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24/10/2012 1 Sementes I Agronomia Formação do grão de pólen • Estame: – Filete preso a estrutura floral; – Antera 04 lóbulos: • 02 tecas com dois lóbulos cada; – Cada lóbulo 1 microsporângio (2n) – Divisões mitóticas: » Células mãe dos micrósporos (2n); – Meiose 1 célula mãe tétrade de micrósporos (n); • Precursores do grão de pólen: – 04 micrósporos se separam no citoplasma de cada: • Vacúolo central + núcleo (n) divisões: – Célula vegetativa + célula reprodutiva grão de pólen 24/10/2012 2 24/10/2012 3 Estrutura floral Feminina Óvulo • Precursor da semente: – Pedúnculo funículo (unido a placenta); – Tegumentos envoltórios – Grupo de células internas nucela: • Calaza região de contato com o funículo; Formação do saco embrionário • Ovário óvulo nucela: – (célula mãe do saco embrionário (2n); • Macroesporogênese (meiose): – 4 células (n) macrósporos: • Apenas 01 é funcional: – Macrogameta macrogametogênese: – 03 mitoses célula com 08 núcleos: » 01 Oosfera (n); » 02 Sinérgides (n); » 02 núcleos polares ou mesoscistos (n); » 03 Antípodas (n) 24/10/2012 4 Polinização • Transferência do pólen da antera para o estigma da mesma flor ou flores diferentes: – Anemocoria, zoocoria, antropocoria; • Gargalo nos campos de produção de sementes!! 24/10/2012 5 Fertilização • Envolve basicamente três etapas: – Germinação do grão de pólen: – Formação do tubo polínico; – Fertilização propriamente dita: • Dupla fecundação: – Tubo polínico com os seus dois núcleos penetra pela micrópila e fecunda a oosfera e os núcleos do mesocisto (núcleos polares): • Singamia oosfera (n) + 01 núcleo espermático Zigoto (2n); • Tripla fusão 1 núcleo espermático (n) + núcleos polares (n+n) Endosperma Desenvolvimento do Embrião Monocotiledôneas 24/10/2012 6 Desenvolvimento do Embrião • Partes constituintes do Embrião: – Meristemas apicais; – Eixo com um ou dois cotilédones: – Sistema caulinar acima dos cotilédones: • Somente com o meristema apical; • Epicótilo com folhas Plúmula – Sistema radicular abaixo dos cotilédones: • Hipocótilo com radícula • Eixo hipocótilo-radicular 24/10/2012 7 Apomixia 24/10/2012 8 Formação da semente • Zigoto: – Embrião; – Endosperma; • Tegumento + hilo (cicatriz do funículo); – 01 ovário com 01 óvulo 01 semente; – 01 ovário com vários óvulos várias sementes; – Endosperma pode ser transferido para os cotilédones que fazem o papel de tecido de reserva da semente Poliembrionia • Ocorrência de mais de um embrião dentro da semente; • Podem ser de origem assexuada ou apomítica; – Nucelar nº plântulas idênticas maternais; – Clivagem divisão do embrião em dois – Contendo mais de um gametófito normal por óvulo Do ponto de vista funcional • A semente é: – Uma cobertura protetora • Pericarpo + tegumento (hilo) – Um tecido de reserva • Endosperma / cotilédones – Tecido meristemático; • Eixo hipocótilo radicular Unidades de dispersão • 03 categorias: – Categoria A: • Sementes; – Categoria B: • Fruto semente (cariopse / aquenio); – Categoria C: • Infrutescência semente (espinafre, beterraba) 24/10/2012 9 A semente: estrutura e funções • Casca ou cobertura protetora: – Delimita a semente; – Proteção a semente; – Reguladora / Controladora de água e gases – Tegumento e/ou tegumento + pericarpo; • Tegumento óvulo; • Pericarpo ovário; – Epiderme: • Especificidades: – Algodão células se alongam e transformam em pêlos – Linho higroscópicas mucilagem A semente: estrutura e funções • Funções da casca: – Impermeabilidade à água; – Manter unidas as partes internas da semente; – Proteção aos tecidos meristemáticos; – Barreira a entrada de microorganismos e insetos; – Regular a velocidade de hidratação da semente; • Regular a germinação / dormência – Reservatório de água: • Embebição “inchaço” água para os tecidos internos; – Regular a velocidade de trocas gasosas entre a semente e o meio; – Dispersão espacial A semente: estrutura e funções • Tecido de reserva: – Endosperma: • Fusão dos núcleos polares + núcleo do pólen; • Variações: – Reduzidos, ausentes (orquídeas), líquido (côco); • Amido(+), óleos e proteínas; • Sementes são chamadas de albuminosas (gramíneas); • Não possui um sistema autônomo de enzimas 24/10/2012 10 A semente: estrutura e funções • Tecido de reserva: – Cotilédone (s): • Se apresentam fotossintéticos; • Liberação de enzimas específicas; • Reserva alimentar • Tecido vivo: – Dispõe de enzimas para degradação e transporte de suas próprias substâncias de reserva A semente: estrutura e funções • Eixo embrionário: – Presença de tecido meristemático nas extremidades; • Plúmula folhas; • Radícula raízes; – Dicotiledôneas: • Cotilédones + eixo embrionário embrião: – Parte do eixo abaixo do cotilédone hipocótilo » Meristema apical + coifa; » Eixo hipocótilo radicular – Parte do eixo acima dos cotilédones epicótilo / plúmula » Plúmula gema apical e primórdios foliares A semente: estrutura e funções • Eixo embrionário: – Monocotiledôneas: • Embrião justaposto ao endosperma por meio de um só cotilédone escutelo • Parte inferior do eixo: – Radícula (coifa e meristema apical) • Parte superior: – Epicótilo com vários primórdios foliares: » Mais externo coleóptilo 24/10/2012 11 Coleóptilo radícula Epicótilo Ortodoxas X Recalcitrantes • Ortodoxas são sementes que podem ser desidratadas a níveis baixos de umidade (5 a 7% de umidade) e armazenadas em ambientes de baixas temperaturas; – Milho, soja, Feijão, Girassol, ervilha, • Recalcitrantes são aquelas sementes que não podem ser desidratadas abaixo de um determinado grau de umidade, sem que ocorram danos fisiológicos. Geralmente com teor de água acima dos 50%; – Cacau, ingá, seringueira, coco, carvalho, guaraná, manga, nêspera, dendê, ipê, abacate, macadâmia, pitanga, jaboticaba 24/10/2012 12 Composição química das sementes água proteína lipidios CHO TOT CHO Fibra Cinzas Feijão 10,4 22,5 1,5 61,9 4,2 3,7 Milho 13,8 8,9 3,9 72,2 2,0 1,2 Arroz 12,0 7,5 1,9 77,4 0,9 1,2 Soja 10,0 34,1 17,7 33,5 4,9 4,7 Girassol 4,8 24,0 47,3 19,9 3,8 4,0 Trigo 13,0 14,0 2,2 69,1 2,3 1,7 Watt & Merril, 1963 Qual a importância? Tanto o vigor quanto o potencial de armazenamento de sementes são influenciados pelo teor de compostos presentes Composição Química • Carboidratos: – Média de 80% da matéria seca – Amido (75%) • Amilose (cadeia reta) / amilopectina (ramificada): – Apresenta-se na forma esférica, fusiforme, lenticular – Outros: • Celulose, hemicelulose, – Parede celular; • Açúcares glucose, frutose, galactose, etc... • Mucilagens: – Dispersão / absorção de água 24/10/2012 13 Composição Química • Lipídios: – Maior porcentagem no embrião; – Triglicerídios e ácidos graxos insaturados • Oleico, linoleico, linolênico; – Outros: • Fosfolipídios; • Lecitina (fosfatidil-colina); • Glicolipídios • Esteróis: – Sitosterol Composição Química • Proteínas: – Ativas (enzimas) / reserva; – Baixa % quando comparado com lipidios e carboidratos;• Exceção soja; – Correlação entre adubação de N x PRTNs; – Todos os tecidos da semente; – 04 tipos (ordem de sollubilidade): • Albuminas, globulinas, prolaminas e glutelinas: – Cereais glutelinas e prolaminas; – Leguminosas globulinas Composição Química • Outros componentes: – Cinzas: • Bario, bromo, chumbo, cobalto, iodo, arsênio • Fosfatos e sulfatos de potássio; • Fostatos e sulfatos de calcio / magnésio; • Fitina fonte de P para a semente; • Cátions (Ca, Mg, Cu, Fe, Mn, Na, Zn, etc); – Ácidos nucleicos (DNA, RNA) – Compostos nitrogenados: • Alcalóides: – Cafeína, teobromina (cacau), sojina, ricina – Pigmentos: • Carotenos, flovonoides, antocianinas, etc... – Vitaminas; – Fitohormônios; O PROCESSO DA GERMINAÇÃO!! 24/10/2012 14 •Tegumento: •Área de armazenamento: – Endosperma; • Amido; • Aleurona (proteínas) •Embrião Dormente: – Cotilédones; – Epícótilo (broto); – Radícula (raíz); • Embebição: • penetra pelo tegumento; • Inchaço do grão; • Tegumento se rompe; • Ativa o metabolismo A água entrando na semente e no embrião, dissolve uma substância produzida no interior do embrião. Esta substância é conhecida como ácido giberélico(GA). O GA entra no citoplasma dessas células, "ativando" certos genes do DNA nuclear. 24/10/2012 15 • No citoplasma, o RNA mensageiro se junta ao ribossomo para começar o processo de produção de uma proteína; • RNAs transportadores carregados com amino-ácidos específicos são colocados na posição especificadas nas instruções do RNA mensageiro e os aminoácidos são agrupados na sequência certa pelo ribossomo; • Neste caso, a proteína crítica feita com a informação mantida no RNA é a amilase A amilase não é apenas uma proteína, ela é uma enzima. Cataliza (acelera) uma reação química particular. Especificamente, a amilase acelera a hidrólise do amido em suas unidades componentes de açúcar. Germinação de sementes • Embebição; • Síntese de Giberelinas; • Transcrição / Tradução; • Enzimas Amido açúcar; • Embrião Desenvolvimento 24/10/2012 16 Germinação Fenômeno pelo qual, sob condições apropriadas, o eixo embrionário dá prosseguimento ao seu desenvolvimento, que tinha sido interrompido por ocasião da maturidade fisiológica (sementes ortodoxas) Fenômeno pelo qual uma semente consegue produzir uma plântula normal (RAS) Fases da Germinação • Processo que consome energia proveniente da respiração; • Três fases: – Fase I rápida: • Teor de água entre 35-40% (dicotiledôneas) e 25-30% (monocotiledôneas) • Acentuado aumento da intensidade respiratória • Início da degradação de substâncias de reserva; – Desdobramento em substâncias menores; – Até que a plântula possua raízes e folhas; Fases da Germinação • Fase II: – Transporte ativo de substâncias desdobradas; – Semente para de absorver água: • Aumentos irrisórios com o tempo; – Duração mais longa que a fase I – Taxa respiratória cresce de maneira lenta; 24/10/2012 17 Fases da Germinação • Fase III: – A partir de teor de água: • 50-60% cotiledonares; • 35-40% cereais – Respiração intensa – Crescimento visível do eixo embrionário – Reorganização das substâncias desdobradas (fase I) e transportadas (fase II) em substâncias complexas protoplasma e parede celular Germinação Epígea alça 24/10/2012 18 Germinação Hipógea Germinação hipógea Germinação epígea endospermáticas cotiledonares Triticum aestivum Phaseolus vulgaris Zea mays Cucurbita pepo Hevea spp Cucumis sativus Lactuca sativa Fatores que afetam a germinação • Fatores internos: – Viva e não dormente; • Longevidade: – Determinado por suas características genéticas; 24/10/2012 19 Fatores que afetam a germinação • Fatores Internos: – Viabilidade: • Período de vida em a semente efetivamente vive dentro do seu período de longevidade em função: – Genética da planta mãe: – Vigor da planta mãe: » Nutricional/ hídrico/; – Condições climáticas durante a maturação: » Falta d’água durante acúmulo M.S; » Chochamento redução da viabilidade; – Injúrias mecânicas: » Morte / rachaduras para entrada de patógenos; – Condições de armazenamento; » ativação precoce do metabolismo; – Comercialização 24/10/2012 20 24/10/2012 21 Controle Hormonal da germinação • Giberelinas x Ácido Abscísico: – Alface: Controle Hormonal da germinação • Giberelinas: – Produção de enzimas na camada de aleurona de cereais; • Ácido Abscísico: – Relação sementes dormentes: • Grandes quantidades de ABA; • Ação Oposta às Giberelinas 24/10/2012 22 Dormência de sementes Fenômeno pelo qual sementes de determinada espécie, mesmo sendo viáveis e tendo todas as condições ambientais favoráveis, não germinam. Não confundir com quiescência (estado de repouso de sementes, perfeitamente superável com as condições ambientais favoráveis) Dormência de sementes • Recurso para distribuir as sementes no tempo; • Genético; • Posição da semente no fruto; • Características morfológicas; Tipos de dormência • Primária: – Se instala na fase de maturação da semente; – Fenômento genético; • Secundária: – Efeito de uma condição ambiental especial: • Altas temperaturas; • Baixa UR do ar; Dormência de sementes • Tegumento Impermeável: – Sem absorção de água; • Sementes duras; • Fabáceas e malváceas; – Solução: • Escarificação; – Ácido; – Água quente; – Lixa / superfície áspera 24/10/2012 23 Dormência de sementes • Sementes fisiologicamente imaturas: – Cereais / gramíneas forrageiras de colheita recente: • Morfologicamente maduras, mas: – Fisiologicamente Imaturas; – Solução: • Pré-esfriamento a 10ºC por 5 dias: – Trigo, cevada, centeio, aveia Dormência de sementes • Presença de substâncias inibidoras: – Ácido abscísico; – Ácido cumárico; – Ácido cinâmico; – Catecol; – Taninos Quebra de dormência • Métodos: – Escarificação mecânica; – Escarificação ácida; – Água quente; – Lavagem em água corrente; – Secagem prévia; – Pré-esfriamento; – Estratificação; – Exposição a luz; – Fogo; – Temperaturas alternadas O Vigor das sementes 24/10/2012 24 O vigor de sementes • Vigor genético: – Observado na heterose ou nas diferenças entre duas linhagens; • Vigor Fisiológico: – Entre lotes de uma mesma linhagem genética, cultivar ou espécie; O vigor de sementes Resultado da conjunção de todos os atributos que permitem a obtenção de um stand sob condições desfavoráveis em campo (Isely, 1957); Resultado da conjunção de atributos da semente que permitem a obtenção RÁPIDA e UNIFORME do “stand” no campo (Delouche & Caldwell 1960) O vigor de sementes Condição de boa saúde e robustez natural das sementes que permitem uma germinação rápida (Woodstock, 1969) Soma daquelas propriedades que determinam o nível potencial de atividades e desempenho de uma semente ou de um lote de sementes durante a germinação e a emergência da plântula (International Seed Testing Association - ISTA, 1981) Fatores que afetam o vigor • Genético: – Genótipo determina o vigor: • Heterose x endogamia • Durante a produção: – Antes e apósa antese (abertura da flor): – Formação da flor e fertilização; • Ex: florescimento capítulo girassol – Desenvolvimento da semente • Acúmulo de reserva maior maior vigor: – Temperatura, luz, nutrientes, água – Maturidade da semente: 24/10/2012 25 Fatores que afetam o vigor • Danos mecânicos: – Colheita, processamento e manuseio; • Microorganismos e insetos: – Resposta do tratamento de sementes para o vigor; • Armazenamento: – Ortodoxas temperatura baixa e baixa UR; • Tamanho da semente: – Embriões bem formados e mais reservas; • Idade das sementes – Mais vigor colheita mais próxima da maturidade fisiológica; • Baixa temperatura durante a embebição; Testes de vigor • Diretos: – Teste frio; – Velocidade de emergência no campo; – População inicial; – Peso matéria verde / seca; – Crescimento de plântulas; • Indiretos: – Teste de respiração; – Tetrazólio; – Teor de ácidos graxos; – Teste de condutividade elétrica – Envelhecimento precoce; FIM!!!! Alterações bioquímicas das sementes durante o desenvolvimento • Acúmulo de sacarose, frutose e glicose nos óvulos até que os núcleos do endosperma apareçam: – Decréscimo para formação de paredes celulares (celulose e outros CHOs); – N na forma de aa e amida: • Formação de proteínas do endosperma/ cotilédones; – Elevação da concentração de amido; – Leguminosas: • Proteínas, amido e fosfato; – Gramíneas: • Amido; – Oleaginosas: • Lipidios, fitina (pouco amido) 24/10/2012 26 Fatores que afetam a germinação • Fatores externos: – Água: • Reidratação tecidos reativação processos; • Rompimento da casca; • Solo em contato com a semente menos compacto; – Fase I: rápida absorção; – Fase II: lenta absorção; – Fase III: Aumento absorção; – Oxigênio: • Baixas concentrações para germinação: – Pepino, alface, arroz 2,5%; – Tomate 10,0% » Bem abaixo da concentração de Oxigênio no ambiente; – Não se considera fator limitante Fatores que afetam a germinação • Rapidez de absorção de água em função: – Espécie; • Mais proteínas mais absorção; – Disponibilidade de água; – Área de contato; – Temperatura: • Maior temperatura maior velocidade absorção; Fatores que afetam a germinação • Temperatura: – Ação na velocidade de absorção de água; – Reações bioquímicas do processo; • Maior temperatura rapidez no processo até um certo limite; – Limites máximos e mínimos » Ideal máxima germinação; Fatores que afetam a germinação • Ação da temperatura: – Total de germinação: • Crescente até o limite máximo decréscimo – Velocidade de germinação; • Acima da ótima aumento da velocidade • Abaixo da ótima redução da velocidade – Uniformidade de germinação: • Ótimas concentração da germinação em menor período de tempo
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