Ultraschall-Priming und Sprossenzucht

  • Die Ultraschall-Saatgutvorbereitung ist eine nützliche Technik vor der Aussaat, um die Samen mit Wasser und Nährstoffen zu versorgen und die Keimung zu fördern.
  • Die Beschallung ist ein wirksames Verfahren zum Aufbrechen der Keimruhe und zur Verbesserung der Keimfähigkeit.
  • Hielscher-Ultraschallgeräte lassen sich präzise steuern, um ein zuverlässiges Ergebnis bei der Saatgutkeimung und -vorbereitung zu erzielen.

Ultraschall-Saatgutvorbereitung, Keimung und Keimung

Unter Ultraschall-Saatgutbeimischung versteht man ein Verfahren zur Behandlung von Saatgut mit Ultraschallwellen bei ca. 20 kHz in Wasser oder anderen geeigneten Nährlösungen, um die Keimung und das frühe Wachstum zu fördern. Eine rasche Keimung und ein schnelles Auflaufen der Keimlinge sind entscheidende Faktoren für eine erfolgreiche Etablierung von Pflanzen und Nutzpflanzen. Das Durchbrechen der Keimruhe und die Stimulierung der Keimung sind wichtig für die Vermehrung und die frühe Produktion von Pflanzenkeimlingen. Die Ultraschallbehandlung von Saatgut in Wasser, Nährlösung oder Osmose verbessert die Keimungsrate und -geschwindigkeit und führt zu einem höheren Keimungsprozentsatz als bei unbehandeltem Saatgut.

Saatgutvorbereitung und Keimung mit Ultraschall: Mit Ultraschall gekeimte Linsen (40 Ws/g mit UP200St) im Vergleich zu nicht beschallten Linsen.

Beschallte Linsen (40Ws/g w/ UP200St) im Vergleich zu nicht beschallten Linsen: Die beschallten Linsen weisen eine höhere Geminierungsrate und längere Triebe auf.

 
 

Vorteile der Ultraschall-Saatgutbefruchtung

Intensiver Ultraschall von ca. 20 kHz hat erhebliche Auswirkungen auf die Samenschale sowie auf den Stoffaustausch und die intrazellulären Prozesse. Nachstehend finden Sie Einzelheiten zu den wichtigsten Auswirkungen der Beschallung auf das Saatgut und die damit verbundenen Vorteile.

  • Erhöhte Keimungsrate: Die Beschallung von Saatgut kann die Keimrate verbessern, indem sie die Keimruhe der Samen aufbricht, die Wasseraufnahme erhöht und Enzyme aktiviert, die das Wachstum der Samen fördern. Denn die Beschallung kann Enzyme im Saatgut aktivieren, die für den Abbau gespeicherter Nährstoffe verantwortlich sind und die Keimung einleiten.
  • Erhöhung der Wasseraufnahme: Durch die Beschallung können die Samenschale und die Zellwände perforiert werden, so dass das Saatgut anschließend seine Wasserdurchlässigkeit erhöhen und die Wasser- und Nährstoffaufnahme verbessern kann. Dies verschafft dem geprimten Saatgut vor allem in trockenen oder nährstoffarmen Böden einen Vorteil.
  • Beschleunigter Sämlingsaufgang: Die Ultraschallbehandlung zur Saatgutvorbereitung kann die Zeit verkürzen, die die Sämlinge brauchen, um aus dem Boden zu kommen, was besonders dann von Vorteil sein kann, wenn eine schnelle Etablierung der Kulturen gewünscht wird. Durch das Aufbrechen der Samenschale und die Verbesserung der Wasserdurchlässigkeit, die das Aufquellen und die Keimung der Samen fördert, kann Ultraschall die Keimruhe unterbrechen.
  • Verbessertes Wachstum der Sämlinge: Die Ultraschall-Saatgutvorbereitung kann das Wachstum der Sämlinge anregen, indem sie die Entwicklung von Wurzeln, Stängeln und Blättern fördert. Dies kann zu stärkeren, gesünderen Pflanzen mit besseren Erträgen führen.
  • Verbesserte Stresstoleranz der Sämlinge: Die Ultraschall-Saatgutvorbereitung erhöht die Fähigkeit der Sämlinge, Umweltstressoren wie Trockenheit, Salzgehalt und hohen Temperaturen zu widerstehen.
  • Geringere Sämlingssterblichkeit: Die Ultraschall-Saatgutvorbereitung kann die Sterblichkeitsrate von Sämlingen verringern, indem sie eine gleichmäßige Keimung und ein frühes Wachstum fördert, was dazu beitragen kann, den Verlust von Sämlingen aufgrund von ungleichmäßigem Auflaufen oder schlechtem Wachstum zu verhindern.

Aufgrund dieser positiven Effekte verbessert die ultraschallinduzierte Saatgutvorbereitung und -keimung die Qualität und Quantität des Ernteguts, was zu einer erfolgreicheren Keimung, einer Senkung der Produktionskosten und einer größeren Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft führt.

Ultraschallhomogenisatoren wie der industrielle UIP6000hdT werden für die Ultraschallgrundierung von Saatgut verwendet, einschließlich der Hydrogrundierung, Osmogrundierung und Halogrundierung.

Ultraschallgeräte wie der industrielle UIP6000hdT werden für die Inline-Ultraschall-Saatgutbeimischung verwendet, einschließlich Hydro-, Osmo- und Halo-Beimischung.

Auswirkungen der Keimung mit Ultraschall

  • gleichmäßige und schnelle Keimung
  • höherer Vitalitätsindex des Saatguts
  • längere Wurzeln und Sprossen
  • erhöhte α-Amylase-Aktivität
  • höherer Widerstand
  • erhöhte Hydratation
  • Nährstoffanreicherung
  • Verkürzung der Zeit zwischen Aussaat und Auflaufen der Keimlinge
SEM von ultraschallgekeimten Samen.

Rasterelektronenmikroskopische (SEM) Aufnahmen von Arabidopsis-Samen.
a-c Saatgut, das 30 Sekunden lang bei 24°C beschallt wurde.
d, e trockenes Saatgut, f, g Saatgut, das 4 Tage lang bei 4°C in Wasser gelegt wurde,
h, i, gekeimte Samen.
Bilder und Studie: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Ultraschallanreicherung

Ultraschallimprägnierung von Saatgut in einer Nährlösung zur Verbesserung der Keimung und der Vitalität der Sämlinge.Priming der Samen in Osmotika wie Mannitol, Polyethylenglykol (Osmopriming), Salzlösungen (z. B. CaCl2NaCl oder CaSO4) (Halopriming) und in Wasser (Hydropriming) kann durch die Anwendung von Ultraschallwellen leicht verbessert werden. Die durch Ultraschall hervorgerufene Fragmentierung der Schale, die Perforation und die Vergrößerung der Porengröße von Saatgut führen zu einem höheren Wasser- und Nährstoffrückhaltevermögen in Saatgut und Körnern und damit zu einer verbesserten Hydratation. Durch die Beschallung wird der Stoffaustausch zwischen dem Saatgut und der umgebenden Lösung verbessert, was zu einer erhöhten Aufnahme von Lösung (d. h. Wasser, Nährstoffe usw.) in das Saatgut führt. Die ultraschallunterstützte Befruchtung ist ein wirtschaftliches, einfaches und sicheres Verfahren zur Steigerung der osmotischen Anpassungsfähigkeit von Saatgut und zur Verbesserung der Keimung, der Etablierung von Sämlingen und der Pflanzenproduktion unter Stressbedingungen.
Darüber hinaus bewirkt die Ultraschallbehandlung eine Veränderung des Endosperms, wie z. B. den Stärkeabbau durch Beschallung, wodurch sich die Rate der enzymkatalysierten Hydrolysereaktionen in den Samen erhöht. Eine erhöhte Enzymaktivität und Hydrolyse beschleunigt die Keimung und das Embryowachstum als Ergebnis der Ultraschallbehandlung.
Lesen Sie hier mehr über die Grundierung mit Ultraschall!

Ultraschallgeräte zur Saatgutvorbereitung und Keimung

Hielscher-Ultraschallgeräte können über eine Browsersteuerung ferngesteuert werden. Die Beschallungsparameter können überwacht und exakt an die Prozessanforderungen angepasst werden.Hielscher Ultrasonics liefert Ultraschallgeräte für die verbesserte Saatgutbeizung, einschließlich Hydropriming, Osmopriming und Halopriming. Kompakt-Ultraschallgeräte für Forschung und Entwicklung sowie für das Labor ermöglichen die Erprobung und Festlegung der optimalen Ultraschall-Prozessparameter, während Ultraschallgeräte in Industriequalität bei der großtechnischen Behandlung von kommerziell gehandeltem Saatgut in einer komfortablen und hocheffizienten Durchfluss-Ultraschall-Priming-Behandlung eingesetzt werden.
Um die Keimung von Saatgut durch Beschallung zu verbessern, sind genau kontrollierbare und einstellbare Ultraschallsysteme erforderlich. Da Ultraschallwellen zur Stimulierung der physiologischen Aktivitäten der pflanzlichen Zellen eingesetzt werden, muss die Intensität der Beschallung an die jeweilige Saatgutart und -sorte angepasst werden. Hielscher-Ultraschallsysteme können auf milde Amplituden eingestellt werden, die die erforderliche Kavitation und/oder Oszillation liefern, um das Saatgut für eine optimale Keimung und Vitalität vorzubereiten. Die Saatgutbehandlung kann sowohl im Batch- als auch im Durchlaufverfahren erfolgen. Das breite Spektrum an Zubehör ermöglicht die einfache Integration des Ultraschalls in bestehende Anlagen.
Hielscher-Ultraschallsysteme erhöhen das Potenzial für hohe Keimlingsleistungen nach der Aussaat.

The UP400St is a 400W powerful ultrasonic homogenizer for seed priming, germination and sprouting.

Ultraschallgerät UP400St für die Saatgutvorbereitung in kleineren Chargen bei R&D-Stadium. Die Ultraschallbehandlung führt zu einer schnelleren Keimung, einem besseren Nährstoffprofil und einer verbesserten Vitalität der Keimlinge.

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In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:

Batch-VolumenDurchflussEmpfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml10 bis 200ml/minUP100H
10 bis 2000ml20 bis 400ml/minUP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l0,2 bis 4l/minUIP2000hdT
10 bis 100l2 bis 10l/minUIP4000hdT
15 bis 150 Liter3 bis 15 l/minUIP6000hdT
n.a.10 bis 100l/minUIP16000
n.a.größereCluster aus UIP16000

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Literatur

  • 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.
  • Machikowa T.; Kulrattanarak T.; Wonprasaid S. (2013): Effects of Ultrasonic Treatment on Germination of Synthetic Sunflower Seeds. World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Agricultural and Biosystems Engineering Vol:7, No:1, 2013.
  • Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Impacts of Ultrasonic Waves on Seeds: A Mini-Review. Agri Res & Tech Band 6 Ausgabe 3 – April 2017.

Wissenswertes

Keimung

Die Saatgutkeimung beschreibt die Entwicklung und das Wachstum einer Pflanze aus einem Samen. Der Keimungsprozess führt zur Bildung eines Keimlings, der Stoffwechselprozesse sowie das Entstehen von Keimwurzel und Keimblatt umfasst. Ein voll entwickelter Samen enthält einen Embryo und Nährstoffe, die in einer Samenschale eingeschlossen sind. Unter geeigneten Bedingungen beginnt der Samen zu keimen, und das embryonale Gewebe wächst weiter und entwickelt sich zu einem Keimling. Die wichtigsten Faktoren für die Keimung von Samen sind Wasser, Sauerstoff, Temperatur und Licht.

Behandlung vor der Aussaat

Saatgutbelebung ist der Fachbegriff für die Behandlung von Saatgut nach der Ernte, aber vor der Aussaat, um die Keimung und das Wachstum der Sämlinge zu verbessern. Für die Behandlung von Saatgut vor der Aussaat wurden verschiedene Methoden angewandt, um die Keimung und die Gleichmäßigkeit des Wachstums der Keimlinge zu verbessern. Zu den Anwendungen vor der Aussaat gehören mechanische Behandlungen (z. B. Ultraschall, Klopfen, Reiben, Vertikutieren), Behandlung mit heißem oder kochendem Wasser, trockene Wärmebehandlung, chemische Behandlung (z. B. Gibberellinsäure/Gibberellin, Schwefelsäure) oder elektrische Behandlung. Diese Behandlungen des Saatguts werden mit dem Ziel durchgeführt, die Vitalität des Saatguts zu verbessern. Die Saatgutvigor ist die Qualitätsbewertung der potenziellen Keimung, des Feldaufgangs und der Lagerfähigkeit des Saatguts unter anderen Bedingungen als der Standardkeimung. Die Vitalität des Saatguts wird durch Saatgut-Vigor-Tests gemessen.

Veränderung des Endosperms

Das Endosperm ist ein Gewebe, das im Inneren der Samen der meisten Blütenpflanzen nach der Befruchtung entsteht. Es umgibt den Embryo und liefert Nahrung in Form von Stärke, kann aber auch Öle und Proteine enthalten. Das Endosperm kann enzymatisch verändert werden, was ein wichtiger Schritt bei der Mälzen von Gerste. Bei der Mälzung werden vor allem die Enzyme Beta-Glucane und Endoproteasen verwendet, um das stärkehaltige Endosperm zu verändern.

Ultraschall-High-Shear-Homogenisatoren werden im Labor, Technikum, in der Pilotanlage sowie in der industriellen Produktion eingesetzt. Die Ultraschallbehandlung ist hocheffizient bei der Herstellung von langzeitstabilen Nanoemulsionen.

Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.


Hochleistungs-Ultraschall! Die Produktpalette von Hielscher deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Bench-top-Homogenisatoren bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.


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