Priming dei semi a ultrasuoni: come la sonicazione migliora la germinazione

Il priming di semi e granaglie a ultrasuoni determina una germinazione più completa e rapida e rese colturali più elevate. Il trattamento a ultrasuoni perfora la testa del seme (tegumento) e aumenta l’assorbimento di acqua, nutrienti e ossigeno nei semi. Il priming dei semi a ultrasuoni è un metodo semplice ed economico per aumentare il tasso e la velocità di germinazione delle plantule.

Germinazione dei semi migliorata mediante ultrasuoni

Il priming è un metodo di pretrattamento utilizzato per ridurre il tempo di germinazione delle plantule. Sono stati sviluppati diversi processi di priming dei semi, come il priming osmotico, l’idropriming e il priming a ultrasuoni, per indurre l’avvio dei primi processi di germinazione. Il priming a ultrasuoni è un metodo molto vantaggioso per la preparazione dei semi, poiché il trattamento di sonicazione è rapido e consente di risparmiare energia e acqua.
I semi sottoposti a priming che hanno completato i primi processi di germinazione mostrano una percentuale di germinazione più elevata, un tempo di emergenza più breve (il tempo necessario affinché i semi emergano dalla superficie del terreno), un tasso di emergenza più elevato (il numero di semi che raggiungono la superficie) e una crescita migliore. Ciò suggerisce che questo vantaggio iniziale li aiuti a sviluppare precocemente un buon apparato radicale e a crescere più rapidamente. Questo metodo può essere utile agli agricoltori perché consente loro di risparmiare denaro, lavoro e tempo dedicati ai fertilizzanti, alla risemina e alle piante deboli.
Il processo può inoltre consentire una germinazione più uniforme e omogenea dei semi trattati. Può anche aumentare la germinazione in un intervallo di temperature più ampio e ridurre l’incidenza delle malattie nei semi.

Il priming a ultrasuoni migliora la percentuale di germinazione dei semi, l’indice di vigore dei semi (SVI) e la lunghezza delle radici e dei germogli delle plantule. Il processo di sonicazione e priming favorisce l’assorbimento di acqua e/o altre sostanze benefiche nel seme. Inoltre, le onde ultrasoniche attivano reazioni enzimatiche e altre reazioni biologiche nella cellula vegetale, determinando una germinazione più rapida e uniforme. Anche i semi e le granaglie deboli possono essere attivati, migliorando così la resa complessiva della semina.

Scarificazione e germinazione dei semi

La scarificazione è fondamentale per i semi con tegumenti duri e impermeabili che ostacolano gli scambi di acqua e gas, ritardando così la germinazione. I metodi tradizionali comprendono la scarificazione meccanica, termica e chimica, ciascuna finalizzata a rendere il tegumento del seme più permeabile all’acqua e ai gas. La sonicazione, come metodo innovativo di scarificazione, sfrutta le onde ultrasoniche per ottenere risultati simili, se non superiori.

Meccanismi degli ultrasuoni di potenza sui semi e nel priming dei semi

• Cavitazione in acqua:
  – Le onde ultrasoniche nell’acqua inducono la cavitazione, un fenomeno in cui si formano microbolle. Queste bolle collassano, generando una pressione meccanica localizzata.
  – Questa pressione agisce sul tegumento del seme, provocandone la disgregazione meccanica.
• Formazione di micropori e microfessure:
  – La pressione meccanica generata dalla cavitazione crea micropori e microfessure nel tegumento del seme.
  – Questi micropori e microfessure aumentano la permeabilità del tegumento, consentendo la penetrazione di maggiori quantità di acqua e ossigeno.
• Maggiore assorbimento di acqua e disponibilità di ossigeno

  1. Maggiore porosità:
  – Gli studi hanno dimostrato che la sonicazione aumenta la porosità dei semi, come quelli dei fagioli mungo, rendendoli più ricettivi all’acqua e all’ossigeno.
  – Il maggiore assorbimento di acqua migliora l’idratazione dei tessuti del seme, essenziale per attivare i processi metabolici necessari alla germinazione.

  2. Migliore ingresso dell’ossigeno:
  – La maggiore permeabilità ai gas garantisce che l’embrione in sviluppo riceva una quantità adeguata di ossigeno, fondamentale per la respirazione cellulare durante la germinazione.

• Maggiore attività enzimatica

  1. Idratazione e attivazione enzimatica:
  – La migliore idratazione dovuta al maggiore assorbimento di acqua attiva vari enzimi coinvolti nella germinazione.
  – In particolare, l’attività dell’alfa-amilasi aumenta significativamente; questo enzima è fondamentale per l’idrolisi dell’amido in zuccheri, che forniscono energia alla plantula in crescita.

  Migliori risultati di germinazione

  1. Percentuale di germinazione più elevata:
  – L’effetto combinato della maggiore disponibilità di acqua e ossigeno e dell’aumento dell’attività enzimatica determina una percentuale più elevata di semi che germinano con successo.
  – Le ricerche indicano che la sonicazione migliora i tassi di germinazione in varie specie vegetali.
  2. Maggiore velocità di germinazione:
  – La sonicazione non solo aumenta la percentuale di semi germinati, ma accelera anche il processo di germinazione.
  – L’idratazione e l’attivazione enzimatica più rapide favoriscono una transizione più veloce dal seme alla plantula.

La sonicazione apporta benefici significativi al priming dei semi aumentando l’assorbimento di acqua, ossigeno e nutrienti, potenziando le attività enzimatiche e migliorando di conseguenza sia la velocità sia il tasso di successo della germinazione dei semi.

Una sonicazione più prolungata determina una migliore germinazione degli ibridi di Calanthe. Quanto più lunga era la sonicazione, tanto più rapida era la germogliazione. Ciò indica gli effetti positivi del trattamento a ultrasuoni sulla germinazione dei semi.
(studio e immagine: ©Shin et al. 2011)

Come funziona il priming dei semi a ultrasuoni?

Il priming di semi e granaglie a ultrasuoni determina una germinazione più completa e rapida. Questi risultati si ottengono grazie ai seguenti effetti degli ultrasuoni:

• Gli ultrasuoni aumentano la porosità del seme mediante cavitazione acustica, migliorando l’assorbimento di acqua e la disponibilità di ossigeno (idropriming / ammollo a ultrasuoni).
• Gli ultrasuoni aumentano l’assorbimento di nutrienti e fertilizzanti nei semi.
• Il priming a ultrasuoni migliora il trasferimento di massa: l’acqua assorbita in più reagisce liberamente e prontamente con l’embrione cellulare. In questo modo viene rilasciato acido gibberellico, che determina un aumento della velocità dei processi metabolici nelle cellule dell’aleurone.
• La sonicazione favorisce la mobilizzazione dei nutrienti dell’endosperma mediante la disgregazione della membrana cellulare. (Miano et al. 2015)
• Gli ultrasuoni attivano reazioni enzimatiche e altre reazioni biologiche.

La sonicazione favorisce la germinazione di granaglie e semi e aumenta la resa colturale. Oltre alle colture agrarie e alle semine di piante da frutto, il priming dei semi a ultrasuoni è stato sperimentato con successo anche sui semi di piante da fiore (orchidee, loto, Calanthe). Il trattamento a ultrasuoni aumenta la permeabilità delle pareti cellulari, consentendo al seme di assorbire quantità significativamente maggiori di acqua e nutrienti (ad esempio fertilizzanti).
È stato dimostrato che il tempo di ammollo di ceci, sorgo e fagioli bianchi piccoli è stato significativamente ridotto mediante la sonicazione.

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

Sistemi per il priming dei semi a ultrasuoni

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Vantaggi dei sonicatori Hielscher per il priming dei semi:

• Costi ridotti
• Risparmio idrico
• Trattamento rapido
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