Priming e germogliamento a ultrasuoni

• Il priming dei semi a ultrasuoni è un’utile tecnica di pre-semina per fornire ai semi acqua e nutrienti e stimolare la germinazione.
• La sonicazione è una tecnica efficiente per interrompere la dormienza dei semi e migliorare le caratteristiche di germinazione.
• Le apparecchiature a ultrasuoni Hielscher possono essere controllate con precisione per ottenere risultati affidabili nella germinazione e nel priming dei semi.

Priming, germinazione e germogliamento dei semi a ultrasuoni

Il priming dei semi a ultrasuoni consiste nel trattamento dei semi con onde ultrasoniche a circa 20 kHz in acqua o in altre soluzioni nutritive adatte per migliorarne la germinazione e la crescita iniziale. Una germinazione rapida e l’emergenza delle plantule sono fattori critici per il buon insediamento delle piante e delle colture. L’interruzione della dormienza e la stimolazione della germinazione sono importanti per la propagazione e la produzione precoce di plantule. La sonicazione dei semi in acqua, in una soluzione nutritiva o in un mezzo osmotico migliora il tasso e la velocità di germinazione e determina una percentuale di germinazione superiore rispetto ai semi non trattati.

Lenticchie sottoposte a sonicazione (40Ws/g con UP200St) rispetto a lenticchie non sottoposte a sonicazione: le lenticchie sottoposte a sonicazione mostrano un tasso di germinazione più elevato e germogli più lunghi.

Vantaggi del priming dei semi a ultrasuoni

Gli ultrasuoni intensi a circa 20kHz hanno un effetto significativo sul tegumento del seme, sul trasferimento di massa e sui processi intracellulari. Di seguito sono riportati i dettagli dei principali effetti della sonicazione sui semi e dei relativi benefici.

• Aumento del tasso di germinazione: Il priming dei semi a ultrasuoni può migliorare i tassi di germinazione interrompendo la dormienza dei semi, aumentando l’assorbimento di acqua e attivando gli enzimi che favoriscono la crescita dei semi. La sonicazione, infatti, può attivare gli enzimi all’interno del seme responsabili della degradazione dei nutrienti di riserva e dell’avvio della germinazione.
• Aumento dell’assorbimento di acqua: La sonicazione può perforare il tegumento del seme e le pareti cellulari, consentendo al seme di aumentare successivamente la propria permeabilità all’acqua e migliorare l’assorbimento di acqua e nutrienti. Ciò offre ai semi sottoposti a priming un vantaggio soprattutto nei terreni secchi o poveri di nutrienti.
• Emergenza accelerata delle plantule: Il trattamento a ultrasuoni per il priming dei semi può ridurre il tempo necessario alle plantule per emergere dal terreno, il che può essere particolarmente vantaggioso quando si desidera un rapido insediamento delle colture. Disgregando il tegumento del seme e migliorando la permeabilità all’acqua, favorendo così il rigonfiamento e la germinazione dei semi, gli ultrasuoni possono interrompere la dormienza dei semi.
• Miglioramento della crescita delle plantule: Il priming dei semi a ultrasuoni può stimolare la crescita delle plantule favorendo lo sviluppo di radici, fusti e foglie. Ciò può produrre piante più robuste e sane, con rese migliori.
• Miglioramento della tolleranza delle plantule allo stress: Il priming dei semi a ultrasuoni aumenta la capacità delle plantule di resistere a fattori di stress ambientale come siccità, salinità e temperature elevate.
• Riduzione della mortalità delle plantule: Il priming dei semi a ultrasuoni può ridurre i tassi di mortalità delle plantule favorendo una germinazione uniforme e la crescita iniziale, contribuendo così a prevenire la perdita di plantule dovuta a un’emergenza disomogenea o a una crescita scarsa.

Grazie a questi effetti positivi, il priming e la germinazione dei semi indotti dagli ultrasuoni migliorano la qualità e la quantità dei raccolti, aumentando il successo della germinazione, riducendo i costi di produzione e incrementando la sostenibilità in agricoltura.

Immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) di semi di Arabidopsis.
a–c Seme sottoposto a sonicazione a 24°C per 30sec.
d, e seme secco, f, g seme posto in acqua per 4 giorni a 4°C,
h, i, semi germinati.
Immagini e studio: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Priming a ultrasuoni

Il priming dei semi in mezzi osmotici come mannitolo e polietilenglicole (osmopriming), in soluzioni saline (ad es. CaCl₂, NaCl o CaSO₄) (alopriming) e in acqua (idropriming) può essere facilmente migliorato mediante l’applicazione di onde ultrasoniche. La frammentazione e la perforazione del tegumento e l’aumento delle dimensioni dei pori dei semi indotti dagli ultrasuoni determinano una maggiore capacità di ritenzione di acqua e nutrienti nei semi e nelle granaglie, migliorandone l’idratazione. La sonicazione migliora il trasferimento di massa tra il seme e la soluzione circostante, aumentando l’assorbimento della soluzione (ossia acqua, nutrienti ecc.) all’interno del seme. Il priming assistito da ultrasuoni è una tecnica economica, semplice e sicura per aumentare la capacità di adattamento osmotico dei semi e migliorare la germinazione, l’insediamento delle plantule e la produzione delle colture in condizioni di stress.
Inoltre, la sonicazione provoca modificazioni dell’endosperma, come la degradazione dell’amido mediante sonicazione, che aumentano la velocità delle reazioni di idrolisi catalizzate da enzimi all’interno dei semi. L’aumento dell’attività enzimatica e dell’idrolisi accelera la germinazione e la crescita dell’embrione in seguito al trattamento a ultrasuoni.
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Sonicatori per il priming e la germinazione dei semi

Hielscher Ultrasonics fornisce apparecchiature a ultrasuoni per migliorare il priming dei semi, compresi l’idropriming, l’osmopriming e l’alopriming. I sonicatori compatti per la ricerca e sviluppo e le attività di laboratorio consentono di testare e definire i parametri ottimali del processo a ultrasuoni, mentre le apparecchiature a ultrasuoni di livello industriale vengono impiegate nel trattamento su larga scala dei semi destinati al commercio, mediante un trattamento di priming a ultrasuoni a flusso continuo pratico e altamente efficiente.
Per migliorare la germinazione dei semi mediante sonicazione sono necessari sistemi a ultrasuoni controllabili e regolabili con precisione. Poiché le onde ultrasoniche vengono utilizzate per stimolare le attività fisiologiche delle cellule vegetali, l’intensità della sonicazione deve essere adattata al tipo specifico di seme e alla cultivar. I sistemi a ultrasuoni Hielscher possono essere impostati su ampiezze ridotte, generando la cavitazione e/o l’oscillazione necessarie al priming dei semi per ottenere germinazione e vigore ottimali. Il trattamento dei semi può essere applicato sia in lotti sia in modalità a flusso continuo. L’ampia gamma di accessori consente di integrare facilmente gli ultrasuoni negli impianti esistenti.
I sistemi a ultrasuoni Hielscher aumentano il potenziale delle plantule di raggiungere prestazioni elevate dopo la semina.

Letteratura/Riferimenti

• Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Applicazione delle onde ultrasoniche come tecnica di priming per accelerare e migliorare la germinazione dei semi d’orzo: ottimizzazione del metodo mediante l’approccio Taguchi. Journal of The Institute for Brewing Vol. 114, Issue1, 2008. 14–21.
• Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): Effetto degli estratti botanici ottenuti mediante estrazione assistita da ultrasuoni sulle plantule di cavolo cappuccio bianco (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) coltivate in condizioni controllate. Sustainability 2020, 12, 1871.
• Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Effetto del pretrattamento a ultrasuoni sulle caratteristiche di assorbimento dell’acqua dei ceci (Cicer arietinum). Latin American applied research 43, 2013. 153–159.
• Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Effetti delle onde ultrasoniche sui semi: una breve rassegna. Agri Res & Tech Volume 6 Numero 3 – Aprile 2017.