Regulação dos mecanismos fisiológicos e bioquímicos envolvidos na germinação e conservação de sementes de Auracária angustifolia

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2016.Sementes de Araucaria angustifolia são colhidas com alto grau de umidade e seu metabolismo se mantém elevado durante o armazenamento. Visando à conservação da espécie, esta pesquisa buscou caracterizar eventos fisiológicos e bioquímicos envolvidos na perda de viabilidade e início precoce do metabolismo germinativo que ocorre em sementes de A. angustifolia após a colheita. As sementes foram coletadas em 2012, em duas populações de Santa Catarina e armazenadas em condição de ambiente de laboratório sem controle térmico e em câmara fria (temperatura de 10 ± 3°C e umidade relativa de 45 ± 5%). Para o estudo, avaliou-se o potencial de uso do teste de pH do exsudato visando obter um método rápido e eficiente para a avaliação da viabilidade das sementes; a qualidade fisiológica durante o armazenamento, observando-se a ocorrência da germinação sob armazenamento, uma consequência do metabolismo típico de sementes recalcitrantes, sendo as sementes classificadas em relação às ?categorias de desenvolvimento precoce?; o comportamento de sementes de diferentes variedades quanto à manutenção da qualidade fisiológica durante o armazenamento; a análise da hidrólise e mobilização de reservas no armazenamento de curto prazo e em função das categorias de desenvolvimento precoce; e a ocorrência do estresse oxidativo e ativação dos sistemas enzimáticos antioxidantes no embrião em função do armazenamento. Os resultados observados indicaram que o teste do pH do exsudato é eficiente para estimar de forma rápida a viabilidade de sementes, inclusive aquelas em avançado estádio de deterioração, devendo ser realizado em embriões excisados e embebidos em água destilada pelo período de 30 minutos. Além disso, observou-se que o início do processo de germinação precoce pode ser observado cerca de 30 dias após a coleta das sementes, coincidindo com o início da redução da viabilidade. A condição de câmara fria retardou o processo germinativo e formação das plântulas, mas não houve grandes diferenças quanto à manutenção da viabilidade das sementes em relação às condições de armazenamento. Dentre as variedades avaliadas, a variedade ?angustifolia? apresentou maior vigor e maior potencial de armazenamento em relação às demais. Alterações expressivas nos teores de metabólitos de reserva foram observadas nos primeiros três meses dearmazenamento das sementes, e ocorreram tanto em embriões quanto em megagametófitos. Em função do armazenamento houve redução no conteúdo de açúcares solúveis, amido e proteínas, mas durante a germinação precoce as alterações foram ainda mais expressivas, sendo observada uma redução no teor de aminoácidos e na intensidade e número de bandas do perfil proteico em embriões e megagametófitos. A mobilização das reservas durante a germinação teve início nos embriões, e as proteínas solúveis foram os primeiros componentes mobilizados para a formação das estruturas da plântula. Níveis elevados de H2O2 foram observados em sementes recém-colhidas, o que rapidamente induziu a atividade dos sistemas enzimáticos de proteção antioxidante, com elevação na atividade das enzimas APX, CAT e SOD durante 90 dias de armazenamento. Foram identificadas sete isoenzimas SOD nos embriões, e todas elas apresentaram aumento da atividade em resposta ao armazenamento. A peroxidação de lipídios e degradação de proteínas, consequências severas associadas à deterioração em sementes, foram observadas já nos primeiros três meses de armazenamento. Estes resultados permitem concluir que conforme ocorre o avanço da germinação, os embriões se tornam cada vez mais suscetíveis à deterioração. Por isso, acredita-se que a heterogeneidade no grau de maturação pode ser uma das principais causas de deterioração em sementes de A. angustifolia. Sugere-se ainda que as alterações nos metabólitos de reserva são baseadas no próprio metabolismo da semente para fornecer energia para os processos germinativos, caracterizando o contínuo metabólico existente nestas sementes, em oposição ao comportamento das sementes ortodoxas. Os danos bioquímicos ao metabolismo ocorreram antes da perda total de viabilidade e não são devidos a falhas nos mecanismos enzimáticos de proteção que responderam prontamente. As informações aqui geradas podem contribuir para elucidar pontos ainda incompreendidos sobre o metabolismo pós-colheita de sementes recalcitrantes.Abstract : Seeds of Araucaria angustifolia are harvested with high moisture content and their metabolism remains high during storage. For species conservation, this study aimed to characterize physiological and biochemical events involved in the viability loss and early initiation of germination metabolism that occurs in A. angustifolia seeds after harvest. Seeds were collected in 2012, from two populations in Santa Catarina and stored for 270 days under in the natural laboratory environment and in a cold chamber (temperature of 10 ± 3 ° C and relative humidity of 45 ± 5%). The potential use of pH exudate test to obtain a quick and efficient method for assessing the seed viability; the physiological quality during the storage, observing the occurrence of germination in storage, a consequence of the typical metabolism of recalcitrant seeds, and classifying them in relation to ?early developmental categories?; the behavior of different varieties of seeds for the maintenance of physiological quality during storage; the analysis of hydrolysis and mobilization of reserves in the short-term storage and according to early developmental categories; and the occurrence of oxidative stress and activation of antioxidant enzyme systems in the embryo as a function of storage. The results indicated that pH exudate test is efficient to quickly estimate the seed viability including those at an advanced stage of deterioration, and it must be performed on excised embryos soaked in distilled water for 30 minutes. Furthermore, it was observed that onset of early germination process can be observed approximately 30 days after seed harvest, coinciding with the start of the viability reduction. The cold chamber condition delayed the germination and seedling formation, but the storage conditions did not differ regarding the maintenance of seed. Among the seed varieties tested, the variety ?angustifolia? showed the higher vigor and storage potential compared to the others. Expressive changes in reserve metabolites were observed in the first three months of seed storage, and occurred both in embryos and in megagametophytes. There was a reduction in soluble sugars, starch and protein contents as a function of storage, but the changes were even more significant during early germination, being also possible to observe a reduction in amino acid content and in the intensity and number of bands on protein profile from embryos and megagametophytes. Reserve mobilization during germination began in the embryo, and soluble proteins were the first components mobilized to seedling structures formation. High H2O2 levels were observed in freshly harvested seeds, which quickly activated the enzyme systems ofprotection, with an increase in APX, SOD, and CAT activities during short-term storage. Seven SOD isoenzymes were identified in embryos, and all of them showed increased activity in response to storage. Lipid peroxidation and protein degradation, severe consequences associated with deterioration in seeds, have been observed within three months of storage. These results showed that the embryos become increasingly susceptible to deterioration as the advancement of germination occurs. Therefore, it is believed that the heterogeneity in the degree of maturation is one of the major causes of seed deterioration in A. angustifolia. It is suggested that the changes in reserve metabolites are not due to deterioration, but are based on seed metabolism itself providing energy for germination, characterizing the metabolic continuum in this seeds, as opposed to the behavior of orthodox seeds. Biochemical damage to metabolism occurred prior to complete viability loss, and was not due to failure of enzymatic mechanisms of protection, which responded promptly. The information generated here may contribute to elucidate points misunderstood on postharvest metabolism of recalcitrant seeds

pH do Exsudato na Avaliação da Viabilidade de Sementes de Araucaria angustifolia

RESUMOEste estudo objetivou verificar a eficiência de métodos de pré-condicionamento e períodos de embebição em água para a realização do teste de pH do exsudato para avaliação da viabilidade de sementes de Araucaria angustifolia. Testaram-se três pré-condicionamentos (semente inteira; semente seccionada longitudinalmente; embrião excisado) e três períodos de embebição em água (30, 60 e 90 minutos), avaliando-se a coloração da solução. Adicionalmente, as sementes foram envelhecidas artificialmente por 4 e 8 dias, a 40 °C. A viabilidade foi superior em embriões excisados e embebidos por 30 minutos, apresentando elevado coeficiente de correlação com os testes de germinação e tetrazólio. Para sementes em avançado estádio de deterioração, a avaliação deve associar a coloração da solução ao aspecto dos tecidos. Conclui-se que o teste do pH do exsudato é eficiente na avaliação da viabilidade de sementes de A. angustifolia, devendo ser realizado utilizando-se apenas o embrião embebido em água por 30 minutos

Establishment of post-harvest early-developmental categories for viability maintenance of Araucaria angustifolia seeds

Araucaria angustifolia seeds are recalcitrant, and their metabolism remains high during storage. This research aimed to describe the initiation of germination in A. angustifolia seeds during storage in order to standardize the assessment of physiological quality and to promote seed conservation. Seeds were collected from two populations and stored for 270 days in the natural laboratory environment and cold chamber. Seeds were classified according to four early developmental stages: I - mature seeds; II - seeds with elongation along the embryonic axis; III - beginning of root protrusion; IV - advanced germination stage, with seedling shoots. After categorization, physical and physiological quality was assessed. In freshly collected seeds, only category I was observed. At 270 days, approximately 40% of seeds were in category III in laboratory conditions, while the maintenance in a cold chamber delayed germinative metabolism. Viability tests showed that seeds in categories III and IV were more susceptible to damage caused by storage. In conclusion, the percentage of viable A. angustifolia seeds depends on the development stage after collection. Seeds that have reached early developmental category III should be prioritized for propagation, while those remaining in categories I and II should be longer stored with periodic assessment for reduction in physiological quality

Storage Potential of Local Brazilian Pine Seed Varieties

ABSTRACT Brazilian pine seeds (Araucaria angustifolia) are recalcitrant, and there are no studies evaluating the longevity of their different varieties. Our objective was to evaluate the capacity of different varieties of Brazilian pine seeds to maintain their physiological quality during storage. Seeds of the varieties: sancti josephi (I), angustifolia (II), caiova (III) and indehiscens (IV) were collected from two populations located in Santa Catarina, and stored under laboratory conditions and in a cold room for 90 days. On average, freshly harvested seeds showed 88% viability, and varieties II and III maintained the greatest viability (with the greatest vigor for variety II) after 90 days in storage. Varieties I and II maintained their pre-germinative metabolism for a longer period than the other varieties during storage. Therefore, seeds from the angustifolia variety (II) have higher storage potential than the other varieties, maintaining approximately 61% viability at 90 days of storage

Physiological and physical quality of local Araucaria angustifolia seed variety

Araucaria angustifolia seeds are the basis for the rural economy in southern Brazil, and the species presents different botanical varieties. The objective of this work was to evaluate the diversity of physical, physiological and biochemical characteristics of Araucaria angustifolia seeds from local varieties: ‘sancti josephi’, ‘angustifolia’, ‘caiova’, and ‘indehiscens’. Seeds were collected from the cities of Painel and Urubici in Santa Catarina State and tested for moisture content, 1000-seed weight, emergence, emergence speed index (ESI), root and shoot length, electrical conductivity, tetrazolium, soluble carbohydrates, and starch content. Among the varieties cited above, the angustifolia variety from Painel displayed a greater 1000-seed weight, ESI, electrical conductivity and shoot length. However, the sancti josephi variety displayed a lower emergence percentage, 1000-seed weight, ESI, root and shoot length, and carbohydrate content. In a cluster analysis, based on Euclidean distance, three groups constituting the sancti josephi, indehiscens, and caiova/angustifolia varieties were found. In conclusion, there is great diversity in A. angustifolia seeds. The angustifolia and caiova varieties displayed similar diversity, and their physiological quality was better than that of other varieties. Variety characterization allowed for the compilation of information regarding seed collection and use for seedling production and species conservation.