Pré-condicionamento e brotação por ultrassons

• O pré-condicionamento ultrassónico de sementes é uma técnica útil antes da sementeira para reabastecer as sementes com água e nutrientes e estimular a germinação.
• A sonicação é uma técnica eficiente para quebrar a dormência das sementes e melhorar as características de germinação.
• O equipamento ultrassónico Hielscher pode ser controlado com precisão para obter resultados fiáveis na germinação e no pré-condicionamento de sementes.

Pré-condicionamento, germinação e brotação de sementes por ultrassons

O pré-condicionamento ultrassónico de sementes refere-se a um processo de tratamento de sementes com ondas ultrassónicas a aprox. 20 kHz em água ou noutras soluções nutritivas adequadas para melhorar a sua germinação e o crescimento inicial. Uma germinação rápida e uma rápida emergência das plântulas são fatores críticos para o estabelecimento bem-sucedido de plantas e culturas. A quebra da dormência e a estimulação da germinação são importantes para a proliferação e a produção precoce de plântulas. A ultrassonicação de sementes em água, numa solução nutritiva ou num agente osmótico melhora a taxa e a velocidade de germinação e proporciona uma percentagem de germinação superior à das sementes não tratadas.

Lentilhas sonicadas (40Ws/g com UP200St) em comparação com lentilhas não sonicadas: as lentilhas sonicadas apresentam uma taxa de germinação superior e rebentos mais compridos.

Vantagens do pré-condicionamento ultrassónico de sementes

Os ultrassons intensos a aprox. 20kHz têm um impacto significativo no tegumento das sementes, bem como na transferência de massa e nos processos intracelulares. Abaixo, pode encontrar informações sobre os principais efeitos da sonicação nas sementes e os benefícios associados.

• Aumento da taxa de germinação: O pré-condicionamento ultrassónico de sementes pode melhorar as taxas de germinação das sementes ao quebrar a sua dormência, aumentar a absorção de água e ativar enzimas que promovem o crescimento das sementes. Isto porque a sonicação pode ativar enzimas no interior da semente que são responsáveis pela decomposição dos nutrientes armazenados e pelo início da germinação.
• Aumento da absorção de água: A sonicação pode perfurar o tegumento das sementes e as paredes celulares, permitindo que a semente aumente posteriormente a sua permeabilidade à água e melhore a absorção de água e nutrientes. Isto dá às sementes pré-condicionadas uma vantagem, especialmente em solos secos ou empobrecidos em nutrientes.
• Emergência acelerada das plântulas: O tratamento por ultrassons para o pré-condicionamento de sementes pode reduzir o tempo necessário para as plântulas emergirem do solo, o que pode ser particularmente benéfico em situações em que se pretende um estabelecimento rápido das culturas. Ao desagregar o tegumento das sementes e melhorar a permeabilidade à água, promovendo o inchamento e a germinação das sementes, os ultrassons podem interromper a dormência das sementes.
• Melhoria do crescimento das plântulas: O pré-condicionamento ultrassónico de sementes pode estimular o crescimento das plântulas ao promover o desenvolvimento de raízes, caules e folhas. Isto pode resultar em plantas mais fortes e saudáveis, com melhores rendimentos.
• Melhoria da tolerância das plântulas ao stress: O pré-condicionamento ultrassónico de sementes aumenta a capacidade das plântulas para resistirem a fatores de stress ambiental, como a seca, a salinidade e as temperaturas elevadas.
• Redução da mortalidade das plântulas: O pré-condicionamento ultrassónico de sementes pode reduzir as taxas de mortalidade das plântulas ao promover uma germinação uniforme e o crescimento inicial, o que pode ajudar a evitar a perda de plântulas devido a uma emergência irregular ou a um crescimento deficiente.

Devido a estes efeitos positivos, o pré-condicionamento e a germinação de sementes induzidos por ultrassons melhoram a qualidade e a quantidade das culturas, conduzindo a uma germinação mais bem-sucedida, reduzindo os custos de produção e aumentando a sustentabilidade na agricultura.

Imagens de microscopia eletrónica de varrimento (SEM) de sementes de Arabidopsis.
a–c Semente submetida a sonicação a 24°C durante 30sec.
d, e semente seca, f, g semente colocada em água durante 4 dias a 4°C,
h, i, sementes germinadas.
Imagens e estudo: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Pré-condicionamento ultrassónico

O pré-condicionamento de sementes em agentes osmóticos, como manitol e polietilenoglicol (osmocondicionamento), em soluções salinas (por exemplo, CaCl₂, NaCl ou CaSO₄) (halocondicionamento) e em água (hidrocondicionamento) pode ser facilmente melhorado pela aplicação de ondas ultrassónicas. A fragmentação e a perfuração do tegumento, bem como o aumento do tamanho dos poros das sementes, induzidos por ultrassons, conduzem a uma maior capacidade de retenção de água e nutrientes nas sementes e nos grãos, resultando numa melhor hidratação. A sonicação melhora a transferência de massa entre a semente e a solução envolvente, permitindo uma maior absorção de solução (isto é, água, nutrientes, etc.) pela semente. O pré-condicionamento assistido por ultrassons é uma técnica económica, simples e segura para aumentar a capacidade de ajustamento osmótico das sementes e melhorar a germinação das sementes, o estabelecimento das plântulas e a produção das culturas em condições de stress.
Além disso, a ultrassonicação provoca a modificação do endosperma, como a degradação do amido por sonicação, o que aumenta a velocidade das reações de hidrólise catalisadas por enzimas no interior das sementes. O aumento da atividade enzimática e da hidrólise acelera a germinação e o crescimento do embrião como resultado do tratamento ultrassónico.
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Sonicadores para o pré-condicionamento e a germinação de sementes

A Hielscher Ultrasonics fornece equipamento ultrassónico para melhorar o pré-condicionamento de sementes, incluindo hidrocondicionamento, osmocondicionamento e halocondicionamento. Os sonicadores compactos para I&D e trabalho laboratorial permitem testar e estabelecer os parâmetros ótimos do processo ultrassónico, enquanto o equipamento ultrassónico de nível industrial é utilizado no tratamento em grande escala de sementes comercializadas, através de um tratamento de pré-condicionamento ultrassónico em fluxo, prático e altamente eficiente.
Para melhorar a germinação das sementes por sonicação, são necessários sistemas ultrassónicos que possam ser controlados e ajustados com precisão. Uma vez que as ondas ultrassónicas são utilizadas para estimular as atividades fisiológicas das células vegetais, a intensidade da sonicação deve ser adaptada ao tipo específico de semente e à cultivar. Os sistemas ultrassónicos Hielscher podem ser configurados para amplitudes baixas, proporcionando a cavitação e/ou a oscilação necessárias para pré-condicionar as sementes para uma germinação e um vigor ótimos. O tratamento das sementes pode ser aplicado tanto por lotes como em fluxo contínuo. A vasta gama de acessórios permite integrar facilmente os ultrassons nas instalações existentes.
Os sistemas ultrassónicos Hielscher aumentam o potencial para um elevado desempenho das plântulas após a sementeira.

Bibliografia/Referências

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• Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): O efeito de extratos botânicos obtidos por extração assistida por ultrassons em plântulas de couve-repolho branca (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) cultivadas em condições controladas. Sustainability 2020, 12, 1871.
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