Comunicado Técnico. Novas Fontes de Luz para Micropropagação de Canade-açúcar INTRODUÇÃO. Situação atual

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1 Comunicado Técnico 283 ISSN Pelotas, RS Dezembro, 2011 Novas Fontes de Luz para Micropropagação de Canade-açúcar 1 Roberto Pedroso de Oliveira 2 Paulo Sérgio Gomes da Rocha 3 Walkyria Bueno Scivittaro 2 INTRODUÇÃO Situação atual A c a n a - d e - a ç ú c a r ( S a c c h a r u m officinarum L.) é uma das culturas agrícolas mais importantes do país, sendo o Brasil o maior produtor mundial, com produção estimada em 690 milhões de toneladas (FAO, 2011). Dentre as diversas cultivares utilizadas no país, destaca-se a RB , que apresenta bom perfilhamento, baixa exigência em fertilidade de solo, pouco florescimento, maturação precoce, baixo teor de fibra e alta produtividade agrícola (SIMÕES NETO et al., 2005). A propagação in vitro de mudas de cana-de-açúcar tem sido utilizada rotineiramente, no Brasil, para disponibilizar aos produtores as novas cultivares melhoradas mais rapidamente (DONATO et al., 2005). Nos últimos anos, os diodos emissores de luz (LEDs) têm sido utilizados de forma comercial em várias áreas, desde a arquitetura até a medicina, principalmente na iluminação de ambientes. As principais vantagens dos LEDs referem-se à alta eficiência no processo de geração de luz com baixa produção de calor, período longo de vida, comprimento de onda específico e massa e volume pequenos (YEH; CHUNG, 2009). Em laboratórios de cultura de tecidos existe a perspectiva do uso de LEDs em substituição às lâmpadas fluorescentes, notadamente nas salas de cultivo, tendo sido relatados resultados de pesquisa interessantes em bananeira (NHUT et al., 2003), morangueiro (ROCHA et al., 2010), ¹ Trabalho de pesquisa realizado com apoio financeiro e bolsas do CNPq. 2 Eng. Agrôn., D.Sc., pesquisador da Embrapa Clima Temperado, Pelotas, RS, roberto.pedroso@cpact.embrapa.br; walkyria.scivittaro@cpact.embrapa.br 3 Eng. Agrôn., D.Sc., Bolsista de Pós-doutorado CNPq, p.sergio.r@uol.com.br

2 2 Novas Fontes de Luz para Micropropagação de Cana-de-açúcar 1 crisântemo (KIM et al., 2004) e batata (SEABROOK, 2005). Segundo Rocha et al. (2010), o uso de comprimentos específicos de luz pode favorecer a taxa de multiplicação e a qualidade das mudas produzidas in vitro. Da mesma forma, embora não tão econômicas quanto os LEDs, as lâmpadas fluorescentes Growlux têm apresentado resultados promissores no cultivo de plantas em ambiente sem iluminação natural, por emitirem radiação luminosa equilibrada nos espectros vermelho distante, amarelo e azul (SYLVANIA, 2000). Diante do exposto, este trabalho teve por objetivo avaliar o efeito de novas fontes de luz (LEDs) na multiplicação in vitro de cana-de-açúcar. Estudo realizado O experimento foi conduzido no laboratório de Cultura de Tecidos da Embrapa Clima Temperado, em Pelotas, RS. No estudo foram utilizadas, como explante, brotações de cana-de-açúcar da cultivar RB , cedidas pelo Centro de Tecnologias Estratégicas do Nordeste (CETENE), medindo mm de altura. Inicialmente, essas brotações foram mantidas em meio de cultura MS (MURASHIGE; SKOOG, 1962), sem a adição de reguladores de crescimento, sendo cultivadas em sala de crescimento sob lâmpadas fluorescentes brancas. Para o experimento, as brotações foram inoculadas em frascos de vidro com capacidade de 250 ml, contendo 40 ml de meio de cultura semissólido constituído pelos sais do meio MS acrescido de 30 g L -1 de sacarose, 100 mg L -1 de mio-inositol e 0,3 mg L -1 de 6-benzilaminopurina (BAP). O ph do meio de cultura foi ajustado para 5,8, antes da adição de 7,0 g L -1 de ágar. A autoclavagem foi realizada sob temperatura de 121 ºC a 1,5 atm, durante 20 minutos. As fontes de luz avaliadas foram LEDs azuis-edeb 3LA1, LEDs verdes-edet 3LA1, LEDs vermelhos-eder 3LA3, lâmpadas fluorescentes Growlux e lâmpadas fluorescentes brancas (testemunha), fixandose a intensidade luminosa em 20 µmol m -2 s -1 durante os subcultivos. O delineamento experimental utilizado foi inteiramente ao acaso, com seis repetições por tratamento, sendo a unidade experimental composta por um frasco contendo cinco explantes de cana-de-açúcar. Ao final de cada período de 28 dias, foram avaliados o número de brotações por explante e o comprimento das brotações (mm), compondo-se uma média de três subcultivos, para a análise estatística. Os resultados obtidos foram submetidos à análise de variância, comparando-se as médias de tratamentos de fonte de luz pelo teste de Duncan em nível de 5%. Para a análise estatística, exclusivamente os dados da variável número de brotações por explante foram transformados em raiz quadrada de (x+0,5). Resposta in vitro Na Tabela 1 verifica-se efeito significativo da fonte de luz no desenvolvimento in vitro de brotações de cana-de-açúcar (p<0,05). As lâmpadas fluorescentes Growlux proporcionaram o maior número médio de brotações por explante durante os três subcultivos realizados, não tendo sido verificada diferença significativa entre as demais fontes de luz estudadas (LEDs azuis, LEDs vermelhos, LEDs verdes e lâmpadas fluorescentes brancas), embora tenha ocorrido multiplicação satisfatória dos explantes de cana-de-açúcar em todos os tratamentos. Quanto à variável comprimento médio de brotações, destacou-se o cultivo dos explantes sob LEDs vermelhos, muito embora estes somente tenham apresentado resultado estatisticamente significativo ao nível de 5% em relação aos LEDs verdes (Figura 1).

3 Novas Fontes de Luz para Micropropagação de Cana-de-açúcar 1 3 Normalmente, as variáveis número médio de brotações por explante e comprimento médio de brotações apresentam desempenho inversamente proporcional, pois se o explante se multiplica muito, normalmente cresce pouco e vice-versa, a não ser que as condições ambientais e nutricionais sejam completamente favoráveis para sustentar ambas as formas de desenvolvimento in vitro. Tabela 1. Desenvolvimento in vitro de brotações de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L. cv. RB ), cultivadas sob diferentes fontes de luz por três subcultivos. Embrapa Clima Temperado, Pelotas, RS, Fonte de luz Número médio de brotações por explante Comprimento médio das brotações (mm) Lâmpadas fluorescentes Growlux 17,81 a 22,46 ab Leds azuis 12,34 b 23,39 ab Leds verdes 11,93 b 22,07 b Leds vermelhos 10,49 b 29,22 a Lâmpadas fluorescentes brancas 13,38 b 25,39 ab CV (%) 12,16 21,69 Médias seguidas de mesma letra nas colunas não diferem significativamente entre si pelo teste de Duncan, a 5% de probabilidade. Foto: Paulo Sérgio Gomes da Rocha Figura 1. Brotações de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L. cv. RB ) provenientes de cultivo in vitro em meio MS sob as fontes de luz LEDs azuis, LEDs verdes, LEDs vermelhos, lâmpadas fluorescentes Growlux e lâmpadas fluorescentes brancas (sentido da esquerda para a direita). Wilson et al. (1993), Kim et al. (2004), Heo et al. (2006) e Rocha et al. (2010) já haviam observado brotações maiores, respectivamente, de batata, crisântemo, videira e morangueiro, quando cultivadas sob LEDs vermelhos em relação a outras fontes de luz. A luz vermelha tem sido considerada um estimulante do comprimento da brotação, por promover o alongamento das células em espécies vegetais (FOLTA; MARUHNICH, 2007). Em geral, as brotações maiores, desde que não resultantes de estiolamento, são consideradas as melhores no processo de micropropagação, pois são mais fáceis de aclimatizar. Cada espécie responde de forma diferenciada quanto à iluminação do ambiente de cultivo, por isso a diversidade de resultados observados na literatura (SYLVANIA, 2000). No caso das lâmpadas

4 4 Novas Fontes de Luz para Micropropagação de Cana-de-açúcar 1 Growlux, estas emitem radiação luminosa nos espectros vermelho distante, amarelo e azul, tendo sido a mais responsiva para a multiplicação in vitro das brotações de canade-açúcar. A menor eficiência na multiplicação e no crescimento de brotações sob lâmpadas fluorescentes brancas decorre, provavelmente, do fato de estas emitirem diferentes comprimentos de onda entre 350 nm e 750 nm, sendo somente aqueles compreendidos entre 400 nm e 700 nm os mais importantes para a fotossíntese (TAIZ; ZEIGER, 2004). Os resultados obtidos no presente trabalho evidenciam a necessidade de se rever a indicação generalizada do uso de lâmpadas fluorescentes brancas para micropropagação de plantas em laboratório, pois, dependendo da espécie, como demonstrado em cana-de- açúcar, existem outras fontes de luz mais eficientes e/ou mais econômicas (lâmpadas Growlux e LEDs). Comparando-se os LEDs com as lâmpadas fluorescentes brancas, os primeiros podem chegar a 100 mil horas de uso, tendo eficiência energética de 50%, enquanto que as lâmpadas fluorescentes brancas têm vida útil média de horas e eficiência energética de 20%, sendo expressiva a diferença proporcionada no custo de produção. Durante a micropropagação, em todos os tratamentos, não se verificou a formação de plantas morfologicamente anormais, que são indicadores de distúrbios fisiológicos e/ ou de variação somaclonal (Figuras 2 e 3). Esse resultado indica ajuste das condições de cultivo utilizadas para a propagação in vitro de cana-de-açúcar. Foto: Paulo Sérgio Gomes da Rocha Figura 2. Plantas enraizadas in vitro de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L. cv. RB ) aptas para a aclimatização.

5 Novas Fontes de Luz para Micropropagação de Cana-de-açúcar 1 5 Foto: Paulo Sérgio Gomes da Rocha Figura 3. Plantas aclimatizadas de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L. cv. RB ), produzidas sob diferentes fontes de luz (lâmpadas Growluz à esquerda, LEDs azuis ao centro e lâmpadas fluorescentes brancas à direita). Recomendação A iluminação da sala de cultivo de laboratórios de cultura de tecidos de cana-deaçúcar cv. RB deve ser realizada com lâmpadas fluorescentes Growlux, quando se deseja otimizar a multiplicação dos explantes, e com LEDs vermelhos para aumentar o comprimento da brotação. Agradecimentos Ao Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico (CNPq) pela concessão de bolsas, e ao Centro de Tecnologias Estratégicas do Nordeste (CETENE) por ter cedido as mudas de canade-açúcar estabelecidas in vitro. Referências FAO. Food and Agriculture Organization. Faostat. Disponível em: < faostat.fao.org/site/567/ DesktopDefault.aspx?PageID=567#ancor>. Acesso em: 04 dez FOLTA, K. M.; MURUHNICH, S. A. Green light: a signal to slow down or stop. Journal of Experimental Botany, Oxford, v. 58, n. 12, p , HEO, J. W.; SHIN, K. S.; KIM, S. K.; PAEK, K. Y. Light quality affects in vitro growth of grape Teleki 5BB. Journal of Plant Biology, New York, v. 49, n. 4, p , DONATO, V. M. T.; ANDRADE, A. G.; TAKAKI, G. M. C.; MARIANO, R. L. R.; MACIEL, G. A. Plantas de cana-de-açúcar cultivadas in vitro com antibióticos. Ciência e Agrotecnologia, Lavras, v. 29, n. 1, p , KIM, S. J.; HAHN, E. J.; HOE, J. W.; PAEK, K. Y. Effects of LEDs on net photosynthetic rate, growth and leaf stomata of chrysanthemum plantlets in vitro. Scientia Horticulturae, Amsterdam, v.110, p , 2004.

6 6 Novas Fontes de Luz para Micropropagação de Cana-de-açúcar 1 MURASHIGE, T.; SKOOG, F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, Copenhagen, v. 15, p , SIMÕES NETO, D. E.; MELO, L. J. O. T.; CHAVES, A.; LIMA, R. O. R. Lançamento de novas variedades RB de cana-de-açúcar. Carpina: Imprensa Universitária, p. (UFRPE. Boletim técnico, 1). NHUT, D. T.; TAKAMURA, T.; WATANABE, H.; TANAKA, M. Efficiency of a novel culture system by using light-emitting diode (LED) on in vitro and subsequent growth of micropropagated banana plantlets. Acta SYLVANIA. Light and plants; standard and wide spectrum Sylvania Grow-Lux fluorescent lamps. Danvers: Osram Sylvania, p. (Technical Information Bulletin, 1). Horticulturae, The Hague, v. 616, p , TAIZ, L.; ZEIGER, E. Fisiologia vegetal. Porto Alegre: Artmed, p. ROCHA, P. S. R.; OLIVEIRA, R. P.; SCIVITTARO, W. B.; SANTOS, U. L. Diodos emissores de luz e concentrações de BAP na multiplicação in vitro de morangueiro. Ciência Rural, Santa Maria, v. 40, n. 9, p , YEH, N.; CHUNG, J. P. High-brightness LEDs - energy efficient lighting sources and their potential in door plant cultivation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Taipei, v. 13, n. 8, p , SEABROOK, J. E. A. Light effects on the growth and morphogenesis of potato (Solanum tuberosum) in vitro: a review. American Journal of Potato Research, New York, v. 82, p , WILSON, D. A.; WEIGEL, R. C.; WHEELER, R. M.; SAGER, J. C. Light spectral quality effects on the growth of potato (Solanum tuberosum L.) nodal cutting in vitro. In Vitro Cellular and Developmental Biology, New York, v. 29, n. 1, p. 5-8, Comunicado Técnico, 283 Exemplares desta edição podem ser adquiridos na: Embrapa Clima Temperado Endereço: Caixa Postal 403 Fone/fax: (53) sac@cpact.embrapa.br 1 a edição 1 a impressão 2011: 20 exemplares Comitê de publicações Expediente Presidente: Ariano Martins de Magalhães Júnior Secretária- Executiva: Joseane Mary Lopes Garcia Membros: José Carlos Leite Reis, Ana Paula Schneid Afonso, Giovani Theisen, Luis Antônio Suita de Castro, Flávio Luiz Carpena Carvalho, Christiane Rodrigues Congro Bertoldi e Regina das Graças Vasconcelos dos Santos Supervisor editorial: Antônio Luiz Oliveira Heberlê Revisão de texto: Ana Luiza Barragana Viegas Revisão bibliográfica: Regina das Graças V. dos Santos Editoração eletrônica: Juliane Nachtigall (estagiária)