CONDICIONAMENTO DE SEMENTES

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1 CONDICIONAMENTO DE SEMENTES JULIO MARCOS FILHO TECNOLOGIA DE SEMENTES DEPTO. PRODUÇÃO VEGETAL USP/ESALQ TECNOLOGIA DE SEMENTES Principal Missão da Pesquisa: desenvolvimento de tecnologia dirigida à produção e comercialização de lotes de sementes de alta qualidade Um dos objetivos básicos: garantir o rápido estabelecimento de um estande uniforme, como base para obtenção de produções elevadas por área. Máximo potencial fisiológico maturidade Início da deterioração e atuação de mecanismos de reparo Controvérsia: é possível reverter os efeitos da deterioração de sementes individuais? 1

2 FASE 1 FASE 2 FASE 3 A Há alternativa (s)?? Se não é possível recuperar indivíduos, a pesquisa tem procurado desenvolver B procedimentos que permitam uniformizar o desempenho ou realçar determinadas características do LOTE DE SEMENTES TEMPO Curva de perda da viabilidade da semente (POWELL, 1986) Seed Enhancement Expressão que procura definir um conjunto de técnicas ou procedimentos aplicados a lotes de sementes, entre a colheita e a semeadura, visando realçar as características de um lote de sementes ou favorecer seu desempenho, tanto em campo como durante o armazenamento Inclui: beneficiamento, aplicação de materiais de cobertura, condicionamento fisiológico, tratamento químico, físico ou biológico não são excludentes Condicionamento Conjunto de procedimentos disponíveis para favorecer a germinação, a sanidade, o desenvolvimento das plântulas, interferir nas relações semente/ambiente, aprimorar as características físicas do lote e promover a incorporação de materiais às sementes antes da semeadura 2

3 CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO Desempenho da semente: histórico + ambiente após a semeadura (condições ótimas x sub-ótimas) Sintomas característicos do declínio do potencial fisiológico: - maior período de tempo entre a semeadura e o início da germinação - redução da velocidade de germinação - maior intervalo entre a germinação da primeira e a da última semente da população: desuniformidade de germinação ESTANDE CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO Hidratação controlada de uma amostra ou de um lote de sementes, incentivando o metabolismo durante as fases I e II da embebição, sem permitir a protrusão da raiz primária CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO Teor de Água (%) I II III B A Ativam-se a digestão, translocação e assimilação das reservas, de modo que as sementes da população passem a apresentar estado metabólico semelhante quando o acesso à água é interrompido Período de Embebição Alterações no padrão de hidratação de sementes durante a germinação (A) e o condicionamento fisiológico (B). Há três fases de embebição durante a germinação, mas durante o condicionamento fisiológico, as sementes não ultrapassam a fase II. 3

4 CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO META: UNIFORMIZAÇÃO DO DESEMPENHO Conhecimentos necessários: Padrão de hidratação sob vários potenciais hídricos e temperaturas: A Condicionada Não Condicionada Plântulas de alface com três dias de idade, provenientes de sementes condicionadas fisiologicamente (A) e não condicionadas (B) (Adaptado de McDonald, 2000). Germinação das sementes tratadas: mais rápida e plântulas com desenvolvimento uniforme. B Base para a ativação adequada Combinação potencial hídrico/temperatura/período de condicionamento Teor de Água (%) III II I Período CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO META: UNIFORMIZAÇÃO DO DESEMPENHO Conhecimentos necessários: - Padrão de hidratação: Base para a ativação adequada Combinação potencial hídrico / temperatura / período de condicionamento -Tolerância à desidratação: - Ativação adequada + reduzir reversão de efeitos - Estabelecer momento propício para interrupção da hidratação CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO Evolução do conhecimento Primeiras pesquisas: Kidd & West (1919): embebição com quantidade limitada de água e rapidez de germinação Grande impulso: Heydecker et al. (1975): Invigoration of seeds? Embebição de sementes de cebola em soluções de PEG (-1,1 a -1,2 MPa): benefício à velocidade de germinação 4

5 CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO 25 Villiers & Edgcumbe (1975): períodos intermitentes de embebição e de desidratação podem reduzir acentuadamente a taxa de deterioração de sementes de alface Aberrações cromossômicas (%) 15 5 Secas Embebidas Armazenamento (meses) Villiers & Edgcumbe (1975) FORNECIMENTO DE ÁGUA ÀS SEMENTES Hidratação não é uniforme: entrada gradativa de água e frente de umedecimento Hidratação não monitorada: plena disponibilidade de água embebição direta ou atmosfera úmida Quantidade captada é governada pela afinidade dos tecidos da semente e a água Hidratação controlada: potencial hídrico é pré-estabelecido uso de substâncias químicas, papel, partículas sólidas umedecidas ou com a adição de quantidades conhecidas de água Teor de água das sementes Embebição Ativação Crescimento Sementes embebidas em água Embebição Sementes embebidas lentamente Ativação Bloqueio do Crescimento Tempo Condicionamento e armazenamento Secagem e Armazenamento Embebição Crescimento 5

6 FORNECIMENTO DE ÁGUA ÀS SEMENTES ATMOSFERA ÚMIDA Princípio: trocas de vapor d água entre a semente e o ar atmosférico até atingir o equilíbrio higroscópico Cuidado especial: manutenção de temperatura constante A 15 o C U.R. = 99% potencial hídrico = - 0,15 MPa U.R. = 89,5% potencial hídrico = - 15 MPa IMERSÃO EM DIRETA EM ÁGUA Parâmetro Testemunha Atmosfera úmida Osmocondicionamento Teor de água (%) 9,5 21,5 59,5 Condutividade elétrica ( S.cm -1 ) Velocidade de germinação (dias) ( ) 7,6 3,5 3,6 Comprimento plântulas (cm) ( ) 5,1 12,4 12,5 ( ) Período para germinação de 50% das sementes da amostra, a 20 o C ( ) Avaliação aos 10 dias após a semeadura Resultados de tratamentos condicionadores em sementes de soja (Knypl & Khan, 1981) FORNECIMENTO DE ÁGUA ÀS SEMENTES CONDICIONAMENTO MÁTRICO Matricondicionamento: hidratação das sementes misturadas com material sólido + água, em proporções planejadas Materiais utilizados: vermiculita, areia, argila calcinada, silicato de cálcio sintético (Micro-Cel) Características desejáveis: - alta capacidade de retenção de água - insolúvel em água e estabilidade física - quimicamente inerte e não tóxico - ampla superfície de exposição - facilidade de manejo - não interferir na aeração FORNECIMENTO DE ÁGUA ÀS SEMENTES CONDICIONAMENTO OSMÓTICO Hidratação controlada em solução aquosa de agente osmótico: polielileno glicol (6000 ou 8000), sais inorgânicos (NaCl; KNO 3 ; MgSO 4 ; MgCl 2 ; KH 2 PO 4 ) ou outras substâncias solúveis em água (manitol, glicerol), até que seja alcançado o equilíbrio entre os potenciais hídricos das sementes e da solução Polietileno glicol polímero de alto peso molecular, não tóxico, não penetra nas células Problema com PEG possível necessidade de aeração artificial Concentração fórmula de Michel & Kaufmann: potencial e temperatura 6

7 Michel & Kaufmann (1973) P o = (1, )C (1, C 2 ) + (2, )CT + + (8, )C 2 T P o = potencial osmótico desejado (em atm ou bar) C = concentração de PEG 6000/kg da água T= o C 1 atm ou bar = 0,1 MPa Tabelas para PEG 6000 (Villela et al., 1991) e para PEG 8000 (Villela e Beckert, 2001) FORNECIMENTO DE ÁGUA ÀS SEMENTES CONDICIONAMENTO OSMÓTICO Procedimento Período: 2 a 21 dias Potencial da solução: - 0,5 a 2,0 MPa Temperatura: 15 a 25 o C > temperatura > temperatura > concentração < período > concentração > período FORNECIMENTO DE ÁGUA ÀS SEMENTES HIDROCONDICIONAMENTO PELO MÉTODO DO TAMBOR Distribuição de quantidades conhecidas de água, para que as sementes atinjam graus de umidade pré-determinados Água pode ser adicionada de uma só vez ou parceladamente Duração do tratamento depende da capacidade de captação de água pelas sementes e do teor de água desejado Equipamento comercial para condicionamento osmótico (Bradford) Não aplicar em excesso: evitar presença de água livre na superfície das sementes entre dois ciclos subsequentes 7

8 Tambor Solenóide Tanque Motor Cronômetros Motor Síncrono Tambor Bomba Elétrica Válvula Tanque Protótipo de tambor para condicionamento fisiológico de sementes Cronômetros Sementes úmidas Sementes secas 8

9 EFEITOS DO CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO ALTERAÇÕES METABÓLICAS - Mecanismos de reparo do sistema de membranas - Acréscimo da síntese de DNA e RNA - Acréscimo da síntese e atividade de enzimas - Incentivo à produção de ATP - Redução da peroxidação de lipídios - Síntese e liberação mais rápida de giberelinas pelo embrião (Bradford) Sementes menores X sementes maiores (HIDRATAÇÃO) EFEITOS DO CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO 60 ALTERAÇÕES FISIOLÓGICAS condicionadas - Germinação mais rápida (menor exposição ao ambiente) Germinação (%) não tratadas Dias após a semeadura Condicionada Não Condicionada Cebola: PEG 1,0 MPa, 10 o C (Heydecker, 1975) 9

10 Vigor Temperatura ( o C) Período médio para germinação (dias) Ñ Condicionadas Condicionadas Maior 15 4,82 0,64 Menor 15 6,06 0,62 Maior 08 10,16 1,06 Menor 08 13,55 1,09 (Bradford, 1984) Germinação (porcentagem e velocidade) de sementes de alho poró (Allium porrum) sob influência do osmocondicionamento (Bray et al., 1989). EFEITOS DO CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO ALTERAÇÕES FISIOLÓGICAS - Maior tolerância a estresses após a semeadura Condicionamento pimentão INCOTEC 10

11 CONDICIONADAS Tratamentos Não condic. (test) PEG MPa / 4 dias PEG MPa / 8 dias PEG MPa / 4 dias GERMINAÇÃO (%) GERMINAÇÃO (%) PEG MPa / 8 dias Lote 1 Lote 2 Germinação de dois lotes de sementes condicionadas de cenoura expostas a temperaturas supra-ótimas (30 o C) Adaptado de Pereira et al. (2009) TOMATE ALHO PORÓ Efeitos da temperatura na germinação de sementes de tomate e de alho poró Corbineau and Come (2006) não tratadas 3 dias C 2 H 4 (µl/g) dias 8 dias 12 dias Germinação (%) dias 9 dias 20 Temperatura ( o C) Dias após a antese 40 Produção de etileno em sementes de cenoura colocadas para germinar a 20 o C e 35 o C após diferentes períodos de osmocondicionamento (Nascimento et al., 2013) Germinação (a 35 o C) de sementes de cenoura colhidas em diferentes estádios de maturação e osmocondicionadas durante vários períodos em solução de PEG -1,3 MPa, a 15 o C Nascimento et al. (2013) 11

12 Tratamento Berinjela Melão Tomate 15 o C 25 o C 17 o C 25 o C 10 o C 20 o C EFEITOS DO CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO ALTERAÇÕES FISIOLÓGICAS Condicionadas Não condicionadas Germinação (%) de sementes condicionadas ou não de berinjela, melão e tomate expostas a diferentes temperaturas (Adaptado de Nascimento, 2005). Sementes foram condicionadas em solução de KNO 3 (0,35 M), a 20 o C durante 96 h e colocadas para germinar sob temperaturas variáveis, dependendo da espécie. As sementes tratadas apresentaram germinação superior quando expostas a temperaturas subótimas. - Microrganismos: pode haver acréscimo ou redução da incidência - Desempenho sob deficiência hídrica - Crescimento de raízes e de parte aérea EFEITOS DO CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO ALTERAÇÕES FISIOLÓGICAS - Sincronização da germinação - Redução de injúrias durante a embebição - Transplante: uniformidade de estande, economia de INCOTEC Condicionamento tomate sementes, taxa de repicagem, rotatividade de espaço - Superação da dormência 12

13 EFEITOS DO CONDICIONAMENTO FISIOLÓGICO INCOTEC CONSIDERAÇÕES GERAIS - Respostas mais favoráveis em sementes menores - Nessas espécies, maior potencial para uso em escala comercial: valor de mercado, tecnologia de produção, manejo de menor quantidade de sementes - Benefícios geralmente atribuídos à reorganização do sistema de membranas - A questão dos espaços livres no interior das sementes FATORES QUE AFETAM OS RESULTADOS Genótipo Potencial fisiológico das sementes: grau de deterioração Velocidade de hidratação: injúrias x reparo Temperatura Ação dos mecanismos de reparo CUIDADO COM O PROCEDIMENTO ADOTADO : PERÍODO DE EMBEBIÇÃO OU GRAU DE UMIDADE DAS SEMENTES? Materiais e procedimentos utilizados para o condicionamento 13

14 Lotes Germinação Inicial (%) Teor de água (%) Embebição (horas) , , , , , ,3 24 Teores de água e respectivos períodos de embebição, de seis lotes de sementes de cebola, cv. Granex 33, no início da emissão da raiz primária (Caseiro, 2003). Tratam. Lote A Lote B Lote C Tempo Tempo Tempo inicial final inicial final inicial final médio médio médio -0,1MPa 7,2 32,5 16 h 7,3 32,2 16,1 h 7,1 32,0 16,5 h -0,2MPa 7,2 32,0 17:25 h 7,3 31,6 19:42 h 7,1 31,8 20:00 h Testem. 7,2 7,3 7,1 Teores de água de lotes de sementes do cv Jóia antes (inicial) e após (final) o osmocondicionamento em papel embebido em solução de PEG -0,1 MPa e PEG -0,2 MPa e tempo médio (T médio) para as sementes atingirem o teor de água desejado (Lima e Marcos Filho, 2010). Potencial osmótico (MPa) Temperatura ( o C) Porcent. Sem aeração Velocidade (índice) Com aeração Porcent. Velocidade (índice) - 1, ,5 87 2,2-1, ,8 80 1,9 FATORES QUE AFETAM OS RESULTADOS Secagem pós-tratamento Efeitos controvertidos -1, ,7 76 2,0 Porcentagem e velocidade de germinação de sementes de cebola osmocondicionadas em soluções de PEG 6000, com ou sem aeração suplementar (Heydecker et al., 1975). Reversão de efeitos? Sementes osmocondicionadas (14 dias), secadas (2 h) e colocadas para germinar. Aeração suplementar favoreceu tanto a porcentagem como a velocidade de germinação. As temperaturas de 10 o Ce15 o C foram mais adequadas ao tratamento. 14

15 Germinação (%) condicionadas condicionadas e secadas testemunha Tratamentos Germin. (%) Velocidade de germinação (índice) Envelh. acelerado (%) Condutividade (μmho/cm/g) Teor de água (%) Testemunha 93 9, ,9 6,2 Condicionadas 94 16, ,5 45,4 Secagem rápida 94 11, ,6 7,6 Secagem lenta 92 11, ,6 7, Embebição (horas) Garcia et al. (1995): milho, condicionamento osmótico + secagem Testes de germinação, índice de velocidade de germinação, envelhecimento acelerado, condutividade elétrica e teor de água de sementes de cebola, cv. Petroline, submetidas a processos de secagem após o condicionamento fisiológico (Caseiro & Marcos Filho, 2003). Velocidade de germinação (índice) Emergência de plântulas (%) Tratam. Lote 1 Lote 2 Lote 3 Lote 1 Lote 2 Lote 3 Test 14,95 BCb 16,29 BCa 15,27 BCb 100 Aab 100 Aa 97 ABCb SNS 15,90 ABb 17,65 Aa 16,30 Ab 99 ABa 100 Aa 100 Aa SR 15,70 ABa 16,07 BCa 15,68 ABa 95 ABC b 100 Aa 100 AB a SL 15,48 ABb 16,45 Ba 16,17 Bab 99 ABa 100 Aa 98 ABCa FATORES QUE AFETAM OS RESULTADOS Armazenamento pós tratamento e secagem NC C Sementes não foram armazenadas sob condições ideais Velocidade de germinação, emergência de plântulas em três lotes de sementes de couve-flor, cv. Sharon: T (testemunha), SNS (sementes condicionadas não secadas), SR (secagem rápida), SL (secagem lenta) (Kikuti e Marcos Filho, 2008) Letras maiúsculas: comparações dentro de cada coluna (entre tratamentos); letras minúsculas: comparações dentro de cada linha (entre lotes) (teste de Tukey, 5% de probabilidade) Sementes armazenadas sob condições ideais 15

16 Lotes 4 5 Trat. Velocidade de germinação (índice) Emergência de plântulas (%) Médias TCL 14,68 Ba 12,72 Bbc 13,54 Bb 12,42 Bc CCL 17,13 Aa 14,40 Ab 15,26 Ab 14,81 Ab TCC 14,68 Ba 12,44 Bb 14,05 Ba 13,06 Bb CCC 17,13 Aa 14,27 Ab 14,04 Bb 14,19 Ab TCL 15,90 Ba 14,06 ABb 14,73 ABab 13,61 Bb CCL 15,29 Ba 14,21 Ab 15,52 Ab 15,08 Ab TCC 19,14 Aa 13,32 Bb 14,10 Bab 14,82 Aa CCC 15,29 Ba 15,07 Ab 15,40 Ab 15,24 Ab Velocidade de germinação, emergência de plântulas em três lotes de sementes de couve-flor, cv. Teresópolis Gigante, submetidos ao condicionamento e secagem (C), testemunha (T), armazenados em condições de laboratório (CL) ou em condições controladas (CC), avaliados com 0, 2, 4 e 6 meses de armazenamento. (Kikuti e Marcos Filho, 2008) Germinação final Velocidade de Velocidade de Período Emergência (%) (%) germ. (índice) emerg. (índice) (meses) Test Cond Test Cond Test Cond Test Cond LOTE Aa 99 Aa 32,2 Ab 35,5 Aa 99 Aa 98 Aa 21,7 Ba 22,5 Ca 2 96 Aa 98 Aa 31,6 Aa 32,8 Ba 100 Aa 99 Aa 25,6 Ab 27,9 Ba 4 95 Ab 99 Aa 31,4 Ab 32,9 Ba 100 Aa 100 Aa 26,9 Ab 31,9 Aa 6 97 Aa 96 Aa 28,9 Bb 31,7 Ba 86 Bb 97 Aa 15,6 Cb 22,7 Ca LOTE Aa 100 Aa 33,1 Ab 38,0 Aa 100 Aa 100 Aa 22,8 Ba 24,1 Ba Aa 93 Bb 32,8 Aa 32,6 Ba 100 Aa 100 Aa 25,5 Ab 31,4 Aa Aa 98 Aa 33,3 Aa 32,6 Ba 97 Aa 99 Aa 26,9 Ab 31,7 Aa 6 97 Aa 100 Aa 31,4 Bb 33,2 Ba 85 Bb 100 Aa 15,6 Cb 24,7 Ba Valores médios de germinação e vigor (índice de velocidade de germinação, emergência de plântulas, índice de velocidade de emergência) de 3 lotes de sementes do cv. Safira submetidas (cond) ou não (test) ao condicionamento fisiológico, durante 6 meses de armazenamento (0, 2, 4 e 6) em ambiente normal (Lima e Marcos Filho). CONDICIONAMENTO BIOLÓGICO Hidratação de sementes e cobertura com fungos ou bactérias, numa única operação Trichoderma, Gliocadium, Enterobacter, Bacillus, Pseudomonas Mais de 20 gêneros de fungos Pode ser combinado com outros sistemas para o condicionamento fisiológico Tratamentos Emergência de plântulas (%) 3 dias 5 dias 7 dias Total Testemunha Osmocondicionamento Biocondicionamento Emergência de plântulas de tomate produzidas de sementes submetidas a condicionamentos osmótico e biológico (Warren e Bennett, 1999) 16

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