FORMAÇÃO DA SEMENTE DE ANGIOSPERMAS - Esalq

11/08/2016
MULTIPLICAÇÃO DE PLANTAS
FORMAÇÃO DA SEMENTE DE
ANGIOSPERMAS
Julio Marcos Filho
Tecnologia de Sementes
Depto. Produção Vegetal – USP/ESALQ
R
E
P
R
O
D
U
Ç
Ã
O
CICLO SEXUADO
(n)
RECOMBINAÇÃO GÊNICA
(2n)
CICLO ASSEXUADO
(2n)
MANUTENÇÃO GÊNICA
(2n)
P
R
O
P
A
G
A
Ç
Ã
O
ESTABELECIMENTO DO CLONE
NOVO INDIVÍDUO
Diagrama ilustrativo das formas de multiplicação dos vegetais
(Scarpare Filho e Almeida, 2002)
MULTIPLICAÇÃO DE PLANTAS
PROPAGAÇÃO
REPRODUÇÃO  VIA SEXUADA: SEMENTES
Produção de um novo organismo, com intervenção
de células ou núcleos sexuais (gametas)  Há
renovação do indivíduo
PROPAGAÇÃO  VIA ASSEXUADA
Partes vegetativas, células e tecidos da planta, com
capacidade de regeneração  Manutenção de clones
VEGETATIVA
(Propágulos)
Natural
(bulbos, tubérculos,
rizomas...)
APOMIXIA
(sementes “assexuadas”)
Artificial
(estaquia, enxertia,
micropropagação,
sementes artificiais)
Propágulo: parte da planta utilizada para propagação
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PROPAGAÇÃO
RELAÇÕES COM MULTIPLICAÇÃO SEXUADA
 VOLUME DE MATERIAL  manejo e transporte
FORMAÇÃO DA SEMENTE
REINO VEGETAL : 350.000 espécies descritas
250.000 multiplicadas por sementes
 MANEJO PARA INSTALAÇÃO DA LAVOURA  mecanização
 CUSTO E TRABALHO PARA A PRODUÇÃO DE MUDAS
 ARMAZENAMENTO
 VARIABILIDADE GENÉTICA DOS DESCENDENTES
ADAPTAÇÃO AO AMBIENTE
CONDIÇÕES DESFAVORÁVEIS
 DEGENERESCÊNCIA
REPRODUÇÃO: transição da fase vegetativa para a reprodutiva
 alteração na atividade de gemas: percepção de estímulos
FLORESCIMENTO
INÍCIO DA FASE DO CICLO DE VIDA VEGETAL
QUE CULMINA COM A FORMAÇÃO DA SEMENTE
 CUSTO DO MATERIAL EM RELAÇÃO AO DAS SEMENTES
 MELHORAMENTO GENÉTICO TRADICIONAL
PROPAGAÇÃO
USOS
• ESPÉCIE NÃO PRODUZ SEMENTES
• EXIGÊNCIAS DE CONDIÇÕES ESPECIAIS PARA A
PRODUÇÃO DE SEMENTES
• CONSTITUIÇÃO GENÉTICA HETEROZIGÓTICA, COM
TAXA ELEVADA DE SEGREGAÇÃO
• PERÍODO E UNIFORMIDADE PARA A FORMAÇÃO DA
LAVOURA
• UNIFORMIDADE E FIDELIDADE AO GENÓTIPO
FORMAÇÃO DA SEMENTE
MERISTEMAS:
Tecidos vivos, ainda não diferenciados, que se
multiplicam por divisões mitóticas, formando novos
tecidos que dão origem a partes específicas da planta.
São sinônimos de tecidos embrionários e constituem primórdios vegetativos (raiz, caule, folhas) ou
reprodutivos (órgãos florais)
• SEMENTES COM BAIXA LONGEVIDADE
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FLORESCIMENTO
INDUÇÃO FLORAL
Alteração fisiológica que permite o desenvolvimento de
primórdios reprodutivos, sob o estímulo de fatores
ambientais
ZIGOTO
- Água
Ciclo de uma planta
multiplicada por
sementes
- Fotoperíodo
vernalização
PLANTA EM
VEGETAÇÃO
PLANTA
ADULTA
- Agentes químicos: fitohormônios
- Temperatura: unidades térmicas, temperaturas amenas,
Fase vegetativa
juvenil
SEMENTE
Fase
vegetativa
adulta
FLOR
Fase
reprodutiva
adulta
Indução
Contreras
FLORESCIMENTO
INDUÇÃO FLORAL
Alteração fisiológica que permite o desenvolvimento de
primórdios reprodutivos, sob o estímulo de fatores
ambientais
- Água
- Fotoperíodo
- Agentes químicos: fitohormônios
- Temperatura: unidades térmicas, temperaturas amenas,
vernalização
Plantas anuais: ciclo em uma estação de crescimento
Plantas bienais: ciclo em duas estações de crescimento
Plantas perenes: vivem mais de dois anos; repetem
anualmente o ciclo vegetativo e o reprodutivo, a partir
da época em que superam o período juvenil
Período juvenil: plantas não sensíveis a estímulos
promotores do florescimento
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Transição
antera
Vernalização
pólen
estigma
estilete
filete
Fase vegetativa
juvenil
ovário
óvulo
Fase vegetativa
adulta
Primeira estação de crescimento
Contreras
Fase reprodutiva
adulta
Segunda estação de crescimento
FLORESCIMENTO
INICIAÇÃO FLORAL
Expressão morfológica do estado induzido, que
ocorre em tecidos meristemáticos
FLORES
pedúnculo
Corte longitudinal de uma flor
completa e perfeita
FLORES
- Tipos quanto às partes
Completa x Incompleta
Perfeita x Imperfeita
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FLORES
- Tipos quanto sexo
Hermafrodita
Unissexuada
- Planta quanto ao sexo
Hermafrodita
Unissexuada
Monoica
Dioica
Andromonoica
Ginomonoica
Flores imperfeitas ou unissexuadas
Contreras
Saco polínico
Folha Carpelar
Lóculo
Óvulo
Grãos de pólen
Micrópila
Filete
OVÁRIO
ANTERA
REPRESENTAÇÃO DE CORTE TRANSVERSAL DE ANTERA E OVÁRIO
Contreras
Planta monoica
5
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HÁBITOS DE CRESCIMENTO
ar
ep
en
con
1
tap
2
3
tt
5
lp
Exemplos de inflorescências de plantas de hábitos de crescimento
determinado e indeterminado.
http://ucavo/ucr.edu/avocadowebsite
cmgp
ex
cv
po
7
cr
in
6
FORMAÇÃO DO GRÃO DE PÓLEN
(microsporogênese)
Tipos de grãos de pólen
6
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MICROSPOROGÊNESE
mi
Ovário
sc
pr
GRÃO DE PÓLEN
Superfície da Exina  Importância
nc
sc
pr
mi
nc
Óvulo
jovem
ar
Porosidade
a
b
c
d
e
f
Esporolenina
Superfície da Intina  Importância
COMPOSIÇÃO DO PÓLEN : proteínas, lipídios, aminoácidos
ar
livres, vitaminas, auxinas, giberelinas  IMPORTÂNCIA
meiose
FORMAÇÃO DO SACO EMBRIONÁRIO
(macrosporogênese)
três células
degeneram
célula mãe
funcional
célula mãe
funcional
mitose I
mitose II
mitose III
7
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ovário
mi
sg
Autopolinização em alface
Corolla
oo
Stigma
nc
pr
Pollen
np
sc
Stamens
ant
óvulo
fn
Ovary
Emergência do estilete e do estigma através da coluna estaminal em flores
perfeitas de alface (Besnier, 1989).
Contreras
POLINIZAÇÃO
TIPOS

AUTOPOLINIZAÇÃO:
citros, alface, tomate, quiabo, fumo, soja, berinjela,
arroz, trigo, algodão, amendoim, feijão, cevada, ervilha,
pimentão ...
 POLINIZAÇÃO CRUZADA:
milho, centeio, crotalária, sorgo, cebola, repolho e demais
brássicas, mamona, maracujá, cenoura, cucurbitáceas, girassol,
milheto, alfafa, maçã, manga, mamão, pera, pecã, espinafre,
pimentão, berinjela
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AGENTES DE POLINIZAÇÃO
 VENTO:
AGENTES DE POLINIZAÇÃO
 VENTO: características do pólen e da estrutura floral
Dispersão do
Pólen pelo Vento
- Características do pólen e da estrutura floral
AGENTES DE POLINIZAÇÃO
 VENTO: características do pólen e da estrutura floral
AGENTES
 INSETOS: características do pólen e da dispersão
principais insetos polinizadores
Cebola, cenoura, cucurbitáceas, girassol, crotalária, maracujá,
repolho, ...
Polinização Crotalária
Polinização Girassol
(Unghiatti)
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AGENTES
ÁGUA
Vallisneria sp.
flores
masculinas
flores
femininas
Susan Stieve
AGENTES
MORCEGOS
QUIROPTEROFILIA
ORNITOFILIA
Contreras e Rojas
HOMEM
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DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO
 DICOGAMIA
PROTANDRIA
milho, cenoura, cebola, pecã, girassol
1
2
3
4
5
1. Masculina; 2. Feminina; 3. Fecundada; 4. Frutificação; 5. Fruto
DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO
Girassol estádio 4.4.
1
2
3
PROTOGINIA
manga, milheto, couve-flor, Magnolia, Primula
1
2
3
1. Fecundadas s/ estames e estigmas
2. Com estames
3. Com estigmas
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DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO
 AUTOINCOMPATIBILIDADE
Heterostilia, Genética
repolho, crotalaria, maracujá, girassol, rabanete,
centeio, pimentão, laranja
Pimentão: variações nas posições do estigma e das anteras
afetam a intensidade de ocorrência da polinização cruzada
A
B
No primeiro dia (A), os estigmas estão receptivos e as anteras ainda não iniciaram a liberação de
pólen. No segundo dia (B), as anteras liberam o pólen, mas os estigmas não mais estão
receptivos. Exemplo com Magnolia grandiflora – “southern magnolia”.
Fotos: K. R. Robertson, University of North Carolina
Contreras
Protoginia em Magnolia
Contreras
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germinação do
grão de pólen
tubo
polínico
abortado
(a)
tubo
polínico
normal
(b)
tubo polínico
saco embrionário
(c)
ovário
óvulo
Auto incompatibilidade gametofítica
Contreras
FECUNDAÇÃO
lp
Antera
- GERMINAÇÃO DO TUBO POLÍNICO
Turgor celular, concentração de Boro, gradiente de
concentração de Cálcio, liberação de enzimas pelo
estilete
Grão de pólen
Estigma
Tubo
polínico
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FECUNDAÇÃO
1. SINGAMIA:
núcleo reprodutivo (n) + oosfera (n)
ZIGOTO (2n)
núcleos
núcleospolares
polares
gametas
gametas
masculinos
masculinos
núcleo
vegetativo
gametas
masculinos
EMBRIÃO
núcleo do
endosperma
1
zigoto
tubo polínico
CARACTERÍSTICAS GENÉTICAS DO NOVO INDIVÍDUO SÃO TRANSMITIDAS
2
ATRAVÉS DE GENES LOCALIZADOS NOS CROMOSSOMOS DOS GAMETAS
A partir da primeira divisão do zigoto, a base estrutura padrão
do embrião e o destino das células já se torna evidente
FECUNDAÇÃO
2. FUSÃO TRIPLA:
núcleo reprodutivo (n) + núcleos polares (2n)
NÚCLEO DO
ENDOSPERMA (3n)
ENDOSPERMA (?)
Henk Hilhorst
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Folhas primárias
Feijão: desenvolvimento inicial
do embrião e plântula formada
epicótilo
cotilédones
hipocótilo
Sistema
radicular
Primeira divsão do zigoto e sequência de desenvolvimento do embrião de Arabidopsis
O papel do suspensor é fornecer sustentação ao embrião, sob o ponto de
vista físico e nutricional, além de colaborar em mecanismos que regulam a
embriogênese
Há várias formas
diferentes de suspensor
Há comunicação entre o
embrião e o supensor
durante a embriogênese
Henk Hilhorst
O suspensor é formado
e degradado no decorrer
da embriogênese
FORMAÇÃO DO EMBRIÃO DE MONO E DE DICOTILEDÔNEAS
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PARTES DO EMBRIÃO
Eixo embrionário
- RADÍCULA: raiz rudimentar do embrião
- HIPOCÓTILO: região de transição vascular entre raiz e caule
- COTILÉDONE(S):
Dicotiledôneas  armazenamento de reservas ou folhas embrionárias
Monocotiledôneas  proteção ao eixo embrionário e transferência de
reservas do endosperma para o embrião
- PLÚMULA: massa de células meristemáticas  gema apical
- EPICÓTILO: presente na plúmula, em forma meristemática ou
Cotilédones
desenvolvido e identificável
- Coleorriza, coleoptilo, epiblasto, raízes seminais (nó cotiledonar)
SEMENTE DE ERVILHA
- Mesocótilo: primeiro nó do epicótilo
Plúmula: massa de células meristemáticas;
representa a gema apical
Radícula
COTILÉDONE
Hipocótilo: região de transição
vascular entre raiz e caule
Cotilédones:
armazenamento de reservas
TEGUMENTO
plúmula + folhas primárias
cotilédones
hipocótilo
raiz primária
EMBRIÃO DE
FEIJÃO
O EPICÓTILO ESTÁ PRESENTE NA PLÚMULA, EM FORMA MERISTEMÁTICA
OU DESENVOLVIDO E IDENTIFICÁVEL
EIXO
EMBRIONÁRIO
SEMENTE DE ABÓBORA
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Pericarpo
coleoptilo
plúmula (folhas primárias)
Endosperma
raízes seminais
(nó cotiledonar)
cotilédone
(escutelo): proteção
ao eixo e transferência
de reservas
coleorriza
radícula
coleoptilo
plúmula
raízes seminais
raiz primária
EMBRIÃO
DO MILHO
EM GRAMÍNEAS, O EMBRIÃO TAMBÉM PODE APRESENTAR O EPIBLASTO E
HÁ AUTORES QUE CONSIDERAM O MESOCÓTILO
DESENVOLVIMENTO DO ENDOSPERMA
Cotilédone
NÚCLEO DO ENDOSPERMA
Plúmula
Endosperma
Eixo hipocótilo-radícula
TECIDO DE RESERVA
divisões
diferenciação
ENDOSPERMA
GERMINAÇÃO
 SEMENTES ALBUMINOSAS: monocotiledôneas, mamona, café, alface,
seringueira, tomate, beterraba
SEMENTE DE CEBOLA
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PERISPERMA
Desenvolvimento do tecido nucelar materno
Exemplos: café, beterraba
ne
zg
nl
pe
pe
celular
(tomate)
nuclear
(gramíneas, mamona, maçã)
helobial
Corte de uma semente de beterraba
DESENVOLVIMENTO DO ENDOSPERMA
TECIDO DE RESERVA
 SEMENTES
DESENVOLVIMENTO DO EMBRIÃO
EXALBUMINOSAS: geralmente dicotiledôneas
leguminosas, malváceas, cucurbitáceas, crucíferas
TECIDO VIVO ?
TEGUMENTO
PRIMINA
TESTA (Externo)
SECUNDINA
TEGMA (Interno)
Funções, numa semente em desenvolvimento
- Caminho para o transporte e conversão de aminoácidos e açúcares
para o embrião/endosperma durante o desenvolvimento
- Acúmulo temporário de assimilados para uso posterior pelas células
do tegumento
- Auxiliar trocas gasosas
- Suprimento de substâncias de crescimento para o embrião
- Proteção do embrião e endosperma contra dessecação e agentes
externos
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FRUTO E SEMENTE
TEGUMENTO
Funções, numa semente formada
FRUTO
- Manter unidas as partes da semente
OVÁRIO MADURO, COM UMA OU MAIS SEMENTES
EPICARPO
PARTES:
-Proteção contra agentes externos (bióticos e abióticos):
composição, estrutura
a) PERICARPO
- Regular trocas de água e trocas gasosas com o ambiente
b) SEMENTE
TEGUMENTO
- Regular a germinação e interferir em mecanismos de dormência:
estrutura e composição do tegumento, presença de mucilagem
- Controle da dispersão espacial das sementes: asas, espinhos, pelos
mucilagens, substâncias resistentes ao trato digestivo de animais
Relações entre o teor de lignina e o índice de resistência a injúrias
mecânicas em sementes de sete cultivares de soja (Alvarez et al., 1997)
CULTIVAR
LIGNINA (%)
INJ. MEC. (índice)
Doko
6,2
494
FT-2
6,2
575
Paraná
5,5
505
Bossier
5,2
401
Davis
4,6
373
Savana
4,3
349
IAC-2
4,2
266
MESOCARPO
ENDOCARPO
ENDOSPERMA (?)
EMBRIÃO
Eixo
Cotilédone(s)
FRUTO E SEMENTE
FRUTOS SECOS: cariopse (gramíneas), aquênio (girassol, alface,
cenoura), pixídio (beterraba)
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NOZ
SÂMARA
endocarpo
SÍLIQUA
FRUTO E SEMENTE
FRUTOS CARNOSOS
VAGEM
APOMIXIA
DESENVOLVIMENTO ASSEXUADO DE SEMENTES, COM
ESTRUTURA SEMELHANTE ÀS PRODUZIDAS APÓS A
FECUNDAÇÃO
SÃO SEMENTES FORMADAS A PARTIR DE CÉLULAS DIPLÓIDES DO
ÓVULO, MEDIANTE DIFERENTES MECANISMOS, SEM QUE TENHA
OCORRIDO A FECUNDAÇÃO
CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO
- SUBSTITUI A REPRODUÇÃO PELA PROPAGAÇÃO
- NÃO HÁ UNIÃO DE GAMETAS
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POR QUE ESTUDAR
FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES ?
Contreras
TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO
- Clima
- Época de semeadura
- Semeadura: manejo do equipamento
- Inspeções e roguing
- Colheita
isolamento
Fluxo de pólen e risco
de contaminação
POLINIZAÇÃO E SUAS CONSEQUÊNCIAS: necessidade
do conhecimento
Area de produção de sementes
IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO
 PUREZA GENÉTICA
Isolamento
Direção predominante dos ventos
Isolamento para produção de sementes de alface: plantas autógamas
Contreras
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Produção de sementes em estruturas protegidas
IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO
 PUREZA GENÉTICA
Direção predominante dos ventos
Proporção linhas masculinas e femininas
(http://www.avrdc.org)
Contreras
Isolamento + insetos pepino
 PUREZA GENÉTICA
Despendoamento em milho
Contreras
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11/08/2016
IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO
 PUREZA GENÉTICA
“Split”
Milho, tomate, sorgo, girassol, pepino
Osvaldo P. Pereira
Manual
Cristian |Carvallo
Mecânico
Semeadura para produção de híbridos de girassol, com duas
linhas da linhagem masculina, para seis da feminina: linhas
masculinas semeadas uma semana depois
Rebeca Unghiatti
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11/08/2016
IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO
“Split” Girassol
 PUREZA GENÉTICA
Machoesterilidade
Milho, repolho, cenoura, girassol, milheto
Unghiatti
Semeadura das linhas masculinas uma semana antes das
femininas: nas fotos, linhas masculinas no estádio VE, no
dia da semeadura do parental feminino.
Proporção linhas masculinas e femininas
Produção de sementes de milho doce: proporção de linhas
masculinas/femininas é de 4:3. Linhas masculinas semeadas 3, 6 e 10 dias
após as femininas.
Contreras e Rojas
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11/08/2016
Flor completa do tomateiro (A) e inflorescência com flores em diferentes estádios de
desenvolvimento (B) - P.C.T. Melo
Pistilo
Pétalas
Estames
Cone de
anteras
A
Rebeca Unghiatti
Estames de flores tubulosas
Aborto de flor
Sépalas
Ovário
Camada de
abscisão
B
IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO
 QUANTIDADE PRODUZIDA
Flor de tomate
Presença de insetos
Formato da área
Controle de insetos
Clima x época de semeadura
Temperatura x viabilidade do pólen
Contreras
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1- Emasculação de flores
em plantas femininas
2- Extração do pólen
3- Armazenamento do pólen
Contreras
4- Polinização manual
Coleta de pólen
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11/08/2016
Híbrido tomate
Contreras
Técnicas de cruzamentos controlados
Híbrido pimentão
POR QUE ESTUDAR
FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES ?
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE
Testes de rotina e testes rápidos
Pureza física, exame de silvestres, germinação,
sanidade, tetrazólio ...
IDENTIFICAÇÃO DE CULTIVARES
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11/08/2016
POR QUE ESTUDAR
FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES ?
RECONHECIMENTO DA MATURIDADE FISIOLÓGICA
BENEFICIAMENTO
Escolha de máquinas para separação
Planejamento de linhas de fluxo
Injúrias mecânicas
RECONHECIMENTO DE PROBLEMAS E SUA EXTENSÃO
Teste de tetrazólio em sementes de tomate
Aspecto normal ou
anomalias?
Interpretação do teste de tetrazólio em sementes de Brachiaria brizantha,
mediante ampliação de imagens digitalizadas (Custódio et al., 2012).
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11/08/2016
1
2
3
FISSURAS INTERNAS PROVOCADAS POR INJÚRIAS MECÂNICAS, NÃO
IDENTIFICADAS EXTERNAMENTE PODEM PROVOCAR ANORMALIDADE
NA GERMINAÇÃO (Flor, 2003).
1. Imagem externa; 2. Radiografia; 3. Plântula anormal
1
A
A’
2
B
B’
Imagens radiográficas (A e B) de sementes da classe 50-75% (proporção
embrião+endosperma/cavidade interna) e respectivas imagens fotográficas (A’ e B’) das
plântulas anormal e normal resultantes do teste de germinação
1 (A) - maior espaço (área escura entre o endosperma e o embrião), maior incidência de
plântulas anormais (A’);
2 (B) - menor espaço (área escura entre o endosperma e o embrião), maior incidência de
plântulas normais (B’)
(Gagliardi e Marcos Filho, 2010)
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11/08/2016
POR QUE ESTUDAR
FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES ?
BIOTECNOLOGIA
SEMENTES ARTIFICIAIS OU SINTÉTICAS
EMBRIÃO SOMÁTICO :
DESENVOLVIMENTO DE EMBRIÃO A PARTIR DE
CÉLULAS QUE NÃO SÃO PRODUTOS DA FUSÃO DE
GAMETAS
Embriogênese somática + sementes sintéticas
EMBRIOGÊNESE SOMÁTICA
Natural: exemplo / embriões nucelares em citros
Induzida: células induzidas por estímulos ambientais ou
químicos
SEMENTES ARTIFICIAIS OU SINTÉTICAS
a) Embrião encapsulado
b) Embriões somáticos, brotos ou outros tecidos
encapsulados artificialmente que podem ser utilizados para
cultivo in vitro ou ex vitro (Aitken-Christie et al., 1994)
É UMA MODALIDADE DE CULTURA DE TECIDOS DE
PLANTAS MEDIANTE A ENCAPSULAÇÃO DE
EMBRIÕES SOMÁTICOS
D
semente sintética
de café
CÁPSULAS DE HIDROGEL:
alginato de sódio, resinas plásticas de óxido de polietileno
+ reservas + agentes protetores + microrg. benéficos + ...
30
11/08/2016
mandioca
abacaxi
Feijão
Embrião zigótico encapsulado
31