formação da semente de angiospermas - Esalq

03/08/2011
MULTIPLICAÇÃO DE PLANTAS
FORMAÇÃO DA SEMENTE DE
ANGIOSPERMAS
REPRODUÇÃO  VIA SEXUADA: SEMENTES
Produção de um novo organismo, com intervenção
de células ou núcleos sexuais  Há renovação do
indivíduo
Julio Marcos Filho
Tecnologia de Sementes
Depto. Produção Vegetal – USP/ESALQ
PROPAGAÇÃO  VIA ASSEXUADA:
Partes vegetativas, células e tecidos da planta, com
capacidade de regeneração  Manutenção de clones
MULTIPLICAÇÃO DE PLANTAS
R
E
P
R
O
D
U
Ç
Ã
O
CICLO SEXUADO
(n)
RECOMBINAÇÃO GÊNICA
(2n)
NOVO INDIVÍDUO
CICLO ASSEXUADO
(2n)
MANUTENÇÃO GÊNICA
(2n)
PROPAGAÇÃO
P
R
O
P
A
G
A
Ç
Ã
O
ESTABELECIMENTO DO CLONE
VEGETATIVA
(Propágulos)
Natural
(bulbos, tubérculos,
rizomas...)
APOMIXIA
(sementes “assexuadas”)
Artificial
(estaquia, enxertia,
micropropagação,
sementes artificiais)
Propágulo: parte da planta utilizada para propagação
Diagrama ilustrativo das formas de multiplicação dos vegetais
(Scarpare Filho e Almeida, 2002)
FORMAÇÃO DA SEMENTE
REINO VEGETAL : 350.000 espécies descritas
250.000 multiplicadas por sementes
REPRODUÇÃO:
Ç
transição
ç da fase vegetativa
g
para
p a reprodutiva
p
 alteração na atividade de gemas: percepção de estímulos
FLORESCIMENTO
INÍCIO DA FASE DO CICLO DE VIDA VEGETAL
QUE CULMINA COM A FORMAÇÃO DA SEMENTE
FORMAÇÃO DA SEMENTE
MERISTEMAS:
Tecidos vivos, ainda não diferenciados, que se
p
por divisões mitóticas,, formando novos
p
multiplicam
tecidos que dão origem a partes específicas da planta.
planta.
São sinônimos de tecidos embrionários e cons
cons-tituem primórdios vegetativos (raiz, caule, folhas)
folhas) ou
reprodutivos (órgãos florais)
florais)
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FLORESCIMENTO
INDUÇÃO FLORAL
Alteração fisiológica que permite o desenvolvimento de
primórdios reprodutivos, sob o estímulo de fatores
ambientais
- Fotoperíodo
PLANTA
ADULTA
- Agentes químicos: fitohormônios
- Temperatura: somas térmicas, redução da temperatura,
vernalização
PLANTA EM
VEGETAÇÃO
Ciclo de uma planta
multiplicada por
sementes
ZIGOTO
- Água
Fase vegetativa
juvenil
SEMENTE
Fase
vegetativa
adulta
FLOR
Fase
reprodutiva
adulta
Indução
Contreras
Transição
Vernalização
Plantas anuais: ciclo em uma estação de crescimento
Plantas bienais: ciclo em duas estações de crescimento
Plantas perenes:
perenes: vivem mais de dois anos;
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
Fase vegetativa
juvenil
Fase vegetativa
adulta
Primeira estação de crescimento
Contreras
Fase reprodutiva
adulta
Segunda estação de crescimento
antera
FLORESCIMENTO
INICIAÇÃO FLORAL
Expressão morfológica do estado induzido, que
ocorre em tecidos meristemáticos
FLORES
pólen
estigma
filete
- Conceito
estilete
ovário
óvulo
- Partes
- Tipos: quanto às partes e ao sexo
pedúnculo
Corte longitudinal de uma flor
completa e perfeita
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FLORES
- Tipos quanto às partes
Completa x Incompleta
Perfeita x Imperfeita
Flores imperfeitas ou unissexuadas
Contreras
FLORES
- Tipos quanto sexo
Hermafrodita
FORMAÇÃO DO GRÃO DE PÓLEN
(microsporogênese)
Unissexuada
- Planta quanto ao sexo
Hermafrodita
Unissexuada
Monóica
Dióica
Andromonóica
Androginóica
ar
ep
en
tap
1
2
con
3
cmgp
tt
5
lp
ex
4
cr
cv
po
in
6
7
3
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FORMAÇÃO DO SACO EMBRIONÁRIO
(macrosporogênese)
Tipos de grãos de pólen
mi
sc
pr
nc
sc
pr
mi
nc
três células
degeneram
ar
a
b
c
d
e
célula mãe
funcional
f
ar
célula mãe
funcional
meiose
mitose II
mitose III
POLINIZAÇÃO
ova
mi
mitose I
TIPOS
sg
oo
nc
pr
np
sc
ant
ov
fn

AUTOPOLINIZAÇÃO:
citros, alface, tomate, quiabo, fumo, soja, berinjela,
arroz, trigo, algodão, amendoim, feijão, cevada, ervilha,
pimentão ...
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POLINIZAÇÃO
 CRUZADA
CRUZADA::
milho, centeio, crotalária, sorgo, cebola, repolho
e demais brássicas,
brássicas mamona,
mamona maracujá,
maracujá cenoura,
cenoura
cucurbitáceas, girassol, milheto, alfafa, maçã,
manga, mamão, pera, pecã, espinafre, pimentão,
berinjela
Polinização cruzada
AGENTES DE POLINIZAÇÃO
 VENTO
VENTO::
AGENTES DE POLINIZAÇÃO
 VENTO: características do pólen e da estrutura floral
Dispersão do
Pólen pelo Vento
- Características do pólen e da estrutura floral
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AGENTES
AGENTES
 INSETOS: características do pólen e da dispersão
principais insetos polinizadores
 INSETOS
MIOFILIA (Moscas)
CANTAROFILIA
(Coleópteros)
Polinização Girassol
(Unghiatti)
AGENTES
AGENTES
 INSETOS
ORNITOFILIA
Contreras e Rojas
Lepidoptera
Diptera
AGENTES
ÁGUA
flores
masculinas
MORCEGOS
QUIROPTEROFILIA
Vallisneria sp.
sp
flores
femininas
HOMEM
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DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO
 DICOGAMIA
PROTANDRIA
DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO
PROTOGINIA
manga, milheto, couve
couve--flor, Magnolia, Primula
milho, cenoura, cebola, pecã
DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO
 AUTOINCOMPATIBILIDADE
Heterostilia,
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
Produção de sementes híbridas de couve-flor, utilizando a autoincompatibilidade
As linhagens são diferenciadas pela coloração das flores.
Contreras
Contreras e Rojas
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FECUNDAÇÃO
- GERMINAÇÃO DO TUBO POLÍNICO
tubo
polínico
abortado
(a)
Turgor celular, concentração de Boro, gradiente de
concentração de Cálcio, liberação de enzimas pelo
estilete
tubo
polínico
normal
(b)
(c)
Auto incompatibilidade
Contreras
germinação do
grão de pólen
tubo polínico
saco embrionário
ovário
óvulo
Grão de pólen de mostarda
silvestre germinando no estigma
lp
FECUNDAÇÃO
Antera
1. SINGAMIA:
Grão de pólen
Estigma
núcleo reprodutivo (n) + oosfera (n)
ZIGOTO (2n)
EMBRIÃO
Tubo
polínico
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FECUNDAÇÃO
2. FUSÃO TRIPLA:
núcleo reprodutivo (n) + núcleos polares (2n)
NÚCLEO DO
ENDOSPERMA (3n)
núcleos
núcleospolares
polares
gametas
gametas
masculinos
masculinos
núcleo
vegetativo
gametas
masculinos
núcleo do
endosperma
1
zigoto
ENDOSPERMA (?)
tubo polínico
2
CARACTERÍSTICAS GENÉTICAS DO NOVO INDIVÍDUO SÃO TRANSMITIDAS
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
GLOBULAR
CORAÇÃO
TORPEDO
FORMAÇÃO
COTILÉDONES
Histodiferenciação
Henk Hilhorst
PARTES DO EMBRIÃO
Folhas primárias
- RADÍCULA
Feijão: desenvolvimento inicial
do embrião e plântula formada
- HIPOCÓTILO: região de transição vascular entre raiz e caule
epicótilo
cotilédones
- COTILÉDONE(S):
Dicotiledôneas  armazenamento de reservas ou folhas embrionárias
hipocótilo
p
Monocotiledôneas  proteção ao eixo embrionário e transferência de
reservas do endosperma
- PLÚMULA: massa de células meristemáticas  gema apical
Sistema
radicular
- EPICÓTILO: presente na plúmula, em forma meristemática ou
desenvolvido e identificável
- Mesocótilo: primeiro nó do epicótilo
- Coleorriza, coleoptilo, epiblasto, raízes seminais (nó cotiledonar)
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Eixo embrionário
Plúmula
Radícula
Hipocótilo
Cotilédones
Plúmula + Folhas Primárias
Cotilédones
Hipocótilo
Cotilédones
Raiz Primária
SEMENTE DE ERVILHA
Feijão
Pericarpo
coleoptilo
COTILÉDONE
plúmula (folhas primárias)
Endosperma
raízes seminais
(nó cotiledonar)
TEGUMENTO
cotilédone
(escutelo): proteção
ao eixo e transferência
de reservas
coleorriza
radícula
coleoptilo
plúmula
raízes seminais
EIXO
EMBRIONÁRIO
EMBRIÃO
DO MILHO
raiz primária
SEMENTE DE ABÓBORA
EM GRAMÍNEAS, O EMBRIÃO TAMBÉM PODE APRESENTAR O EPIBLASTO E
HÁ AUTORES QUE CONSIDERAM O MESOCÓTILO
DESENVOLVIMENTO DO ENDOSPERMA
NÚCLEO DO ENDOSPERMA
TECIDO DE RESERVA
divisões
diferenciação
ne
ENDOSPERMA
zg
GERMINAÇÃO
nl
pe
 SEMENTES
pe
ALBUMINOSAS: monocotiledôneas, mamona, café,
alface, seringueira, tomate, beterraba
celular
(tomate
tomate))
nuclear
(gramíneas, mamona, maçã
maçã))
helobial
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PERISPERMA
DESENVOLVIMENTO DO ENDOSPERMA
Desenvolvimento do tecido nucelar materno
Exemplos: café, beterraba
TECIDO DE RESERVA
 SEMENTES
DESENVOLVIMENTO DO EMBRIÃO
EXALBUMINOSAS: geralmente dicotiledôneas
leguminosas, malváceas, cucurbitáceas, crucíferas
TECIDO VIVO ?
Corte de uma semente de beterraba
FRUTO E SEMENTE
TEGUMENTO
PRIMINA
TESTA (Externo)
FRUTO
OVÁRIO MADURO, COM UMA OU MAIS SEMENTES
SECUNDINA
TEGMA (Interno)
PARTES:
- Manter unidas as partes da semente
a) PERICARPO
-Proteção contra agentes externos (bióticos e abióticos):
composição, estrutura
b) SEMENTE
TEGUMENTO
EPICARPO
MESOCARPO
ENDOCARPO
- Regular trocas de água e trocas gasosas com o ambiente
ENDOSPERMA (?)
- Regular a germinação e interferir em mecanismos de dormência
EMBRIÃO
Eixo
Cotilédone(s)
- Controle da dispersão espacial das sementes: asas, espinhos, pelos
mucilagens, substâncias resistentes ao trato digestivo de animais
FRUTO E SEMENTE
FRUTOS SECOS: cariopse (gramíneas). Aquênio (girassol, alface,
cenoura), pixídio (beterraba)
Vagem e sementes
de ervilha
Contreras
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FRUTO E SEMENTE
FRUTOS CARNOSOS
NOZ
SÂMARA
VAGEM
SÍLIQUA
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,
ÓVULO,
MECANISMOS SEM QUE TENHA
OCORRIDO A FECUNDAÇÃO
CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO
- SUBSTITUI A REPRODUÇÃO PELA PROPAGAÇÃO
- NÃO HÁ UNIÃO DE GAMETAS
POR QUE ESTUDAR
FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES ?
TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO
- Clima
- Época de semeadura
- Semeadura: manejo do equipamento
- Inspeções
- Colheita
POLINIZAÇÃO E SUAS CONSEQUÊNCIAS: necessidade
do conhecimento
- OCORRE EM PARTES DA PLANTA GERALMENTE ENVOLVIDAS
COM A REPRODUÇÃO
IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO
Contreras
 PUREZA GENÉTICA
isolamento
Isolamento
Fluxo de pólen e risco
de contaminação
Area de produção de sementes
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Isolamento pepino
Isolamento para produção de sementes de alface: plantas autógamas
Contreras
IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO
Contreras
 PUREZA GENÉTICA
 PUREZA GENÉTICA
Proporção linhas masculinas e femininas
Despendoamento em milho
Manual
Osvaldo P. Pereira
Mecânico
Cristian |Carvallo
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IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO
 PUREZA GENÉTICA
“Split”
Milho, tomate, sorgo, girassol, pepino
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
Proporção linhas masculinas e femininas
IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO
 PUREZA GENÉTICA
Machoesterilidade
Milho, repolho, cenoura, girassol
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
Rebeca Unghiatti
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IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO
 QUANTIDADE PRODUZIDA
Presença de insetos
Formato da área
Polinização Cebola
Controle de insetos
Clima x época de semeadura
Temperatura x viabilidade do pólen
Unghiatti
Polinização Cebola  colméia: 5 /ha
Flor completa do tomateiro (A) e inflorescência com flores em diferentes estádios de
desenvolvimento (B) - P.C.T. Melo
Pistilo
Pétalas
Flor de tomate
Estames
Cone de
anteras
Aborto de flor
Sépalas
Ovário
A
2- Extração do pólen
Camada de
abscisão
B
Contreras
1- Emasculação de flores
em plantas femininas
3- Armazenamento do pólen
4- Polinização
Contreras
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Coleta de pólen
Técnicas de cruzamentos controlados
POR QUE ESTUDAR
FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES ?
BIOTECNOLOGIA
Embriogênese somática + sementes sintéticas
Híbrido tomate
Híbrido pimentão
Contreras
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SEMENTES ARTIFICIAIS OU SINTÉTICAS
CONCEITO::
CONCEITO
a) Embrião encapsulado
b) Embriões somáticos, brotos ou outros tecidos
encapsulados artificialmente
f
que podem ser utilizados para
cultivo in vitro ou ex vitro (Aitken
(Aitken--Christie et al.
al., 1994)
1994)
É UMA MODALIDADE DE CULTURA DE TECIDOS DE
PLANTAS MEDIANTE A ENCAPSULAÇÃO DE
EMBRIÕES SOMÁTICOS
semente Dsintética de café
CÁPSULAS DE HIDROGEL:
alginato de sódio, resinas plásticas de óxido de polietileno
+ reservas + agentes protetores + microrg. benéficos + ...
POR QUE ESTUDAR
FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES ?
mandioca
abacaxi
Feijão
Embrião zigótico encapsulado
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
Aspecto normal ou anomalia?
RECONHECIMENTO DA MATURIDADE FISIOLÓGICA
BENEFICIAMENTO
Escolha de máquinas
q
para
p separação
p ç
Planejamento de linhas de fluxo
Injúrias mecânicas
a–sementes
t vazias
i
b–pouco desenvolvida
b–
d
l id c–
c–cheia
h i
RECONHECIMENTO DE PROBLEMAS E SUA EXTENSÃO
Fagus silvatica L.
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Sementes mal formadas
1
2
Semente -vazia e cheia
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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