Ultrazvukový priming a nakličovanie

• Ultrazvukový priming semien je užitočná predsejbová technika na doplnenie vody a živín do semien a na stimuláciu klíčenia.
• Sonikácia je účinná technika na prerušenie dormancie semien a zlepšenie vlastností klíčenia.
• Ultrazvukové zariadenia Hielscher možno presne riadiť na dosiahnutie spoľahlivých výsledkov klíčenia a primingu semien.

Ultrazvukový priming, klíčenie a nakličovanie semien

Ultrazvukový priming semien označuje proces ošetrovania semien ultrazvukovými vlnami s frekvenciou približne 20 kHz vo vode alebo iných vhodných živných roztokoch na zlepšenie ich klíčenia a počiatočného rastu. Rýchle klíčenie a vzchádzanie semenáčikov sú rozhodujúcimi faktormi pre úspešné ujatie rastlín a založenie porastov plodín. Prerušenie dormancie a stimulácia klíčenia sú dôležité pre rozmnožovanie a skorú produkciu semenáčikov rastlín. Ošetrenie semien ultrazvukom vo vode, živnom roztoku alebo osmotickom médiu zlepšuje mieru a rýchlosť klíčenia a vedie k vyššiemu percentu klíčivosti v porovnaní s neošetrenými semenami.

Sonikovaná šošovica (40Ws/g s použitím UP200St) v porovnaní s nesonikovanou šošovicou: Sonikovaná šošovica vykazuje vyššiu mieru klíčenia a dlhšie výhonky.

Výhody ultrazvukového primingu semien

Intenzívny ultrazvuk s frekvenciou približne 20kHz má významný vplyv na osemenie, ako aj na prenos hmoty a vnútrobunkové procesy. Nižšie nájdete podrobnosti o hlavných účinkoch sonikácie na semená a o súvisiacich výhodách.

• Zvýšená miera klíčenia: Ultrazvukový priming semien môže zlepšiť mieru klíčenia semien prerušením ich dormancie, zvýšením príjmu vody a aktiváciou enzýmov, ktoré podporujú rast semien. Sonikácia totiž môže aktivovať enzýmy vnútri semena, ktoré sú zodpovedné za rozklad zásobných živín a spustenie klíčenia.
• Zvýšenie príjmu vody: Sonikácia môže perforovať osemenie a bunkové steny, takže semeno môže následne zvýšiť svoju priepustnosť pre vodu a zlepšiť príjem vody a živín. To poskytuje semenám po primingu výhodu najmä v suchej pôde alebo v pôde ochudobnenej o živiny.
• Urýchlené vzchádzanie semenáčikov: Ošetrenie ultrazvukom pri primingu semien môže skrátiť čas potrebný na vzídenie semenáčikov z pôdy, čo môže byť obzvlášť prospešné v situáciách, keď je žiaduce rýchle založenie porastu plodín. Narušením osemenia a zlepšením priepustnosti pre vodu, čím sa podporuje napučiavanie a klíčenie semien, môže ultrazvuk prerušiť dormanciu semien.
• Podporený rast semenáčikov: Ultrazvukový priming semien môže stimulovať rast semenáčikov podporou vývoja koreňov, stoniek a listov. Výsledkom môžu byť silnejšie, zdravšie rastliny s vyššími výnosmi.
• Zlepšená tolerancia semenáčikov voči stresu: Ultrazvukový priming semien zvyšuje schopnosť semenáčikov odolávať environmentálnym stresovým faktorom, ako sú sucho, salinita a vysoké teploty.
• Znížená úmrtnosť semenáčikov: Ultrazvukový priming semien môže znížiť mieru úmrtnosti semenáčikov podporou rovnomerného klíčenia a počiatočného rastu, čo môže pomôcť predchádzať stratám semenáčikov v dôsledku nerovnomerného vzchádzania alebo slabého rastu.

Vďaka týmto pozitívnym účinkom ultrazvukom vyvolaný priming a klíčenie semien zlepšujú kvalitu a množstvo úrody, čo vedie k úspešnejšiemu klíčeniu, znižovaniu výrobných nákladov a zvyšovaniu udržateľnosti v poľnohospodárstve.

Snímky semien Arabidopsis zo skenovacieho elektrónového mikroskopu (SEM).
a–c Semeno ošetrené sonikáciou pri 24°C počas 30sec.
d, e suché semeno, f, g semeno umiestnené vo vode na 4 dni pri 4°C,
h, i, vyklíčené semená.
Snímky a štúdia: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Ultrazvukový priming

Predsejbovú stimuláciu semien v osmotikách, ako sú manitol a polyetylénglykol (osmopriming), v soľných roztokoch (napr. CaCl₂, NaCl alebo CaSO₄) (halopriming) a vo vode (hydropriming), možno ľahko zlepšiť pôsobením ultrazvukových vĺn. Ultrazvukom vyvolaná fragmentácia a perforácia osemenia a zväčšenie veľkosti pórov semien vedú k vyššej schopnosti semien a zŕn zadržiavať vodu a živiny, čo vedie k lepšej hydratácii. Sonikácia zlepšuje prenos hmoty medzi semenom a okolitým roztokom, čím sa dosahuje zvýšený príjem roztoku (t. j. vody, živín atď.) do semena. Predsejbová stimulácia podporovaná ultrazvukom je hospodárna, jednoduchá a bezpečná technika na zvýšenie schopnosti semien osmoticky sa prispôsobiť a na zlepšenie klíčenia semien, ujímania semenáčikov a produkcie plodín v stresových podmienkach.
Ultrazvukové ošetrenie navyše spôsobuje modifikáciu endospermu, napríklad degradáciu škrobu sonikáciou, ktorá zvyšuje rýchlosť enzýmovo katalyzovaných hydrolytických reakcií v semenách. Zvýšená enzýmová aktivita a hydrolýza v dôsledku ultrazvukového ošetrenia urýchľujú klíčenie a rast embrya.
Viac o ultrazvukovej predsejbovej stimulácii si prečítajte tu!
Zistite, ako sonikácia zlepšuje produkciu trávnych kobercov!

Ultrazvukové prístroje na predsejbovú stimuláciu a klíčenie semien

Hielscher Ultrasonics dodáva ultrazvukové zariadenia na zlepšenie predsejbovej stimulácie semien vrátane hydroprimingu, osmoprimingu a haloprimingu. Kompaktné ultrazvukové prístroje na výskum a vývoj a laboratórnu prácu umožňujú testovať a určovať optimálne parametre ultrazvukového procesu, zatiaľ čo priemyselné ultrazvukové zariadenia sa využívajú na veľkoobjemové ošetrenie komerčne obchodovaných semien pohodlnou a vysoko účinnou prietokovou ultrazvukovou predsejbovou stimuláciou.
Na zlepšenie klíčenia semien sonikáciou sú potrebné presne ovládateľné a nastaviteľné ultrazvukové systémy. Keďže ultrazvukové vlny sa používajú na stimuláciu fyziologických aktivít rastlinných buniek, intenzita sonikácie sa musí prispôsobiť konkrétnemu typu semien a kultivaru. Ultrazvukové systémy Hielscher možno nastaviť na nízke amplitúdy, ktoré zabezpečujú kavitáciu a/alebo osciláciu potrebnú na predsejbovú stimuláciu semien pre optimálne klíčenie a vitalitu. Semená možno ošetrovať vsádzkovo aj v režime kontinuálneho prietoku. Široká ponuka príslušenstva umožňuje jednoduchú integráciu ultrazvuku do existujúcich prevádzok.
Ultrazvukové systémy Hielscher zvyšujú potenciál semenáčikov na dosiahnutie vysokej výkonnosti po výseve.

Literatúra/Odkazy

• Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Použitie ultrazvukových vĺn ako techniky predsejbovej stimulácie na urýchlenie a zlepšenie klíčenia semien jačmeňa: optimalizácia metódy Taguchiho prístupom. Journal of The Institute for Brewing Vol. 114, Issue1, 2008. 14–21.
• Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): Vplyv rastlinných extraktov získaných extrakciou podporovanou ultrazvukom na semenáčiky bielej hlávkovej kapusty (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) pestované v kontrolovaných podmienkach. Sustainability 2020, 12, 1871.
• Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Vplyv ultrazvukovej predúpravy na charakteristiky absorpcie vody v cíceri (Cicer arietinum). Latin American applied research 43, 2013. 153–159.
• Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Účinky ultrazvukových vĺn na semená: stručný prehľad. Agri Res & Tech ročník 6, číslo 3 – April 2017.