Amorçage des semences par ultrasons : comment la sonication améliore la germination

L’amorçage des semences et des grains par ultrasons permet une germination plus complète et plus rapide ainsi que des rendements agricoles plus élevés. Le traitement par ultrasons perfore le tégument de la graine (enveloppe de la graine) et augmente l’absorption d’eau, de nutriments et d’oxygène dans les graines. L’amorçage des semences par ultrasons est une méthode simple et peu coûteuse pour améliorer le taux de germination et accélérer la germination des plantules.

Germination des semences améliorée par ultrasons

L’amorçage est une méthode de prétraitement utilisée pour raccourcir le temps de germination des plantules. Divers procédés d’amorçage des semences, tels que l’amorçage osmotique, l’hydroamorçage et l’amorçage par ultrasons, ont été développés pour déclencher les premières étapes de la germination. L’amorçage par ultrasons est une méthode très avantageuse de préparation des semences, car le traitement par sonication est rapide et économe en énergie et en eau.
Les semences amorcées ayant accompli les premières étapes de la germination présentent un pourcentage de germination plus élevé, un délai de levée plus court (le temps nécessaire pour que les plantules émergent au-dessus de la surface du sol), un taux de levée plus élevé (le nombre de semences dont les plantules atteignent la surface) et une meilleure croissance. Cela suggère que cette avance les aide à établir précocement un bon système racinaire et à croître plus rapidement. Cette méthode peut être utile aux agriculteurs, car elle leur permet d’économiser de l’argent, du travail et du temps consacrés aux engrais, aux nouveaux semis et aux plantes peu vigoureuses.
Le procédé peut également permettre une germination plus uniforme et régulière des semences traitées. Il peut aussi améliorer la germination sur une plage de températures plus large et réduire l’incidence des maladies dans les semences.

L’amorçage par ultrasons améliore le pourcentage de germination des semences, l’indice de vigueur des semences (SVI) ainsi que la longueur des racines et des pousses des plantules. Le procédé de sonication et d’amorçage renforce l’absorption d’eau et/ou d’autres substances bénéfiques dans une graine. De plus, les ondes ultrasonores activent des réactions enzymatiques et d’autres réactions biologiques dans la cellule végétale, ce qui entraîne une germination plus rapide et plus uniforme. Même les semences/grains peu vigoureux peuvent être activés, améliorant ainsi le rendement global du semis.

Scarification et germination des semences

La scarification est essentielle pour les semences dont les enveloppes dures et imperméables entravent les échanges d’eau et de gaz, retardant ainsi la germination. Les méthodes traditionnelles comprennent la scarification mécanique, thermique et chimique, chacune étant conçue pour rendre l’enveloppe de la graine plus perméable à l’eau et aux gaz. En tant que méthode innovante de scarification, la sonication utilise les ondes ultrasonores pour obtenir des résultats similaires, voire supérieurs.

Mécanismes d’action des ultrasons de puissance sur les semences et leur amorçage

• Cavitation dans l’eau :
  – Les ondes ultrasonores dans l’eau induisent la cavitation, un phénomène au cours duquel des microbulles se forment. Ces bulles s’effondrent et génèrent une pression mécanique localisée.
  – Cette pression agit sur l’enveloppe de la graine et provoque une altération mécanique.
• Formation de micropores et de microfissures :
  – La pression mécanique produite par la cavitation crée des micropores et des microfissures dans l’enveloppe de la graine.
  – Ces micropores et fissures augmentent la perméabilité de l’enveloppe de la graine, permettant à davantage d’eau et d’oxygène de pénétrer.
• Amélioration de l’absorption d’eau et de la disponibilité de l’oxygène

  1. Augmentation de la porosité :
  – Des études ont montré que la sonication augmente la porosité des semences, telles que celles du haricot mungo, les rendant plus réceptives à l’eau et à l’oxygène.
  – L’amélioration de l’absorption d’eau entraîne une meilleure hydratation des tissus de la graine, essentielle à l’activation des processus métaboliques nécessaires à la germination.

  2. Amélioration de l’entrée d’oxygène :
  – L’augmentation de la perméabilité aux gaz garantit que l’embryon en développement reçoit suffisamment d’oxygène, indispensable à la respiration cellulaire pendant la germination.

• Renforcement de l’activité enzymatique

  1. Hydratation et activation des enzymes :
  – L’amélioration de l’hydratation grâce à une absorption accrue d’eau active diverses enzymes impliquées dans la germination.
  – En particulier, l’activité de l’alpha-amylase augmente considérablement, ce qui joue un rôle déterminant dans l’hydrolyse de l’amidon en sucres et fournit de l’énergie à la plantule en croissance.

  Amélioration des résultats de germination

  1. Pourcentage de germination plus élevé :
  – L’effet combiné d’une disponibilité accrue de l’eau et de l’oxygène et d’une activité enzymatique renforcée entraîne un pourcentage plus élevé de semences germant avec succès.
  – Les recherches indiquent que la sonication améliore les taux de germination de diverses espèces végétales.
  2. Germination plus rapide :
  – La sonication augmente le pourcentage de semences germées et accélère également le processus de germination.
  – Une hydratation et une activation enzymatique plus rapides facilitent une transition plus rapide de la graine à la plantule.

La sonication présente des bénéfices importants pour l’amorçage des semences : elle améliore l’absorption d’eau, d’oxygène et de nutriments, renforce les activités enzymatiques et améliore ainsi à la fois la vitesse et le taux de réussite de la germination des semences.

Une sonication plus longue améliore la germination des hybrides de Calanthe. Plus la sonication était longue, plus l’apparition des pousses était rapide. Cela indique les effets positifs du traitement par ultrasons sur la germination des semences.
(étude et image : ©Shin et al. 2011)

Comment fonctionne l’amorçage des semences par ultrasons ?

L’amorçage des semences et des grains par ultrasons permet une germination plus complète et plus rapide. Ces résultats sont obtenus grâce aux effets ultrasonores suivants :

• Les ultrasons augmentent la porosité de la graine par cavitation acoustique, améliorant ainsi l’absorption d’eau et la disponibilité de l’oxygène (hydroamorçage / trempage par ultrasons).
• Les ultrasons augmentent l’absorption de nutriments et d’engrais dans les semences.
• L’amorçage par ultrasons améliore le transfert de matière : l’eau supplémentaire absorbée réagit librement et facilement avec l’embryon cellulaire. De ce fait, de l’acide gibbérellique est libéré et accélère les processus métaboliques dans les cellules de l’aleurone.
• La sonication facilite la mobilisation des nutriments de l’endosperme par altération de la membrane cellulaire. (Miano et al. 2015)
• Les ultrasons activent des réactions enzymatiques et d’autres réactions biologiques.

La sonication favorise la germination des grains/semences et augmente le rendement des cultures. Outre les semences de cultures agricoles et de plantes fruitières, l’amorçage des semences par ultrasons a également été testé avec succès sur des semences de fleurs (orchidées, lotus, calanthe). Le traitement par ultrasons améliore la perméabilité des parois cellulaires, permettant à la graine d’absorber nettement plus d’eau et de nutriments (par exemple des engrais).
Il a été montré que le temps de trempage des pois chiches, du sorgho et des haricots blancs de type navy était considérablement réduit grâce à la sonication.

Lentilles soniquées (40Ws/g avec UP200St) par rapport aux lentilles non soniquées : les lentilles soniquées présentent un taux de germination plus élevé et des pousses plus longues.

Systèmes d’amorçage des semences par ultrasons

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Avantages des sonicateurs Hielscher pour l’amorçage des semences :

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• Économie d’eau
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