Acondicionamiento ultrasónico y brotación

• El acondicionamiento ultrasónico de semillas es una técnica útil previa a la siembra para aportar agua y nutrientes a las semillas y estimular la germinación.
• La sonicación es una técnica eficiente para romper la dormancia de las semillas y mejorar sus características de germinación.
• Los equipos ultrasónicos de Hielscher permiten un control preciso para obtener resultados fiables en la germinación y el acondicionamiento de semillas.

Acondicionamiento ultrasónico, germinación y brotación de semillas

El acondicionamiento ultrasónico de semillas consiste en tratar las semillas con ondas ultrasónicas de aprox. 20 kHz en agua u otras soluciones nutritivas adecuadas para mejorar su germinación y crecimiento inicial. La germinación y la emergencia rápidas de las plántulas son factores fundamentales para el establecimiento satisfactorio de plantas y cultivos. La ruptura de la dormancia y la estimulación de la germinación son importantes para la multiplicación y la producción temprana de plántulas. La ultrasonicación de semillas en agua, una solución nutritiva o un agente osmótico mejora la tasa y la velocidad de germinación y proporciona un porcentaje de germinación mayor que el de las semillas sin tratar.

Lentejas sonicadas (40 Ws/g con UP200St) en comparación con lentejas no sonicadas: las lentejas sonicadas presentan una mayor tasa de germinación y brotes más largos.

Ventajas del acondicionamiento ultrasónico de semillas

Los ultrasonidos intensos de aprox. 20 kHz tienen un efecto significativo sobre la cubierta de las semillas, así como sobre la transferencia de masa y los procesos intracelulares. A continuación se detallan los principales efectos de la sonicación sobre las semillas y sus beneficios asociados.

• Mayor tasa de germinación: El acondicionamiento ultrasónico de semillas puede mejorar las tasas de germinación al romper la dormancia, aumentar la absorción de agua y activar las enzimas que favorecen el crecimiento de las semillas. Esto se debe a que la sonicación puede activar las enzimas presentes en la semilla que se encargan de descomponer los nutrientes almacenados e iniciar la germinación.
• Mayor absorción de agua: La sonicación puede perforar la cubierta de la semilla y las paredes celulares, lo que permite aumentar la permeabilidad de la semilla al agua y mejorar la absorción de agua y nutrientes. Esto proporciona una ventaja a las semillas acondicionadas, especialmente en suelos secos o pobres en nutrientes.
• Emergencia más rápida de las plántulas: El tratamiento ultrasónico para el acondicionamiento de semillas puede reducir el tiempo que tardan las plántulas en emerger del suelo, lo que puede resultar especialmente beneficioso cuando se desea un establecimiento rápido de los cultivos. Al descomponer la cubierta de la semilla y mejorar la permeabilidad al agua, favoreciendo la hinchazón y la germinación de las semillas, los ultrasonidos pueden interrumpir su dormancia.
• Mejor crecimiento de las plántulas: El acondicionamiento ultrasónico de semillas puede estimular el crecimiento de las plántulas al favorecer el desarrollo de raíces, tallos y hojas. Esto puede dar lugar a plantas más fuertes y sanas, con mejores rendimientos.
• Mayor tolerancia de las plántulas al estrés: El acondicionamiento ultrasónico de semillas aumenta la capacidad de las plántulas para resistir factores de estrés ambiental como la sequía, la salinidad y las altas temperaturas.
• Menor mortalidad de las plántulas: El acondicionamiento ultrasónico de semillas puede reducir las tasas de mortalidad de las plántulas al favorecer una germinación uniforme y el crecimiento inicial, lo que puede ayudar a evitar la pérdida de plántulas debida a una emergencia desigual o a un crecimiento deficiente.

Gracias a estos efectos positivos, el acondicionamiento y la germinación de semillas inducidos por ultrasonidos mejoran la calidad y la cantidad de los cultivos, favorecen una germinación más satisfactoria, reducen los costes de producción y aumentan la sostenibilidad de la agricultura.

Imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) de semillas de Arabidopsis.
a–c Semilla sometida a sonicación a 24 °C durante 30sec.
d, e semilla seca, f, g semilla colocada en agua durante 4 días a 4 °C,
h, i, semillas germinadas.
Imágenes y estudio: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Acondicionamiento ultrasónico

El acondicionamiento de semillas en agentes osmóticos como el manitol y el polietilenglicol (osmoacondicionamiento), en soluciones salinas (p. ej., CaCl₂, NaCl o CaSO₄) (haloacondicionamiento) y en agua (hidroacondicionamiento) puede mejorarse fácilmente mediante la aplicación de ondas ultrasónicas. La fragmentación y la perforación de la cubierta, así como el aumento del tamaño de los poros de las semillas inducidos por ultrasonidos, incrementan la capacidad de retención de agua y nutrientes de las semillas y los granos, lo que mejora su hidratación. La sonicación mejora la transferencia de masa entre la semilla y la solución circundante, con lo que aumenta la absorción de la solución (es decir, agua, nutrientes, etc.) por la semilla. El acondicionamiento asistido por ultrasonidos es una técnica económica, sencilla y segura para aumentar la capacidad de ajuste osmótico de las semillas y mejorar su germinación, el establecimiento de las plántulas y la producción de los cultivos en condiciones de estrés.
Además, la ultrasonicación provoca modificaciones del endospermo, como la degradación del almidón por sonicación, que aumentan la velocidad de las reacciones de hidrólisis catalizadas por enzimas dentro de las semillas. El aumento de la actividad enzimática y de la hidrólisis acelera la germinación y el crecimiento del embrión como resultado del tratamiento ultrasónico.
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Sonicadores para el acondicionamiento y la germinación de semillas

Hielscher Ultrasonics suministra equipos ultrasónicos para mejorar el acondicionamiento de semillas, incluidos el hidroacondicionamiento, el osmoacondicionamiento y el haloacondicionamiento. Los sonicadores compactos para I+D y trabajos de laboratorio permiten probar y establecer los parámetros óptimos del proceso ultrasónico, mientras que los equipos ultrasónicos de uso industrial se emplean en el tratamiento a gran escala de semillas comercializadas mediante un acondicionamiento ultrasónico en flujo, práctico y muy eficiente.
Para mejorar la germinación de las semillas mediante sonicación, se necesitan sistemas ultrasónicos que puedan controlarse y ajustarse con precisión. Dado que las ondas ultrasónicas se utilizan para estimular las actividades fisiológicas de las células vegetales, la intensidad de la sonicación debe adaptarse al tipo específico de semilla y al cultivar. Los sistemas ultrasónicos de Hielscher pueden configurarse con amplitudes bajas que proporcionan la cavitación y/o la oscilación necesarias para acondicionar las semillas y obtener una germinación y un vigor óptimos. El tratamiento de semillas puede realizarse tanto por lotes como en flujo continuo. La amplia gama de accesorios permite integrar fácilmente los ultrasonidos en las instalaciones existentes.
Los sistemas ultrasónicos de Hielscher aumentan el potencial de las plántulas para alcanzar un alto rendimiento después de la siembra.

Bibliografía/Referencias

• 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.
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• 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.