Ultraheliga primeerimine ja idandamine

• Seemnete ultraheliga primeerimine on kasulik külvieelne meetod, mille abil varustatakse seemned veega ja toitainetega ning stimuleeritakse idanemist.
• Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on tõhus meetod seemnete puhkeseisundi katkestamiseks ja idanemisomaduste parandamiseks.
• Hielscheri ultraheliseadmeid saab täpselt juhtida, et seemnete idanemine ja primeerimine annaks usaldusväärse tulemuse.

Seemnete ultraheliga primeerimine, idanemine ja idandamine

Seemnete ultraheliga primeerimine tähendab protsessi, kus seemneid töödeldakse ultrahelilainetega sagedusel ligikaudu 20 kHz vees või muudes sobivates toitelahustes, et parandada nende idanemist ja varajast kasvu. Kiire idanemine ja tärkamine on taimede ja põllukultuuride eduka kujunemise kriitilised tegurid. Puhkeseisundi katkestamine ja idanemise stimuleerimine on olulised taimeseemikute paljunemise ja varajase tootmise jaoks. Seemnete ultraheli töötlus vees, toitelahuses või osmootikumis parandab idanemismäära ja -kiirust ning annab kõrgema idanemisprotsendi kui töötlemata seemned.

Ultraheliga töödeldud läätsed (40Ws/g, kasutades UP200St) võrreldes ultraheliga töötlemata läätsedega: ultraheliga töödeldud läätsedel on kõrgem idanemismäär ja pikemad võrsed.

Seemnete ultraheliga primeerimise eelised

Intensiivne ultraheli sagedusel ligikaudu 20kHz avaldab olulist mõju seemnekestale ning massiülekandele ja rakusisestele protsessidele. Allpool on üksikasjalikult kirjeldatud ultraheli töötluse peamisi mõjusid seemnetele ja nendega seotud eeliseid.

• Suurem idanemismäär: Seemnete ultraheliga primeerimine võib parandada idanemismäära, katkestades seemne puhkeseisundi, suurendades veeimavust ja aktiveerides ensüüme, mis soodustavad seemne kasvu. Sest ultraheli töötlus võib aktiveerida seemnes ensüüme, mis vastutavad talletatud toitainete lagundamise ja idanemise käivitamise eest.
• Suurem veeimavus: Ultraheli töötlus võib seemnekesta ja rakuseinu perforeerida, nii et seemne veeläbilaskvus võib seejärel suureneda ning vee ja toitainete omastamine paraneda. See annab primeeritud seemnetele eelise eriti kuivas või toitainetevaeses mullas.
• Kiirem tärkamine: Seemnete primeerimiseks mõeldud ultraheliravi võib lühendada aega, mis kulub seemikutel mullast tärkamiseks, mis võib olla eriti kasulik olukordades, kus soovitakse põllukultuuride kiiret kujunemist. Lagundades seemnekesta ja parandades veeläbilaskvust, soodustades seemnete paisumist ja idanemist, võib ultraheli seemne puhkeseisundi katkestada.
• Tugevam seemikute kasv: Seemnete ultraheliga primeerimine võib stimuleerida seemikute kasvu, soodustades juurte, varte ja lehtede arengut. Selle tulemuseks võivad olla tugevamad ja tervemad taimed parema saagikusega.
• Seemikute parem stressitaluvus: Seemnete ultraheliga primeerimine suurendab seemikute võimet taluda keskkonnastressoreid, näiteks põuda, soolsust ja kõrgeid temperatuure.
• Väiksem seemikute suremus: Seemnete ultraheliga primeerimine võib vähendada seemikute suremust, soodustades ühtlast idanemist ja varajast kasvu, mis aitab ennetada seemikute kadu ebaühtlase tärkamise või halva kasvu tõttu.

Nende positiivsete mõjude tõttu parandab ultraheliga esilekutsutud seemnete primeerimine ja idanemine põllukultuuride kvaliteeti ja kvantiteeti, mis viib eduka idanemiseni, vähendab tootmiskulusid ja suurendab põllumajanduse jätkusuutlikkust.

Harilik müürlooga (Arabidopsis) seemnete skaneeriva elektronmikroskoopia (SEM) pildid.
a–c Seeme, mida töödeldi ultrahelis temperatuuril 24°C 30sek.
d, e kuiv seeme, f, g vette asetatud seeme 4 päeva temperatuuril 4°C,
h, i, idanenud seemned.
Pildid ja uuring: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Ultraheliga primeerimine

Seemnete eelkäsitlust osmootikumides, nagu mannitool, polüetüleenglükool (osmoeelkäsitlus), soolalahused (nt CaCl₂, NaCl või CaSO₄) (haloeelkäsitlus) ja vees (hüdroeelkäsitlus) saab ultraheli lainete rakendamisega hõlpsasti parandada. Ultrahelist tingitud kesta killustumine, perforatsioon ja seemnete pooride suuruse suurenemine toovad kaasa seemnete ja terade suurema vee- ja toitainete sidumisvõime, mille tulemuseks on parem hüdratatsioon. Ultraheli töötlus (sonikeerimine) parandab massiülekannet seemne ja ümbritseva lahuse vahel, mille tulemusena suureneb lahuse (st vee, toitainete jne) omastamine seemnesse. Ultraheli abil toetatud eelkäsitlus on ökonoomne, lihtne ja ohutu meetod, millega suurendada seemnete osmootse kohanemise võimet ning parandada seemnete idanemist, tärkamist ja saagi tootmist stressitingimustes.
Lisaks põhjustab ultraheli töötlus endospermi modifikatsiooni, näiteks tärklise lagunemist sonikeerimise toimel, mis kiirendab ensüümkatalüüsitud hüdrolüüsireaktsioonide kiirust seemnetes. Ultraheli töötluse tulemusena suurenenud ensüümide aktiivsus ja hüdrolüüs kiirendavad idanemist ja embrüo kasvu.
Loe ultraheli eelkäsitluse kohta lähemalt siit!
Uuri, kuidas ultraheli töötlus (sonikeerimine) parandab rulluru tootmist!

Sonikaatorid seemnete eelkäsitluseks ja idandamiseks

Hielscher Ultrasonics pakub ultraheli seadmeid parema seemnete eelkäsitluse jaoks, sealhulgas hüdroeelkäsitlus, osmoeelkäsitlus ja haloeelkäsitlus. Kompaktsed sonikaatorid T&A ja laboritöö jaoks võimaldavad testida ja kindlaks määrata optimaalsed ultraheli protsessiparameetrid, samas kui tööstusliku klassi ultraheli seadmeid kasutatakse kaubanduslikult müüdavate seemnete suuremahuliseks töötlemiseks mugava ja väga tõhusa läbivoolulise ultraheli eelkäsitluse käigus.
Seemnete idanemise parandamiseks ultraheli töötluse (sonikeerimise) abil on vaja täpselt juhitavaid ja reguleeritavaid ultraheli süsteeme. Kuna ultraheli laineid kasutatakse taimerakkude füsioloogilise aktiivsuse stimuleerimiseks, tuleb ultraheli töötluse intensiivsus kohandada konkreetsele seemnetüübile ja sordile. Hielscheri ultraheli süsteeme saab seadistada õrnadele amplituudidele, mis tagavad kavitatsiooni ja/või võnkumise, mida on vaja seemnete eelkäsitluseks optimaalse idanemise ja elujõu saavutamiseks. Seemnete töötlust saab rakendada nii partiirežiimis kui ka pidevas vooluhulga režiimis. Laialdane lisatarvikute valik võimaldab ultraheli hõlpsasti integreerida olemasolevatesse ruumidesse.
Hielscheri ultraheli süsteemid suurendavad võimalusi taimede heaks arenguks pärast külvi.

Kirjandus/viited

• 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.
• Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): The Effect of Botanical Extracts Obtained through Ultrasound-Assisted Extraction on White Head Cabbage (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) Seedlings Grown under Controlled Conditions. Sustainability 2020, 12, 1871.
• 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.