klijanja i vitalnosti. Obrada sjemena može se primijeniti u šaržnom, kao i u kontinuiranom protočnom načinu rada. Širok spektar pribora omogućuje jednostavnu integraciju ultrazvuka u postojeće prostore.
Hielscher ultrazvučni sustavi povećavaju potencijal za visoku učinkovitost klijanaca nakon sjetve.
Ultrazvučni uređaj UP400St za priming sjemena u manjim šaržama u fazi istraživanja i razvoja. Ultrazvučna obrada rezultira bržim proklijavanjem, višim profilom hranjivih tvari i poboljšanom vitalnošću klijanaca.
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | klaster uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Literatura/Reference
- Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Application of Ultrasonic Waves as a Priming Technique for Accelerating and Enhancing the Germination of Barley Seed: Optimization of Method by the Taguchi Approach. Journal of The Institute for Brewing Vol. 114, Issue1, 2008. 14-21.
- Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): The Effect of Botanical Extracts Obtained through Ultrasound-Assisted Extraction on White Head Cabbage (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) Seedlings Grown under Controlled Conditions. Sustainability 2020, 12, 1871.
- Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Effect of ultrasonic pre-treatment on water absorption characteristics of chickpeas (Cicer arietinum). Latin American applied research 43, 2013. 153-159.
- Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Impacts of Ultrasonic Waves on Seeds: A Mini-Review. Agri Res & Tech Volume 6 Issue 3 – April 2017.
Činjenice vrijedne znanja
Klijanje
Klijanje sjemena opisuje razvoj i rast biljke iz sjemena. Proces klijanja rezultira formiranjem klijanca, što uključuje metaboličke procese kao i nicanje korjenčića i pupoljka. Potpuno razvijeno sjeme sadrži embrij i hranjive tvari zatvorene u sjemenoj ljusci. U odgovarajućim uvjetima sjeme počinje klijati, a embrionalna tkiva nastavljaju rasti i razvijaju se prema klijancu. Najvažniji faktori za klijanje sjemena su voda, kisik, temperatura i svjetlost.
Obrada prije sjetve
Revitalizacija sjemena (seed invigoration) tehnički je izraz koji opisuje korisne obrade primijenjene na sjeme nakon žetve, a prije sjetve, radi poboljšanja klijanja i rasta klijanaca. Za obradu sjemena prije sjetve koriste se različite metode radi povećanja klijanja i ujednačenosti rasta klijanaca. Primjene prije sjetve uključuju mehaničke obrade (npr. ultrazvučna obrada, tucanje, trljanje, skarifikacija), obradu vrućom ili kipućom vodom, obradu suhom toplinom, kemijsku obradu (npr. giberelinska kiselina/giberelin, sumporna kiselina) ili električnu obradu. Te se obrade sjemena primjenjuju s ciljem poboljšanja vitalnosti sjemena. Vitalnost sjemena je procjena kvalitete potencijalnog klijanja sjemena, nicanja na polju i sposobnosti skladištenja sjemena u uvjetima različitim od standardnog klijanja. Vitalnost sjemena mjeri se testiranjem vitalnosti sjemena.
Modifikacija endosperma
Endosperm je tkivo koje nastaje unutar sjemena većine cvjetnica nakon oplodnje. Okružuje embrij i osigurava ishranu u obliku škroba, iako može sadržavati i ulja i proteine. Endosperm se može enzimski modificirati, što je važan korak tijekom sladovanja ječma. Tijekom sladovanja uglavnom se koriste enzimi beta-glukanaze i endoproteaze za modificiranje škrobnog endosperma ječma.
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za primjene miješanja, disperzije, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskim, pilot i industrijskim razmjerima.
Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore od laboratorijskih do industrijskih veličina.