Germination, carbohydrate composition and vigor of cryopreserved Caesalpinia echinata seeds

The present study investigated the germination and vigor of Caesalpinia echinata (Brazilwood) seeds stored at negative temperatures. Recently harvested seeds were cryopreserved at -18º or -196ºC and periodically evaluated for germination, seed vigor and carbohydrate composition. The temperatures did not influence the germination percentages or vigor. The germination percentage decreased from 88% in recently harvested seeds to 60% after 730 days of storage. The different temperature and storage times tested did not affect the vigor seed germination as indicated by the measures of plant growth and survival. The different temperatures used did not cause changes in the carbohydrate composition. The tegument cell walls were rich in lignin, arabinose and xylose. The cytoplasm of the cotyledons and embryos had high levels of glucose, fructose, and sucrose. The cryopreservation technique here presented was effective in the conservation of Brazilwood seeds for the medium term

Biochemical and physiological parameters of the vitrification and development of carnation (Dianthus caryophyllus L.) in vitro

Este trabalho teve por objetivo desenvolver um protocolo para a micropropagação do cravo, empregando a técnica de cultura de meristemas para limpeza clonal, contornando o problema da vitrificação. Para da tanto, determinaram-se as condições controladoras vitrificação do cravo in vitro, analisando o efeito de diferentes níveis do regulador BAP (benzilaminopurina), "Gelrite", ágar, nitrato de amônio, cloreto de cálcio e sistemas de vedação. Baixos níveis de BAP e nitrato de amônio aliados ao baixo potencial de água do meio, elevados níveis de cálcio e baixa umidade condicionada por tampas de algodão foram capazes de inibir a vitrificação. "Gelrite" revelou-se forte indutor do fenômeno em relação ao ágar. A taxa de vitrificação nos tratamentos de nitrato de amônio e cloreto de cálcio foi seguida por alterações na atividade da peroxidase. Em altos níveis de amônio, constatou-se baixa atividade da peroxidase, indicando o envolvimento da enzima no processo. Efeito contrário foi observado quando elevados níveis de cálcio estavam presentes. Melhores taxas de propagação foram promovidas por elevados níveis de BAP, alto potencial de água do meio e alta umidade, porém com elevado índice de vitrificação. Alterações na organização estrutural dos tecidos, como células hiperídricas, grandes espaços intercelulares e reduzido sistema vascular caracterizaram o material vitrificado. Foram testados os efeitos de ácido indoliacétio (AIA), ácido naftalenoacétio (ANA) e ácido indolbutírico (AIB) no enraizamento in vitro, onde todos os tratamentos promoveram a formação de raízes, mas não diferiram do controle, indicando a eliminação do uso de reguladores para esta fase. Com relação à aclimatação, plantas enraizadas in vitro foram confrontadas contra plantas não enraizadas e os resultados indicaram nenhum efeito no crescimento da parte aérea aos 90 dias em casa de vegetação, indicando a supressão da fase de enraizamento in vitro.The objective of this work vas the establishment of a protocol for micropropagation of carnation by using meristem culture technique to pursue clonal cleaning overcoming vitrification problems. It consisted on determining the carnation vitrification causes in vitro by assaying the effect of (BAP) benzyIaminopurine, "Gelrite", agar, ammonium nitrate, calcium chloride concentrations and of different covering system. Low levels of BAP and ammonium nitrate together with the low water potential, low moistness conditions and high level of calcium were able to inhibit vitrification. The vitrification rate in ammonium nitrate and calcium chloride treatments was monitored by the activity of peroxidase. At high level of ammonium when high vitrification occurred, a lower peroxidase activity was observed evidencing an association of this enzyme with the vitrification process. An opposite result was observed in medium containing high calcium concentration when low vitrification was observed. High level of BAP and high moistness content stimulated the micropropagation, even though a vitrification index was also high. Alterations in the tissue structure as hiperydrical cells, larger intercelular spaces and reduced vascular system were always observed in vitrificaI material. IAA (indoleacetic acid), NAA (naphtalene acetic acid) and IBA (indolebutyric acid) did not show any improvement of the in vitro root formation compared to the control, which showed root development. The acclimation of in vitro rooted plants was tested against non rooted plants. The results indicated the absence of previous rooting effect on the plants development after 90 days kept in greenhouse

Biochemical and physiological parameters of the vitrification and development of carnation (Dianthus caryophyllus L.) in vitro

Este trabalho teve por objetivo desenvolver um protocolo para a micropropagação do cravo, empregando a técnica de cultura de meristemas para limpeza clonal, contornando o problema da vitrificação. Para da tanto, determinaram-se as condições controladoras vitrificação do cravo in vitro, analisando o efeito de diferentes níveis do regulador BAP (benzilaminopurina), "Gelrite", ágar, nitrato de amônio, cloreto de cálcio e sistemas de vedação. Baixos níveis de BAP e nitrato de amônio aliados ao baixo potencial de água do meio, elevados níveis de cálcio e baixa umidade condicionada por tampas de algodão foram capazes de inibir a vitrificação. "Gelrite" revelou-se forte indutor do fenômeno em relação ao ágar. A taxa de vitrificação nos tratamentos de nitrato de amônio e cloreto de cálcio foi seguida por alterações na atividade da peroxidase. Em altos níveis de amônio, constatou-se baixa atividade da peroxidase, indicando o envolvimento da enzima no processo. Efeito contrário foi observado quando elevados níveis de cálcio estavam presentes. Melhores taxas de propagação foram promovidas por elevados níveis de BAP, alto potencial de água do meio e alta umidade, porém com elevado índice de vitrificação. Alterações na organização estrutural dos tecidos, como células hiperídricas, grandes espaços intercelulares e reduzido sistema vascular caracterizaram o material vitrificado. Foram testados os efeitos de ácido indoliacétio (AIA), ácido naftalenoacétio (ANA) e ácido indolbutírico (AIB) no enraizamento in vitro, onde todos os tratamentos promoveram a formação de raízes, mas não diferiram do controle, indicando a eliminação do uso de reguladores para esta fase. Com relação à aclimatação, plantas enraizadas in vitro foram confrontadas contra plantas não enraizadas e os resultados indicaram nenhum efeito no crescimento da parte aérea aos 90 dias em casa de vegetação, indicando a supressão da fase de enraizamento in vitro.The objective of this work vas the establishment of a protocol for micropropagation of carnation by using meristem culture technique to pursue clonal cleaning overcoming vitrification problems. It consisted on determining the carnation vitrification causes in vitro by assaying the effect of (BAP) benzyIaminopurine, "Gelrite", agar, ammonium nitrate, calcium chloride concentrations and of different covering system. Low levels of BAP and ammonium nitrate together with the low water potential, low moistness conditions and high level of calcium were able to inhibit vitrification. The vitrification rate in ammonium nitrate and calcium chloride treatments was monitored by the activity of peroxidase. At high level of ammonium when high vitrification occurred, a lower peroxidase activity was observed evidencing an association of this enzyme with the vitrification process. An opposite result was observed in medium containing high calcium concentration when low vitrification was observed. High level of BAP and high moistness content stimulated the micropropagation, even though a vitrification index was also high. Alterations in the tissue structure as hiperydrical cells, larger intercelular spaces and reduced vascular system were always observed in vitrificaI material. IAA (indoleacetic acid), NAA (naphtalene acetic acid) and IBA (indolebutyric acid) did not show any improvement of the in vitro root formation compared to the control, which showed root development. The acclimation of in vitro rooted plants was tested against non rooted plants. The results indicated the absence of previous rooting effect on the plants development after 90 days kept in greenhouse

Nutrição mineral no crescimento e no metabolismo de carboidratos soluveis em Vernonia herbacea (Vell.) Rusby

Orientadores: Lilian Beatriz Penteado Zaidan, Maria Angela Machado de CarvalhoTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: Vernonia herbacea é uma Asteraceae herbácea, perene e nativa de cerrado. Possui órgãos subterrâneos denominados rizóforos que acumulam frutanos do tipo inulina. Esses polímeros de frutose têm sido associados à resistência ao estresse por deficiência hídrica e nutricional, e por baixa temperatura, atuando como reguladores osmóticos. A importância econômica dos frutanos também é grande, devido a sua aplicação na indústria alimentícia e de comésticos. Carboidratos dessa classe têm sido empregados com sucesso na prevenção de doenças do intestino, por estimular a proliferação das bifidobactérias. O fato dos frutanos não serem absorvidos pelo organismo humano faz desses carboidratos uma fonte alternativa de açúcar de baixa caloria. Dentre os fatores externos já estudados, a manipulação de nutrientes tem sido a prática mais utilizada para estimular a produção de frutanos. O presente trabalho foi realizado com o objetivo de investigar o efeito dos nutrientes, especialmente o nitrogênio, no conteúdo de frutanos em V. herbacea, buscando, ainda, entender as interações entre o metabolismo de carboidratos solúveis e o crescimento. Com base em resultados anteriores em que rizóforos de V. herbacea apresentaram crescimento limitado em solução de Hoagland, foi formulada uma solução nutritiva, denominada Vernonia, a partir da constituição química foliar de V herbacea. Em relação à solução de Hoagland, a solução Vernonia em 50% de força iônica proporcionou melhor produção de rizóforos e frutanos por planta, após 180 dias de cultivo. Por outro lado, maior crescimento da parte aérea ocorreu nas soluções completas (100% de força iônica) de Hoagland e Vernonia. Procurando investigar o comportamento dessa espécie em condições de estresse nutricional, plantas cultivadas em solução Vernonia -enriquecida (10,7 mmol/L) foram transferidas para solução deficiente (1,3 mmol/L) de N-NO3. Alterações fisiológicas e metabólicas ocorreram em resposta ao estresse nutricional. Um rápido aumento na biomassa da parte aérea foi observado aos 30 dias após o início do tratamento. Na fase de maior síntese de frutanos (90 e 180 dias) a concentração desses compostos nas plantas submetidas à deficiência de nitrogênio foi maior, enquanto a produção de frutanos por planta foi superior na solução enriquecida de nitrogênio. O conteúdo foliar de proteína total solúvel diminuiu, gradativamente, à medida que se aproximou a fase de senescência e, de forma mais acentuada, em plantas sob estresse nutricional. Tais resultados sugerem maior mobilização de nitrogênio orgânico para os rizóforos onde ocorreram, simultaneamente, aumento no conteúdo de proteínas e acúmulo de frutanos. Uma redução da fotossíntese aos 30 dias foi observada em plantas cultivadas nas duas concentrações de nitrato, e parece estar relacionada ao aumento na concentração dos carboidratos foliares, sustentando a hipótese de que a fotossíntese seja regulada pelo conteúdo de carboidratos solúveis. Procurando dar subsídios para o uso sustentável de espécies de cerrado, plantas de V herbácea foram cultivadas em uma área de cerrado onde receberam diferentes doses de adubação nitrogenada na forma de (NH4)2S04. O crescimento das plantas foi estimulado apenas nas doses entre 6 e 12 kg/ha de nitrogênio após 12 meses de cultivo. Por outro lado, plantas tratadas com 24 kg/ha de nitrogênio chegaram a acumular 6,0 g de frutanos por planta enquanto nas plantas que não receberam N suplementar, esse valor foi de 3,5 g, sugerindo a aplicação de 24 kg/ha de nitrogênio para a produção de frutanos em solos de cerradoAbstract: Vernonia herbacea is a herbaceous, perem1ial Asteraceae, native to the Brazilian cerrado. The plants have underground organs, known as rhizophores, which accumulate :fructans of the inulin type. Fructose polymers have been associated to stress conditions, such as water and nutritional defficiency and low temperatures acting as osmotic regulators for the plant. Fructans have an outstanding economic importance due to their application in the food and pharmaceutical industries. These compounds have been successfully used in the prevention of intestinal diseases promoting the growth of bificobacteria. In addition, :fructans are not absorbed by the human organism, which makes these compounds useful in the production of alternative low calorie sugar. Among all the external factors yet reported to stimulate the biosynthesis of :fructan, handling of nutrient application showed to be a very common practice. The aim of the present study was to investigate the effect of nutrient supply, with emphasis on nitrogen, in the: fructan contents of V. herbacea plants. As a secondary objective, we aimed to understand how carbohydrate metabolism interacts with plant growth in V. herbacea. Previous results have shown that growth of rhizophores can be limited when Hoagland solution is added to plants of V. herbacea. Thus a nutrient solution (named Vernonia solution) was formulated based on the chemical constituents of V. herbacea leaves. When compared to Hoagland solution, Vemonia solution with 50% ionic strength had a positive effect on growth after 180 days of cultivation, increasing the production of rhizophores and :fructans per plant. On the other hand an increase in the growth of aerial organs was observed when complete Hoagland or Vernonia solution (100% ionic strength) was added to the plants. To investigate how plants behave under nutritional stress conditions, plants previously cultivated in N-NO3- enriched Vernonia solution (10.7 mmol/L) were transferred to N-NO3 defficient Vemonia solution (1.3 mmol/L). Physiological and metabolical changes were detected in plants in response to nutritional stress. An increase in the biomass of the aerial organs was observed 30 days after the beginning of the treatments. Between 90 and 180 days, when fructan accumulation occurred more intensively, fructan concentration in plants submitted to nitrogen deficiency was higher, although fructan production per plant was superior in plants grown in the nitrogen-enriched solution. Total soluble leaf protein decreased slowly dose to the senescence phase and this decrease was more intense in plants under nutritional stress. These results suggest the occurrence of mobilization of organic nitrogen towards the rhizophores, reflected by the increase in protein and fructans. Photosynthesis was reduced at day 30 in plants cultivated in both nitrate solutions and this reduction could be related to an increase of leaf carbohydrate concentration. This fact points to the hypothesis that photosynthesis is regulated by soluble carbohydrate content. To provide basic information for the sustainable use of the cerrado vegetation, plants of V. herbacea were cultivated in a cerrado area and received different concentrations of nitrogen solution as (NIL)2S04. After 12 months, growth was stimulated only in plants receiving 6 to 12 kg/ha of nitrogen. Plants treated with 24 kg/ha of nitrogen accumulated 6.0 g fructan per plant, while in control plants, not treated with supplementary N, this value was only 3.5 g. These results indicate that 24 kg/ha of nitrogen is the concentration recommended for fructan production by plants of V. herbacea in cerrado soilsDoutoradoDoutor em Biologia Vegeta

A plasticidade fenotípica como indicador de arbóreas não pioneiras mais tolerantes à elevada irradiância

The occurrence of Cariniana legalis (Mart.) Kuntze (Lecythidaceae) in secondary forests in different levels of regeneration suggests that this species is more resistant to full sun in relation to Paratecoma peroba (Record. & Mell) Kuhlm. (Bignoniaceae) found in dense primary forest. The aim of this study was to characterize the plasticity of growth, anatomical and structural cell wall variables of C. legalis and P. peroba. As the stem is strong drain on tree, it was proposed the hypothesis that plasticity of lignin and hemicelluloses monosaccharides are higher than of growth and anatomical variables, especially with C. legalis that is more resistant to full sun as suggested by its ecological habit. Young plants with 14 months of age were subjected to 20 and 100% of solar light for 60 days. Unlike expected, the plasticity of lignin was lower than plasticity of growth and anatomic variables for both species. Hemicellulose composition of C. legalis was not affected by light. Proportion of arabinose was lower in P. peroba under full sun. We conclude that the indication of higher resistance of C. legalis to full sun was associated with plasticity index of net assimilation rate and relative growth rate (≥ 0.6), stomatal density (≥ 0.3) and lignins (≤ 0.2).A ocorrência de Cariniana legalis (Mart.) Kuntze (Lecythidaceae) em florestas secundárias em diferentes fases de regeneração sugere que essa espécie seja mais resistente a pleno sol em relação a Paratecoma peroba (Record. & Mell) Kuhlm. (Bignoniaceae) encontrada no interior da floresta primária densa. O objetivo desse trabalho foi caracterizar a plasticidade das variáveis de crescimento, anatômicas e estruturais de parede celular de C. legalis e P. peroba. Como o caule é forte dreno em arbóreas, foi elaborada a hipótese que as plasticidades das ligninas e dos monossacarídeos das hemiceluloses são maiores em relação às variáveis de crescimento e anatômicas, especialmente em C. legalis, mais resistente a pleno sol, como sugere seu hábito ecológico. Plantas jovens, com 14 meses de idade, foram submetidas a 20 e 100% de luminosidade solar por 60 dias. Diferente do esperado, a plasticidade das ligninas foi inferior a das variáveis de crescimento e anatômicas para as duas espécies. A composição das hemiceluloses de C. legalis não foi influenciada pela luminosidade. Em P. peroba, a proporção de arabinose foi menor a pleno sol. Concluímos que a indicação de maior resistência de C. legalis a pleno sol foi associada ao índice de plasticidade das taxas de assimilação líquida e de crescimento relativo (≥ 0,6), densidade estomática (≥ 0,3) e ligninas (≤ 0,2)

Germination, Carbohydrate Composition and Vigor of Cryopreserved Caesalpinia echinata Seeds

The present study investigated the germination and vigor of Caesalpinia echinata (Brazilwood) seeds stored at negative temperatures. Recently harvested seeds were cryopreserved at -18 degrees or -196 degrees C and periodically evaluated for germination, seed vigor and carbohydrate composition. The temperatures did not influence the germination percentages or vigor. The germination percentage decreased from 88% in recently harvested seeds to 60% after 730 days of storage. The different temperature and storage times tested did not affect the vigor seed germination as indicated by the measures of plant growth and survival. The different temperatures used did not cause changes in the carbohydrate composition. The tegument cell walls were rich in lignin, arabinose and xylose. The cytoplasm of the cotyledons and embryos had high levels of glucose, fructose, and sucrose. The cryopreservation technique here presented was effective in the conservation of Brazilwood seeds for the medium term.Fundacao BiodiversitasFundacao BiodiversitasFundo de Apoio a Ciencia e Tecnologia da Prefeitura Municipal de Vitoria (FACITEC)Fundo de Apoio a Ciencia e Tecnologia da Prefeitura Municipal de Vitoria (FACITEC)e Fundacao de Apoio a Ciencia e Tecnologia do Espirito Santo (FAPES)e Fundacao de Apoio a Ciencia e Tecnologia do Espirito Santo (FAPES)PetrobrasPETROBRA