Ultrazvočno kondicioniranje in kaljenje
- Ultrazvočno kondicioniranje semen je uporabna predsetvena tehnika za oskrbo semen z vodo in hranili ter spodbujanje kalitve.
- Sonikacija je učinkovita tehnika za prekinitev dormantnosti semen in izboljšanje kalitvenih lastnosti.
- Ultrazvočno opremo Hielscher je mogoče natančno nadzorovati za zanesljive rezultate kalitve in kondicioniranja semen.
Ultrazvočno kondicioniranje, kalitev in kaljenje semen
Ultrazvočno kondicioniranje semen pomeni postopek obdelave semen z ultrazvočnimi valovi pri približno 20 kHz v vodi ali drugih primernih hranilnih raztopinah za izboljšanje njihove kalitve in zgodnje rasti. Hitra kalitev in vznik sejank sta ključna dejavnika za uspešno začetno rast rastlin in posevkov. Prekinitev dormantnosti in spodbujanje kalitve sta pomembna za razmnoževanje in zgodnjo pridelavo sejank. Ultrazvočna obdelava semen v vodi, hranilni raztopini ali osmotskem sredstvu izboljša stopnjo in hitrost kalitve ter omogoča višji odstotek kalitve kot pri neobdelanih semenih.
Sonikirana leča (40Ws/g z UP200St) v primerjavi z nesonikirano lečo: sonikirana leča kaže višjo stopnjo kalitve in daljše poganjke.
Prednosti ultrazvočnega kondicioniranja semen
Intenziven ultrazvok pri približno 20kHz pomembno vpliva na semensko ovojnico ter na prenos snovi in znotrajcelične procese. V nadaljevanju so podrobnosti o glavnih učinkih sonikacije na semena in z njimi povezanih koristih.
- Povečana stopnja kalitve: Ultrazvočno kondicioniranje semen lahko izboljša stopnjo kalitve semen s prekinitvijo dormantnosti, povečanjem privzema vode in aktiviranjem encimov, ki spodbujajo rast semen. Sonikacija namreč lahko aktivira encime v semenu, ki so odgovorni za razgradnjo shranjenih hranil in začetek kalitve.
- Povečanje privzema vode: Sonikacija lahko preluknja semensko ovojnico in celične stene, tako da se lahko nato poveča prepustnost semena za vodo ter izboljša privzem vode in hranil. To daje kondicioniranim semenom prednost zlasti v suhih tleh ali tleh, osiromašenih s hranili.
- Pospešen vznik sejank: Ultrazvočna obdelava za kondicioniranje semen lahko skrajša čas, potreben za vznik sejank iz tal, kar je lahko še posebej koristno, kadar je zaželena hitra začetna rast posevkov. Ultrazvok lahko prekine dormantnost semen z razgradnjo semenske ovojnice in izboljšanjem prepustnosti za vodo, kar spodbuja nabrekanje in kalitev semen.
- Izboljšana rast sejank: Ultrazvočno kondicioniranje semen lahko spodbudi rast sejank s pospeševanjem razvoja korenin, stebel in listov. To lahko privede do močnejših in bolj zdravih rastlin z boljšim pridelkom.
- Izboljšana toleranca sejank na stres: Ultrazvočno kondicioniranje semen povečuje sposobnost sejank za prenašanje okoljskih stresnih dejavnikov, kot so suša, slanost in visoke temperature.
- Zmanjšano odmiranje sejank: Ultrazvočno kondicioniranje semen lahko zmanjša stopnjo odmiranja sejank s spodbujanjem enakomerne kalitve in zgodnje rasti, kar lahko pomaga preprečiti izgubo sejank zaradi neenakomernega vznika ali slabe rasti.
Zaradi teh pozitivnih učinkov ultrazvočno sproženo kondicioniranje in kalitev semen izboljšujeta kakovost in količino pridelka, kar vodi do uspešnejše kalitve, zmanjšanja proizvodnih stroškov in povečanja trajnostnosti v kmetijstvu.
Ultrazvočne naprave, kot je industrijska naprava UIP6000hdT , se uporabljajo za ultrazvočno kondicioniranje semen v pretočni liniji, vključno s hidrokondicioniranjem, osmokondicioniranjem in halokondicioniranjem.
- enakomerna in hitra kalitev
- višji indeks vitalnosti semen
- daljše korenine in poganjki
- povečana aktivnost α-amilaze
- večja odpornost
- povečana hidracija
- obogatitev s hranili
- skrajšan čas med setvijo in vznikanjem sejank
Slike semen Arabidopsis, posnete z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM).
a–c Seme, sonikirano pri 24°C 30sec.
d, e suho seme, f, g seme, namočeno v vodi 4 dni pri 4°C,
h, i, vzkaljena semena.
Slike in študija: ©Lopez-Ribera et al. 2017
Ultrazvočno kondicioniranje
Kondicioniranje semen v osmotskih sredstvih, kot so manitol, polietilen glikol (osmokondicioniranje), raztopine soli (npr. CaCl2, NaCl ali CaSO4) (halokondicioniranje), in v vodi (hidrokondicioniranje) je mogoče preprosto izboljšati z uporabo ultrazvočnih valov. Ultrazvočno povzročena fragmentacija in perforacija ovojnice ter povečanje velikosti por v semenih povečajo sposobnost zadrževanja vode in hranil v semenih in zrnju, kar izboljša hidracijo. Sonikacija izboljša prenos snovi med semenom in okoliško raztopino, s čimer se doseže povečan privzem raztopine (tj. vode, hranil itd.) v seme. Kondicioniranje s pomočjo ultrazvoka je gospodarna, preprosta in varna tehnika za povečanje sposobnosti semen za osmotsko prilagajanje ter izboljšanje kalitve semen, začetne rasti sejank in pridelave poljščin v stresnih razmerah.
Poleg tega ultrazvočna obdelava povzroča spremembe endosperma, kot je razgradnja škroba s sonikacijo, kar poveča hitrost encimsko kataliziranih reakcij hidrolize v semenih. Povečana encimska aktivnost in hidroliza zaradi ultrazvočne obdelave pospešita kalitev in rast zarodka.
Več o ultrazvočnem kondicioniranju preberite tukaj!
Odkrijte, kako sonikacija izboljša pridelavo travne ruše v zvitkih!
Ultrazvočne naprave za kondicioniranje in kalitev semen
Hielscher Ultrasonics dobavlja ultrazvočno opremo za izboljšano kondicioniranje semen, vključno s hidrokondicioniranjem, osmokondicioniranjem in halokondicioniranjem. Kompaktne ultrazvočne naprave za raziskave in razvoj ter laboratorijsko delo omogočajo preizkušanje in določanje optimalnih parametrov ultrazvočnega procesa, medtem ko se ultrazvočna oprema industrijske kakovosti uporablja za obsežno obdelavo semen, namenjenih prodaji, s priročno in zelo učinkovito pretočno ultrazvočno obdelavo za kondicioniranje.
Za izboljšanje kalitve semen s sonikacijo so potrebni ultrazvočni sistemi, ki jih je mogoče natančno nadzorovati in prilagajati. Ker se ultrazvočni valovi uporabljajo za spodbujanje fizioloških aktivnosti rastlinskih celic, je treba intenzivnost sonikacije prilagoditi določeni vrsti semen in kultivarju. Ultrazvočne sisteme Hielscher je mogoče nastaviti na nizke amplitude, ki zagotavljajo kavitacijo in/ali nihanje, potrebno za kondicioniranje semen za optimalno kalitev in vitalnost. Semena je mogoče obdelovati šaržno in v neprekinjenem pretočnem načinu. Širok nabor dodatne opreme omogoča preprosto vključitev ultrazvoka v obstoječe prostore.
Ultrazvočni sistemi Hielscher povečujejo potencial za dobro uspevanje sejank po setvi.
Ultrazvočna naprava UP400St za kondicioniranje semen v manjših šaržah v fazi raziskav in razvoja. Ultrazvočna obdelava omogoča hitrejše kaljenje, višji hranilni profil in izboljšano vitalnost sejank.
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | večji | sklop naprav UIP16000 |
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Literatura/Reference
- Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Uporaba ultrazvočnih valov kot tehnike kondicioniranja za pospeševanje in izboljšanje kalitve ječmenovih semen: optimizacija metode s Taguchijevim pristopom. Journal of The Institute for Brewing Vol. 114, Issue1, 2008. 14–21.
- Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): Vpliv rastlinskih izvlečkov, pridobljenih z ekstrakcijo s pomočjo ultrazvoka, na sejanke belega glavnatega zelja (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.), gojene v nadzorovanih razmerah. Sustainability 2020, 12, 1871.
- Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Vpliv ultrazvočne predobdelave na značilnosti absorpcije vode pri čičeriki (Cicer arietinum). Latin American applied research 43, 2013. 153–159.
- Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Vplivi ultrazvočnih valov na semena: kratek pregled. Agri Res & Tech letnik 6, številka 3 – April 2017.
Koristna dejstva
Kalitev
Kalitev semen opisuje razvoj in rast rastline iz semena. Proces kalitve privede do nastanka sejanke ter vključuje presnovne procese in pojav zarodne koreninice ter zarodnega poganjka. Popolnoma razvito seme vsebuje zarodek in hranila, obdana s semensko ovojnico. V ustreznih razmerah začne seme kaliti, zarodna tkiva pa še naprej rastejo in se razvijajo v sejanko. Najpomembnejši dejavniki za kalitev semen so voda, kisik, temperatura in svetloba.
Predsetvena obdelava
Krepitev vitalnosti semen je strokovni izraz, ki opisuje koristne obdelave semen po spravilu, vendar pred setvijo, za izboljšanje kalitve in rasti sejank. Za predsetveno obdelavo semen se uporabljajo različne metode za povečanje kalitve in enakomernosti rasti sejank. Predsetveni postopki vključujejo mehanske obdelave (npr. ultrazvočno obdelavo, tolčenje, drgnjenje, skarifikacijo), obdelavo z vročo ali vrelo vodo, obdelavo s suho toploto, kemično obdelavo (npr. z giberelinsko kislino/giberelinom, žveplovo kislino) ali električno obdelavo. Te obdelave semen se izvajajo z namenom izboljšanja njihove vitalnosti. Vitalnost semen je kakovostna ocena potenciala za kalitev semen, vznik na polju in sposobnost skladiščenja semen v razmerah, ki se razlikujejo od razmer pri standardni kalitvi. Vitalnost semen se meri s preizkušanjem vitalnosti semen.
Spremembe endosperma
Endosperm je tkivo, ki po oploditvi nastane v semenih večine cvetnic. Obdaja zarodek in mu zagotavlja hranila v obliki škroba, lahko pa vsebuje tudi olja in beljakovine. Endosperm je mogoče encimsko spremeniti, kar je pomemben korak pri slajenju ječmena. Med slajenjem se za spreminjanje škrobnega endosperma ječmena večinoma uporabljajo encimi beta-glukanaze in endoproteaze.
Hielscher Ultrasonics izdeluje visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje za mešanje, dispergiranje, emulgiranje in ekstrakcijo v laboratorijskem, pilotnem in industrijskem merilu.
Hielscher Ultrasonics izdeluje visokozmogljive ultrazvočne homogenizatorje od laboratorijskih do industrijskih velikosti.