Tiền xử lý và kích thích mọc mầm bằng siêu âm

• Tiền xử lý hạt giống bằng siêu âm là một kỹ thuật hữu ích trước khi gieo để bổ sung nước và chất dinh dưỡng cho hạt giống và kích thích nảy mầm.
• Xử lý bằng siêu âm là một kỹ thuật hiệu quả để phá trạng thái ngủ của hạt và cải thiện các đặc tính nảy mầm.
• Thiết bị siêu âm Hielscher có thể được điều khiển chính xác để mang lại kết quả đáng tin cậy trong quá trình nảy mầm và tiền xử lý hạt giống.

Tiền xử lý, kích thích nảy mầm và mọc mầm của hạt giống bằng siêu âm

Tiền xử lý hạt giống bằng siêu âm là quá trình xử lý hạt giống bằng sóng siêu âm ở tần số khoảng 20 kHz trong nước hoặc các dung dịch dinh dưỡng phù hợp khác để tăng cường khả năng nảy mầm và sinh trưởng ban đầu. Hạt nảy mầm và cây con mọc lên nhanh chóng là những yếu tố then chốt để cây trồng bén rễ và phát triển thành công. Phá trạng thái ngủ và kích thích nảy mầm có vai trò quan trọng đối với việc nhân giống và sản xuất cây con sớm. Xử lý hạt giống bằng siêu âm trong nước, dung dịch dinh dưỡng hoặc môi trường tạo áp suất thẩm thấu giúp cải thiện tỷ lệ và tốc độ nảy mầm, đồng thời cho tỷ lệ phần trăm nảy mầm cao hơn so với hạt không được xử lý.

Hạt đậu lăng được xử lý bằng siêu âm (40Ws/g với UP200St) so với hạt đậu lăng không được xử lý bằng siêu âm: Hạt đậu lăng được xử lý bằng siêu âm có tỷ lệ nảy mầm cao hơn và chồi dài hơn.

Ưu điểm của tiền xử lý hạt giống bằng siêu âm

Siêu âm cường độ cao ở tần số khoảng 20kHz có tác động đáng kể đến vỏ hạt cũng như quá trình truyền khối và các quá trình nội bào. Dưới đây là thông tin chi tiết về những tác động chính của việc xử lý bằng siêu âm đối với hạt giống và các lợi ích liên quan.

• Tăng tỷ lệ nảy mầm: Tiền xử lý hạt giống bằng siêu âm có thể cải thiện tỷ lệ nảy mầm của hạt bằng cách phá trạng thái ngủ của hạt, tăng khả năng hấp thu nước và hoạt hóa các enzyme thúc đẩy sự sinh trưởng của hạt. Điều này là do việc xử lý bằng siêu âm có thể hoạt hóa các enzyme bên trong hạt chịu trách nhiệm phân giải chất dinh dưỡng dự trữ và khởi động quá trình nảy mầm.
• Tăng khả năng hấp thu nước: Xử lý bằng siêu âm có thể tạo lỗ trên vỏ hạt và thành tế bào, nhờ đó làm tăng tính thấm nước của hạt và cải thiện khả năng hấp thu nước cùng chất dinh dưỡng. Điều này mang lại lợi thế cho hạt đã được tiền xử lý, đặc biệt trong đất khô hoặc nghèo dinh dưỡng.
• Đẩy nhanh quá trình cây con mọc lên: Tiền xử lý hạt giống bằng siêu âm có thể rút ngắn thời gian cây con mọc lên khỏi đất, điều này có thể đặc biệt có lợi khi cần cây trồng bén rễ và phát triển nhanh chóng. Bằng cách phá vỡ vỏ hạt và cải thiện tính thấm nước, thúc đẩy hạt trương nở và nảy mầm, siêu âm có thể phá trạng thái ngủ của hạt.
• Tăng cường sinh trưởng của cây con: Tiền xử lý hạt giống bằng siêu âm có thể kích thích cây con sinh trưởng bằng cách thúc đẩy sự phát triển của rễ, thân và lá. Điều này có thể tạo ra cây khỏe hơn, có sức sống tốt hơn và cho năng suất cao hơn.
• Cải thiện khả năng chống chịu điều kiện bất lợi của cây con: Tiền xử lý hạt giống bằng siêu âm làm tăng khả năng chống chịu của cây con trước các tác nhân bất lợi từ môi trường như hạn hán, độ mặn và nhiệt độ cao.
• Giảm tỷ lệ chết của cây con: Tiền xử lý hạt giống bằng siêu âm có thể giảm tỷ lệ chết của cây con bằng cách thúc đẩy sự nảy mầm đồng đều và sinh trưởng ban đầu, qua đó có thể giúp ngăn ngừa tình trạng mất cây con do mọc không đồng đều hoặc sinh trưởng kém.

Nhờ những tác động tích cực này, việc tiền xử lý và kích thích nảy mầm của hạt giống bằng siêu âm giúp cải thiện chất lượng và sản lượng cây trồng, nâng cao mức độ thành công của quá trình nảy mầm, giảm chi phí sản xuất và tăng tính bền vững trong nông nghiệp.

Hình ảnh hạt Arabidopsis chụp bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM).
a–c Hạt được xử lý bằng siêu âm ở 24°C trong 30sec.
d, e hạt khô, f, g hạt được ngâm trong nước trong 4 ngày ở 4°C,
h, i, hạt đã nảy mầm.
Hình ảnh và nghiên cứu: ©Lopez-Ribera et al. 2017

Tiền xử lý bằng siêu âm

Việc xử lý kích hoạt hạt giống trong các dung dịch chất điều chỉnh áp suất thẩm thấu như mannitol, polyethylene glycol (kích hoạt bằng điều chỉnh áp suất thẩm thấu), các dung dịch muối (ví dụ: CaCl₂, NaCl hoặc CaSO₄) (kích hoạt bằng dung dịch muối) và trong nước (kích hoạt bằng nước) có thể dễ dàng được cải thiện bằng cách sử dụng sóng siêu âm. Sự phân mảnh, tạo lỗ và mở rộng kích thước lỗ trên vỏ hạt do siêu âm làm tăng khả năng giữ nước và chất dinh dưỡng của hạt giống và hạt ngũ cốc, nhờ đó cải thiện quá trình hydrat hóa. Xử lý siêu âm cải thiện quá trình truyền khối giữa hạt và dung dịch xung quanh, nhờ đó tăng sự hấp thu dung dịch (tức là nước, chất dinh dưỡng, v.v.) vào hạt. Xử lý kích hoạt có hỗ trợ siêu âm là một kỹ thuật kinh tế, đơn giản và an toàn để tăng khả năng điều chỉnh thẩm thấu của hạt, đồng thời cải thiện sự nảy mầm của hạt, sự hình thành cây con và sản xuất cây trồng trong các điều kiện gây stress.
Ngoài ra, xử lý siêu âm làm biến đổi nội nhũ, chẳng hạn như phân giải tinh bột bằng siêu âm, qua đó làm tăng tốc độ của các phản ứng thủy phân do enzyme xúc tác bên trong hạt. Hoạt tính enzyme và quá trình thủy phân gia tăng nhờ xử lý siêu âm giúp đẩy nhanh sự nảy mầm và sinh trưởng của phôi.
Đọc thêm về xử lý kích hoạt bằng siêu âm tại đây!
Tìm hiểu cách xử lý siêu âm cải thiện việc sản xuất thảm cỏ cuộn!

Thiết bị siêu âm để xử lý kích hoạt và thúc đẩy nảy mầm hạt giống

Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị siêu âm để cải thiện việc xử lý kích hoạt hạt giống, bao gồm kích hoạt bằng nước, bằng điều chỉnh áp suất thẩm thấu và bằng dung dịch muối. Các thiết bị siêu âm nhỏ gọn dành cho nghiên cứu và phát triển cũng như công việc trong phòng thí nghiệm cho phép thử nghiệm và xác lập các thông số tối ưu của quy trình siêu âm, trong khi thiết bị siêu âm cấp công nghiệp được triển khai để xử lý hạt giống thương mại trên quy mô lớn bằng quy trình xử lý kích hoạt siêu âm dạng dòng chảy thuận tiện và có hiệu quả cao.
Để cải thiện sự nảy mầm của hạt bằng xử lý siêu âm, cần có các hệ thống siêu âm có thể kiểm soát và điều chỉnh chính xác. Vì sóng siêu âm được sử dụng để kích thích các hoạt động sinh lý của tế bào thực vật, cường độ xử lý siêu âm phải được điều chỉnh phù hợp với từng loại hạt và giống cây trồng cụ thể. Các hệ thống siêu âm Hielscher có thể được thiết lập ở biên độ thấp, tạo ra sự xâm thực và/hoặc dao động cần thiết để xử lý kích hoạt hạt nhằm đạt khả năng nảy mầm và sức sống tối ưu. Có thể xử lý hạt theo mẻ cũng như ở chế độ dòng chảy liên tục. Danh mục phụ kiện đa dạng cho phép dễ dàng tích hợp siêu âm vào các cơ sở hiện có.
Các hệ thống siêu âm Hielscher làm tăng tiềm năng sinh trưởng tốt của cây con sau khi gieo.

Tài liệu/Tài liệu tham khảo

• Yaldagard M.; Reza Mortazavi S.A.; Tabatabaie F. (2008): Ứng dụng sóng siêu âm như một kỹ thuật xử lý kích hoạt để đẩy nhanh và cải thiện sự nảy mầm của hạt đại mạch: Tối ưu hóa phương pháp bằng cách tiếp cận Taguchi. Journal of The Institute for Brewing Tập 114, Số 1, 2008. 14–21.
• Godlewska, K.; Biesiada, A.; Michalak, I.; Pacyga, P. (2020): Ảnh hưởng của các dịch chiết thực vật thu được bằng phương pháp chiết xuất có hỗ trợ siêu âm đối với cây con bắp cải trắng (Brassica Oleracea L. Var. Capitata L.) được trồng trong điều kiện có kiểm soát. Sustainability 2020, 12, 1871.
• Ranjbari, A. & Kashaninejad, Mahdi; Aalami, Mehran; Khomeiri, Morteza; Gharekhani, Mehdi (2013): Ảnh hưởng của tiền xử lý bằng siêu âm đối với đặc tính hấp thu nước của đậu gà (Cicer arietinum). Latin American applied research 43, 2013. 153–159.
• Nazari M.; Eteghadipour M. (2017): Tác động của sóng siêu âm đối với hạt giống: Một bài tổng quan ngắn. Agri Res & Tech Tập 6 Số 3 – April 2017.