Ultrazvučno kondicioniranje i naklijavanje
- Ultrazvučno kondicioniranje sjemena korisna je predsjetvena tehnika za opskrbu sjemena vodom i hranjivim tvarima te poticanje klijanja.
- Sonikacija je učinkovita tehnika za prekidanje dormantnosti sjemena i poboljšanje svojstava klijanja.
- Hielscher ultrazvučna oprema može se precizno kontrolirati radi postizanja pouzdanih rezultata klijanja i kondicioniranja sjemena.
Ultrazvučno kondicioniranje, klijanje i naklijavanje sjemena
Ultrazvučno kondicioniranje sjemena postupak je obrade sjemena ultrazvučnim valovima pri približno 20 kHz u vodi ili drugim prikladnim hranjivim otopinama radi poboljšanja klijanja i ranog rasta. Brzo klijanje i nicanje ključni su čimbenici za uspješnu uspostavu biljaka i usjeva. Prekidanje dormantnosti i poticanje klijanja važni su za razmnožavanje i ranu proizvodnju biljnih klijanaca. Ultrazvučna obrada sjemena u vodi, hranjivoj otopini ili otopini osmotski aktivne tvari poboljšava stopu i brzinu klijanja te rezultira većim postotkom klijavosti u usporedbi s netretiranim sjemenom.
Leća obrađena sonikacijom (40Ws/g uz UP200St) u usporedbi s lećom koja nije obrađena sonikacijom: leća obrađena sonikacijom pokazuje višu stopu klijanja i dulje izdanke.
Prednosti ultrazvučnog kondicioniranja sjemena
Intenzivan ultrazvuk pri približno 20kHz znatno utječe na sjemenu lupinu, kao i na prijenos tvari i unutarstanične procese. U nastavku su navedene pojedinosti o glavnim učincima sonikacije na sjeme i povezanim prednostima.
- Povećana stopa klijanja: Ultrazvučno kondicioniranje sjemena može poboljšati stopu klijanja sjemena prekidanjem dormantnosti sjemena, povećanjem upijanja vode i aktiviranjem enzima koji potiču rast sjemena. Naime, sonikacija može aktivirati enzime unutar sjemena koji su odgovorni za razgradnju pohranjenih hranjivih tvari i pokretanje klijanja.
- Povećanje upijanja vode: Sonikacija može perforirati sjemenu lupinu i stanične stijenke, čime se naknadno može povećati propusnost sjemena za vodu i poboljšati upijanje vode i hranjivih tvari. To kondicioniranom sjemenu daje prednost, osobito u suhom tlu ili tlu osiromašenom hranjivim tvarima.
- Ubrzano nicanje: Ultrazvučna obrada za kondicioniranje sjemena može skratiti vrijeme potrebno za nicanje iz tla, što može biti osobito korisno u situacijama kada je poželjna brza uspostava usjeva. Razgradnjom sjemene lupine i poboljšanjem propusnosti za vodu, uz poticanje bubrenja i klijanja sjemena, ultrazvuk može prekinuti dormantnost sjemena.
- Poboljšan rast klijanaca: Ultrazvučno kondicioniranje sjemena može potaknuti rast klijanaca promicanjem razvoja korijena, stabljika i listova. To može rezultirati snažnijim, zdravijim biljkama s boljim prinosima.
- Poboljšana otpornost klijanaca na stres: Ultrazvučno kondicioniranje sjemena povećava sposobnost klijanaca da podnesu okolišne stresore kao što su suša, zaslanjenost i visoke temperature.
- Smanjena smrtnost klijanaca: Ultrazvučno kondicioniranje sjemena može smanjiti stopu smrtnosti klijanaca poticanjem ujednačenog klijanja i ranog rasta, što može pomoći u sprječavanju gubitka klijanaca zbog neujednačenog nicanja ili slabog rasta.
Zahvaljujući tim pozitivnim učincima, ultrazvučno potaknuto kondicioniranje i klijanje sjemena poboljšava kvalitetu i količinu uroda, što dovodi do uspješnijeg klijanja, smanjenja troškova proizvodnje i povećanja održivosti u poljoprivredi.
Ultrazvučni uređaji poput industrijskog uređaja UIP6000hdT upotrebljavaju se za ultrazvučno kondicioniranje sjemena u procesnoj liniji, uključujući hidrokondicioniranje, osmokondicioniranje i halokondicioniranje.
- ujednačeno i brzo klijanje
- viši indeks vigora sjemena
- dulji korijeni i izdanci
- povećana aktivnost α-amilaze
- veća otpornost
- povećana hidratacija
- obogaćivanje hranjivim tvarima
- skraćeno vrijeme između sjetve i nicanja
Snimke sjemena Arabidopsis dobivene pretražnom elektronskom mikroskopijom (SEM).
a–c Sjeme podvrgnuto sonikaciji pri 24°C tijekom 30sec.
d, e suho sjeme, f, g sjeme stavljeno u vodu na 4 dana pri 4°C,
h, i, proklijalo sjeme.
Slike i istraživanje: ©Lopez-Ribera et al. 2017
Ultrazvučno kondicioniranje
Kondicioniranje sjemena u osmotskim sredstvima poput manitola i polietilen-glikola (osmotsko kondicioniranje), u otopinama soli (npr. CaCl2, NaCl ili CaSO4) (kondicioniranje u otopinama soli) i u vodi (hidrokondicioniranje) može se lako poboljšati primjenom ultrazvučnih valova. Ultrazvučno izazvana fragmentacija i perforacija sjemene lupine te povećanje veličine pora sjemena dovode do veće sposobnosti zadržavanja vode i hranjivih tvari u sjemenkama i zrnju, što rezultira poboljšanom hidratacijom. Sonikacija poboljšava prijenos tvari između sjemena i okolne otopine, čime se postiže povećan unos otopine (tj. vode, hranjivih tvari itd.) u sjeme. Kondicioniranje potpomognuto ultrazvukom ekonomična je, jednostavna i sigurna tehnika za povećanje sposobnosti sjemena za osmotsku prilagodbu te poboljšanje klijanja sjemena, uspostave klijanaca i proizvodnje usjeva u stresnim uvjetima.
Nadalje, ultrazvučna obrada uzrokuje modifikaciju endosperma, primjerice razgradnju škroba sonikacijom, čime se povećava brzina reakcija hidrolize kataliziranih enzimima unutar sjemena. Povećana aktivnost enzima i hidroliza ubrzavaju klijanje i rast embrija kao rezultat ultrazvučne obrade.
Ovdje pročitajte više o ultrazvučnom kondicioniranju!
Saznajte kako sonikacija poboljšava proizvodnju travnjaka u rolama!
Ultrazvučni uređaji za kondicioniranje i klijanje sjemena
Hielscher Ultrasonics isporučuje ultrazvučnu opremu za poboljšano kondicioniranje sjemena, uključujući hidrokondicioniranje, osmotsko kondicioniranje i kondicioniranje u otopinama soli. Kompaktni ultrazvučni uređaji za istraživanje i razvoj te laboratorijski rad omogućuju ispitivanje i utvrđivanje optimalnih parametara ultrazvučnog procesa, dok se ultrazvučna oprema industrijske izvedbe primjenjuje za obradu komercijalno dostupnog sjemena u velikim količinama praktičnim i vrlo učinkovitim postupkom protočnog ultrazvučnog kondicioniranja.
Za poboljšanje klijanja sjemena sonikacijom potrebni su ultrazvučni sustavi kojima se može precizno upravljati i koji se mogu precizno podešavati. Budući da se ultrazvučni valovi upotrebljavaju za poticanje fizioloških aktivnosti biljnih stanica, intenzitet sonikacije mora se prilagoditi određenoj vrsti sjemena i kultivaru. Ultrazvučni sustavi Hielscher mogu se postaviti na blage amplitude koje stvaraju kavitaciju i/ili oscilacije potrebne za kondicioniranje sjemena radi optimalnog klijanja i vitalnosti. Obrada sjemena može se provoditi šaržno i u kontinuiranom protoku. Širok izbor dodatne opreme omogućuje jednostavnu integraciju ultrazvuka u postojeće pogone.
Ultrazvučni sustavi Hielscher povećavaju potencijal za uspješan rast i razvoj klijanaca nakon sjetve.
Ultrazvučni uređaj UP400St za kondicioniranje sjemena u manjim šaržama u fazi istraživanja i razvoja. Ultrazvučna obrada rezultira bržim nicanjem, višim nutritivnim profilom i poboljšanom vitalnošću klijanaca.
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skup uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Literatura/Reference
- Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Primjena ultrazvučnih valova kao tehnike kondicioniranja za ubrzavanje i poboljšanje klijanja sjemena ječma: optimizacija metode Taguchijevim pristupom. Journal of The Institute for Brewing Vol. 114, Issue1, 2008. 14-21.
- Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): Učinak biljnih ekstrakata dobivenih ekstrakcijom potpomognutom ultrazvukom na klijance bijeloga glavatog kupusa (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) uzgojene u kontroliranim uvjetima. Sustainability 2020, 12, 1871.
- Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Učinak ultrazvučne predobrade na svojstva upijanja vode slanutka (Cicer arietinum). Latin American applied research 43, 2013. 153-159.
- Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Utjecaji ultrazvučnih valova na sjeme: kratki pregled. Agri Res & Tech, svezak 6, broj 3 – April 2017.
Korisne činjenice
Klijanje
Klijanje sjemena opisuje razvoj i rast biljke iz sjemena. Proces klijanja dovodi do nastanka klijanca, pri čemu se odvijaju metabolički procesi te izbijaju korjenčić i pupoljak. Potpuno razvijeno sjeme sadrži embrij i hranjive tvari obavijene sjemenom lupinom. U odgovarajućim uvjetima sjeme počinje klijati, a embrionalna tkiva nastavljaju rasti i razvijati se u klijanac. Najvažniji čimbenici za klijanje sjemena jesu voda, kisik, temperatura i svjetlost.
Predsjetvena obrada
Povećanje vitalnosti sjemena stručni je naziv za korisne postupke obrade sjemena koji se primjenjuju nakon žetve, a prije sjetve radi poboljšanja klijanja i rasta klijanaca. Za predsjetvenu obradu sjemena primjenjuju se različite metode radi poboljšanja klijanja i ujednačenosti rasta klijanaca. Predsjetveni postupci uključuju mehaničku obradu (npr. ultrazvučnu obradu, udaranje, trljanje, skarifikaciju), obradu vrućom ili kipućom vodom, obradu suhom toplinom, kemijsku obradu (npr. giberelinskom kiselinom/giberelinom, sumpornom kiselinom) ili električnu obradu. Ti se postupci obrade sjemena primjenjuju radi poboljšanja njegove vitalnosti. Vitalnost sjemena kvalitativna je procjena potencijala klijanja sjemena, nicanja u polju i sposobnosti skladištenja sjemena u uvjetima različitima od onih za standardno klijanje. Vitalnost sjemena mjeri se ispitivanjem vitalnosti sjemena.
Modifikacija endosperma
Endosperm je tkivo koje nastaje unutar sjemenki većine cvjetnica nakon oplodnje. Okružuje embrij i opskrbljuje ga hranjivim tvarima u obliku škroba, iako može sadržavati i ulja i bjelančevine. Endosperm se može enzimski modificirati, što je važan korak tijekom slađenja ječma. Tijekom slađenja za modifikaciju škrobnog endosperma ječma uglavnom se upotrebljavaju enzimi beta-glukanaze i endoproteaze.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje, dispergiranje, emulgiranje i ekstrakciju u laboratorijskom, pilotnom i industrijskom mjerilu.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi u veličinama od laboratorijskih do industrijskih.