مقالات تخصصی

تکنولوژیهای نوظهور برای بهبود جوانه زنی بذر: امواج فراصوت (اُلتراسونیک)

در دو بخش قبلی از این سلسه مقالات، به بررسی چندین روش در بهبود جوانه زنی، رشد گیاهچه و همچنین کنترل پاتوژنها (عوامل بیماریزا) پرداختیم. این تکنولوژیها نشان دادند که میتواند به عنوان تکنیکهای ساده به طور موثری در بهبود جوانه زنی و یا از بین بردن عوامل باکتریهایی و قارچی بذرها مفید باشند.  در این مقاله به بررسی تکنولوژی “فراصوت” (Ultrasound (US)) در بهبود جوانه زنی خواهیم پرداخت. اصطلاح “فراصوت” به امواج فشاری (pressure waves) با فرکانس بالاتر از دامنه ۲۰ کیلوهرتز (kHz) اطلاق میشود. قدرت فراصوت مورد استفاده در صنایع غذایی شامل امواج صوتی در دامنه فرکانسهای ۲۰ تا ۱۰۰ کیلوهرتز و شدت صوت۱۰ تا۱۰۰۰ وات بر سانتیمتر مربع (W/cm۲) است. در این صنایع، استفاده از این موجهای فشاری اغلب با پارامترهای دیگری مانند دما، فشار و تیمارهای شیمیایی در شدت متوسط ترکیب میشود. در طی فرایند بکارگیری امواج صوتی برای برانگیختن ذرات در یک نمونه (sonication)، امواج صوتی فرستاده شده با ایجاد چرخه های کاهش تراکم و سپس متراکم شدن سبب ایجاد آشفتگی در مولکولهای موجود در مایع میشوند. به دنبال این عمل، در نقاطی که فشارِ متغییر در آن ایجاد شده، پدیده کاویتاسیون (cavitation) (حفره زایی) و تشکل حبابهای گازی رخ میدهد (شکل ۱).

امواج فراصوت
شکل ۱. تصویری شماتیک از سیکلهای امواج فراصوت و ایجاد حفره و حباب در نتیجه به کارگیری امواج فراصوت

تأثیرات فراصوت به فرآیند کاویتاسیون (ایجاد حفره) نسبت داده میشود، که باعث ریزجریان (microstreaming) و افزایش انتقال گرما و جرم میشود. این تکنیک ابزاری بسیار توانمند برای همگن سازی، امولسیون سازی (emulsification)، عصاره گیری، تبلور، پاستوریزاسیون در دمای پایین، فعال سازی آنزیمها، دی گازینگ (degassing)، دی فومینگ (defoaming)، کاهش اندازه ذرات، تغییر گرانروی (viscosity) و استخراج اجزای فعال زیستی از گیاهان میباشد.

امواج فراصوت امواج فراصوت
شکل ۲. نمونه از دستگاه های اولتراسونیکاتور (ultrasonicator)

از تکنولوژی فراصوت میتوان در افزایش جوانه زنی بذر و رشد پارامترهای بذر بطور موثری بهره برد. اخیراً، تعدادی از پژوهش ها، تأثیر مثبت استفاده از تکنولوژی فراصوت بر درصد جوانه زنی بذر و رشد گیاهچه­ ها را نشان داده است. در پژوهشی، استفاده از امواج فراصوت بر روی بذر جو (barley) نشان داد که تیمار بذرها با امواج فراصوت با انرژی ۴۶۰ ولت سبب کاهش ۳۰ تا ۴۵ درصدی مدت زمان جوانه زنی نسبت به بذور کنترل (بدون تیمار فراصوت) میشود (Yaldagard et al., 2008).

در مطالعه دیگری بذر کنجد (Sesame) که به مدت ۱۰ و ۲۰ دقیقه در معرض امواج فراصوت ۲۰ کیلوهرتز قرار گرفته بودند، افزایش درصد جوانه زنی را نشان دادند. (Shekari et al., 2015).

در پژوهشی که توسط Chiu و Sung در سال ۲۰۱۴ صورت گرفت، تیمار بذر نخود فرنگی (Pisum sativum) با امواج فراصوت با فرکانس ۴۰ کیلوهرتز در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد به مدت ۱ دقیقه، سرعت جوانه زنی را از ۸۵درصد به ۹۸.۱ درصد افزایش داد. همچنین این تکنیک در این مطالعه نشان داد که به طور معنیداری سبب کاهش عوامل بیماریزا در جوانه گیاه نیز میشود و گیاهچه هایی با وزن بالاتر نسبت به کنترل (عدم تیمار) ایجاد میکند.

در مطالعه دیگر توسط Shin و همکاران (۲۰۱۱) بر روی یک گونه ارکیده هیبرید () مشخص شد که با افزایش مدت زمان تیمار با امواج فراصوت، روند افزایشی در درصد جوانه زنی این گیاه دیده میشود (شکل ۳)

امواج فراصوت
شکل ۳. تأثیر مدت زمان (به دقیقه) پیش تیمار امواج فراصوت بر جوانه زنی بذر گیاه ارکید هیبرید کریسمس (Calanthe hybrid ‘ Hyesung’ × ‘Jeongmong) پس از ۱۲۰ روز کشت. تاثیر قابل توجه تیمار فراصوت به مدت ۱۰ دقیقه نسبت به زمان صفر (بدون تیمار) بر درصد جوانه زنی مشخص است.

آزمایشهای دیگری نیز بر روی بذرهای گیاه یونجه پا کلاغی (Lotus corniculatus) آفتابگرادان، یونجه، گندم و نخود با امواج فراصوت توسط پژوهشگران مختلف صورت گرفت و در کل، تاثیر مثبتی در میزان پارامترهای جوانه زنی در این گیاهان مشاهده شد؛ به طوریکه برای نمونه در نخود افزایش ۳۶ درصدی در جوانه زنی حاصل شد. در مطالعه ای توسط Sharififar و همکاران (۲۰۱۵) استفاده از تیمار فراصوت در بذر گیاهان آتریپلکس، قیچ و زیره سبز به ترتیب سبب افزایش ۲۸ ، ۳۵.۷ و ۳۶ درصدی جوانه زنی نسبت به بذور غیرتیمار گردید که رقم معنی دار و قابل توجهی است.

به طور کلی، میتوان بیان کرد که امواج فرا صوت تکنیکی مناسب برای افزایش جوانه زنی بذور میباشد. یک توجیه احتمالی برای این امر اثرات مکانیکی تولید شده توسط امواج فراصوت میتواند باشد که باعث ایجاد سوراخهای کوچک زیادی روی پوشش بذر و شکافهایی بر روی پریکارپ بذر میشود که منجر به افزایش قابل توجه رطوبت میشود. قدرت نفوذی فراصوت ممکن است سبب بالا رفتن ظرفیت نگهداری و همچنین افزایش تخلخل گردد که این امر میتواند باعث افزایش در دسترس بودن اکسیژن شود.

منابع:

Chiu, K.Y., Sung, J.M., 2014. Use of ultrasonication to enhance pea seed germination and microbial quality of pea sprouts. Int. J. Food Sci. Technol. 49, 1699–۱۷۰۶. https://doi.org/10.1111/ijfs.12476

Rifna, E.J., Ratish Ramanan, K., Mahendran, R., 2019. Emerging technology applications for improving seed germination. Trends Food Sci. Technol. 86, 95–۱۰۸. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2019.02.029

Shekari, F., Mustafavi, S.H., Abbasi, A., 2015. Sonication of seeds increase germination performance of sesame under low temperature stress. Acta Agric. Slov. 105, 203–۲۱۲. https://doi.org/10.14720/aas.2015.105.2.03

Shin, Y.K., Baque, M.A., Lee, E.J., Paek, K.Y., 2011. Effects of activated charcoal, plant growth regulators and ultrasonic pre-treatments on in vitro germination and protocorm formation of Calanthe hybrids. Aust. J. Crop Sci. 5, 582–۵۸۸.

Yaldagard, M., 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. J. Inst. Brew. 114, 14–۲۱. https://doi.org/10.1002/j.2050-0416.2008.tb00300.x

نوشته های مشابه