Préconditionnement et germination par ultrasons

• Le préconditionnement des semences par ultrasons est une technique utile avant le semis pour apporter de l’eau et des nutriments aux semences et stimuler leur germination.
• La sonication est une technique efficace pour lever la dormance des semences et améliorer leurs caractéristiques de germination.
• Les équipements à ultrasons Hielscher peuvent être contrôlés avec précision pour obtenir des résultats fiables lors de la germination et du préconditionnement des semences.

Préconditionnement, germination et développement des germes des semences par ultrasons

Le préconditionnement des semences par ultrasons consiste à traiter les semences avec des ondes ultrasonores à environ 20 kHz dans de l’eau ou d’autres solutions nutritives appropriées afin d’améliorer leur germination et leur croissance initiale. Une germination et une levée rapides sont des facteurs essentiels à la bonne implantation des plantes et des cultures. La levée de la dormance et la stimulation de la germination sont importantes pour la multiplication et la production précoce de jeunes plants. La sonication des semences dans de l’eau, une solution nutritive ou un milieu osmotique améliore le taux et la vitesse de germination et permet d’obtenir un pourcentage de germination supérieur à celui des semences non traitées.

Lentilles soniquées (40Ws/g avec UP200St) comparées à des lentilles non soniquées : les lentilles soniquées présentent un taux de germination supérieur et des pousses plus longues.

Avantages du préconditionnement des semences par ultrasons

Les ultrasons intenses à environ 20kHz ont un effet significatif sur le tégument des semences ainsi que sur le transfert de matière et les processus intracellulaires. Vous trouverez ci-dessous des précisions sur les principaux effets de la sonication sur les semences et les avantages qui en découlent.

• Augmentation du taux de germination : Le préconditionnement des semences par ultrasons peut améliorer leur taux de germination en levant leur dormance, en augmentant l’absorption d’eau et en activant les enzymes qui favorisent leur croissance. En effet, la sonication peut activer, à l’intérieur de la semence, les enzymes responsables de la dégradation des nutriments stockés et du déclenchement de la germination.
• Augmentation de l’absorption d’eau : La sonication peut perforer le tégument des semences et les parois cellulaires, ce qui augmente ensuite la perméabilité des semences à l’eau et améliore l’absorption d’eau et de nutriments. Cela confère un avantage aux semences préconditionnées, en particulier dans les sols secs ou appauvris en nutriments.
• Accélération de la levée : Le traitement par ultrasons pour le préconditionnement des semences peut réduire le temps nécessaire aux plantules pour émerger du sol, ce qui peut être particulièrement bénéfique lorsqu’une implantation rapide des cultures est souhaitée. En déstructurant le tégument des semences et en améliorant leur perméabilité à l’eau, ce qui favorise leur gonflement et leur germination, les ultrasons peuvent lever leur dormance.
• Amélioration de la croissance des plantules : Le préconditionnement des semences par ultrasons peut stimuler la croissance des plantules en favorisant le développement des racines, des tiges et des feuilles. Il peut ainsi produire des plantes plus robustes et plus saines, avec de meilleurs rendements.
• Amélioration de la tolérance des plantules au stress : Le préconditionnement des semences par ultrasons augmente la capacité des plantules à résister aux facteurs de stress environnementaux tels que la sécheresse, la salinité et les températures élevées.
• Réduction de la mortalité des plantules : Le préconditionnement des semences par ultrasons peut réduire le taux de mortalité des plantules en favorisant une germination uniforme et une croissance précoce, ce qui peut aider à prévenir les pertes de plantules dues à une levée irrégulière ou à une croissance insuffisante.

Grâce à ces effets positifs, le préconditionnement et la germination des semences induits par ultrasons améliorent la qualité et la quantité des récoltes, favorisent la réussite de la germination, réduisent les coûts de production et renforcent la durabilité de l’agriculture.

Images de semences d’Arabidopsis obtenues par microscopie électronique à balayage (MEB).
a–c Semence soumise à une sonication à 24°C pendant 30sec.
d, e semence sèche, f, g semence placée dans l’eau pendant 4 jours à 4°C,
h, i, semences germées.
Images et étude : ©Lopez-Ribera et al. 2017

Préconditionnement par ultrasons

Le préconditionnement des semences dans des milieux osmotiques tels que le mannitol et le polyéthylène glycol (osmopréconditionnement), dans des solutions salines (p. ex., CaCl₂, NaCl ou CaSO₄) (halopréconditionnement) et dans l’eau (hydropréconditionnement) peut être facilement amélioré par l’application d’ondes ultrasonores. La fragmentation et la perforation du tégument ainsi que l’augmentation de la taille des pores des semences induites par ultrasons accroissent la capacité de rétention d’eau et de nutriments des semences et des grains, ce qui améliore leur hydratation. La sonication améliore le transfert de matière entre la semence et la solution environnante, ce qui augmente l’absorption de la solution (c’est-à-dire de l’eau, des nutriments, etc.) par la semence. Le préconditionnement assisté par ultrasons est une technique économique, simple et sûre pour augmenter la capacité d’ajustement osmotique des semences et améliorer leur germination, l’établissement des plantules et la production des cultures dans des conditions de stress.
En outre, la sonication provoque une modification de l’endosperme, notamment une dégradation de l’amidon par sonication, qui augmente la vitesse des réactions d’hydrolyse catalysées par les enzymes à l’intérieur des semences. L’augmentation de l’activité enzymatique et de l’hydrolyse accélère la germination et la croissance de l’embryon sous l’effet du traitement par ultrasons.
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Appareils à ultrasons pour le préconditionnement et la germination des semences

Hielscher Ultrasonics fournit des équipements à ultrasons pour améliorer le préconditionnement des semences, notamment l’hydropréconditionnement, l’osmopréconditionnement et l’halopréconditionnement. Les appareils à ultrasons compacts destinés à la R+D et aux travaux de laboratoire permettent de tester et de déterminer les paramètres optimaux du procédé ultrasonore, tandis que les équipements à ultrasons de qualité industrielle sont utilisés pour le traitement à grande échelle des semences commercialisées, au moyen d’un préconditionnement par ultrasons en circulation pratique et très efficace.
Pour améliorer la germination des semences par sonication, des systèmes à ultrasons contrôlables et réglables avec précision sont nécessaires. Les ondes ultrasonores étant utilisées pour stimuler les activités physiologiques des cellules végétales, l’intensité de la sonication doit être adaptée au type de semence et au cultivar concernés. Les systèmes à ultrasons Hielscher peuvent être réglés sur de faibles amplitudes produisant la cavitation et/ou l’oscillation nécessaires au préconditionnement des semences pour une germination et une vigueur optimales. Le traitement des semences peut être effectué par lots ou en flux continu. La vaste gamme d’accessoires permet d’intégrer facilement les ultrasons aux installations existantes.
Les systèmes à ultrasons Hielscher augmentent le potentiel de développement vigoureux des plantules après le semis.

Bibliographie/Références

• Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Application des ondes ultrasonores comme technique de préconditionnement pour accélérer et améliorer la germination des semences d’orge : optimisation de la méthode par l’approche de Taguchi. Journal of The Institute for Brewing Vol. 114, Issue1, 2008. 14–21.
• Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): Effet des extraits botaniques obtenus par extraction assistée par ultrasons sur les plantules de chou cabus blanc (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) cultivées dans des conditions contrôlées. Sustainability 2020, 12, 1871.
• Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Effet du prétraitement par ultrasons sur les caractéristiques d’absorption d’eau des pois chiches (Cicer arietinum). Latin American applied research 43, 2013. 153–159.
• Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Effets des ondes ultrasonores sur les semences : mini-revue. Agri Res & Tech Volume 6 Issue 3 – avril 2017.