Ultralydspriming og spiring

• Ultralydspriming af frø er en nyttig teknik før såning, som tilfører frøene vand og næringsstoffer og stimulerer spiringen.
• Sonikering er en effektiv teknik til at bryde frøhvile og forbedre spiringsegenskaberne.
• Hielschers ultralydsudstyr kan styres præcist, så der opnås pålidelige resultater ved frøspiring og priming.

Ultralydspriming af frø, frøspiring og spiring

Ultralydspriming af frø betegner en proces, hvor frø behandles med ultralydsbølger ved ca. 20 kHz i vand eller andre egnede næringsopløsninger for at forbedre deres spiring og tidlige vækst. Hurtig spiring og fremspiring af kimplanter er afgørende faktorer for en vellykket etablering af planter og afgrøder. Brydning af frøhvile og stimulering af spiringen er vigtige for formering og tidlig produktion af kimplanter. Sonikering af frø i vand, en næringsopløsning eller et osmotikum forbedrer spiringsraten og spiringshastigheden og giver en højere spiringsprocent end hos ubehandlede frø.

Sonikerede linser (40Ws/g med UP200St) sammenlignet med ikke-sonikerede linser: De sonikerede linser viser en højere spiringsrate og længere skud.

Fordele ved ultralydspriming af frø

Intens ultralyd ved ca. 20kHz har en betydelig indvirkning på frøskallen samt på massetransporten og de intracellulære processer. Nedenfor finder du detaljer om sonikeringens vigtigste virkninger på frø og de tilhørende fordele.

• Øget spiringsrate: Ultralydspriming af frø kan forbedre frøenes spiringsrater ved at bryde frøhvilen, øge vandoptagelsen og aktivere enzymer, der fremmer frøenes vækst. Da sonikering kan aktivere enzymer i frøet, som er ansvarlige for at nedbryde oplagrede næringsstoffer og igangsætte spiringen.
• Øget vandoptagelse: Sonikering kan perforere frøskallen og cellevæggene, så frøet efterfølgende kan øge sin gennemtrængelighed for vand og forbedre optagelsen af vand og næringsstoffer. Dette giver primede frø en fordel, især i tør eller næringsfattig jord.
• Hurtigere fremspiring af kimplanter: Ultralydsbehandling til frøpriming kan reducere den tid, det tager for kimplanter at komme op af jorden, hvilket kan være særligt fordelagtigt i situationer, hvor hurtig etablering af afgrøder ønskes. Ved at nedbryde frøskallen og forbedre gennemtrængeligheden for vand, så frøenes opsvulmning og spiring fremmes, kan ultralyd bryde frøhvilen.
• Forbedret vækst hos kimplanter: Ultralydspriming af frø kan stimulere kimplanternes vækst ved at fremme udviklingen af rødder, stængler og blade. Dette kan resultere i stærkere, sundere planter med bedre udbytter.
• Forbedret stresstolerance hos kimplanter: Ultralydspriming af frø øger kimplanternes evne til at modstå miljømæssige stressfaktorer såsom tørke, saltholdighed og høje temperaturer.
• Reduceret dødelighed hos kimplanter: Ultralydspriming af frø kan reducere dødeligheden hos kimplanter ved at fremme ensartet spiring og tidlig vækst, hvilket kan bidrage til at forhindre tab af kimplanter på grund af uensartet fremspiring eller dårlig vækst.

På grund af disse positive virkninger forbedrer ultralydsinduceret frøpriming og spiring afgrødernes kvalitet og mængde, hvilket fører til mere vellykket spiring, reducerer produktionsomkostningerne og øger bæredygtigheden i landbruget.

Scanningelektronmikroskopiske (SEM) billeder af Arabidopsis-frø.
a–c Frø udsat for sonikering ved 24°C i 30sec.
d, e tørre frø, f, g frø lagt i vand i 4 dage ved 4°C,
h, i, spirede frø.
Billeder og undersøgelse: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Ultralydspriming

Priming af frø i osmotika såsom mannitol, polyethylenglycol (osmopriming), saltopløsninger (f.eks. CaCl₂, NaCl eller CaSO₄) (halopriming) og i vand (hydropriming) kan let forbedres ved anvendelse af ultralydsbølger. Ultralydsinduceret fragmentering og perforering af frøskallen samt forøgelse af frøenes porestørrelse fører til en større evne til at tilbageholde vand og næringsstoffer i frø og korn, hvilket resulterer i forbedret hydrering. Sonikering forbedrer massetransporten mellem frøet og den omgivende opløsning, hvilket medfører øget optagelse af opløsningen (dvs. vand, næringsstoffer osv.) i frøet. Ultralydsassisteret priming er en økonomisk, enkel og sikker teknik til at øge frøenes evne til osmotisk tilpasning og forbedre frøspiring, etablering af kimplanter og afgrødeproduktion under stressbetingelser.
Desuden medfører sonikering modifikation af endospermen, såsom nedbrydning af stivelse ved sonikering, hvilket øger hastigheden af enzymkatalyserede hydrolysereaktioner i frøene. Øget enzymaktivitet og hydrolyse fremskynder spiring og embryovækst som følge af ultralydsbehandlingen.
Læs mere om ultralydspriming her!
Læs, hvordan sonikering forbedrer produktionen af rullegræs!

Ultralydsapparater til frøpriming og spiring

Hielscher Ultrasonics leverer ultralydsudstyr til forbedret frøpriming, herunder hydropriming, osmopriming og halopriming. Kompakte ultralydsapparater til forskning og udvikling samt laboratoriearbejde gør det muligt at teste og fastlægge de optimale procesparametre for ultralyd, mens ultralydsudstyr til industriel brug anvendes til behandling af kommercielt handlede frø i stor skala med en praktisk og meget effektiv gennemstrømningsbehandling til ultralydspriming.
For at forbedre frøspiring ved sonikering kræves ultralydssystemer, som kan styres og justeres præcist. Da ultralydsbølger anvendes til at stimulere fysiologiske aktiviteter i planteceller, skal sonikeringens intensitet tilpasses den specifikke frøtype og sort. Hielschers ultralydssystemer kan indstilles til lave amplituder, der giver den kavitation og/eller oscillation, som kræves for at prime frø til optimal spiring og vitalitet. Frøbehandling kan udføres både batchvis og med kontinuerlig gennemstrømning. Det brede udvalg af tilbehør gør det let at integrere ultralyd i eksisterende faciliteter.
Hielschers ultralydssystemer øger potentialet for god udvikling af kimplanter efter såning.

Litteratur/referencer

• Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Anvendelse af ultralydsbølger som primingteknik til at fremskynde og forbedre spiringen af bygfrø: Optimering af metoden med Taguchi-tilgangen. Journal of The Institute for Brewing bind 114, nummer 1, 2008. 14–21.
• Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): Virkningen af planteekstrakter opnået ved ultralydsassisteret ekstraktion på kimplanter af hvidkål (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) dyrket under kontrollerede forhold. Sustainability 2020, 12, 1871.
• Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Virkningen af ultralydsforbehandling på kikærters (Cicer arietinum) vandoptagelsesegenskaber. Latin American applied research 43, 2013. 153–159.
• Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Ultralydsbølgers virkninger på frø: En kort oversigtsartikel. Agri Res & Tech bind 6, nummer 3 – April 2017.