Condiționarea (priming) și încolțirea cu ultrasunete

• Condiționarea ultrasonică a semințelor este o tehnică utilă înainte de semănat, care reîncarcă semințele cu apă și nutrienți și stimulează germinația.
• Sonicarea este o tehnică eficientă pentru întreruperea dormanței semințelor și îmbunătățirea caracteristicilor de germinație.
• Echipamentele cu ultrasunete Hielscher pot fi controlate precis pentru rezultate fiabile ale germinației și condiționării semințelor.

Condiționarea, germinația și încolțirea semințelor cu ultrasunete

Condiționarea ultrasonică a semințelor (priming) se referă la un proces de tratare a semințelor cu unde ultrasonice de aprox. 20 kHz în apă sau în alte soluții nutritive adecvate, pentru a le îmbunătăți germinația și creșterea timpurie. O germinație și o răsărire rapidă a plantulelor sunt factori critici pentru instalarea cu succes a plantelor și culturilor. Întreruperea dormanței și stimularea germinației sunt importante pentru proliferarea și producția timpurie a plantulelor. Ultrasonicarea semințelor în apă, în soluție nutritivă sau într-un osmotic îmbunătățește rata și viteza de germinație și conduce la un procent de germinație mai mare decât în cazul semințelor netratate.

Linte sonicată (40Ws/g cu UP200St) în comparație cu linte nesonicată: lintea sonicată prezintă o rată de germinație mai mare și lăstari mai lungi.

Avantajele condiționării ultrasonice a semințelor

Ultrasunetele intense de aprox. 20kHz au un impact semnificativ asupra tegumentului seminal, precum și asupra transferului de masă și a proceselor intracelulare. Mai jos găsiți detalii despre principalele efecte ale sonicării asupra semințelor și despre beneficiile aferente.

• Rată de germinație crescută: Condiționarea ultrasonică a semințelor poate îmbunătăți ratele de germinație prin întreruperea dormanței semințelor, creșterea absorbției de apă și activarea enzimelor care favorizează creșterea semințelor. Aceasta deoarece sonicarea poate activa enzimele din sămânță responsabile de descompunerea nutrienților stocați și de inițierea germinației.
• Creșterea absorbției de apă: Sonicarea poate perfora tegumentul seminal și pereții celulari, astfel încât sămânța își poate crește ulterior permeabilitatea pentru apă și își poate îmbunătăți absorbția de apă și nutrienți. Acest lucru oferă semințelor condiționate un avantaj, în special în solurile uscate sau sărace în nutrienți.
• Răsărire accelerată a plantulelor: Tratamentul cu ultrasunete pentru condiționarea semințelor poate reduce timpul necesar plantulelor pentru a răsări din sol, ceea ce poate fi deosebit de benefic în situațiile în care se dorește o instalare rapidă a culturilor. Prin descompunerea tegumentului seminal și îmbunătățirea permeabilității pentru apă, favorizând umflarea și germinația semințelor, ultrasunetele pot întrerupe dormanța semințelor.
• Creștere îmbunătățită a plantulelor: Condiționarea ultrasonică a semințelor poate stimula creșterea plantulelor prin favorizarea dezvoltării rădăcinilor, tulpinilor și frunzelor. Acest lucru poate duce la plante mai puternice și mai sănătoase, cu randamente mai bune.
• Toleranță îmbunătățită a plantulelor la stres: Condiționarea ultrasonică a semințelor crește capacitatea plantulelor de a rezista factorilor de stres din mediu, precum seceta, salinitatea și temperaturile ridicate.
• Mortalitate redusă a plantulelor: Condiționarea ultrasonică a semințelor poate reduce ratele de mortalitate ale plantulelor prin favorizarea unei germinații și a unei creșteri timpurii uniforme, ceea ce poate contribui la prevenirea pierderii plantulelor din cauza răsăririi neuniforme sau a creșterii slabe.

Datorită acestor efecte pozitive, condiționarea și germinația semințelor induse ultrasonic îmbunătățesc calitatea și cantitatea culturilor, ducând la o germinație mai reușită, la reducerea costurilor de producție și la creșterea sustenabilității în agricultură.

Imagini de microscopie electronică de baleiaj (SEM) ale semințelor de Arabidopsis.
a–c Sămânță supusă sonicării la 24°C timp de 30sec.
d, e sămânță uscată, f, g sămânță ținută în apă timp de 4 zile la 4°C,
h, i, semințe germinate.
Imagini și studiu: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Condiționarea cu ultrasunete

Condiționarea semințelor în osmotice precum manitolul, polietilenglicolul (osmocondiționare), în soluții saline (de ex., CaCl₂, NaCl sau CaSO₄) (halocondiționare) și în apă (hidrocondiționare) poate fi îmbunătățită cu ușurință prin aplicarea undelor ultrasonice. Fragmentarea învelișului, perforarea și mărirea dimensiunii porilor semințelor, induse ultrasonic, conduc la o capacitate mai mare de reținere a apei și a nutrienților în semințe și boabe, având ca rezultat o hidratare îmbunătățită. Sonicarea îmbunătățește transferul de masă dintre sămânță și soluția înconjurătoare, astfel încât se obține o absorbție crescută a soluției (adică apă, nutrienți etc.) în sămânță. Condiționarea asistată de ultrasunete este o tehnică economică, simplă și sigură pentru creșterea capacității de ajustare osmotică a semințelor și pentru îmbunătățirea germinației semințelor, a instalării plantulelor și a producției agricole în condiții de stres.
În plus, ultrasonicarea provoacă modificarea endospermului, precum degradarea amidonului prin sonicare, ceea ce crește viteza reacțiilor de hidroliză catalizate enzimatic din interiorul semințelor. O activitate enzimatică și o hidroliză crescute accelerează germinația și creșterea embrionului ca rezultat al tratamentului cu ultrasunete.
Citiți mai multe despre condiționarea cu ultrasunete aici!
Aflați cum sonicarea îmbunătățește producția de gazon rulat!

Ultrasonicatoare pentru condiționarea și germinația semințelor

Hielscher Ultrasonics furnizează echipamente cu ultrasunete pentru o condiționare îmbunătățită a semințelor, inclusiv hidrocondiționare, osmocondiționare și halocondiționare. Ultrasonicatoarele compacte pentru C+D și lucrul în laborator permit testarea și stabilirea parametrilor optimi ai procesului ultrasonic, în timp ce echipamentele cu ultrasunete de nivel industrial sunt implementate în tratarea la scară largă a semințelor comercializate, printr-un tratament de condiționare ultrasonică în flux continuu, comod și extrem de eficient.
Pentru a îmbunătăți germinația semințelor prin sonicare, sunt necesare sisteme cu ultrasunete controlabile și reglabile cu precizie. Deoarece undele ultrasonice sunt utilizate pentru a stimula activitățile fiziologice ale celulelor vegetale, intensitatea sonicării trebuie adaptată tipului specific de sămânță și soiului. Sistemele cu ultrasunete Hielscher pot fi setate la amplitudini moderate, care furnizează cavitația și/sau oscilația necesare pentru condiționarea semințelor în vederea unei germinații și a unei vigori optime. Tratamentul semințelor poate fi aplicat atât în regim discontinuu (batch), cât și în flux continuu. Gama largă de accesorii permite integrarea ușoară a ultrasunetelor în instalațiile existente.
Sistemele cu ultrasunete Hielscher cresc potențialul pentru performanțe ridicate ale plantulelor după semănat.

Literatură/Referințe

• Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Application of Ultrasonic Waves as a Priming Technique for Accelerating and Enhancing the Germination of Barley Seed: Optimization of Method by the Taguchi Approach. Journal of The Institute for Brewing Vol. 114, Issue1, 2008. 14-21.
• Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): The Effect of Botanical Extracts Obtained through Ultrasound-Assisted Extraction on White Head Cabbage (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) Seedlings Grown under Controlled Conditions. Sustainability 2020, 12, 1871.
• Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Effect of ultrasonic pre-treatment on water absorption characteristics of chickpeas (Cicer arietinum). Latin American applied research 43, 2013. 153-159.
• Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Impacts of Ultrasonic Waves on Seeds: A Mini-Review. Agri Res & Tech Volume 6 Issue 3 – April 2017.