Ultrasonik Ön Koşullandırma ve Filizlenme

• Ultrasonik tohum ön koşullandırması, tohumlara su ve besin maddeleri kazandırmak ve çimlenmeyi uyarmak için yararlı bir ekim öncesi tekniktir.
• Sonikasyon, tohum dormansisini kırmak ve çimlenme özelliklerini iyileştirmek için verimli bir tekniktir.
• Hielscher ultrasonik ekipmanları, tohum çimlenmesinde ve ön koşullandırmasında güvenilir sonuçlar elde etmek için hassas biçimde kontrol edilebilir.

Ultrasonik Tohum Ön Koşullandırması, Çimlenme ve Filizlenme

Ultrasonik tohum ön koşullandırması, tohumların çimlenmesini ve erken büyümesini iyileştirmek amacıyla su veya diğer uygun besin çözeltileri içinde yaklaşık 20 kHz frekansındaki ultrason dalgalarıyla işlenmesi sürecini ifade eder. Hızlı çimlenme ve fide çıkışı, bitkilerin ve tarım ürünlerinin başarıyla yetişmeye başlaması için kritik faktörlerdir. Dormansinin kırılması ve çimlenmenin uyarılması, bitki fidelerinin çoğaltılması ve erken üretimi için önemlidir. Tohumların su, besin çözeltisi veya ozmotik bir ortam içinde ultrasonik işleme tabi tutulması, çimlenme oranını ve hızını artırır ve işlem görmemiş tohumlara göre daha yüksek bir çimlenme yüzdesi sağlar.

Sonikasyon uygulanmış mercimeklerin (40Ws/g, UP200St ile) sonikasyon uygulanmamış mercimeklerle karşılaştırılması: Sonikasyon uygulanmış mercimekler daha yüksek bir çimlenme oranı ve daha uzun sürgünler gösterir.

Ultrasonik Tohum Ön Koşullandırmasının Avantajları

Yaklaşık 20kHz frekansındaki yoğun ultrason, tohum kabuğunun yanı sıra kütle transferi ve hücre içi süreçler üzerinde de belirgin bir etki gösterir. Aşağıda sonikasyonun tohumlar üzerindeki başlıca etkileri ve bunlarla ilişkili faydalar hakkında ayrıntılar bulabilirsiniz.

• Artan çimlenme oranı: Ultrasonik tohum ön koşullandırması, tohum dormansisini kırarak, su alımını artırarak ve tohum büyümesini destekleyen enzimleri etkinleştirerek tohum çimlenme oranlarını iyileştirebilir. Çünkü sonikasyon, tohum içinde depolanmış besin maddelerinin parçalanmasından ve çimlenmenin başlatılmasından sorumlu enzimleri etkinleştirebilir.
• Artan su alımı: Sonikasyon, tohum kabuğunda ve hücre duvarlarında delikler oluşturabilir; böylece tohumun su geçirgenliği artabilir ve su ile besin maddesi alımı iyileşebilir. Bu, özellikle kuru veya besin maddeleri tükenmiş topraklarda ön koşullandırılmış tohumlara avantaj sağlar.
• Hızlanan fide çıkışı: Tohum ön koşullandırması için uygulanan ultrason işlemi, fidelerin topraktan çıkması için gereken süreyi azaltabilir; bu da özellikle ekilen tarım bitkilerinin hızla yetişmeye başlamasının istendiği durumlarda yararlı olabilir. Ultrason, tohum kabuğunu parçalayarak ve su geçirgenliğini iyileştirerek tohumların şişmesini ve çimlenmesini destekleyebilir ve böylece tohum dormansisini kesintiye uğratabilir.
• İyileşen fide büyümesi: Ultrasonik tohum ön koşullandırması, köklerin, gövdelerin ve yaprakların gelişimini destekleyerek fidelerin büyümesini uyarabilir. Bu, daha iyi verim sağlayan daha güçlü ve daha sağlıklı bitkilerle sonuçlanabilir.
• Fidelerin strese karşı artan toleransı: Ultrasonik tohum ön koşullandırması, fidelerin kuraklık, tuzluluk ve yüksek sıcaklıklar gibi çevresel stres etkenlerine dayanma yeteneğini artırır.
• Azalan fide ölüm oranı: Ultrasonik tohum ön koşullandırması, tekdüze çimlenmeyi ve erken büyümeyi destekleyerek fide ölüm oranlarını azaltabilir; bu da düzensiz çıkış veya zayıf büyüme nedeniyle fide kaybını önlemeye yardımcı olabilir.

Bu olumlu etkiler sayesinde ultrasonla tetiklenen tohum ön koşullandırması ve çimlenme, tarım ürünlerinin kalitesini ve miktarını artırarak daha başarılı çimlenmeye, üretim maliyetlerinin azalmasına ve tarımda sürdürülebilirliğin artmasına yol açar.

Arabidopsis tohumlarının taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri.
a–c 24°C sıcaklıkta 30sec boyunca sonikasyona tabi tutulan tohum.
d, e kuru tohum, f, g 4°C sıcaklıkta 4 gün boyunca suda bekletilen tohum,
h, i, çimlenmiş tohumlar.
Görüntüler ve Çalışma: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Ultrasonik Ön Koşullandırma

Tohumların mannitol, polietilen glikol gibi ozmotik ortamlarda (ozmotik ön koşullandırma), tuz çözeltilerinde (ör. CaCl₂, NaCl veya CaSO₄) (tuzla ön koşullandırma) ve suda (hidro ön koşullandırma) ön koşullandırılması, ultrason dalgalarının uygulanmasıyla kolayca iyileştirilebilir. Ultrasonla tetiklenen kabuk parçalanması, delik oluşumu ve tohumların gözenek boyutunun büyümesi, tohumların ve tanelerin su ve besin maddesi tutma kapasitesini artırarak hidrasyonu iyileştirir. Sonikasyon, tohum ile çevresindeki çözelti arasındaki kütle transferini iyileştirir ve böylece tohumun çözelti (yani su, besin maddeleri vb.) alımı artar. Ultrason destekli ön koşullandırma, tohumların ozmotik uyum kapasitesini artırmak ve stres koşullarında tohum çimlenmesini, fidelerin tutunup gelişmesini ve tarım ürünü üretimini iyileştirmek için ekonomik, basit ve güvenli bir tekniktir.
Ayrıca ultrasonik işlem, sonikasyonla nişastanın parçalanması gibi endosperm değişikliklerine neden olur; bu da tohumların içinde enzim katalizli hidroliz reaksiyonlarının hızını artırır. Ultrasonik işlemin sonucunda artan enzim aktivitesi ve hidroliz, çimlenmeyi ve embriyo büyümesini hızlandırır.
Ultrasonik ön koşullandırma hakkında daha fazla bilgiyi burada okuyun!
Sonikasyonun rulo çim üretimini nasıl iyileştirdiğini öğrenin!

Tohum Ön Koşullandırması ve Çimlenme için Ultrasonik Sonikatörler

Hielscher Ultrasonics, hidro ön koşullandırma, ozmotik ön koşullandırma ve tuzla ön koşullandırma dahil olmak üzere tohum ön koşullandırmasını iyileştirmek için ultrasonik ekipmanlar sağlar. Ar-Ge ve laboratuvar çalışmaları için kompakt ultrasonik sonikatörler, optimum ultrasonik işlem parametrelerinin test edilmesine ve belirlenmesine olanak tanırken endüstriyel sınıf ultrasonik ekipmanlar, ticari olarak alınıp satılan tohumların büyük ölçekli işlenmesinde kullanışlı ve son derece verimli bir akışlı ultrasonik ön koşullandırma işlemi için kullanılır.
Tohumların çimlenmesini sonikasyonla iyileştirmek için hassas biçimde kontrol edilebilen ve ayarlanabilen ultrasonik sistemler gerekir. Ultrason dalgaları bitki hücrelerinin fizyolojik faaliyetlerini uyarmak için kullanıldığından sonikasyon yoğunluğu, belirli tohum türüne ve kültivara uyarlanmalıdır. Hielscher ultrasonik sistemleri, tohumları optimum çimlenme ve güç için ön koşullandırmak üzere gereken kavitasyonu ve/veya salınımı sağlayan düşük genliklere ayarlanabilir. Tohum işlemi hem kesikli hem de sürekli akış modunda uygulanabilir. Geniş aksesuar yelpazesi, ultrasonun mevcut tesislere kolayca entegre edilmesini sağlar.
Hielscher ultrasonik sistemleri, ekimden sonra yüksek fide performansı elde etme potansiyelini artırır.

Literatür/Kaynaklar

• Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Arpa Tohumunun Çimlenmesini Hızlandırmak ve İyileştirmek için Bir Ön Koşullandırma Tekniği Olarak Ultrasonik Dalgaların Uygulanması: Yöntemin Taguchi Yaklaşımıyla Optimizasyonu. Journal of The Institute for Brewing Cilt 114, Sayı 1, 2008. 14–21.
• Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): Ultrason Destekli Ekstraksiyonla Elde Edilen Bitkisel Ekstraktların Kontrollü Koşullarda Yetiştirilen Beyaz Baş Lahana (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) Fideleri Üzerindeki Etkisi. Sustainability 2020, 12, 1871.
• Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Ultrasonik ön işlemin nohutların (Cicer arietinum) su emme özellikleri üzerindeki etkisi. Latin American applied research 43, 2013. 153–159.
• Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Ultrasonik Dalgaların Tohumlar Üzerindeki Etkileri: Kısa Bir Derleme. Agri Res & Tech Cilt 6 Sayı 3 – April 2017.