Ultrazvučno kondicioniranje sjemena: kako sonikacija poboljšava klijanje

Ultrazvučno kondicioniranje sjemena i zrnja dovodi do potpunijeg i bržeg klijanja te većih prinosa usjeva. Ultrazvučna obrada perforira sjemenu lupinu (ovojnicu sjemena) i povećava unos vode, hranjivih tvari i kisika u zrna sjemena. Ultrazvučno kondicioniranje sjemena jednostavna je i jeftina metoda za povećanje klijavosti i ubrzavanje klijanja.

Ultrazvučno poboljšano klijanje sjemena

Kondicioniranje je metoda predtretmana koja se upotrebljava za skraćivanje vremena klijanja. Razvijeni su različiti postupci kondicioniranja sjemena, poput osmotskog kondicioniranja, hidrokondicioniranja i ultrazvučnog kondicioniranja, kako bi se potaknulo odvijanje ranih procesa klijanja. Ultrazvučno kondicioniranje vrlo je povoljna metoda pripreme sjemena jer je obrada sonikacijom brza te štedi energiju i vodu.
Kondicionirano sjeme koje je završilo početne procese klijanja pokazuje veći postotak klijanja i kraće vrijeme nicanja (vrijeme potrebno da klice izbiju iznad površine tla), veći broj niknulih biljaka (broj sjemenki čije klice dosegnu površinu) i bolji rast, što upućuje na to da im ta početna prednost pomaže da rano razviju dobar korijenov sustav i brže rastu. Ova metoda može biti korisna poljoprivrednicima jer im štedi novac, rad i vrijeme utrošene na gnojidbu, ponovnu sjetvu i slabe biljke.
Postupak također može omogućiti ujednačenije, ravnomjernije klijanje tretiranog sjemena. Može i povećati klijavost u širem temperaturnom rasponu te smanjiti učestalost bolesti sjemena.

Ultrazvučno kondicioniranje poboljšava postotak klijanja sjemena, indeks vigora sjemena (SVI) te duljinu korijena i izdanaka klijanaca. Postupak sonikacije i kondicioniranja pospješuje unos vode i/ili drugih korisnih tvari u zrno sjemena. Nadalje, ultrazvučni valovi aktiviraju enzimske i druge biološke reakcije u biljnoj stanici, što dovodi do bržeg i ujednačenijeg klijanja. Čak se i slabe sjemenke ili zrna mogu aktivirati, čime se poboljšava ukupni prinos sjetve.

Skarifikacija i klijanje sjemena

Skarifikacija je ključna za sjeme s čvrstom, nepropusnom ovojnicom koja ometa izmjenu vode i plinova, čime odgađa klijanje. Tradicionalne metode uključuju mehaničku, toplinsku i kemijsku skarifikaciju, a svaka je namijenjena povećanju propusnosti ovojnice sjemena za vodu i plinove. Sonikacija, kao inovativna metoda skarifikacije, upotrebljava ultrazvučne valove za postizanje sličnih, ako ne i boljih rezultata.

Mehanizmi djelovanja ultrazvuka visoke snage na sjeme i kondicioniranje sjemena

• Kavitacija u vodi:
  – Ultrazvučni valovi u vodi izazivaju kavitaciju, pojavu pri kojoj nastaju mikromjehurići. Ti mjehurići kolabiraju, stvarajući lokalizirani mehanički tlak.
  – Taj tlak djeluje na ovojnicu sjemena, uzrokujući njezino mehaničko oštećenje.
• Nastanak mikropora i mikropukotina:
  – Mehanički tlak nastao kavitacijom stvara mikropore i mikropukotine na ovojnici sjemena.
  – Te mikropore i pukotine povećavaju propusnost ovojnice sjemena, omogućujući prodiranje veće količine vode i kisika.
• Povećan unos vode i dostupnost kisika

  1. Povećana poroznost:
  – Istraživanja su pokazala da sonikacija povećava poroznost sjemena, primjerice mungo graha, čime olakšava unos vode i kisika.
  – Povećan unos vode dovodi do bolje hidratacije tkiva sjemena, koja je ključna za aktiviranje metaboličkih procesa potrebnih za klijanje.

  2. Poboljšan ulazak kisika:
  – Povećana propusnost za plinove osigurava da embrij u razvoju prima dovoljno kisika, koji je ključan za stanično disanje tijekom klijanja.

• Pojačana enzimska aktivnost

  1. Hidratacija i aktivacija enzima:
  – Bolja hidratacija zbog povećanog unosa vode aktivira različite enzime uključene u klijanje.
  – Konkretno, aktivnost alfa-amilaze znatno se povećava, što je ključno za hidrolizu škroba u šećere, čime se osigurava energija za rast klijanca.

  Bolji rezultati klijanja

  1. Veći postotak klijanja:
  – Zajednički učinak povećane dostupnosti vode i kisika te pojačane enzimske aktivnosti rezultira većim postotkom sjemenki koje uspješno klijaju.
  – Istraživanja pokazuju da sonikacija poboljšava klijavost različitih biljnih vrsta.
  2. Veća brzina klijanja:
  – Sonikacija ne samo da povećava postotak proklijalih sjemenki nego i ubrzava proces klijanja.
  – Brža hidratacija i aktivacija enzima omogućuju brži prijelaz iz sjemenke u klijanac.

Sonikacija znatno pridonosi predsjetvenoj pripremi sjemena poboljšanjem unosa vode, kisika i hranjivih tvari te pojačavanjem enzimskih aktivnosti, čime se posljedično poboljšavaju i brzina i uspješnost klijanja sjemena.

Dulja sonikacija rezultira boljim klijanjem hibrida roda Calanthe. Što je sonikacija bila dulja, to je nicanje bilo brže. To ukazuje na pozitivne učinke ultrazvučne obrade na klijanje sjemena.
(istraživanje i slika: ©Shin et al. 2011)

Kako djeluje ultrazvučna predsjetvena priprema sjemena?

Ultrazvučna predsjetvena priprema sjemena i zrnja rezultira potpunijim i bržim klijanjem. Ti se rezultati postižu sljedećim učincima ultrazvuka:

• Ultrazvuk povećava poroznost sjemena akustičnom kavitacijom, poboljšavajući unos vode i dostupnost kisika (ultrazvučna hidropriprema / namakanje).
• Ultrazvuk povećava unos hranjivih tvari i gnojiva u sjemenke.
• Ultrazvučna predsjetvena priprema poboljšava prijenos tvari: dodatno apsorbirana voda slobodno i lako reagira s embrijem stanice. Pritom se oslobađa giberelinska kiselina koja uzrokuje povećanje brzine metaboličkih procesa u aleuronskim stanicama.
• Sonikacija pomaže mobilizaciji hranjivih tvari iz endosperma razaranjem staničnih membrana. (Miano et al. 2015)
• Ultrazvuk aktivira enzimske i druge biološke reakcije.

Sonikacija potiče klijanje zrnja/sjemena i povećava prinos usjeva. Osim na poljoprivrednim kulturama i klijancima voćnih vrsta, ultrazvučna predsjetvena priprema uspješno je ispitana i na sjemenu cvijeća (orhideje, lotos, Calanthe). Ultrazvučna obrada povećava propusnost staničnih stijenki, pa sjeme pokazuje znatno veći unos vode i hranjivih tvari (npr. gnojiva).
Pokazalo se da se primjenom sonikacije znatno skraćuje vrijeme namakanja slanutka, sirka i sitnog bijelog graha.

Leća obrađena sonikacijom (40Ws/g uz UP200St) u usporedbi s lećom koja nije obrađena sonikacijom: leća obrađena sonikacijom pokazuje veću klijavost i dulje izdanke.

Sustavi za ultrazvučnu predsjetvenu pripremu sjemena

Iskoristite Hielscher sonikatore za poboljšano kondicioniranje sjemena! Hielscher Ultrasonics isporučuje razne stolne i industrijske ultrazvučne uređaje za kondicioniranje sjemena i zrnja. Prednosti upotrebe Hielscher sonikatora za kondicioniranje sjemena mnogobrojne su. Prvo, precizna kontrola ultrazvučnih parametara poput amplitude, intenziteta i trajanja omogućuje optimiziranu obradu prilagođenu određenim vrstama sjemena i uvjetima. Drugo, svi postignuti procesni rezultati mogu se linearno prenijeti na veće kapacitete obrade.
Bilo da želite ispitati i optimizirati postupak ultrazvučnog kondicioniranja u laboratoriju ili obrađivati velike serije sjemena u kontinuiranom protoku, Hielscher ima idealan sonikator za vaše zahtjeve obrade sjemena. Hielscher sonikatori projektirani su za povećanje kapaciteta obrade i mogu učinkovito obrađivati velike količine sjemena, što ih čini prikladnima i za istraživačke i za komercijalne primjene. Oprema je jednostavna za upotrebu, s intuitivnim upravljanjem i robusnom konstrukcijom, što osigurava dugotrajnu izdržljivost i male zahtjeve za održavanjem. Osim toga, sonikacija je nekemijska metoda, što je čini ekološki prihvatljivom opcijom za obradu sjemena. Smanjuje potrebu za kemijskim sredstvima za skarifikaciju, pridonoseći održivim poljoprivrednim praksama. Naravno, svi sonikatori mogu raditi 24/7.

Prednosti Hielscher sonikatora za kondicioniranje sjemena:

• Niski troškovi
• Ušteda vode
• Brza obrada
• Niska potrošnja energije
• Jednostavan i siguran rad

Obratite nam se već danas! Rado ćemo s vama razgovarati o zahtjevima vašeg procesa!