Ultraschall-Priming von Saatgut: Beschallung verbessert die Keimung

Die Ultraschallvorbereitung von Saatgut und Körnern führt zu einer vollständigeren und schnelleren Keimung und zu höheren Ernteerträgen. Durch die Ultraschallbehandlung wird die Samenschale perforiert und die Aufnahme von Wasser, Nährstoffen und Sauerstoff in die Samenkörner verbessert. Die Ultraschallimprägnierung von Saatgut ist eine einfache und kostengünstige Methode, um die Keimungsrate und die Geschwindigkeit der Keimlinge zu verbessern.

Ultraschall verbessert die Saatgutkeimung

Beim Priming wird das Saatgut vorbehandelt, um die Keimung der Sämlingen zu verkürzen. Für die Vorverhandlung gibt es verschiedene Priming-Methoden wie z.B. das osmotische Priming, Hydropriming und Ultraschall-Priming. Ziel dieser Methoden ist es, Keimungsprozesse in ihrem Frühstadium in Gang zu setzenn. Das Ultraschall-Priming ist eine sehr vorteilhafte Methode der Saatgutaufbereitung, da die Ultraschallmethode schnell, energie- und wassersparend ist.
Gekeimtes Saatgut, das die ersten Keimvorgänge abgeschlossen hat, weist einen höheren Keimungsprozentsatz und eine schnellere Auflaufzeit (die Zeit, die das Saatgut benötigt, um über die Bodenoberfläche hinauszuwachsen), eine höhere Auflaufrate (die Anzahl der Samen, die es an die Oberfläche schaffen) und ein besseres Wachstum auf, was darauf hindeutet, dass der Vorsprung ihnen hilft, ein gutes Wurzelsystem zu bilden und schneller zu wachsen. Diese Methode kann für die Landwirte von Nutzen sein, weil sie dadurch Geld, Arbeit und Zeit für Düngemittel, Nachsaat und schwache Pflanzen sparen.
Dieses Verfahren sorgt auch für eine gleichmäßigere Keimung der behandelten Samen. Zudem kann die Keimfähigkeit über einen weiteren Temperaturbereich ermöglicht und die Krankheitsinzidenz des Saatguts verringert werden.

Das Ultraschall-Priming verbessert den Keimungsprozentsatz des Saatguts, den Vitalitätsindex (SVI) sowie die Wurzel- und Sprosslänge der Sämlinge. Der Prozess der Beschallung und Grundierung verstärkt die Aufnahme von Wasser und/oder anderen nützlichen Substanzen in das Samenkorn. Außerdem aktivieren die Ultraschallwellen enzymatische und andere biologische Reaktionen in der Pflanzenzelle, was zu einer schnelleren und gleichmäßigeren Keimung führt. Selbst schwache Samen/Körner können aktiviert werden, so dass der Gesamtertrag der Aussaat verbessert wird.

Vertikutierung und Saatgutkeimung

Die Vertikutierung ist entscheidend für Samen mit einer harten, undurchlässigen Hülle, die den Wasser- und Gasaustausch behindert und damit die Keimung verzögert. Zu den herkömmlichen Methoden gehören die mechanische, thermische und chemische Vertikutierung, die jeweils darauf abzielen, die Samenschale durchlässiger für Wasser und Gase zu machen. Die Sonikation als innovative Auflockerungsmethode nutzt Ultraschallwellen, um ähnliche, wenn nicht sogar bessere Ergebnisse zu erzielen.

Mechanismen von Leistungsultraschall auf Saatgut und Saatgutgrundierung

• Kavitation in Wasser:
  – Ultraschallwellen in Wasser verursachen Kavitation, ein Phänomen, bei dem Mikrobläschen entstehen. Diese Blasen kollabieren und erzeugen einen lokalen mechanischen Druck.
  – Dieser Druck wirkt auf die Samenschale und verursacht eine mechanische Zerrüttung.
• Bildung von Mikroporen und Mikrorissen:
  – Durch den mechanischen Druck der Kavitation entstehen Mikroporen und Mikrorisse in der Samenschale.
  – Diese Mikroporen und Risse erhöhen die Durchlässigkeit der Samenschale, so dass mehr Wasser und Sauerstoff eindringen können.
• Verbesserte Wasseraufnahme und Sauerstoffverfügbarkeit

  1. Erhöhte Porosität:
  – Studien haben gezeigt, dass die Beschallung die Porosität von Samen, wie z. B. Mungobohnen, erhöht, wodurch sie aufnahmefähiger für Wasser und Sauerstoff werden.
  – Die verbesserte Wasseraufnahme führt zu einer besseren Hydratation des Samengewebes, die für die Aktivierung der für die Keimung erforderlichen Stoffwechselprozesse unerlässlich ist.

  2. Verbesserter Sauerstoffeintrag:
  – Die erhöhte Gasdurchlässigkeit stellt sicher, dass der sich entwickelnde Embryo ausreichend Sauerstoff erhält, der für die Zellatmung während der Keimung entscheidend ist.

• Verstärkte enzymatische Aktivität

  1. Hydratation und Enzymaktivierung:
  – Die verbesserte Hydratation durch die erhöhte Wasseraufnahme aktiviert verschiedene Enzyme, die an der Keimung beteiligt sind.
  – Insbesondere die Aktivität der Alpha-Amylase ist deutlich erhöht, die für die Hydrolyse von Stärke in Zucker und damit für die Energieversorgung des wachsenden Keimlings entscheidend ist.

  Verbesserte Keimungsresultate

  1. Höherer Prozentsatz der Keimung:
  – Die kombinierte Wirkung von erhöhter Wasser- und Sauerstoffverfügbarkeit und gesteigerter enzymatischer Aktivität führt zu einem höheren Prozentsatz an erfolgreich keimenden Samen.
  – Forschungen haben ergeben, dass die Beschallung die Keimungsrate bei verschiedenen Pflanzenarten verbessert.
  2. Schnellere Keimungsgeschwindigkeit:
  – Die Beschallung erhöht nicht nur den Prozentsatz der gekeimten Samen, sondern beschleunigt auch den Keimungsprozess.
  – Die schnellere Hydratation und die Aktivierung der Enzyme ermöglichen einen schnelleren Übergang von der Saat zum Keimling.

Die Beschallung begünstigt die Keimung des Saatguts erheblich, indem sie die Wasser-, Sauerstoff- und Nährstoffaufnahme verbessert, die Enzymaktivitäten ankurbelt und damit sowohl die Geschwindigkeit als auch die Erfolgsquote der Keimung erhöht.

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

Wie funktioniert das Ultraschall-Priming von Saatgut?

Das Ultraschall-Priming der Samen führt zu einer vollständigeren und schnellere Keimung. Diese Ergebnisse werden durch folgende Ultraschall-Effekte erzielt:

• Ultraschall erhöht die Porosität des Samens durch akustische Kavitation. Dadurch wird die Aufnahme von Wasser und Sauerstoff in die Pflanzenzellen verbessert (Ultraschall-Hydropriming / Quellen).
• Ultraschall erhöht die Aufnahme von Nährstoffen und Düngemittel in die Samen.
• Ultraschall-Priming verbessert den Stoffaustausch: das zusätzlich absorbierte Wasser reagiert frei mit dem Pflanzenembryo. Dabei wird Gibberellinsäure freigesetzt und erhöht die Stoffwechselrate in den Aleuronzellen.
• Die Beschallung schließt Zellwände auf und unterstützt dadurch die Freisetzung von Nährstoffen aus dem Endosperm. (Miano et al. 2015)
• Ultraschall aktiviert enzymatische und anderen biologische Reaktionen.

Die Beschallung von Saatgut fördert die Keimung und erhöht den Ernteertrag. Neben Getreide- und Obstsaatgut wurde das Ultraschall-Priming auch für Blumensamen (Orchideen, Lotus, Calanthe) erfolgreich getestet. Ultraschall verbessert die Durchlässigkeit der Zellwände, so dass die Samen eine deutlich höhere Wasser- und Nährstoffaufnahme (z.B. Düngemittel) zeigen.
Auch die Quellzeit von weißen Bohnen, Kichererbsen und Sorghum wurde durch den Einsatz von Ultraschall deutlich reduziert.

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

Ultraschall-Systeme für das Saatgut-Priming

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Vorteile der Hielscher Sonicators für die Saatgutbefruchtung:

• niedrige Kosten
• wassersparend
• schnelle Verarbeitung
• niedriger Energieverbrauch
• einfacher & sicherer Betrieb

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