Ultradźwiękowe kondycjonowanie nasion i kiełkowanie

• Ultradźwiękowe kondycjonowanie nasion jest przydatną techniką przedsiewną, która uzupełnia zawartość wody i składników odżywczych w nasionach oraz stymuluje kiełkowanie.
• Sonikacja jest skuteczną techniką przełamywania spoczynku nasion i poprawy parametrów kiełkowania.
• Urządzeniami ultradźwiękowymi Hielscher można precyzyjnie sterować, aby uzyskać powtarzalne wyniki kiełkowania i kondycjonowania nasion.

Ultradźwiękowe kondycjonowanie nasion, kiełkowanie i rozwój kiełków

Ultradźwiękowe kondycjonowanie nasion oznacza proces poddawania nasion działaniu fal ultradźwiękowych o częstotliwości ok. 20 kHz w wodzie lub innych odpowiednich roztworach składników odżywczych w celu poprawy ich kiełkowania i początkowego wzrostu. Szybkie kiełkowanie i wschody siewek są kluczowymi czynnikami skutecznego przyjęcia się roślin i założenia upraw. Przełamywanie spoczynku i stymulowanie kiełkowania mają znaczenie dla rozmnażania i wczesnej produkcji siewek roślin. Sonikacja nasion w wodzie, roztworze składników odżywczych lub roztworze substancji osmotycznie czynnej poprawia zdolność i szybkość kiełkowania oraz zapewnia wyższy odsetek kiełkujących nasion niż w przypadku nasion niepoddanych zabiegowi.

Nasiona soczewicy poddane sonikacji (40Ws/g przy użyciu UP200St) w porównaniu z nasionami soczewicy niepoddanymi sonikacji: nasiona soczewicy poddane sonikacji wykazują wyższą zdolność kiełkowania i dłuższe pędy.

Zalety ultradźwiękowego kondycjonowania nasion

Intensywne ultradźwięki o częstotliwości ok. 20kHz znacząco wpływają na łupinę nasienną, a także na transport masy i procesy wewnątrzkomórkowe. Poniżej przedstawiono szczegóły dotyczące głównych skutków sonikacji nasion i związanych z nimi korzyści.

• Zwiększona zdolność kiełkowania: Ultradźwiękowe kondycjonowanie nasion może poprawić ich zdolność kiełkowania poprzez przełamywanie spoczynku, zwiększanie pobierania wody i aktywowanie enzymów wspomagających wzrost nasion. Sonikacja może bowiem aktywować w nasionach enzymy odpowiedzialne za rozkład zgromadzonych składników odżywczych i rozpoczęcie kiełkowania.
• Zwiększone pobieranie wody: Sonikacja może powodować perforację łupiny nasiennej i ścian komórkowych, dzięki czemu nasiona mogą następnie zwiększyć swoją przepuszczalność dla wody i poprawić pobieranie wody oraz składników odżywczych. Daje to kondycjonowanym nasionom przewagę, szczególnie w glebie suchej lub ubogiej w składniki odżywcze.
• Przyspieszone wschody siewek: Zastosowanie ultradźwięków do kondycjonowania nasion może skrócić czas potrzebny na pojawienie się siewek nad powierzchnią gleby, co może być szczególnie korzystne w sytuacjach, gdy pożądane jest szybkie założenie uprawy. Naruszając łupinę nasienną i poprawiając przepuszczalność dla wody, a tym samym wspomagając pęcznienie i kiełkowanie nasion, ultradźwięki mogą przerywać spoczynek nasion.
• Lepszy wzrost siewek: Ultradźwiękowe kondycjonowanie nasion może stymulować wzrost siewek poprzez wspomaganie rozwoju korzeni, łodyg i liści. Może to prowadzić do uzyskania silniejszych, zdrowszych roślin dających lepsze plony.
• Lepsza tolerancja siewek na stres: Ultradźwiękowe kondycjonowanie nasion zwiększa zdolność siewek do wytrzymywania stresorów środowiskowych, takich jak susza, zasolenie i wysokie temperatury.
• Zmniejszona śmiertelność siewek: Ultradźwiękowe kondycjonowanie nasion może zmniejszyć śmiertelność siewek poprzez wspomaganie równomiernego kiełkowania i początkowego wzrostu, co może pomóc zapobiegać utracie siewek wskutek nierównomiernych wschodów lub słabego wzrostu.

Dzięki tym pozytywnym efektom kondycjonowanie i kiełkowanie nasion wywołane ultradźwiękami poprawiają jakość i wielkość plonów, prowadząc do skuteczniejszego kiełkowania, obniżenia kosztów produkcji i zwiększenia zrównoważonego charakteru rolnictwa.

Obrazy nasion Arabidopsis uzyskane za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM).
a–c Nasiono poddane sonikacji w temperaturze 24°C przez 30sec.
d, e suche nasiono, f, g nasiono umieszczone w wodzie na 4 dni w temperaturze 4°C,
h, i, skiełkowane nasiona.
Zdjęcia i badanie: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Kondycjonowanie ultradźwiękowe

Kondycjonowanie nasion w roztworach substancji osmotycznie czynnych, takich jak mannitol i glikol polietylenowy (osmokondycjonowanie), w roztworach soli (np. CaCl₂, NaCl lub CaSO₄) (halokondycjonowanie) oraz w wodzie (hydrokondycjonowanie) można łatwo usprawnić poprzez zastosowanie fal ultradźwiękowych. Wywołane ultradźwiękami fragmentacja łupiny, perforacja i powiększenie porów nasion prowadzą do zwiększenia zdolności nasion i ziaren do zatrzymywania wody oraz składników odżywczych, co poprawia uwodnienie. Sonikacja poprawia transport masy między nasionem a otaczającym je roztworem, zwiększając pobieranie roztworu (tj. wody, składników odżywczych itp.) przez nasiono. Kondycjonowanie wspomagane ultradźwiękami jest ekonomiczną, prostą i bezpieczną techniką zwiększania zdolności nasion do dostosowania osmotycznego oraz poprawy kiełkowania nasion, przyjmowania się siewek i produkcji roślinnej w warunkach stresowych.
Ponadto sonikacja powoduje modyfikację bielma, na przykład degradację skrobi pod wpływem sonikacji, co zwiększa szybkość katalizowanych enzymatycznie reakcji hydrolizy wewnątrz nasion. Zwiększona aktywność enzymów i hydroliza przyspieszają kiełkowanie i wzrost zarodka w wyniku obróbki ultradźwiękowej.
Przeczytaj tutaj więcej o kondycjonowaniu ultradźwiękowym!
Dowiedz się, jak sonikacja poprawia produkcję trawnika z rolki!

Sonikatory do kondycjonowania i kiełkowania nasion

Hielscher Ultrasonics dostarcza urządzenia ultradźwiękowe usprawniające kondycjonowanie nasion, w tym hydrokondycjonowanie, osmokondycjonowanie i halokondycjonowanie. Kompaktowe sonikatory do prac badawczo-rozwojowych i laboratoryjnych umożliwiają testowanie i ustalanie optymalnych parametrów procesu ultradźwiękowego, natomiast urządzenia ultradźwiękowe klasy przemysłowej są wykorzystywane do obróbki na dużą skalę nasion znajdujących się w obrocie handlowym w wygodnym i wysoce wydajnym przepływowym procesie kondycjonowania ultradźwiękowego.
Aby poprawić kiełkowanie nasion poprzez sonikację, wymagane są systemy ultradźwiękowe umożliwiające precyzyjne sterowanie i regulację. Ponieważ fale ultradźwiękowe służą do stymulowania aktywności fizjologicznej komórek roślinnych, intensywność sonikacji musi być dostosowana do konkretnego rodzaju nasion i odmiany uprawnej. Systemy ultradźwiękowe Hielscher można ustawić na niskie amplitudy, zapewniające kawitację i/lub oscylacje wymagane do kondycjonowania nasion w celu uzyskania optymalnego kiełkowania i wigoru. Obróbkę nasion można prowadzić zarówno partiami, jak i w trybie ciągłego przepływu. Szeroki wybór akcesoriów umożliwia łatwą integrację ultradźwięków z istniejącymi instalacjami.
Systemy ultradźwiękowe Hielscher zwiększają potencjał dobrego rozwoju siewek po siewie.

Literatura / Źródła

• Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Zastosowanie fal ultradźwiękowych jako techniki kondycjonowania przyspieszającej i poprawiającej kiełkowanie nasion jęczmienia: optymalizacja metody z wykorzystaniem podejścia Taguchiego. Journal of The Institute for Brewing, tom 114, nr 1, 2008. 14–21.
• Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): Wpływ ekstraktów roślinnych otrzymanych metodą ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami na siewki kapusty głowiastej białej (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) uprawiane w kontrolowanych warunkach. Sustainability 2020, 12, 1871.
• Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Wpływ wstępnej obróbki ultradźwiękowej na charakterystykę wchłaniania wody przez ciecierzycę (Cicer arietinum). Latin American applied research 43, 2013. 153–159.
• Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Wpływ fal ultradźwiękowych na nasiona: krótki przegląd. Agri Res & Tech, tom 6, nr 3 – April 2017.