Fisiologia da tolerância a dessecação em sementes
Propaganda
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA CAMPUS ITAQUI CURSO DE AGRONOMIA FISIOLOGIA DE SEMENTES Relações água/semente Tolerância à dessecação Prof. Daniel Fonseca Importância da água 70% do protoplasma de células ativas Estrutura celular, processos anabólicos e catabólicos Catabolismo - geração de energia – quebra de moléculas grandes em pequenas Anabolismo - captação de energia - complexação de substâncias menores em maiores Difusão solutos regiões maior atividade enzimática Organização e integridade das membranas Velocidade e intensidade de deterioração Atividade de insetos e microrganismos %, velocidade e uniformidade de germinação Decisões sobre momento de colheita, secagem, processamento e armazenamento Tolerância a dessecação Capacidade de recuperar as funções biológicas com a nova embebição após a desidratação (Alpert e Oliver, 2002) Habilidade de sobrevivência Pós maturidade fisiológica Conservação do potencial fisiológico Remoção da água Água da semente Manutenção da água Formação da semente Durante o processo de desenvolvimento Dependência de volume considerável de água Água nas sementes Numa estrutura qualquer: Água Matéria seca Equilíbrio higroscópico Higroscopicidade Capacidade de retenção de água Variável com a composição química característica de cada espécie Equilíbrio higroscópico Depende???? Pressão atmosférica Gases + vapor de água Equilíbrio higroscópico Transferência da água da superfície da semente para a atmosfera P. Vapor semente > P. vapor atmosférico P. Vapor ar > P. vapor semente Pressão se igualam Secagem Umedecimento Equilíbrio higroscópico Equilíbrio higroscópico Fatores que afetam Composição química Umidade relativa e temperatura do ar Permeabilidade da cobertura Integridade das membranas Potencial de água Água na semente: ligada a substâncias Afinidade conhecimento do potencial hídrico Proteínas: carga negativa----- ligação com a água Amido: menor afinidade por água que as proteínas Lipídeos: ácidos graxos não tem grupos polares, de modo que não há ligações H, não havendo atração pela água Potencial de água Potencial da água Ψa = Ψm + Ψo + Ψp Mátrico Osmótico Pressão ou turgescência Ψw água pura = 0 Água na semente Potencial mátrico: paredes celulares, cortpos proteicos, partículas Potencial osmótico: relacionado com a quantidade de soluto Potencial de pressão ou turgência: exercida contra paredes celulares com células túrgidas, á medida que a água entra nas célulaso seu conteúdo aumenta de volume Formas de água nas sementes Tipos de água 5 tipos Tipos 1, 2 e 3: água „‟presa‟‟ grau de umidade até 33% Tipos 4 e 5: sementes com grau de umidade ≥33% Solução concentrada e diluída: água „‟livre‟‟ Dependendo do tipo de água Atividade metabólica Formas de água nas sementes Água tipo 1 Tecidos muito secos (< 7,5 % de água) Fortemente ligada à superfície das macromoléculas Remoção acelera deterioração (menor proteção) Potencial hídrico menor que 150 MPa Água tipo 2 Tecidos com 7,5% a 20% de água Forma película delgada na superfície da matriz Potencial hídrico de -11 a -150 Mpa Reações químicas facilitadas Água tipo 3 Tecidos com 20% a 33% de água Indicação de presença de água congelável Potencial hídrico de -4 a -11 Mpa Reações intensificadas Atividade de microrganismos Água tipo 4 Tecidos com 33% a 41% de água Características de solução concentrada Potencial hídrico de -1,5 a -4 Mpa Suficiente ativação processos síntese, germinação Água Tipo 5 Tecidos com > 41% de água Características de solução diluída PW > -1,5 Mpa Germinação se completa Água Tipo 4 e Tipo 5 Não interagem com a superfície da proteína Propriedades muito semelhantes uma solução Correspondentes à água “absorvida”, água “livre” Tolerância dessecação Conceito Importância Mecanismos Classificação de sementes Tolerância a dessecação Importância do ponto de vista fisiológico? Ponto de vista agronômico??? Dessecação O que acontece com as sementes nesta etapa???? Todas as espécies se comportam da mesma forma???? Perda de água Efeito nas células? membranas???? Remoção água das célula Concentração solutos Alterações metabólicas Alterações da secagem da semente Concentração de solutos Reações destrutivas dentro da célula Desnaturação de proteinas Elevação do pH intracelular Perda da integridade das membranas Alterações na composição química Alterações propried. físicas das paredes celulares Comportamento sementes quanto à tolerância à dessecação Ortodoxas Recalcitrantes Ortodoxas Recalcitrantes Guaraná Pitanga Açaí Araucária Café Mecanismos de tolerância a dessecação Características intracelulares – redução da vacuolização Atividade metabólica Sistemas antioxidantes Substâncias protetoras Moléculas anfipáticas Mecanismos de reparo Taxa de secagem Pammenter e Berjak (1999) Mecanismos de tolerância a dessecação ABA – ácido abcísico Proteinas LEA Viviparidade Características intracelulares a) Diferenciação do eixo embrionário b) Redução do grau de vacuolização c) Reação do citoesqueleto d) Estabilidade do DNA e) Grau de diferenciação celular f) Estrutura das membranas a) Diferenciação eixo embrionário Expansão celular Vacuolização durante a histodiferenciação b) Redução da vacuolização Volume vacúolos Tolerância dessecação Vacúolos Função nas sementes Armazenamento de metabólitos primários: Açúcares Ácidos orgânicos Proteínas de reserva Reação do citoesqueleto Citoesqueleto Citosol: rede de proteínas Define formato da célula Organização do citoplasma Responsável pelos movimentos celulares Citoesqueleto Secagem Desintegração (Recalcitrantes) Estabilidade do DNA Relação com proteínas LEA Grau de diferenciação celular Quanto maior o grau de diferenciação celular Maior a tolerância a dessecação Grau de diferenciação celular Redução da superfície sistema membranas Redução do volume dos vacúolos Diferenciação de organelas Estrutura membranas Retículo endoplasmático Mitocôndrias Estrutura membranas Retículo endoplasmático (formação de proteínas) Atividade metabólica Recalcitrantes: água do tipo 3 e 4 Água tipo 2 e 1 Danos irreparáveis Acúmulo de moléculas e substâncias protetoras Proteínas LEA Proteínas de choque térmico Açúcares redutores Moléculas e substâncias protetoras Proteínas LEA Comportamento anfipático: hidrofílico e hidrofóbico Inibem a desnaturação de macromoléculas Estabilizam estruturas intracelulares condições de estresse Proteínas LEA Acumuladas na etapa final de embriogênese Estáveis em alta temperatura Açúcares Sacarose, rafinose, estaquiose 2 hipóteses: Troca pelas moléculas de água Estado vítreo das células Troca pelas moléculas de água Estrutura da membrana plasmática Estado vítreo Solução líquida propriedades viscosidade sólido Não forma cristais mesmo em temperaturas muito baixas Estabilidade numa ampla faixa de temperatura Proteínas de choque térmico Classes CI, CII, CIII: proteínas citosólicas e nucleares CIV: proteínas localizadas nos plastídeos CV: proteínas no reticulo endoplasmático CVI: mitocondrial Proteínas de choque térmico Protegem as organelas e moléculas de: Danos oxidativos Desestruturação das membranas Envelhecimento Deterioração Atuam na formação do estado vítreo Atividade de moléculas anfipáticas Migram para as membranas no momento que estas perdem água (tolerantes) Mecanismos reparo Atuam em mitocôndrias, proteínas, RNA e sistemas de síntese Taxa de secagem • Secagem lenta • Secagem rápida Sementes recalcitrantes Recalcitrância Não sofrem secagem drástica na maturação Sensíveis a injúrias durante a dessecação Incapazes de sobreviver ao armazenamento em ambientes relativamente secos Tolerância à baixas temperaturas Características gerais de sementes recalcitrantes Habitat: locais rápido estabelecimento das plantas Característica muito comum em espécies arbóreas Teor de água: geralmente >50% Exemplos de sementes recalcitrantes Exemplos: cacau, ingá, seringueira, coco, carvalho, guaraná, manga, nêspera, dendê, araucaria, ipê, abacate, macadâmia, pitanga, jaboticaba Armazenamento de sementes de Araucaria angustifolia ● Refrigerado (5°C) ○ Ambiente não controlado Garcia et al. (2014) Características gerais de sementes recalcitrantes Ampla proporção entre os volumes do tecido de reserva / eixo embrionário Em várias espécies, sementes protegidas por mucilagem, no interior do fruto Características gerais de sementes recalcitrantes Desenvolvimento e maturação Etapas: divisão celular, expansão celular, matéria seca e dessecação acúmulo Dessecação é etapa marcante no desenvolvimento das ortodoxas e nas recalcitrantes? ????? Tipos de recalcitrância Mínima Moderada Alta Mínima Maior tolerância a perda de água Germinação lenta ausência água adicional Maior tolerância a baixas temperaturas Distribuição subtropical/ temperada Mínima Moderada Moderada tolerância a perda de água Velocidade média germinação ausência água adicional Maioria das espécies é sensível a baixa temperatura Distribuição tropical Moderada Alta Pouco tolerante a dessecação Germinação rápida em ausência de água adicional Sensível a baixas temperaturas Distribuição: florestas tropicais e terras úmidas Alta Avicennia marina Tolerância a temperaturas baixas Alto teor de umidade Intolerância a temperaturas abaixo de zero Formação de gelo rompe as estruturas celulares, causando a morte das sementes Dois grupos Recalc. de zonas temperadas – toleram em torno de 1 °C Recalc. de zonas tropicais – toleram de 10 a 15ºC Muito obrigado
