Ultrazvukový priming a naklíčování

• Ultrazvukový priming osiva je užitečná předseťová technika, která semena doplní vodou a živinami a stimuluje klíčení.
• Sonikace je účinná technika k přerušení dormance semen a ke zlepšení klíčivostních vlastností.
• Ultrazvuková zařízení Hielscher lze přesně řídit pro spolehlivé výsledky klíčení a primingu osiva.

Ultrazvukový priming osiva, klíčení a naklíčování

Ultrazvukový priming osiva označuje proces, při kterém se semena ošetřují ultrazvukovými vlnami o frekvenci přibližně 20 kHz ve vodě nebo jiných vhodných živných roztocích s cílem zlepšit jejich klíčení a počáteční růst. Rychlé klíčení a vzcházení semenáčků jsou kritickými faktory pro úspěšné založení rostlin a plodin. Přerušení dormance a stimulace klíčení jsou důležité pro množení a ranou produkci semenáčků rostlin. Ultrasonikace semen ve vodě, živném roztoku nebo osmotiku zlepšuje míru a rychlost klíčení a semena vykazují vyšší procento klíčivosti než neošetřená semena.

Sonikovaná čočka (40Ws/g s UP200St) ve srovnání s nesonikovanou čočkou: Sonikovaná čočka vykazuje vyšší míru klíčení a delší výhonky.

Výhody ultrazvukového primingu osiva

Intenzivní ultrazvuk o frekvenci přibližně 20kHz má významný vliv na osemení i na přenos hmoty a intracelulární procesy. Níže najdete podrobnosti o hlavních účincích sonikace na semena a o souvisejících přínosech.

• Vyšší míra klíčení: Ultrazvukový priming osiva může zvýšit míru klíčení semen tím, že přeruší dormanci semen, zvýší příjem vody a aktivuje enzymy podporující růst semene. Sonikace totiž může aktivovat enzymy uvnitř semene, které jsou zodpovědné za rozklad zásobních živin a zahájení klíčení.
• Zvýšený příjem vody: Sonikace může perforovat osemení a buněčné stěny, takže semeno může následně zvýšit svou propustnost pro vodu a zlepšit příjem vody a živin. To dává primovaným semenům výhodu zejména v suché půdě nebo v půdě ochuzené o živiny.
• Rychlejší vzcházení semenáčků: Ošetření ultrazvukem pro priming osiva může zkrátit dobu, za kterou semenáčky vzejdou z půdy, což může být zvláště výhodné v situacích, kdy je žádoucí rychlé založení porostu plodin. Ultrazvuk může přerušit dormanci semen tím, že naruší osemení a zlepší propustnost pro vodu, čímž podpoří bobtnání a klíčení semen.
• Lepší růst semenáčků: Ultrazvukový priming osiva může stimulovat růst semenáčků podporou vývoje kořenů, stonků a listů. To může vést k silnějším a zdravějším rostlinám s vyššími výnosy.
• Vyšší odolnost semenáčků vůči stresu: Ultrazvukový priming osiva zvyšuje schopnost semenáčků odolávat environmentálním stresovým faktorům, jako je sucho, salinita a vysoké teploty.
• Nižší mortalita semenáčků: Ultrazvukový priming osiva může snížit míru úhynu semenáčků podporou rovnoměrného klíčení a počátečního růstu, což může pomoci předejít ztrátám semenáčků v důsledku nerovnoměrného vzcházení nebo slabého růstu.

Díky těmto pozitivním účinkům zlepšuje ultrazvukem indukovaný priming a klíčení osiva kvalitu i kvantitu plodin, což vede k úspěšnějšímu klíčení, snížení výrobních nákladů a vyšší udržitelnosti zemědělství.

Snímky semen Arabidopsis pořízené rastrovací elektronovou mikroskopií (SEM).
a–c semeno podrobené sonikaci při 24°C po dobu 30sec.
d, e suché semeno, f, g semeno umístěné ve vodě na 4 dny při 4°C,
h, i, naklíčená semena.
Snímky a studie: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Ultrazvukový priming

Priming semen v osmotikách, jako je manitol, polyethylenglykol (osmopriming), v solných roztocích (např. CaCl₂, NaCl nebo CaSO₄) (halopriming) a ve vodě (hydropriming) lze snadno zlepšit použitím ultrazvukových vln. Ultrazvukem indukovaná fragmentace obalu, perforace a zvětšení velikosti pórů semen vedou k vyšší schopnosti semen a zrn zadržovat vodu a živiny, což má za následek lepší hydrataci. Sonikace zlepšuje přenos hmoty mezi semenem a okolním roztokem, čímž se dosahuje zvýšeného příjmu roztoku (tj. vody, živin atd.) do semene. Ultrazvukem podporovaný priming je ekonomická, jednoduchá a bezpečná technika ke zvýšení schopnosti semen k osmotické adaptaci a ke zlepšení klíčení semen, uchycení semenáčků a produkce plodin ve stresových podmínkách.
Kromě toho ultrasonikace způsobuje modifikaci endospermu, například degradaci škrobu sonikací, což zvyšuje rychlost enzymově katalyzovaných hydrolytických reakcí v semenech. Zvýšená enzymová aktivita a hydrolýza urychlují v důsledku ultrazvukového ošetření klíčení a růst embrya.
Přečtěte si více o ultrazvukovém primingu!
Zjistěte, jak sonikace zlepšuje produkci travních koberců!

Sonikátory pro priming a klíčení osiva

Hielscher Ultrasonics dodává ultrazvuková zařízení pro zlepšený priming osiva, včetně hydroprimingu, osmoprimingu a haloprimingu. Kompaktní sonikátory pro výzkum a vývoj a laboratorní práci umožňují testovat a stanovit optimální parametry ultrazvukového procesu, zatímco ultrazvuková zařízení průmyslové třídy se uplatňují při velkoobjemovém ošetření komerčně obchodovaného osiva v pohodlném a vysoce účinném průtokovém ultrazvukovém primingu.
Aby bylo možné zlepšit klíčení osiva sonikací, jsou zapotřebí přesně řiditelné a nastavitelné ultrazvukové systémy. Protože se ultrazvukové vlny používají ke stimulaci fyziologických aktivit rostlinných buněk, musí být intenzita sonikace přizpůsobena konkrétnímu druhu osiva a kultivaru. Ultrazvukové systémy Hielscher lze nastavit na mírné amplitudy, které zajistí kavitaci a/nebo oscilaci potřebnou k primingu osiva pro optimální klíčení a vitalitu. Ošetření osiva lze provádět vsádkově i v kontinuálním průtokovém režimu. Široká nabídka příslušenství umožňuje snadnou integraci ultrazvuku do stávajících provozů.
Ultrazvukové systémy Hielscher zvyšují potenciál pro vysokou výkonnost semenáčků po zasetí.

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.