FORMAÇÃO DA SEMENTE DE ANGIOSPERMAS MULTIPLICAÇÃO DE PLANTAS 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 PROPAGAÇÃO R E P R O D U Ç Ã O CICLO SEXUADO (n) RECOMBINAÇÃO GÊNICA (2n) NOVO INDIVÍDUO CICLO ASSEXUADO (2n) MANUTENÇÃO GÊNICA (2n) ESTABELECIMENTO DO CLONE Diagrama ilustrativo das formas de multiplicação dos vegetais (Scarpare Filho e Almeida, 2002) P R O P A G A Ç Ã O VEGETATIVA (Propágulos) Natural (bulbos, tubérculos, rizomas...) Artificial (estaquia, enxertia, micropropagação, sementes artificiais) APOMIXIA (sementes assexuadas ) Propágulo: parte da planta utilizada para propagação 1
FORMAÇÃO DA SEMENTE REINO VEGETAL : 350.000 espécies descritas 250.000 multiplicadas por sementes REPRODUÇÃO: transição da fase vegetativa para a reprodutiva alteração na atividade de gemas: percepção de estímulos MERISTEMAS: FORMAÇÃO DA SEMENTE Tecidos vivos, ainda não diferenciados, que se multiplicam por divisões mitóticas, formando novos tecidos que dão origem a partes específicas da planta. FLORESCIMENTO INÍCIO DA FASE DO CICLO DE VIDA VEGETAL QUE CULMINA COM A FORMAÇÃO DA SEMENTE São sinônimos de tecidos embrionários e constituem primórdios vegetativos (raiz, caule, folhas) ou reprodutivos (órgãos florais) FLORESCIMENTO INDUÇÃO FLORAL SEMENTE Fase vegetativa juvenil Alteração fisiológica que permite o desenvolvimento de primórdios reprodutivos, sob o estímulo de fatores ambientais - Água ZIGOTO Ciclo de uma planta multiplicada por sementes PLANTA EM VEGETAÇÃO - Fotoperíodo - Agentes químicos: fitohormônios - Temperatura: somas térmicas, redução da temperatura, vernalização Fase reprodutiva adulta FLOR PLANTA ADULTA Indução Contreras Fase vegetativa adulta 2
Plantas anuais: ciclo em uma estação de crescimento Transição Vernalização Plantas bienais: ciclo em duas estações de crescimento Plantas perenes: vivem mais de dois 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 promotores do florescimento Contreras Fase vegetativa juvenil Fase vegetativa adulta Primeira estação de crescimento Fase reprodutiva adulta Segunda estação de crescimento INICIAÇÃO FLORAL FLORESCIMENTO Expressão morfológica do estado induzido, que ocorre em tecidos meristemáticos FLORES pólen filete antera estigma estilete ovário óvulo pedúnculo Corte longitudinal de uma flor completa e perfeita 3
FLORES - Tipos quanto às partes Completa x Incompleta Perfeita x Imperfeita Contreras Flores imperfeitas ou unissexuadas Saco polínico Grãos de pólen Filete Folha Carpelar Lóculo Óvulo Micrópila FLORES - Tipos quanto sexo Hermafrodita Unissexuada - Planta quanto ao sexo ANTERA OVÁRIO REPRESENTAÇÃO DE CORTE TRANSVERSAL DE ANTERA E OVÁRIO Hermafrodita Unissexuada Monóica Dióica Andromonóica Androginóica 4
FORMAÇÃO DO GRÃO DE PÓLEN (microsporogênese) HÁBITOS DE CRESCIMENTO ar ep en con tap 1 2 3 cmgp 5 tt lp ex cr 7 po 6 in cv Tipos de grãos de pólen 5
Ovário sc pr nc sc pr mi nc mi FORMAÇÃO DO SACO EMBRIONÁRIO (macrosporogênese) Óvulo jovem a b c d e f ar ar meiose mi ova três células degeneram célula mãe funcional pr sc sg oo nc np ant ov fn célula mãe funcional mitose I mitose II mitose III 6
POLINIZAÇÃO Autopolinização em alface Corolla TIPOS Stigma Pollen Stamens AUTOPOLINIZAÇÃO: citros, alface, tomate, quiabo, fumo, soja, berinjela, arroz, trigo, algodão, amendoim, feijão, cevada, ervilha, pimentão... Ovary Emergência do estilete e do estigma através da coluna estaminal em flores perfeitas de alface (Besnier, 1989). Contreras AGENTES DE POLINIZAÇÃO VENTO: POLINIZAÇÃO CRUZADA: milho, centeio, crotalária, sorgo, cebola, repolho e demais brássicas, mamona, maracujá, cenoura, cucurbitáceas, girassol, milheto, alfafa, maçã, manga, mamão, pera, pecã, espinafre, pimentão, berinjela - Características do pólen e da estrutura floral 7
AGENTES DE POLINIZAÇÃO VENTO: características do pólen e da estrutura floral AGENTES DE POLINIZAÇÃO VENTO: características do pólen e da estrutura floral Dispersão do Pólen pelo Vento AGENTES INSETOS: características do pólen e da dispersão principais insetos polinizadores Cebola, cenoura, cucurbitáceas, girassol, crotalária, maracujá, repolho,... Polinização Girassol (Unghiatti) Jaime Ibieta CENOURA 8
AGENTES AGENTES INSETOS INSETOS MIOFILIA (Moscas) CANTAROFILIA (Coleópteros) Diptera Lepidoptera AGENTES AGENTES ÁGUA flores masculinas Vallisneria sp. flores femininas ORNITOFILIA Contreras e Rojas 9
MORCEGOS DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO DICOGAMIA QUIROPTEROFILIA PROTANDRIA milho, cenoura, cebola, pecã, girassol HOMEM 4 3 2 1 4 3 2 1. Com estames 1 2 3 4 5 2. Com estigmas 3. Fecundadas 4. Frutos formando 1. Masculina; 2. Feminina; 3. Fecundada; 4. Frutificação; 5. Fruto 10
DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO PROTOGINIA manga, milheto, couve-flor, Magnolia, Primula DIFICULDADES PARA A POLINIZAÇÃO AUTOINCOMPATIBILIDADE Contreras A No primeiro dia (A), os estigmas estão receptivos e as anteras ainda não iniciaram a liberação de pólen. No segundo dia (B), as anteras liberam o pólen, mas os estigmas não mais estão receptivos. Exemplo com Magnolia grandiflora southern magnolia. Fotos: K. R. Robertson, University of North Carolina Protoginia em Magnolia B Heterostilia, Genética repolho, crotalaria, maracujá, girassol, rabanete, centeio, pimentão, laranja 11
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 tubo polínico abortado tubo polínico normal FECUNDAÇÃO - GERMINAÇÃO DO TUBO POLÍNICO Turgor celular, concentração de Boro, gradiente de concentração de Cálcio, liberação de enzimas pelo estilete (a) (b) (c) Auto incompatibilidade Contreras 12
germinação do grão de pólen saco embrionário tubo polínico óvulo ovário Grão de pólen de mostarda silvestre germinando no estigma lp Antera FECUNDAÇÃO 1. SINGAMIA: Estigma Grão de pólen núcleo reprodutivo (n) + oosfera (n) ZIGOTO (2n) EMBRIÃO Tubo polínico CARACTERÍSTICAS GENÉTICAS DO NOVO INDIVÍDUO SÃO TRANSMITIDAS ATRAVÉS DE GENES LOCALIZADOS NOS CROMOSSOMOS DOS GAMETAS 13
FECUNDAÇÃO 2. FUSÃO TRIPLA: núcleo reprodutivo (n) + núcleos polares (2n) NÚCLEO DO ENDOSPERMA (3n) núcleo vegetativo gametas masculinos 1 núcleos polares gametas masculinos núcleo do endosperma ENDOSPERMA (?) tubo polínico 2 zigoto A partir da primeira divisão do zigoto, a base estrutura padrão do embrião e o destino das células já se torna evidente Desenvolvimento do embrião de Arabidopsis thaliana Entre pré-globular e torpedo, principalmente divisão e expansão celular Henk Hilhorst Henk Hilhorst EP: pró-embrião; S: suspensor; Hs: hipófise; C: cotilédones; A: eixo embrionário 14
O papel do suspensor é fornecer sustentação ao embrião, sob o ponto de vista físico e nutricional, além de colaborar em mecanismos que regulam a embriogênese Há várias formas diferentes de suspensor GLOBULAR CORAÇÃO TORPEDO FORMAÇÃO COTILÉDONES Há comunicação entre o embrião e o supensor durante a embriogênese O suspensor é formado e degradado no decorrer da embriogênese Histodiferenciação Henk Hilhorst Folhas primárias Feijão: desenvolvimento inicial do embrião e plântula formada epicótilo cotilédones hipocótilo Sistema radicular FORMAÇÃO DO EMBRIÃO DE MONO E DE DICOTILEDÔNEAS 15
PARTES DO EMBRIÃO - RADÍCULA - HIPOCÓTILO: região de transição vascular entre raiz e caule - COTILÉDONE(S): Dicotiledôneas armazenamento de reservas ou folhas embrionárias Monocotiledôneas proteção ao eixo embrionário e transferência de reservas do endosperma Radícula Plúmula: massa de células meristemáticas; representa a gema apical Hipocótilo: região de transição vascular entre raiz e caule Cotilédones: armazenamento de reservas plúmula + folhas primárias - PLÚMULA: massa de células meristemáticas gema apical - EPICÓTILO: presente na plúmula, em forma meristemática ou desenvolvido e identificável - Mesocótilo: primeiro nó do epicótilo - Coleorriza, coleoptilo, epiblasto, raízes seminais (nó cotiledonar) cotilédones hipocótilo raiz primária EMBRIÃO DE FEIJÃO O EPICÓTILO ESTÁ PRESENTE NA PLÚMULA, EM FORMA MERISTEMÁTICA OU DESENVOLVIDO E IDENTIFICÁVEL Eixo embrionário COTILÉDONE TEGUMENTO Cotilédones SEMENTE DE ERVILHA SEMENTE DE ABÓBORA EIXO EMBRIONÁRIO 16
Pericarpo Endosperma cotilédone (escutelo): proteção ao eixo e transferência de reservas coleoptilo coleoptilo plúmula (folhas primárias) coleorriza plúmula raízes seminais (nó cotiledonar) radícula DESENVOLVIMENTO DO ENDOSPERMA divisões NÚCLEO DO ENDOSPERMA ENDOSPERMA diferenciação TECIDO DE RESERVA GERMINAÇÃO raízes seminais raiz primária EMBRIÃO DO MILHO EM GRAMÍNEAS, O EMBRIÃO TAMBÉM PODE APRESENTAR O EPIBLASTO E HÁ AUTORES QUE CONSIDERAM O MESOCÓTILO SEMENTES ALBUMINOSAS: monocotiledôneas, mamona, café, alface, seringueira, tomate, beterraba DESENVOLVIMENTO DO ENDOSPERMA PERISPERMA Desenvolvimento do tecido nucelar materno Exemplos: café, beterraba TECIDO DE RESERVA DESENVOLVIMENTO DO EMBRIÃO SEMENTES EXALBUMINOSAS: geralmente dicotiledôneas leguminosas, malváceas, cucurbitáceas, crucíferas TECIDO VIVO? Corte de uma semente de beterraba 17
PRIMINA SECUNDINA TEGUMENTO TESTA (Externo) TEGMA (Interno) Funções, numa semente em desenvolvimento - Caminho para o transporte e conversão de aminoácidos e açúcares para o embrião/endosperma em desenvolvimento - Acúmulo temporário de assimilados para uso posterior - Auxiliar trocas gasosas - Suprimento de substâncias de crescimento para o embrião - Proteção do embrião e endosperma contra dessecação e agentes externos TEGUMENTO Funções, numa semente formada - Manter unidas as partes da semente -Proteção contra agentes externos (bióticos e abióticos): composição, estrutura - Regular trocas de água e trocas gasosas com o ambiente - Regular a germinação e interferir em mecanismos de dormência - Controle da dispersão espacial das sementes: asas, espinhos, pelos mucilagens, substâncias resistentes ao trato digestivo de animais FRUTO E SEMENTE FRUTO E SEMENTE FRUTO PARTES: OVÁRIO MADURO, COM UMA OU MAIS SEMENTES EPICARPO FRUTOS SECOS: cariopse (gramíneas). Aquênio (girassol, alface, cenoura), pixídio (beterraba) a) PERICARPO MESOCARPO ENDOCARPO b) SEMENTE TEGUMENTO ENDOSPERMA (?) Eixo EMBRIÃO Cotilédone(s) 18
FRUTO E SEMENTE FRUTOS CARNOSOS NOZ SÂMARA SÍLIQUA VAGEM 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, SEM QUE TENHA OCORRIDO A FECUNDAÇÃO CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO - SUBSTITUI A REPRODUÇÃO PELA PROPAGAÇÃO endocarpo - NÃO HÁ UNIÃO DE GAMETAS 19
POR QUE ESTUDAR FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES? TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO - Clima - Época de semeadura - Semeadura: manejo do equipamento - Inspeções - Colheita IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO PUREZA GENÉTICA Isolamento Direção predominante dos ventos POLINIZAÇÃO E SUAS CONSEQUÊNCIAS: necessidade do conhecimento Contreras isolamento Fluxo de pólen e risco de contaminação Isolamento para produção de sementes de alface: plantas autógamas Area de produção de sementes Contreras 20
Produção de sementes em estruturas protegidas Isolamento + insetos pepino (http://www.avrdc.org) Contreras Contreras IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO PUREZA GENÉTICA Direção predominante dos ventos Proporção linhas masculinas e femininas Milheto: Produção de Sementes Híbridas 21
PUREZA GENÉTICA Despendoamento em milho Osvaldo P. Pereira Manual Mecânico IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO PUREZA GENÉTICA Split Milho, tomate, sorgo, girassol, pepino Cristian Carvallo 22
Proporção linhas masculinas e femininas 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 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 IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO PUREZA GENÉTICA Machoesterilidade Milho, repolho, cenoura, girassol, milheto 23
IMPORTÂNCIA DA POLINIZAÇÃO QUANTIDADE PRODUZIDA Presença de insetos Formato da área Controle de insetos Clima x época de semeadura Temperatura x viabilidade do pólen Rebeca Unghiatti Flor completa do tomateiro (A) e inflorescência com flores em diferentes estádios de desenvolvimento (B) - P.C.T. Melo Pétalas Pistilo Estames Polinização Cebola Cone de anteras Ovário Sépalas Aborto de flor Unghiatti Polinização Cebola colméia: 5 /ha A Camada de abscisão B 24
Flor de tomate 2- Extração do pólen 1- Emasculação de flores em plantas femininas 3- Armazenamento do pólen Contreras Contreras 4- Polinização manual 25
Coleta de pólen Técnicas de cruzamentos controlados Contreras Híbrido tomate Híbrido pimentão 26
POR QUE ESTUDAR FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES? BIOTECNOLOGIA Embriogênese somática + sementes sintéticas Flor masculina Flor feminina (ovário ínfero) Pepino Contreras SEMENTES ARTIFICIAIS OU SINTÉTICAS CONCEITO: a) Embrião encapsulado b) Embriões somáticos, brotos ou outros tecidos encapsulados artificialmente que podem ser utilizados para cultivo in vitro ou ex vitro (Aitken-Christie et al., 1994) É UMA MODALIDADE DE CULTURA DE TECIDOS DE PLANTAS MEDIANTE A ENCAPSULAÇÃO DE EMBRIÕES SOMÁTICOS SEMENTES ARTIFICIAIS OU SINTÉTICAS EMBRIÃO SOMÁTICO : DESENVOLVIMENTO DE EMBRIÃO A PARTIR DE CÉLULAS QUE NÃO SÃO PRODUTOS DA FUSÃO DE GAMETAS EMBRIOGÊNESE SOMÁTICA Natural: exemplo / embriões nucelares em citros Induzida: células induzidas por estímulos ambientais ou químicos 27
mandioca D semente sintética de café abacaxi CÁPSULAS DE HIDROGEL: alginato de sódio, resinas plásticas de óxido de polietileno + reservas + agentes protetores + microrg. benéficos +... 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 Teste de tetrazólio em sementes de tomate 28
POR QUE ESTUDAR FORMAÇÃO + MORFOLOGIA DE SEMENTES? RECONHECIMENTO DA MATURIDADE FISIOLÓGICA BENEFICIAMENTO Escolha de máquinas para separação Planejamento de linhas de fluxo Injúrias mecânicas Aspecto normal ou anomalias? RECONHECIMENTO DE PROBLEMAS E SUA EXTENSÃO Sementes mal formadas Semente -vazia e cheia 29
1 2 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) 30