Estudo da germinação de sementes de espécies invasoras de culturas: Sonchus oleraceus e Triumfetta sp em resposta a condições externas

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1 BIOLOGIA Estudo da germinação de sementes de espécies invasoras de culturas: Sonchus oleraceus e Triumfetta sp em resposta a condições externas Rozinei do Carmo Basílio Pesquisador Adriana Amaral Baroli Orientador Resumo O presente trabalho buscou compreender os mecanismos que regulam a longevidade de sementes de espécies invasoras no solo, relativos à germinação e dormência e ao estabelecimento das plantas no ambiente. Dessa forma, os fatores ambientais, como luz e temperatura foram testados a cada experimento, realizado no laboratório de Botânica do UNIFIEO. As espécies utilizadas foram Sonchus oleraceus e Triumfetta sp, ambas ruderais, que ocorrem geralmente em locais perturbados e terrenos baldios. Para os testes de germinação, trinta sementes foram colocadas em placas de Petri de 60mm, sob duas camadas de papel de filtro embebidas em 5ml de água destilada ou nitrato de potássio (KNO3), quando esta apresentou dormência. As incubações isotérmicas foram realizadas em incubadora para germinação, tipo BOD, com variação de temperatura de 5ºC à 35ºC, para cada espécie de semente utilizada. Cada conjunto de quatro placas foi exposto a diferentes condições de luz, utilizando filtros vermelho e azul, e para manutenção de sementes no escuro, foram utilizados sacos plásticos pretos fechados. Para sementes mantidas na luz do dia, foram colocadas placas diretamente sob luz fluorescente. Foram feitas contagens diárias das sementes germinadas. As sementes de Sonchus oleraceus mostraram máxima germinação a 25oC, e independente das condições de luz. Triumfetta sp apresentou dormência em todas as condições utilizadas, quando recém-coletadas, aumentando a resposta das sementes após estocagem mínima de dois meses. 37 Palavras- chave: Luz. Temperatura. Fitocromo. Sonchus oleraceus. Triumfetta sp. Armazenamento. Abstract This study seeks to understand the mechanisms that reculate the longevity, germination, dormancy, and establishment of weed species in natural conditions. To that end, light and temperature were controlled in each experiment at the laboratory of Botany of UNIFIEO. The species were Sonchus oleraceus and Triumfetta sp, weed species generally occur in disturbed locations and bare soil. For the germination tests, thirty seeds were put in Petri dishes of 60mm diametro, under two layers of filter paper soaked in 5ml of distilled water or potassium nitrate when germination was delayed. The incubations were carried out in BOD incubators for germination with temperature variation from 5 to 35 C, for each weed species. Two different groups of storage times were used, seeds recently collected, and seeds with a storage time of approximately two months. Each group of four plates was to different artificial light conditions, using red and far-red filters. Groups under dark conditions were placed in closed black plastic bags. For groups under simulated natural light, the seeds were put directly under fluorescent light. Seeds under the red, far-red and dark conditions were counted under green light, which does not alter germination rates. The seeds of Sonchus oleraceus showed the maximum germination rate at 25oC, independent of the bath solution (water or KNO3), and independent of the light conditions. Triumfetta sp showed dormancy when recently collected Key- words: Light. Temperature. Phytochrome. Sonchus oleraceus. Triumfetta sp. Storage.

2 Rozinei do Carmo Basílio 38 1 Introdução O estudo da germinação de sementes é necessário para a compreensão dos mecanismos que regulam sua longevidade no solo, a dormência, a germinação e ainda, o estabelecimento das plantas no ambiente. Os fatores ambientais como luminosidade, umidade e temperatura, juntamente com fatores bióticos, regulam a germinação das sementes (RAVEN; EVERT; EICHHORN, 2001). A luz é a fonte de energia da qual as plantas e, conseqüentemente, todos os seres vivos dependem. Além do seu importante papel luz na fotossíntese, a luz também influencia a germinação e o crescimento do vegetal. As respostas das sementes à luz variam de acordo com a presença ou ausência de luz e a variação da qualidade e intensidade luminosa. A germinação de sementes é uma seqüência de eventos fisiológicos influenciada por fatores externos (ambientais) e internos, por exemplo, inibidores e promotores de germinação. Quando é satisfeita uma série de condições externas, ocorrerá o crescimento do embrião, o qual conduzirá a germinação. Tanto a irradiância quanto a qualidade de luz são diferentes de acordo com a hora do dia ao meio-dia sendo maior que ao amanhecer e ao anoitecer. A percepção das plantas à variação V/VE é mediada pelo pigmento fotorreceptor das plantas, o fitocromo, responsável pela percepção do ambiente de luz, ou melhor, da composição espectral da irradiação incidente (SMITH, 1986). A participação do fitocromo no controle da germinação de sementes fotossensíveis foi detalhadamente estudada por Kendrick e Frankland (1983), embora os estudos ainda hoje sejam bastante discutidos. Takaki (2001) propõe uma classificação das sementes em relação às formas do fitocromo. Com base nos dados publicados, pode-se afirmar que todas as sementes contêm fitocromo e o termo fotoblastismo deve ser substituído pelas formas do fitocromo que controlam a germinação. Os tipos de resposta do fitocromo podem ser assim classificados, baseados em três mecanismos distintos: RFB (Resposta de Fluência Baixa); RFMB (Resposta de Fluência Muito Baixa); RAI (Resposta de Alta Irradiância). A resposta de Fluência Baixa é caracterizada pela obtenção da resposta na presença de Fve e ausência da resposta com ausência de Fve. Isto é, para que ocorra a resposta é necessária uma concentração suficiente de Fve. O sistema é reversível, com irradiações alternadas de V (vermelho) e VE (vermelho extremo) que promoverão ou inibirão a germinação, respectivamente. A radiação final determinará a resposta (BAROLI, 1998). O fitocromo está normalmente em estado de equilíbrio entre as duas formas: Fv e Fve (KENDRICK; FRANKLAND, 1983). A quantidade de Fve nas sementes determina a indução da germinação, variando de acordo com a semente envolvida. Assim, o fitocromo nas plantas atua como um sensor da qualidade de luz, pois o fotoequilíbrio mantido por determinada luz dependerá exclusivamente da relação entre V e VE. No ambiente natural, parece variar de 55% na luz do sol para menos que 3% na sombra (SMITH, 1986). O fitocromo tem um mecanismo que mantém o suprimento de sementes dormentes no solo, que podem germinar somente após exposição à luz, acompanhando distúrbios na superfície do solo (NULTSCH, 2000). O efeito da temperatura também resulta em mudança no potencial de germinação ou grau de dormência das

3 Estudo da germinação de sementes de espécies invasoras de culturas sementes, que reflete um alterado requerimento de Fve para germinarem (NULTSCH, 2000). O estudo das mudanças nas respostas das sementes à temperatura e à luz em relação ao tempo de estocagem mostra diferentes padrões de mudanças através do tempo no solo e/ou estocagem no laboratório. Os nitratos são efetivos promotores da germinação de sementes sensíveis à luz, quebrando a dormência de sementes de um grande número de espéci es (ANGEBBAG; VILLIERS, 1989). O KNO 3 (nitrato de potássio) pode quebrar a dormência de muitas espécies, sozinho ou em combinação com temperatura e luz (BEWLEY; BLACK, 1994). Nos estudos de germinação de sementes de Kalanchoe blossfeldiana foi concluído que o nitrato aumenta a sensibilidade das sementes ao Fve (DE PETTER, et al. 1985). O nitrato promove a perda da dormência primária em sementes de Amaranthus retroflexus e o aumento da sensibilidade das sementes no solo, à temperatura e à luz (EGLEY, 1991). Luz e nitrato, ambos, quebram a dormência primária e estimulam a germinação de sementes de Descurainia sophia e Thaspi arvense com resposta variando de acordo com sua concentração (HARTMANN; MOLWO; TRAUTNITZ, 1996). ROBERTS (1973) demonstrou que o KNO 3 pode atuar sinergisticamente com a luz e ou flutuações de temperatura, estimulando a germinação de sementes de algumas espécies invasoras de culturas. A germinação de Plantago lanceolata é estimulada por nitrato no escuro (WILLIAMS, 1983). A partir disso foram realizados experimentos de luz e temperatura variados a fim de verificar a resposta das sementes à luz e a influência do fitocromo nas sementes de Sonchus oleraceus e Triumfetta sp. Sonchus oleraceus é membro da Família Compositae, sendo considerada a maior família de angiospermas (JOLY, 1983). Apresenta fruto seco tipo aquênio, que são di spersos pel o vento. A popular serralha é considerada uma planta ruderal, que cresce em terrenos baldios e em culturas de interesse econômico, como cafezais. É utilizada também na alimentação, embora não muito apreciada por seu gosto bastante amargo. As sementes de Triumfetta sp. fazem parte da família das Malvaceae e são freqüentemente encontradas em terrenos baldios. Apresentam-se por pequenos arbustos, com frutos secos, que são dispersos pelo homem ou pequenos animais. Suas folhas e raízes são usadas na indústria farmacêutica, sendo adstringente e diurético, úteis na cura de blenorragia e de outras doenças. Constitui bom material para o fabricação de papel (CORREIA, 1984). 2 Material e métodos As sementes de Sonchus oleraceus e Triumfetta sp. foram coletadas no Parque Chico Mendes, situado em Osasco, e em uma área cultivada em Carapicuíba, e foram datadas e marcadas de acordo com o lote e sua procedência, sendo posteriormente estocadas em recipientes fechados e mantidos no escuro, em temperatura ambiente. Foram realizadas duas coletas, para comparação do comportamento germinativo das sementes com respeito à estocagem, em sementes de Triumfetta sp. 39

4 Rozinei do Carmo Basílio 40 Para os testes de germinação, trinta sementes foram colocadas em cada uma das quatro placas de Petri de 100mm ou 150mm, sob duas camadas de papel de filtro embebido em 5 ml de água destilada. A incubação isotérmica foi realizada em uma incubadora para BOD (Fanem, Brasil), que fica no laboratório de Botânica do UNIFIEO, tendo como princípio a temperatura de 25ºC e depois variações de 5ºC a 35ºC com cada uma das espécies de sementes invasoras utilizada nos experimentos. Com as sementes de Triumfetta sp, que apresentaram dormência, foram realizados vários processos de quebra de dormência, como escarificação das sementes entre eles, a escarificação com ácido sulfúrico e escarificação mecânica. A escarificação mecânica foi feita através da retirada parcial da casca da semente com uma lixa e, após, colocadas para germinar em temperaturas de 5ºC a 30ºC. Também foram feitos testes com a retirada total da casca da semente. Na escarificação com ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ): as sementes foram emergidas no ácido sulfúrico a 5% durante 1 hora, depois colocadas para germinar a 25ºC. Também foram colocadas sementes no ácido 5%, durante 24 horas, e a seguir lavadas com água destilada e colocadas para germinar a 25ºC. Para verificação da viabilidade das sementes foram realizados testes com solução de tetrazólio 1%. Nos testes com tetrazólio, as sementes foram cortadas transversalmente e colocadas na solução (1%) com ph 7 aproximadamente, permanecendo nessa solução por 24 horas em temperatura ambiente. Após esse período, as sementes f oram observadas através do estereomicroscópio, sendo considerados embriões viáveis aqueles corados em vermelho. Cada conjunto de quatro placas foi exposto à luz artificial, da seguinte maneira: filtros de luz para obtenção do vermelho sob a lâmpada fluorescente (luz dia 40w) e assim acomodamos quatro placas sob o efeito de luz vermelha (V). Com filtro vermelho mais filtro azul sob lâmpada incandescente, foram colocadas mais quatro placas sob o efeito de luz vermelho-extremo (VE). Colocamos quatro placas em sacos pretos fechados, para obter o efeito do escuro. Foram mantidas quatro placas sob lâmpada fluorescente para obter o efeito de luz do dia. Esses procedimentos foram realizados nas incubadoras do laboratório de Botânica do UNIFIEO. Para os testes do efeito de diferentes isotermas, as sementes foram mantidas em diferentes temperaturas de 5ºC a 30ºC constantes. Foi considerada como sendo a temperatura ótima de germinação aquela em que foram obtidas as maiores porcentagens e velocidade de germinação, sendo util izada nos experi mentos posteriores. As sementes foram submetidas à variação de fotoperíodos, 5 minutos de luz, volta para o escuro, 2 horas de luz retorno ao escuro, 4 horas de luz, volta para o escuro, e 24 horas constantes de luz. A contagem das sementes germinadas foi realizada a cada 24h, sob proteção contra flashs de luz, adicionando-se a cada placa 5 ml de água destilada ou KNO 3 quando necessário. Foram consi deradas germinadas as sementes com pelo menos 2mm de radícula evidenciada. As sementes que apresentaram baixa porcentagem de germinação foram submetidas à concentração de

5 Estudo da germinação de sementes de espécies invasoras de culturas 10-2 M de KNO 3. Para verificação da influência do fitocromo na germinação, sementes foram mantidas a 36ºC durante 24 horas, e a seguir, 25ºC em diferentes condições de luz. 3 Resultados e discussão O tempo mínimo necessário para que as sementes de Sonchus oleraceus L. germinem à luz foi de dois dias após a embebição. A porcentagem de germinação foi elevada, atingindo 86,66% em condições de luz branca contínua a 25 C. As sementes mostraram-se fotoblásticas positivas (figura 1). A faixa de temperatura para a germinação dessas sementes foi de 5 C a 30 C, sendo 25 C e 30 C as temperaturas ótimas de germinação, em função da porcentagem e velocidade de germinação. VE inibiu (fig. 1). No escuro, as sementes apresentaram baixa porcentagem de germinação. Dependendo da espécie, uma quantidade variável de Fve é requerida para induzir a germinação das sementes. Na figura 2 verificamos a influência do fotoperíodo na germinação, onde as sementes necessitaram de pelo menos 2 horas de luz contínua para atingir 50% de germinação, embora a máxima germinação ocorra somente após 24 horas, quando é verificado que a maioria das sementes germina. O nitrato não altera a resposta das sementes, tanto na luz quanto no escuro, a 25 C. Nessa condição, as sementes apresentam baixa germinabilidade. Esse comportamento demonstra que as sementes de Sonchus oleraceus necessitam de luz para germinarem e à medida que o tempo de irradiação aumenta, há o aumento da resposta (fig. 2). 41 Figura 1. Efeito de diferentes tratamentos luminosos sobre a porcentagem de germinação de sementes de Sonchus oleraceus L. submetidas a diferentes temperaturas de incubação. Lote de Carapicuíba. Luz (luz branca contínua), V (luz vermelha), VE (luz vermelho-extremo). Verificou-se a forte dependência da luz para a germinação, embora tenha sido observada germinação no escuro em todas as temperaturas testadas. A 25 C, utilizando a luz V e VE, verificou-se que as sementes são sensíveis às diferentes condições de luz. A luz V promoveu a germinação das sementes, enquanto a luz Figura 2. Efeito do fotoperíodo sobre a germinação de sementes de Sonchus oleraceus mantidas a 25ºC. Letras maiúsculas distintas diferem entre si entre os diferentes fotoperíodos, e letras minúsculas distintas diferem entre si com respeito às sementes mantidas na água e KNO 3 (10-2 M). V( luz vermelha), VE ( luz vermelho- extremo). Os tratamentos de luz e escuro afetam diretamente a quantidade de fitocromo fotorreversível e principalmente a porcentagem de Fve, que é crítico na germinação. Esse comportamento está relacionado com o mecanismo

6 Rozinei do Carmo Basílio 42 de resposta de f luência baixa (RFB). Segundo KRONENBERG e KENDRICK (1994), se uma resposta é reversível, o fitocromo é indicado como o pigmento fotorreceptor. A parti r desses resul tados, f oram reali zadas incubações à temperatura alta 36 C a fim de caracterizar a influência do fitocromo, através da remoção do Fve pré-existente nas sementes. Após a passagem para 25 C, nas várias condições de luz, as sementes apresentaram alta germinabilidade na luz branca e vermelha e baixa germinação no escuro e vermelho-extremo (figura 3). O KNO 3 induz a germinação das sementes, em todas as condições de luz e inclusive no escuro, embora tal condição não permitisse uma resposta superior a 15% na água e 40% em KNO 3 (figura 3). Figura 3. Efeito do choque de temperatura alta - 36 C, sobre a germinação de sementes de Sonchus oleraceus, mantidas por 24 horas e a seguir, colocadas a diferentes condições de luz a 25 C. As sementes foram embebidas em água e KNO 3 e mantidas a 25ºC. Letras maiúsculas distintas diferem entre si entre as diferentes condições de luz, e letras minúsculas distintas diferem entre si com respeito às sementes mantidas na água e KNO 3 (10-2 M). O comportamento das sementes de Sonchus oleraceus permite inferir que há uma forte dependência de luz para germinação, e a luz vermelha (V) promove, ao contrário da luz vermelho-extremo (VE) que reverte o processo, sugerindo o envolvimento do fitocromo através da RBF, Resposta de Baixa Fluência. Podemos concluir que as sementes de Sonchus são fotoblásticas positivas, com máxima germinação a 25 C na luz, sofrendo o efeito do nitrato na quebra da dormência das sementes. As sementes de Tri umfetta sp apresentaram germinação muito baixa (abaixo de 5%), em todas as condições de iluminação testadas. Tanto na H 2 O quanto no KNO 3 o tempo mínimo necessário para as sementes germinarem foi de cinco dias após a embebição. A partir desses resultados, as sementes foram submetidas a testes de viabilidade, através do teste com tetrazólio, que possibilitou confirmar que o lote de sementes apresentava 97% de sementes viáveis. Dessa maneira, podemos sugerir que as sementes apresentavam dormência. Vários métodos de quebra de dormência de sementes foram utilizados, como a escarificação mecânica, com ácido, não tendo sucesso nenhum dos métodos descrito na metodologia. Após dois meses de estocagem as sementes apresentaram maiores porcentagens de germinação, verificado na figura 4. As sementes mantidas com H 2 O não ultrapassaram 20% de germinação, em todas as condições de luz. Quando submetidas ao KNO 3 ocorreu uma promoção na germinação, em todos os tratamentos, atingindo 90% na luz vermelha (V). Esse fato sugeriu que o KNO 3 promoveu a germinação de sementes, e que o tempo de estocagem é o fator limitante para a quebra de dormência de sementes de Triumfetta. As sementes

7 Estudo da germinação de sementes de espécies invasoras de culturas de Triumfetta sp necessitaram de um período de pósmaturação para germinarem. No escuro, as sementes respondem com baixa germinação. Passados dois meses, as sementes germinaram ainda mais, confirmando a quebra da dormência com a estocagem (fig. 5). A medi da em que f oi veri f i cada a bai xa germinabilidade desse lote de sementes, foi coletado novo lote, e submetido aos tratamentos anteriores. Os resultados demonstraram que esse novo lote de sementes recém coletado apresentava dormência. Verificou-se que em todas as condições de luz, a germinação não ultrapassou 10%. 4 Conclusão Figura 4. Efeito das diferentes condições de luz sobre a germinação de sementes de Triumfetta sp., mantidas na água e KNO 3 (10-2 M). Lote estocado por dois meses. Letras maiúsculas distintas diferem entre si entre as diferentes condições de luz, e letras minúsculas distintas diferem entre si com respeito às sementes mantidas na H 2 O e KNO 3 (10-2 M). V (luz vermelha), VE ( luz vermelho- extremo). Figura 5. Efeitos das diferentes condições de luz sobre a germinação de sementes de Triumfetta sp., mantidas na água e KNO 3 (10-2 M). Lote estocado durante quatro meses. Letras maiúsculas distintas diferem entre si entre as diferentes condições de luz, e letras minúsculas distintas diferem entre si com respeito às sementes mantidas na água e KNO 3 (10-2 M). V (luz vermelho), VE (vermelho- extremo). As sementes de Sonchus oleraceus apresentaram comportamento fotoblástico, sendo a germinação de sementes dependente da luz. O fitocromo está envolvido no processo de germinação, verificado através dos experimentos de choque de temperatura alta, provavelmente através do mecanismo de Resposta de Baixa Fluência. Os resultados obtidos através de experimentos de fotoperíodo confirmam que Sonchus oleraceus possui características de espécie invasora de cultura, com respeito a seu comportamento na falta de luz, necessitando de períodos prolongados de luz para germinarem. O KNO 3 promoveu a germinação das sementes, possivelmente devido à interação com o Fve, que estimula a germinação das sementes na luz e no escuro. Triumfetta sp apresenta dormência profunda quando recém coletada, necessitando de um período de pós - maturação de pelo menos dois meses para o início da germinação. A germinabilidade foi aumentada com o aumento da estocagem para quatro meses, embora ainda apresentando baixas porcentagens de germinação. 43

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