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

L'adescamento a ultrasuoni di semi e grani determina una germinazione più completa e più rapida e una maggiore resa del raccolto. Gli ultrasuoni perforano la testa del seme (rivestimento del seme) e aumentano l'assorbimento di acqua, nutrienti e ossigeno nei grani del seme. L'adescamento a ultrasuoni dei semi è un metodo semplice e a basso costo per migliorare il tasso di germinazione e la velocità delle piantine.

Germinazione dei semi migliorata con gli ultrasuoni

Il priming è un metodo di pretrattamento utilizzato per ridurre il tempo di germinazione delle piantine. Sono stati sviluppati diversi processi di priming dei semi, come il priming osmotico, l'hydropriming e il priming a ultrasuoni, per indurre i processi di germinazione precoce. L'adescamento a ultrasuoni è un metodo molto vantaggioso per la preparazione dei semi, poiché il trattamento di sonicazione è rapido, a risparmio energetico e idrico.
I semi innescati che hanno completato i primi processi di germinazione mostrano una percentuale di germinazione più alta e un tempo di emergenza più rapido (il tempo necessario ai semi per emergere dalla superficie del terreno), un tasso di emergenza più alto (il numero di semi che riescono a raggiungere la superficie) e una crescita migliore, suggerendo che l'inizio anticipato li aiuta ad avere un buon apparato radicale in anticipo e a crescere più velocemente. Questo metodo può essere utile agli agricoltori perché consente loro di risparmiare denaro, manodopera e tempo spesi in fertilizzanti, risemina e piante deboli.
Il processo può anche consentire una germinazione più uniforme e omogenea dei semi trattati. Può anche aumentare la germinazione in un intervallo di temperatura 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), la lunghezza delle radici e dei germogli delle piantine. Il processo di sonicazione e di adescamento favorisce l'assorbimento di acqua e/o di altre sostanze benefiche nel chicco di seme. Inoltre, le onde ultrasoniche attivano reazioni enzimatiche e altre reazioni biologiche nella cellula della pianta, rendendo la germinazione più rapida e uniforme. Anche i semi/grani deboli possono essere attivati, migliorando così la resa complessiva della semina.

Scarificazione e germinazione dei semi

La scarificazione è fondamentale per i semi con mantello duro e impermeabile che ostacola lo scambio di acqua e gas, ritardando così la germinazione. I metodi tradizionali includono la scarificazione meccanica, termica e chimica, ciascuna progettata per rendere il mantello del seme più permeabile all'acqua e ai gas. La sonicazione, un metodo di scarificazione innovativo, sfrutta le onde ultrasoniche per ottenere risultati simili, se non superiori.

Meccanismi degli ultrasuoni di potenza sui semi e sull'innesco delle sementi

• Cavitazione in acqua:
  – Le onde ultrasoniche nell'acqua inducono la cavitazione, un fenomeno in cui si creano microbolle. Queste bolle collassano, generando una pressione meccanica localizzata.
  – Questa pressione agisce sul mantello del seme, provocando una rottura meccanica.
• Formazione di micropori e microfessure:
  – La pressione meccanica della cavitazione crea micropori e microfratture sul mantello del seme.
  – Questi micropori e fessure aumentano la permeabilità del mantello del seme, consentendo una maggiore penetrazione di acqua e ossigeno.
• Miglioramento dell'assorbimento dell'acqua e della disponibilità di ossigeno

  1. Aumento della porosità:
  – Alcuni studi hanno dimostrato che la sonicazione aumenta la porosità dei semi, come i fagioli mung, rendendoli più ricettivi all'acqua e all'ossigeno.
  – Un maggiore assorbimento di acqua porta a una migliore idratazione dei tessuti del seme, essenziale per attivare i processi metabolici necessari alla germinazione.

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

• Attività enzimatica potenziata

  1. Idratazione e attivazione enzimatica:
  – La maggiore idratazione dovuta all'aumento dell'assorbimento di acqua attiva diversi enzimi coinvolti nella germinazione.
  – In particolare, aumenta in modo significativo l'attività dell'alfa-amilasi, che è fondamentale per l'idrolisi dell'amido in zuccheri, fornendo energia alla piantina in crescita.

  Migliori risultati di germinazione

  1. Percentuale di germinazione più elevata:
  – L'effetto combinato di una maggiore disponibilità di acqua e ossigeno, insieme a un'attività enzimatica potenziata, determina una percentuale più elevata di semi che germogliano con successo.
  – Le ricerche indicano che la sonicazione migliora i tassi di germinazione di diverse specie vegetali.
  2. Velocità di germinazione più rapida:
  – La sonicazione non solo aumenta la percentuale di semi germinati, ma accelera anche il processo di germinazione.
  – L'idratazione più rapida e l'attivazione degli enzimi favoriscono una transizione più veloce dal seme alla piantina.

La sonicazione apporta notevoli benefici all'adescamento dei semi, aumentando l'assorbimento di acqua, ossigeno e sostanze nutritive, potenziando le attività enzimatiche e migliorando di conseguenza sia la velocità che il tasso di successo della germinazione dei semi.

Una sonicazione più lunga determina una migliore germinazione degli ibridi di Calanthe. Più lunga è la sonicazione, più veloce è stata la germinazione. Ciò indica gli effetti positivi degli ultrasuoni sulla germinazione dei semi.
(studio e immagine: ©Shin et al. 2011)

Come funziona l'adescamento dei semi a ultrasuoni?

L'adescamento a ultrasuoni di semi e grani determina una germinazione più completa e più rapida. Questi risultati sono ottenuti grazie ai seguenti effetti degli ultrasuoni:

• Gli ultrasuoni aumentano la porosità del seme grazie alla cavitazione acustica, migliorando l'assorbimento dell'acqua e la disponibilità di ossigeno (hydropriming / steeping a ultrasuoni).
• Gli ultrasuoni aumentano l'assorbimento di nutrienti e fertilizzanti nei semi.
• L'adescamento a ultrasuoni aumenta il trasferimento di massa: l'acqua extra-assorbita reagisce liberamente e prontamente con l'embrione cellulare. In questo modo, l'acido gibberellico viene rilasciato e provoca un aumento del tasso di processi metabolici nelle cellule dell'aleurone.
• La sonicazione favorisce la mobilitazione dei nutrienti dell'endosperma attraverso la rottura della membrana cellulare. (Miano et al. 2015)
• Gli ultrasuoni attivano reazioni enzimatiche e altre reazioni biologiche.

La sonicazione favorisce la germinazione dei semi e aumenta la resa del raccolto. Oltre alle colture e alle semine di frutta, l'adescamento dei semi con ultrasuoni è stato testato con successo anche per i semi di fiori (orchidee, loto, calanthe). Gli ultrasuoni migliorano la permeabilità delle pareti cellulari, in modo che il seme mostri un assorbimento significativamente maggiore di acqua e sostanze nutritive (ad esempio, fertilizzanti).
È stato dimostrato che il tempo di ammollo dei ceci, del sorgo e dei fagioli di mare è stato significativamente ridotto dall'uso della sonicazione.

Lenticchie sonicate (40Ws/g w/ UP200St) rispetto alle lenticchie non sonicate: Le lenticchie sonicate mostrano un tasso di gemmazione più elevato e germogli più lunghi.

Sistemi di adescamento dei semi a ultrasuoni

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Vantaggi dei Sonicatori Hielscher per l'adescamento dei semi:

• Costi ridotti
• Risparmio idrico
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