Ultraschall-Priming von Saatgut: Wie Beschallung die Keimung verbessert

Das Ultraschall-Priming von Samen und Getreidekörnern führt zu einer vollständigeren und schnelleren Keimung sowie höheren Ernteerträgen. Die Ultraschallbehandlung perforiert die Testa (Samenschale) und erhöht die Aufnahme von Wasser, Nährstoffen und Sauerstoff in die Samenkörner. Das Ultraschall-Priming von Saatgut ist eine einfache, kostengünstige Methode, um den Keimungsanteil und die Keimungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Verbesserte Keimung durch Ultraschall

Priming ist eine Vorbehandlungsmethode zur Verkürzung der Keimungszeit. Verschiedene Verfahren wie osmotisches Priming, Hydropriming und Ultraschall-Priming wurden entwickelt, um die frühen Keimungsprozesse auszulösen. Ultraschall-Priming ist eine sehr vorteilhafte Methode zur Saatgutvorbereitung, da die Beschallung schnell, energiesparend und wassersparend ist.
Vorbehandelte Samen, die die ersten Keimungsprozesse abgeschlossen haben, weisen einen höheren Keimungsanteil, eine kürzere Auflaufzeit (die Zeit, bis die Keimlinge die Bodenoberfläche durchbrechen), eine höhere Auflaufzahl (die Anzahl der Keimlinge, die die Oberfläche erreichen) und ein besseres Wachstum auf. Dies deutet darauf hin, dass ihnen der zeitliche Vorsprung hilft, frühzeitig ein gutes Wurzelsystem auszubilden und schneller zu wachsen. Diese Methode kann für Landwirte nützlich sein, da sie Kosten, Arbeit und Zeit für Düngung, Nachsaat und die Versorgung schwacher Pflanzen spart.
Das Verfahren kann außerdem eine gleichmäßigere, einheitliche Keimung der behandelten Samen ermöglichen. Es kann auch die Keimung über einen größeren Temperaturbereich verbessern und das Auftreten von Krankheiten im Saatgut verringern.

Ultraschall-Priming verbessert den Keimungsanteil, den Saatgutvitalitätsindex (SVI) sowie die Wurzel- und Sprosslängen der Keimlinge. Die Beschallung und das Priming verstärken die Aufnahme von Wasser und/oder anderen förderlichen Substanzen in das Samenkorn. Darüber hinaus aktivieren die Ultraschallwellen enzymatische und andere biologische Reaktionen in der Pflanzenzelle, was zu einer schnelleren und gleichmäßigeren Keimung führt. Selbst schwache Samen oder Getreidekörner können aktiviert werden, sodass sich der Gesamtertrag der Aussaat verbessert.

Skarifizierung und Keimung

Die Skarifizierung ist entscheidend für Samen mit harten, undurchlässigen Schalen, die den Wasser- und Gasaustausch behindern und dadurch die Keimung verzögern. Zu den traditionellen Verfahren gehören die mechanische, thermische und chemische Skarifizierung, die jeweils darauf abzielen, die Samenschale für Wasser und Gase durchlässiger zu machen. Als innovative Skarifizierungsmethode nutzt die Beschallung Ultraschallwellen, um vergleichbare oder sogar bessere Ergebnisse zu erzielen.

Wirkmechanismen von Leistungsultraschall auf Samen und beim Saatgut-Priming

• Kavitation in Wasser:
  – Ultraschallwellen erzeugen in Wasser Kavitation, ein Phänomen, bei dem Mikrobläschen entstehen. Diese Bläschen kollabieren und erzeugen lokal mechanischen Druck.
  – Dieser Druck wirkt auf die Samenschale und bricht sie mechanisch auf.
• Bildung von Mikroporen und Mikrorissen:
  – Der durch Kavitation erzeugte mechanische Druck bildet Mikroporen und Mikrorisse in der Samenschale.
  – Diese Mikroporen und Risse erhöhen die Durchlässigkeit der Samenschale, sodass mehr Wasser und Sauerstoff eindringen können.
• Verbesserte Wasseraufnahme und Sauerstoffverfügbarkeit

  1. Erhöhte Porosität:
  – Studien haben gezeigt, dass die Beschallung die Porosität von Samen, beispielsweise Mungbohnen, erhöht und dadurch ihre Aufnahmefähigkeit für Wasser und Sauerstoff verbessert.
  – Die erhöhte Wasseraufnahme führt zu einer besseren Hydratisierung des Samengewebes, die für die Aktivierung der zur Keimung erforderlichen Stoffwechselprozesse unerlässlich ist.

  2. Verbesserter Sauerstoffzutritt:
  – Die erhöhte Gasdurchlässigkeit gewährleistet eine ausreichende Sauerstoffversorgung des sich entwickelnden Embryos, die für die Zellatmung während der Keimung entscheidend ist.

• Gesteigerte Enzymaktivität

  1. Hydratisierung und Enzymaktivierung:
  – Die durch die erhöhte Wasseraufnahme verbesserte Hydratisierung aktiviert verschiedene an der Keimung beteiligte Enzyme.
  – Insbesondere wird die Aktivität der Alpha-Amylase deutlich erhöht. Dieses Enzym ist entscheidend für die Hydrolyse von Stärke zu Zuckern, die dem wachsenden Keimling Energie liefern.

  Verbesserte Keimungsergebnisse

  1. Höherer Keimungsanteil:
  – Das Zusammenwirken der erhöhten Wasser- und Sauerstoffverfügbarkeit mit der gesteigerten Enzymaktivität führt dazu, dass ein höherer Anteil der Samen erfolgreich keimt.
  – Forschungsergebnisse zeigen, dass die Beschallung den Keimungsanteil bei verschiedenen Pflanzenarten verbessert.
  2. Höhere Keimungsgeschwindigkeit:
  – Die Beschallung erhöht nicht nur den Anteil gekeimter Samen, sondern beschleunigt auch den Keimungsprozess.
  – Die schnellere Hydratisierung und Enzymaktivierung ermöglichen einen schnelleren Übergang vom Samen zum Keimling.

Die Beschallung verbessert das Saatgut-Priming erheblich, indem sie die Aufnahme von Wasser, Sauerstoff und Nährstoffen erhöht, die Enzymaktivitäten steigert und dadurch sowohl die Geschwindigkeit als auch die Erfolgsquote der Keimung verbessert.

Eine längere Beschallung führt zu einer besseren Keimung der Calanthe-Hybriden. Je länger die Beschallung dauerte, desto schneller erfolgte die Sprossenbildung. Dies zeigt die positiven Auswirkungen der Ultraschallbehandlung auf die Keimung.
(Studie und Bild: ©Shin et al. 2011)

Wie funktioniert das Ultraschall-Priming von Saatgut?

Das Ultraschall-Priming von Samen und Getreidekörnern führt zu einer vollständigeren und schnelleren Keimung. Diese Ergebnisse werden durch die folgenden Ultraschalleffekte erzielt:

• Ultraschall erhöht durch akustische Kavitation die Porosität des Samens und verbessert dadurch die Wasseraufnahme und Sauerstoffverfügbarkeit (ultraschallgestütztes Hydropriming / Einweichen).
• Ultraschall erhöht die Aufnahme von Nährstoffen und Düngemitteln in die Samen.
• Ultraschall-Priming verbessert den Stofftransport: Das zusätzlich aufgenommene Wasser reagiert ungehindert und leicht mit dem Zellembryo. Dabei wird Gibberellinsäure freigesetzt, die die Geschwindigkeit der Stoffwechselprozesse in den Aleuronzellen erhöht.
• Die Beschallung unterstützt die Mobilisierung von Nährstoffen aus dem Endosperm durch das Aufbrechen der Zellmembran. (Miano et al. 2015)
• Ultraschall aktiviert enzymatische und andere biologische Reaktionen.

Die Beschallung fördert die Keimung von Getreidekörnern und Samen und erhöht den Ernteertrag. Neben Feldfrüchten und Obstaussaaten wurde das Ultraschall-Priming auch bei Blumensamen (Orchideen, Lotus, Calanthe) erfolgreich getestet. Die Ultraschallbehandlung erhöht die Durchlässigkeit der Zellwände, sodass die Samen deutlich mehr Wasser und Nährstoffe aufnehmen (z. B. Düngemittel).
Es wurde gezeigt, dass sich die Einweichzeit von Kichererbsen, Sorghum und weißen Bohnen durch die Beschallung deutlich verkürzen ließ.

Beschallte Linsen (40Ws/g mit UP200St) im Vergleich zu unbeschallten Linsen: Die beschallten Linsen weisen einen höheren Keimungsanteil und längere Sprosse auf.

Systeme für das Ultraschall-Priming von Saatgut

Nutzen Sie Ultraschallgeräte von Hielscher für ein verbessertes Saatgut-Priming! Hielscher Ultrasonics bietet verschiedene Ultraschallgeräte als Tischgeräte und Industrieanlagen für das Priming von Samen und Getreidekörnern an. Der Einsatz von Ultraschallgeräten von Hielscher beim Saatgut-Priming bietet vielfältige Vorteile. Erstens ermöglicht die präzise Steuerung von Ultraschallparametern wie Amplitude, Intensität und Dauer eine optimierte Behandlung, die auf bestimmte Saatgutarten und Bedingungen abgestimmt ist. Zweitens lassen sich alle erzielten Prozessergebnisse linear auf höhere Durchsätze skalieren.
Ob Sie Ihr Ultraschall-Priming-Verfahren im Labor testen und optimieren oder große Saatgutpartien im kontinuierlichen Durchlauf verarbeiten möchten: Hielscher bietet das ideale Ultraschallgerät für Ihre Anforderungen an die Saatgutbehandlung. Die Ultraschallgeräte von Hielscher sind auf Skalierbarkeit ausgelegt und können große Saatgutmengen effizient verarbeiten. Damit eignen sie sich sowohl für die Forschung als auch für kommerzielle Anwendungen. Die Geräte sind benutzerfreundlich, verfügen über intuitive Bedienelemente und eine robuste Konstruktion, die eine lange Lebensdauer und einen geringen Wartungsbedarf gewährleistet. Darüber hinaus ist die Beschallung ein nichtchemisches Verfahren und damit eine umweltfreundliche Möglichkeit zur Saatgutbehandlung. Sie reduziert den Bedarf an chemischen Skarifizierungsmitteln und trägt so zu einer nachhaltigen Landwirtschaft bei. Selbstverständlich können alle Ultraschallgeräte 24/7 betrieben werden.

Vorteile der Ultraschallgeräte von Hielscher für das Saatgut-Priming:

• Geringe Kosten
• Wassersparend
• Schnelle Verarbeitung
• Geringer Energieverbrauch
• Einfache und sichere Bedienung

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