Módulo 2_Fundamentos da Qualidade de Sementes

ESPECIALIZAO POR TUTORIA A DISTNCIA ABEAS/UFPel Curso: Cincia e Tecnologia de Sementes

PS-GRADUAO LATO SENSU POR TUTORIA A DISTNCIAEspecializao em Cincia e Tecnologia de Sementes Mdulo 2 - Fundamentos da Qualidade de Sementes

Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes

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ESPECIALIZAO POR TUTORIA A DISTNCIA ABEAS/UFPel Curso Cincia e Tecnologia de Sementes

DIRETORIA DA ABEAS Presidente Jos Geraldo de Vasconcelos Baracuhy Universidade Federal de Campina Grande - UFCG 1 Vice-Presidente Ricardo Antonio de Arruda Veiga Universidade Estadual Paulista - UNESP/Botucatu 2 Vice-Presidente Helmut Forte Daltro Universidade Federal do Mato Grosso - UFMT 1 Tesoureiro Pedro Roberto Azambuja Madruga Universidade Federal de Santa Maria - UFSM 2 Tesoureiro Raimundo Pinheiro Neto Universidade Estadual de Maring - UEM/PR 1 Secretrio Geraldo Andrade de Arajo Universidade Federal de Viosa - UFV 2 Secretrio Moacir Cerqueira da Silva Universidade Federal Rural da Amaznia UFRA

COORDENAO DE CURSOS DA ABEAS Coordenao Geral Eng. Agr. Ronaldo Pereira de Sousa Coordenao Pedaggica Prof. Thelma Rosane de Souza Esp. em Educao a Distncia APOIO AO CURSO Universidade Federal de Viosa - UFV Universidade Federal de Campina Grande - UFCG Universidade Federal de Pelotas - UFPel Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz - ESALQ/USP/Piracicaba Universidade de Braslia - UnB Pontficia Universidade Catlica do Rio Grande do Sul - PUC/RS Conselho Federal de Engenharia, Arquitetura e Agronomia - CONFEA Caixa de Assistncia dos Profissionais do Sistema CONFEA/CREAs - MTUA Associao Nacional de Defesa Vegetal - ANDEF FONTE: IMAGENS DA CAPA www.coffeshop.com.br/xicaras.html - graos_cafe.gif 190x218 pixels 41K www.jfservice.com.br nuts.jpg 150x151 pixels 11K www.clicmercado.com.br gros.jpg 250x156 pixels 21K www.planetaorganico.com.br sojablur.gif 300x155 pixels 36K www.diariodecuiaba.com.br 214182.jpg - 243 x 195 pixels - 24k

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CINCIA E TECNOLOGIA DE SEMENTES

Mdulo 2Fundamentos da qualidade de sementesTutor: Prof. Dr. Paulo Dejalma Zimmer (UFPel)

Associao Brasileira de Educao Agrcola Superior ABEAS Universidade Federal de Pelotas UFPel Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel - FAEM Departamento de Fitotecnia D.Ft

Braslia-DF 2007Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes 3


Ficha CatalogrficaAssociao Brasileira de Educao Agrcola Superior - ABEAS Fundamentos da qualidade de sementes. Tutor: Paulo Dejalma Zimmer. Braslia, DF: ABEAS; Pelotas, RS: Universidade Federal de Pelotas/Departamento de Fitotecnia, 2007. 66p.: il (ABEAS. Curso de Cincia e tecnologia de sementes. Mdulo 2). Inclui bibliografia. Figuras. Tabelas 1. Fundamentos da qualidade e sementes. I. Paulo Dejalma Zimmer. III. Universidade Federal de Pelotas

proibida a reproduo total ou parcial deste mdulo Direitos reservados a ABEAS e ao autor

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Pr teste

Marque V em sentenas verdadeiras e F em sentenas falsas ( ( ( ( ( ) Todo o DNA de uma clula est contido dentro do ncleo. ) Os rgos vegetais so formados por diferentes tecidos. ) As sementes possuem testa, perisperma, endosperma e embrio. ) Os rgos reprodutivos femininos so conhecidos como flores. ) Vrios fatores podem participar do transporte do gro de plen da antera at o estigma, dentre eles: vento, pssaros, insetos e morcegos.

( ) A embriognese nada mais do que o processo de formao do endosperma. ( ) O embrio de espcies como a soja, o trigo e o milho podem germinar somente cerca de 60 dias aps a fertilizao, dependendo das condies do meio nutritivo e da ausncia de inibidores. ( ) O acmulo de sustncias de reservas pelas sementes possui um propsito fundamental, nutrir o embrio durante o desenvolvimento e a plntula durante a germinao / emergncia. ( ) A composio qumica das sementes altamente regulada e influenciada por fatores genticos e do ambiente, variando consideravelmente de uma espcie para outra ou, inclusive, entre cultivares da mesma espcie. ( ) O manejo no influencia a composio qumica das sementes. ( ) Os lipdeos ocorrem em todas as partes da planta, entretanto so mais abundantes nas flores, onde constituem uma importante reserva energtica. ( ) O N faz parte dos aminocidos e estes formam os carboidratos. ( ) O RNAm possui a informao do cdigo gentico trazida do DNA. ( ) A estrutura de proteo das sementes no est envolvida com dormncia, mas est relacionada com o processo de disperso. ( ) A dormncia conhecida como um estdio fisiolgico onde as sementes, embora viveis e sob condies timas para germinar, no germinam. ( ) A respirao celular a primeira atividade que se restabelece aps a embebio. ( ) A viviparidade uma caracterstica de muitas sementes ABA-deficientes ou ABA-insensveis. ( ) Escolhendo cultivares adaptados diminuem-se as possibilidades de perdas devido ao ambiente. ( ) Fatores biticos so aqueles causados pelo ambiente e fatores abiticos so causados por agentes como fungos, bactrias e insetos. ( ) sabido que h variabilidade gentica para absoro do N, mobilizao e sntese de protena na semente.


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Sumrio

Apresentao, 08 1 - A clula vegetal, 09 1.1 Principais estruturas celulares, 09 2 Organizao bsica dos vegetais, 15 3 Estrutura bsica das sementes, 16 4 Ciclo de vida das angiospermas, 16 5 A reproduo nas angiospermas, 17 5.1 rgos reprodutivos, 17 5.1.1 O gametfito masculino e a antera, 18 5.1.2 O gametfito feminino e o vulo, 20 5.2 Polinizao, 21 6 - Formao da semente (disporo), 22 6.1 Embriognese, 22 6.2 Desenvolvimento do endosperma e formao da semente, 25 6.3 Transporte de carbono e nitrognio para a semente, 27 6.4 Principais constituintes da semente28 6.4.1 Carboidratos, 28 6.4.1.1 Sacarose e oligossacardeos da srie rafinsica29 6.4.1.2 Amido, 29 6.4.1.3 Polissacardeos de reserva de parede celular, 32 6.4.2 Lipdeos, 32 6.4.3 Protenas35 6.4.3.1 Classificao das protenas, 38 6.4.3.2 Corpos proticos, 38 6.4.3.3 Lectinas, 39 6.4.4 Outros compostos nitrogenados, 39 7 Estrutura de proteo das sementes, 40 8 Germinao, 41 8.1 Condies para a germinao, 41 8.2 A dormncia em sementes, 42 8.3 Do embrio planta adulta, 43 8.4 A emergncia pode ser epgea ou hipgea, 43 8.5 O papel das reserva durante a germinao e a emergncia, 456 Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes


8.6 A absoro de gua e o gradiente de potencial hdrico (w) de uma clula, 46 8.7 O processo de embebio das sementes, 47 8.8 Temperatura de embebio e integridade de membranas, 49 8.9 Reativao da respirao e metabolismo51 8.10 - Incio da sntese de DNA, RNA e protenas, 51 8.11 Mas quando acontece a germinao?, 51 8.12 O controle da germinao, 52 8.13 Efeito de fitormnios na germinao, 53 8.13.1 cido abscsico (ABA), 53 8.13.2 Giberelinas ou cido giberlico (AG), 53 9 Efeitos do ambiente sobre a formao da semente, 55 9.1 Fatores ambientais e a polinizao, 55 9.2 Fatores ambientais e a formao da semente, 56 9.3 Fatores ambientais e a germinao, 58 10 Pr-condicionamento de sementes priming, 58 11 Deteriorao de sementes, 60 12 Crditos e agradecimentos, 62 Literatura consultada, 63 Ps-teste, 64 Respostas do pr-teste, 66


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Apresentao

Este mdulo foi dividido em onze partes e prev uma abordagem sobre clulas vegetais e suas estruturas, a organizao bsica dos vegetais, a estrutura bsica das sementes, o ciclo de vida das angiospermas, a reproduo nas angiospermas, formao da semente (embriognese e deposio de reservas), estrutura de proteo (tegumento e testa), efeitos do ambiente sobre a formao da semente, germinao, pr-condicionamento de sementes (priming) e deteriorao de sementes. Algumas partes so mais bsicas ou tericas (abordagem celular, molecular e fsica), mas extremamente necessrias para o entendimento da interao da semente com o ambiente. Ateno especial foi dispensada aos efeitos dos fatores do ambiente sobre a qualidade da semente. Sero abordados alguns fatores biticos e abiticos que exercem influncia sobre a polinizao, sobre a formao da semente, sobre a deteriorao e sobre a germinao. No processo de germinao das sementes foi considerada com boa profundidade a embebio, a reativao do metabolismo e a mobilizao de reservas. Durante as aulas tambm ser discutido o que est sendo realizado em nvel de pesquisa, para o entendimento do controle gentico molecular da deteriorao e para o entendimento do controle gentico molecular do processo de germinao / emergncia de sementes. Fao votos de uma boa leitura! Paulo Dejalma Zimmer Prof. Sementes & Biotecnologia - FAEM/UFPel Tutor do Mdulo

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1 - A clula vegetal

Os vegetais so organismos multicelulares, constitudos de milhes de clulas com funes especializadas. Uma clula vegetal tpica consiste de parede celular e protoplasto. O protoplasto consiste de citoplasma e ncleo. O citoplasma limitado externamente pela membrana plasmtica e contm organelas, sistema de membranas e estruturas no-membranosas. O restante do citoplasma, onde as estruturas esto submersas, chamado de citosol. Estruturas contidas dentro da membrana plasmtica so conhecidas como estruturas subcelulares, tais como: retculo endoplasmtico liso, retculo endoplasmtico rugoso, complexo golgiano (ou golgi), vacolo, mitocndrias, cloroplastos e outros plastdios, peroxissomos, corpos oleosos e ribossomos (Figura 1). Clulas no diferenciadas, de uma maneira geral, possuem todas as estruturas bsicas, ou seus precursores. Entretanto, em clulas diferenciadas, as estruturas podem variar muito, pois o processo de diferenciao celular pode ser to drstico que algumas estruturas, dentre elas o prprio ncleo, podem ser eliminadas durante a diferenciao. Estudar as clulas e suas estruturas ser importante para entender a lgica do vigor e da viabilidade de uma semente. Pois sementes de alto vigor possuem as organelas de todas as clulas funcionando adequadamente, sementes de mdio vigor possuem parte das clulas comprometidas ou funcionando inadequadamente. Por outro lado, sementes de baixo vigor, ou no viveis, possuem a maioria das clulas comprometidas e as organelas ineficientes.

1.1 Principais estruturas celulares Parede celular - grande parte das protenas estruturais, enzimas, polmeros e outros materiais produzidos pelas clulas vegetais so direcionados para a formao da parede celular. A parede celular consiste numa complexa mistura de polmeros e sacardeos que formam uma capa delgada localizada na parte mais externa da clula, por fora da membrana celular, que confere resistncia mecnica clula. Por causa da sua rigidez e resistncia mecnica, a parede celular muito importante para proteger a clula contra rupturas, alm de limitar o crescimento da mesma. A parede celular atua como uma barreira natural contra o ataque de patgenos (fungos e bactrias). Polissacardeos da parede celular atuam como receptores de sinais que podem interagir no contato com o patgeno, processando e transmitindo a informao para o interior da clula. Essa informao poder ser utilizada pela membrana plasmtica para desencadear uma estratgia de controle. Dentre os principais polissacardeos de reserva da parede celular podem ser destacados o


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galactomanano, xiloglucano e glucano de cadeia mista. Entretanto, h tambm a celulose, a calose, o glucuronoarabinoxilano e o ramnogalacturonano. Membrana celular (membrana citoplasmtica) Composta de uma bicamada fosfolipdica, a membrana celular, ou tambm conhecida como membrana citoplasmtica, situa-se imediatamente abaixo da parede celular e tem como funo principal, delimitar o interior da clula (citoplasma) com o ambiente externo. Devido s propriedades fsico-qumicas da membrana celular, a clula pode manter no seu interior, condies osmticas e qumicas diferentes s externas, podendo assim, absorver ou reter certas substncias e excretar outras. Embora os fosfolipdios sejam mais abundantes nas membranas celulares, protenas e acares tambm so constituintes bsicos. As protenas, a grande maioria formando canais transmembranares, so encarregadas de manter o fluxo de solutos e gua entre o interior e o exterior da clula. Existe tambm, uma grande concentrao de protenas de superfcie, que situadas no interior ou no exterior da bicamada fosfolipdica, atuam como receptoras de sinais (comunicadoras) entre o citoplasma e o exterior. Alm disso, os acares so os principais responsveis pelo reconhecimento celular. Embora varie consideravelmente de uma espcie para outra ou, inclusive de um estdio de desenvolvimento para outro, pode se estabelecer, de uma forma geral, uma proporo de lipdio:protena:acar de 40:40:20, respectivamente. importante destacar que as membranas celulares no somente delimitam o citoplasma da clula com o meio externo. A clula como um todo, constitui-se numa rede interligada de membranas celulares que delimitam cada uma das organelas citoplasmticas, regulando o fluxo de ons e metablicos para dentro e para fora de cada um dos compartimentos celulares, formando o sistema de membranas. Ncleo Delimitado tambm por uma membrana (membrana nuclear ou carioteca), mas, com algumas particularidades que a tornam diferente do restante das membranas celulares, o ncleo pode ser designado analogamente como o crebro da clula. Ele contm a grande maioria (mais de 99%) do material gentico responsvel pela expresso gnica. Isso o converte no responsvel pela regulao do metabolismo, crescimento e diferenciao da clula. O material gentico dentro do ncleo encontra-se arranjado em estruturas de elevado grau de compactao conhecidas como cromossomos. Os cromossomos (de nmeros e tamanhos variveis em funo de cada espcie) so formados por uma combinao de protenas empacotadoras (histonas) e material gentico (DNA). O material gentico conhecido como DNA, por sua vez, constitui-se de uma molcula linear, formada por 4 bases nitrogenadas (A, C, G, T), uma molcula de acar (Desoxi-ribose) e uma molcula de fosfato. O DNA de uma espcie contm toda a informao gentica para a expresso dos genes (cdigo gentico). importante saber que cada cromossomo contm apenas uma nica molcula de DNA. S pra fazer uma analogia do grau de compactao de um cromossomo, se o ncleo de uma clula fosse do tamanho de uma laranja, a linearizao de todas as molculas de DNA contidas nos cromossomos seria suficiente para cobrir a circunferncia da terra. Um ncleo eucaritico normal (os vegetais e os animais so exemplos de organismos eucariotos - possuem ncleo organizado; as bactrias so exemplos de organismos procariotos material nuclear disperso), contm em mdia10 Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes


1,5 m em molculas de DNA linearizadas. Alm do material gentico contido no ncleo, cerca de 1% da informao gentica de uma clula est contido nas organelas (mitocndrias e plastdios) e por causa da sua localizao extranuclear, os genes codificados por DNA de organelas so chamados de genes extranucleares ou genes de herana materna (veja porque no item duplafertilizao). O ncleo tambm o compartimento celular onde ocorrem dois dos mais importantes processos celulares para a vida. A replicao e a transcrio do DNA. A replicao responsvel pela manuteno do material gentico de uma diviso celular para outra, enquanto que a transcrio o mecanismo pelo qual o material gentico convertido em RNA mensageiro que ser transportado para o citoplasma e traduzido para protena (veja detalhes da sntese de protenas). Retculo endoplasmtico (RE) Formando uma rede interligada de membranas, o RE encontra-se rodeando o ncleo da clula. O RE pode ser de dois tipos, com funes fisiolgicas diferentes. O RE rugoso (RER) se distingue do RE liso (REL) pela presena de ribossomos na sua superfcie. Desta forma, o RER o local onde ocorre a sntese da maioria das protenas da clula, que posteriormente sero excretadas para o meio extracelular ou ficaro fazendo parte do sistema protico da clula. Por outro lado, o REL no apresenta ribossomos na superfcie e responsvel pela sntese de lipdeos e formao de membranas. De uma forma geral, ambos os RE atuam em conjunto dentro da clula, porm, a concentrao de cada um deles pode variar em funo do grau de diferenciao das clulas. Clulas diferenciadas para uma elevada sntese de protenas possuem mais RER do que REL. O contrrio acontece com as clulas especializadas para a sntese de lipdeos. Complexo de golgi Formado por uma srie de sculos membranosos, ou cisternas, e por uma rede de tbulos e vesculas, o complexo de golgi se confunde com o RER por apresentar caractersticas fsico-qumicas e estruturais muito similares. As protenas sintetizadas no RER so transportadas dentro de vesculas, para o complexo de golgi num processo dinmico de fuses de membranas. Por causa da sua localizao mais prxima membrana celular, o complexo de golgi o sitio onde ocorre a sntese de polissacardeos complexos e a glicosilao das protenas (maturao) antes de serem secretadas para o meio extracelular ou direcionadas para funes intracelulares. O complexo de golgi, nas clulas vegetais, desempenha um papel importante na sntese da formao da parede celular, pois nele que so sintetizados e secretados a maioria dos polissacardeos (hemicelulase e Pectina) e glicoprotenas da parede celular. Nas sementes, o complexo de golgi o encarregado pelo transporte das protenas de reserva para o interior dos vacolos. Vacolo Delimitado por uma membrana vacuolar, denominada tonoplasto, o vacolo uma grande cisterna que pode ocupar at 90% do volume celular. O vacolo se constitui num reservatrio de vrias sustncias, entre elas, gua, ons, cidos orgnicos, acares, enzimas e metablitos secundrios. Alm disso, o vacolo o responsvel por manter a presso osmtica e a turgidez da clula. O vacolo recebe diferentes denominaes em funo da especializao. Como exemplo, os vacolos especializados em acumulao de protenas de reserva em sementes soMdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes 11


chamados de corpos proticos. Essas protenas de reserva so hidrolisadas e exportadas para o citosol para a sntese de novas protenas durante o processo de germinao (veja detalhes no item Germinao). Vacolos especializados em armazenamento de enzimas hidrolticas recebem o nome de vacolos lticos, os quais se fusionam com os corpos proticos no momento da hidrlise de protenas.

Figura 1 Diagrama de uma clula vegetal, mostrando os compartimentos celulares delimitados por membranas.

Mitocndrias Todo o espectro de atividades fisiolgicas e moleculares que ocorrem dentro da clula consome energia, e esta energia deve ser reposta de alguma forma. A principal fonte de energia das clulas contida dentro de uma pequena molcula altamente energtica conhecida como ATP (Adenosina Tri Fosfato). O ATP produto da respirao celular, onde a energia liberada do metabolismo dos acares utilizada para a sntese de energia qumica. Este processo de respirao celular acontece nas membranas internas das mitocndrias. As mitocndrias apresentam uma membrana dupla, onde a membrana interna forma invaginaes denominadas cristas. No interior da mitocndria (matriz mitocondrial) acontece o ciclo dos cidos tricarboxlicos ou ciclo de Krebs, responsvel pelo metabolismo intermedirio. As mitocndrias, assim como os cloroplastos, possuem material gentico prprio (genoma prprio), e so responsveis pela herana materna ou citoplasmtica. O DNA destas organelas contm alguns genes de protenas importantes para os processos de respirao e fixao do carbono. Cloroplastos e demais plastdios Os plastdios constituem um grupo de estruturas envoltas por uma membrana dupla. Os principais plastdios so os cloroplastos, os cromoplastos e os leucoplastos. Os cloroplastos contm os pigmentos necessrios para a fotossntese (clorofilas e carotenides). no cloroplasto que a energia luminosa captada pelos pigmentos fotossintetizantes e convertida em energia utilizvel atravs do processo de fotossntese, onde o CO2 do ar fixado12 Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes


em compostos carbonados que sero posteriormente direcionados para o crescimento da planta ou para o acmulo de reservas. A clorofila a principal responsvel pela colorao verde dos vegetais. Os cloroplastos tambm esto envolvidos na sntese de aminocidos, cidos graxos e acmulo temporrio de amido. Os cromoplastos, tal como a etimologia da palavra revela, contm pigmentos que so ativados pela luz, mas, que no so clorofilas. Uma srie de outros pigmentos chamados carotenides confere a colorao amarela, laranja ou vermelha em muitas flores, folhas senescentes, frutos e algumas razes. Os cromoplastos so derivados da transformao dos cloroplastos, fenmeno que muito freqente em determinados processos tais como o amadurecimento de frutos. Outro tipo de plastdios so os leucoplastos, de menor grau de diferenciao e que no contm pigmento. Os leucoplastos so especializados no acmulo de substncias de reserva, e recebem diferentes denominaes em funo da substncia por eles acumulada. Por exemplo, os amiloplastos, so leucoplastos especializados no acmulo de amido em sementes e outros rgos de reserva das plantas, mas existem outros leucoplastos capazes de sintetizar e acumular substncias como leos e protenas. Todos os plastdios so originados a partir de proplastdios, os quais so indiferenciados e encontram-se nas clulas meristemticas. Microcorpos - Esta uma classe de organelas esfricas envoltas por uma nica membrana (bicamada). Existem dois tipos principais de microcorpos, os peroxissomos e os glioxissomos. Os peroxissomos esto envolvidos na degradao do perxido de hidrognio (H2O2). Por outro lado, os glioxissomos, muito presentes em sementes oleaginosas, contm as enzimas do ciclo do glioxilato, as quais auxiliam na converso dos cidos graxos armazenados nos oleossomos em sacarose, embora para isso, necessite da contribuio do sistema enzimtico das mitocndrias e do citosol. Esta via de transformao de cidos graxos em sacarose, decisiva para as sementes oleaginosas durante a germinao, pois os cidos graxos, embora ricos em energia qumica, no podem ser utilizados pelo embrio como fonte de energia antes de serem convertidos para sacarose (Figura 2).


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Figura 2 Converso de gorduras em acares durante a germinao de sementes oleaginosas. Fluxo de carbono durante a degradao de cidos graxos e gliconeognese.

Oleossomos Ao contrrio das estruturas descritas anteriormente, os oleossomos, tambm conhecidos como corpos oleosos, so envolvidos por uma meia membrana (no uma bicamada lipdica e sim metade da membrana que envolve o retculo, onde sua origem). Para estabilizar esta monocamada lipdica, existem protenas chamadas oleosinas depositadas nesta membrana, as quais evitam a fuso dos oleossomos e auxiliam a ligao de outras protenas superfcie da organela. Estas organelas so abundantes em frutos e sementes com elevado contedo de leo, tais como girassol, soja, amendoim, linho e gergelim, onde o contedo de leo pode atingir 40%. Uma viso geral da converso de lipdeos em sacarose pode ser obtida analisando-se a figura 3. Ribossomos Os ribossomos so riboprotenas formadas pela combinao de RNA ribossmico e protenas ribossomais. Cada ribossomo constitudo de duas subunidades (uma maior e uma menor), sintetizadas no ncleo da clula e exportadas para o citosol, onde sero montadas para formar o ribossomo completo. Nos ribossomos a informao gentica contida no RNAm traduzida para aminocidos, formando as protenas. Os ribossomos podem ser encontrados na forma livre no citosol, formando agrupamentos de ribossomos citoslicos (poli ribossomos ou polissomos) ou aderidos superfcie externa do RER. fcil perceber que as decises relacionadas ao manejo, poca de colheita, aos fatores biticos e abiticos, beneficiamento e armazenamento, tem reflexo profundo sobre o sistema celular das sementes. Quando o ambiente (no campo, no armazm ou no transporte) no for adequado para a semente, tambm no ser para as clulas e organelas, causando a deteriorao da semente.14 Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes


2 Organizao bsica dos vegetais

Aps uma breve abordagem sobre clulas vegetais, vamos observar a organizao bsica de um vegetal. Essa pequena reviso auxiliar no entendimento deste captulo. As clulas vegetais esto associadas de diferentes maneiras formando os tecidos. Os principais tecidos vegetais esto agrupados em unidades maiores, baseados em sua continuidade atravs do corpo da planta. Estas unidades maiores so conhecidas como sistemas de tecidos. Existem trs sistemas: i) o sistema drmico (ou de revestimento); ii) o sistema vascular; e, iii) o sistema fundamental. O sistema fundamental consiste de trs tecidos fundamentais parnquima, colnquima e esclernquima. O parnquima o mais comum dos tecidos fundamentais. O sistema vascular composto por dois tecidos de conduo xilema (transporte de seiva bruta) e floema (transporte de seiva elaborada). O sistema drmico representado pela epiderme, que o revestimento externo do corpo primrio da planta e, mais tarde pela periderme nas partes da planta que tm crescimento secundrio em espessura. Os rgos so formados por diferentes tecidos. O caule, a raiz, as folhas ou partes florais, possuem os mesmos tecidos fundamentais e isso revela a continuidade do corpo da planta. No que concerne semente, o embrio completo tem o corpo bsico de uma planta madura e muitos tipos de tecidos da planta adulta, embora presentes de forma rudimentar. Alm disso, algumas sementes possuem endosperma. Esse tecido acumula reservas e consumido pelo embrio em crescimento, tanto antes da maturidade da semente quanto depois dela. Neste mdulo o termo semente ser utilizado de forma generalizada, mesmo ciente da terminologia adequada proposta por Aqila (2004), que sugere a utilizao do termo disporo sempre que a estrutura de reproduo no for to-somente uma semente, mas abrigar um embrio. De acordo com este conceito de disporo, podem ser enquadradas, em um mesmo grupo, as estruturas reprodutivas chamadas de aqunio (alface e girassol), cariopse (milho, trigo), espigueta (arroz, aveia), caroo (pssego, manga e algumas palmeiras) e pinho (pinheiro-do-paran), alm das sementes verdadeiras (feijo, soja e abacate). De uma forma geral, com a dupla-fecundao, tpica das angiospermas, o ncleo primrio do endosperma se divide mitoticamente formando o endosperma; o zigoto de desenvolve em um embrio; os tegumentos do vulo se desenvolvem no envoltrio da semente; as paredes do ovrio e estruturas associadas se desenvolvem no fruto. Segundo a definio morfolgica, so consideradas sementes verdadeiras apenas as estruturas reprodutivas com ou sem endosperma, embrio e envoltrio. Portanto, desprovidas das paredes do ovrio e estruturas associadas.


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3 Estrutura bsica das sementes

De uma forma geral, as sementes possuem testa derivada de um ou dos dois integumentos do vulo; perisperma derivado da nucela; endosperma produzido como resultado da fuso entre o ncleo espermtico do gro de plen e o ncleo primrio do endosperma contido no vulo; e, embrio resultado da fertilizao da oosfera pelo outro ncleo espermtico do gro de plen. Nem todas essas estruturas so observadas em todas as sementes na maturidade fisiolgica, muitas delas podem ser absorvidas durante o desenvolvimento. A presena ou no dessas estruturas na semente, permite classific-las de acordo com a estrutura (conforme o conceito de disporo, visto anteriormente). Alm das estruturas derivadas do vulo, tecidos da parede do ovrio (pericarpo) podem se desenvolver associados com a semente, essas associaes influenciam na classificao dos diferentes disporos (aqunio, caroo, pinho, espigueta, smara, cariopse, entre outras). Generalizando, a testa juntamente com as paredes do fruto ou o tegumento, so responsveis pela proteo e podem auxiliar na disseminao dos disporos; o perisperma e o endosperma so tecidos ricos em reservas que so utilizadas para nutrir o embrio em desenvolvimento ou durante a germinao / emergncia da plntula; e, o embrio consiste no eixo embrionrio sustentando um (monocotiledneas) ou dois cotildones (dicotiledneas). O eixo embrionrio composto pelo hipoctilo (onde os cotildones esto ligados), a radcula ea plmula (contendo a primeira folha verdadeira). Em algumas espcies (o arroz por exemplo) o mesoctilo est presente. O cotildone das gramneas tambm conhecido como escutelo.

4 Ciclo de vida das angiospermas

O ciclo de vida de uma Angiosperma tpica composto de duas geraes: uma fase haplide (n), conhecida como gerao gametoftica, produz a oosfera e os gros de plen, que se alterna com outra fase diplide (2n), denominada gerao esporoftica. A gerao esporoftica inicia com a fertilizao, resultando na formao do zigoto. O Zigoto sofre a embriognese e, em alguns casos, juntamente com tecidos maternos adicionais, forma a semente (disporo). Resumindo, a fase gametoftica ocorre dentro da flor e esta bem como todas as demais estruturas da planta, esto na fase esporoftica. Portanto, a gerao gametoftica uma pequena fase dentro da gerao esporoftica e tem incio quando clulas especializadas contidas dentro dos rgos masculinos e femininos da flor sofrem meiose e mitoses para produzir esporos haplides. Os rgos reprodutivos16 Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes


podem ser divididos em rgos masculinos e rgos femininos e podem ocorrer na mesma flor (como na soja e no arroz) ou em flores separadas (como no milho) (Figura 3).

5 A reproduo nas angiospermas

5.1 rgos reprodutivos Os rgos reprodutivos femininos so conhecidos como carpelos. Cada carpelo consiste de 3 partes: i) o estigma, que recebe o plen; ii) o estilete que eleva o estigma para uma posio estratgica para a recepo do plen; e, iii) o ovrio, onde ser formado o vulo contendo a oosfera. O vulo e muitas vezes parte do ovrio, dar origem ao disporo. Por outro lado, os rgos reprodutivos masculinos so denominados de estames e cada estame consiste de duas partes: o filete e a antera, dentro da qual sero formados os gros de plen (micrsporos).


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Figura 3 - Ciclo de vida do milho (Zea mays), uma monocotilednea. A planta vegetativa representa a gerao do esporfito diplide. A meiose ocorre nas flores masculinas e femininas, representadas pelas inflorescncias estaminadas (pendo) e pelas inflorescncias ovuladas (espiga), respectivamente. Os micrsporos haplides (esporos masculinos) se desenvolvem em gros de plen, e o nico megsporo sobrevivente (esporo feminino) divide-se mitoticamente para formar o saco embrionrio (megagametfito); O vulo formado dentro do saco embrionrio. A polinizao consiste na formao de um tubo polnico contendo duas clulas espermticas (os microgametfitos). Finalmente, a dupla fertilizao resulta na formao do zigoto diplide e na formao da clula triplide de endosperma. Uma espiga de milho pode possuir mais de 800 sacos embrionrios, numa boa lavoura de milho, uma mdia de 500 deles so fertilizados e produzem sementes.

5.1.1 O gametfito masculino e a antera O gametfito masculino formado dentro da antera. De uma maneira geral as anteras so compostas por 4 sacos polnicos, fusionados e ligados ao filete. Dentro de cada saco polnico encontram-se as clulas-me das micrsporas ou clulas-me dos gros de plen, circundando18 Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes


estas clulas est um tecido que nutre e contribui para o desenvolvimento e maturao dos micrsporos, denominado de tapete. medida que o desenvolvimento da antera avana, cada clula-me das micrsporas sofre meiose para produzir 4 micrsporos haplides (n). Inicialmente estes micrsporos permanecem juntos formando uma tdrade envolvida por uma substncia denominada de calose. A calose digerida por uma enzima secretada pelo tapete chamada de calase, liberando assim os micrsporos, que formaro parede celular resistente e elaborada; passando denominao de gros de plen (Figura 4). Nesta nova parede dos gros de plen so depositados, lipoprotenas, enzimas, flavonides e lipdios. Estes compostos esto envolvidos com o processo de germinao do gro de plen sobre o estigma e tambm so responsveis pelos mecanismos de compatibilidade e incompatibilidade gentica entre o gro de plen e o estigma. Numa fase inicial, os micrsporos so compostos por apenas um ncleo, que ir sofrer divises subseqentes durante o desenvolvimento do gro de plen. Na primeira diviso mittica, os micrsporos adquirem um estado bi-nuclear, onde a clula de maior tamanho denomina-se clula vegetativa, e a de menor tamanho clula reprodutiva ou generativa. A clula generativa ou reprodutiva, por ser a que finalmente vai gerar os gametas que vo fecundar o vulo, no contm cloroplastos nem mitocndrias. Por sua vez, a clula vegetativa, encarregada pela formao do tubo polnico, continua mantendo todas as estruturas celulares. Na formao do zigoto, as mitocndrias e cloroplastos so provenientes da oosfera. Est a base para a herana materna dos genomas extranucleares. Num estdio mais avanado, a clula generativa sofre mais uma diviso mittica para gerar as clulas espermticas ou gametas masculinos. Essa diviso, dependendo da espcie, poder ocorrer antes da germinao do gro de plen (emisso do tubo polnico) ou dentro do tubo polnico j em formao mas, seja qual for o mecanismo, o produto final sempre ser duas clulas espermticas ou gamticas. Condio indispensvel para que ocorra a dupla fecundao nas angiospermas.


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Figura 4 Diagrama ilustrativo de uma antera mostrando o desenvolvimento das micrsporas at a liberao dos gros de plen.

5.1.2 O gametfito feminino e o vulo O gametfito feminino a estrutura dentro da qual se alojam os vulos. O gametfito feminino pode ser originado a partir de flores uni ou multicarpelares, os quais podem ser livres ou fusionados, formando a cavidade do ovrio. No entanto, existem flores sem carpelos, como as flores masculinas nas plantas monicas tais como milho. Os vulos so formados a partir do tecido parenquimatoso interno do ovrio, chamado nucela. Uma clula da nucela, que originar o vulo, diferencia-se aumentando de tamanho, originando assim a clula me da megspora (2n). Esta, por diviso meitica, formar quatro clulas haplides (n). Geralmente trs destas quatro clulas degeneram e apenas uma delas sobrevive (o megsporo funcional) e formar o saco embrionrio (Figura 5-C). Por fora da nucela, os integumentos (interno e externo) recobrem o vulo deixando apenas um pequeno orifcio na extremidade contrria a rafe, denominada micrpila do vulo. por este pequeno orifcio que ingressa o tubo polnico com as clulas gamticas masculinas para realizar a fecundao. Este padro de desenvolvimento comum para muitas espcies, nele o megsporo funcional sofre trs ciclos de divises mitticas. Inicialmente as divises envolvem apenas os ncleos (sem diviso celular), resultando numa clula com oito ncleos. Em seguida, os ncleos migram, o citoplasma acumula-se em torno de cada um e as paredes celulares so formadas. No final, o saco embrionrio consiste de sete clulas contendo oito ncleos haplides. De um lado, no plo micropilar esto as duas sinrgidas flanqueando a oosfera (gameta feminino). Do outro lado, no20 Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes


plo calazal esto as antpodas. Entre os dois plos encontra-se a clula central que possui os dois ncleos polares (Figura 5).

Figura 5 Diagrama ilustrativo de um carpelo (A), de um vulo (B), e, do desenvolvimento de um saco embrionrio.

5.2 Polinizao A polinizao tem incio quando o gro de plen maduro liberado pelas anteras, se estendendo durante o transporte, germinao e termina com a fertilizao do vulo. Vrios fatores podem participar do transporte do gro de plen da antera at o estigma, dentre eles: vento, pssaros, insetos, morcegos, entre outros. Os estigmas so receptivos por um perodo de tempo relativamente curto e para que a polinizao tenha xito, o gro de plen deve atingir o estigma dentro do perodo em que este esteja receptivo. Assim que o gro de plen atinge o estigma, ele absorve gua e nutrientes da superfcie do mesmo e inicia a germinao. Esse processo envolve a formao do tubo polnico, que cresce atravs do estigma e penetra no estilete carregando com ele as duas clulas espermticas responsveis pela fecundao do vulo (Figura 6). Importante, Mesmo que o gro de plen tenha atingido com xito o estigma, ainda assim no h certeza da fertilizao, pois agem na interface plen / estigma os mecanismos de compatibilidade esporoftica. Os quais podem frustrar o desenvolvimento normal do tubo polnico. Estes mecanismos podem privilegiar ou no a fecundao cruzada em algumas espcies.

Figura 6 Diagrama ilustrativo do crescimento do tubo polnico e da dupla fecundao. Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes 21


Ao atingir o saco embrionrio, o tubo polnico penetra uma sinrgida atravs de uma regio especializada da parede celular, liberando os dois ncleos espermticos. Uma das clulas espermticas funde-se com a oosfera originando o zigoto (diplide) e outra clula espermtica (n) se fundir com o ncleo primrio do endosperma (n + n) formando uma clula triplide que originar o endosperma. Este ter um papel importante na nutrio do embrio durante a embriognese e durante a germinao da semente. O processo em que as duas clulas espermticas do gro de plen fertilizam a oosfera e a clula central chama-se dupla-fertilizao. As antpodas desintegram-se ou formam um pequeno tecido antipodal de funo desconhecida na semente. As sinrgides, normalmente iniciam a desintegrao antes de receber o tubo polnico e as clulas espermticas. A fertilizao o ponto em que termina a gerao gametoftica e inicia uma nova gerao - esporoftica. O mecanismo de fuso sexual descrito anteriormente marcadamente constante nas Angiospermas. Sempre que um tubo polnico alcana e penetra na micrpila, o crescimento de outros tubos interrompido ou redirecionado para outro saco embrionrio, de tal forma que a poliespermia, causada pela entrada de mais de um tubo polnico no vulo, muito rara. Vejamos na seqncia como o zigoto se transforma no embrio e como a primeira clula triplide formar o endosperma (Zanettini & Lauxen, 2003).

6 Formao da semente

A formao da semente consiste no desenvolvimento do embrio (embriognese), no desenvolvimento do endosperma e das estruturas de proteo como testa e/ou tegumento, discutidos na seqncia.

6.1 Embriognese A embriognese o processo de formao do embrio. A maioria dos estudos relacionados com a embriognese foi gerado em Arabidopsis thaliana, um modelo para os vegetais, uma pequena planta da mesma famlia do repolho e da colza. De acordo com o modelo bsico da Arabidopsis, a embriognese inicia quando o zigoto sofre diviso assimtrica que origina duas clulas de tamanhos e destinos diferentes, uma apical e uma basal (Figura 7 A). A clula apical herda a maior parte do citoplasma, enquanto a clula basal recebe o vacolo zigtico. A clula basal divide-se algumas vezes, sempre no sentido transversal, formando um curto filamento de clulas denominado de suspensor, que liga o embrio ao saco embrionrio e que garante a nutrio do embrio jovem. Apenas a clula superior do suspensor ser incorporada ao embrio propriamente dito e participar da formao do meristema radicular. A clula superior, menor, resultante da diviso do zigoto,22 Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes


originar o embrio por sucessivas divises cujos planos so altamente ordenados. A primeira diviso longitudinal, formando um embrio esfrico constitudo de duas clulas. Ambas as clulas dividem-se, novamente no sentido longitudinal, para formar um embrio de 4 clulas. Todas as 4 clulas dividem-se transversalmente, dando origem a um embrio de 8 clulas (Figura 7 B). O embrio inicia assim o estdio dermatognico, no qual as 8 clulas dividem-se anticlinalmente (divises nas quais as placas celulares so perpendiculares superfcie), produzindo uma camada externa de 8 clulas que envolvem, completamente, as 8 clulas internas (Figura 7 C). Este o primeiro sinal de diferenciao de tecidos, uma vez que a camada de 8 clulas da superfcie constitui a protoderme que ir formar o tecido epidrmico da planta. Por divises adicionais, a protoderme passa para 16 e, depois para 32 clulas. As clulas internas tambm passam por divises numa orientao longitudinal e transversal. Com apenas 60 horas aps a fertilizao, esto presentes 32 clulas centrais e 32 clulas da protoderme. Todos estes eventos ocorrem enquanto o embrio est no estdio globular. A fase globular da embriognese se estende at que so formados 2 primrdios cotiledonares e so exatamente esses dois primrdios cotiledonares que daro a forma de corao ao embrio e por conseqncia o nome a nova fase do embrio estdio de corao (Figura 7 D). Na fase de corao, alm dos cotildones, so estabelecidos os meristemas caulinar e radicular, como conseqncia, o principal evento neste estdio o restabelecimento da polaridade axial. Cerca de 96 horas aps a fertilizao, em Arabidopsis, ocorre um alongamento do eixo do embrio estabelecendo-se o estdio de torpedo. Neste estdio, o hipoctilo e a radcula podem ser reconhecidos e o tecido vascular comea a diferenciar-se dentro destes rgos.

Figura 7 - Diagrama ilustrativo da embriognese. A) estdio de duas clulas (CA clula menor apical; CB clula maior basal) ; B) estdio octante (CS camada superior; CI camada inferior; HI hipfise; SU suspensor); C) estdio dermatognico (PD protoderme); D) embrio no estdio corao (COT cotildones; MC primrdio do meristema caulinar; CIS clula inferiorsuperior; CII clula inferior-inferior); E) estdio de plntula (HC hipoctilo; RZ raiz; CQ centro quiescente; CF clulas iniciais distais que originaro a coifa).

Num estdio embrionrio mais avanado, o estdio de plntula, todas as estruturas que originaro a plntula podem ser facilmente identificadas: meristema apical ou caulinar (em alguns embries pode estar localizado no epictilo, acima dos cotildones); cotildone (s); hipoctilo (localizado abaixo dos cotildones); raiz embrionria ou radcula (quando a radcula no pode ser


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distinguida no eixo embrionrio, abaixo dos cotildones, toda a estrutura se denomina eixo hipoctiloradicular); e, meristema radicular (Figura 7 E). Na grande maioria das espcies dicotiledneas, o embrio em desenvolvimento se nutre das reservas acumuladas no endosperma e no perisperma (quando presente). por isto, que as espcies dicotiledneas desenvolvem volumosos e carnosos cotildones, armazenadores de energia para o desenvolvimento da plntula (Figura 8).

Figura 8 Semente de feijo (Phaseolus vulgaris), uma dicotilednea, mostrada aberta e em vista lateral. O embrio apresenta uma plmula acima dos cotildones, consistindo em um caule curto (epictilo), dois pares de folhas no-cotiledonares e um meristema apical. O meristema apical encontrado entre as folhas no-cotiledonares e no pode ser visto aqui.

A situao nas monocotiledneas difere consideravelmente das dicotiledneas, principalmente pela presena de apenas um cotildone (escutelo), que alm de acumular reservas, tem atividade fotossinttica e de absoro de reservas durante a germinao / emergncia (Figura 9). As reservas acumuladas no endosperma so hidrolisadas e absorvidas pelo cotildone, para que posteriormente sejam transportadas para os pontos de crescimento. O embrio das gramneas o mais amplamente estudado e diferenciado entre as monocotiledneas. O cotildone nico, tambm chamado de escutelo, encontra-se unido ao eixo embrionrio. O eixo embrionrio das gramneas possui a radcula na extremidade inferior e a plmula na extremidade superior, ambas protegidas por bainha, a coleorriza e o coleptilo, respectivamente (Figura 9).

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Figura 9 -Seo longitudinal do fruto, ou gro, de milho (Zea mays). Os embries comumente contm duas ou mais razes adventcias seminais. Uma raiz adventcia seminal pode ser vista nesta figura. Embora inicialmente orientadas para cima, essas razes inclinam-se para baixo aps a germinao.

O embrio encontra-se dentro de uma estrutura mais complexa e de maior tamanho, denominada semente. Todas as sementes de angiospermas possuem um sistema para proteo do embrio, que derivado dos integumentos do ovrio e muitas vezes aderido s paredes do fruto. A estrutura final composta de uma fina camada de clulas e fibras de textura seca, muito resistente e responsvel pelas trocas gasosas da semente com o meio ambiente. O tempo necessrio para o completo desenvolvimento do embrio varia muito de espcie para espcie. Entretanto, o embrio da Arabidopsis thaliana, no dcimo dia aps a fertilizao, se colocado em meio nutritivo, pode germinar. Espcies como a soja, o trigo e o milho tambm podem germinar cerca de 12 dias aps a fertilizao, dependendo das condies do meio nutritivo e da ausncia de inibidores.

6.2 Desenvolvimento do endosperma e a formao da semente O padro de desenvolvimento do endosperma difere muito do metdico e organizado programa de desenvolvimento do embrio. Aps a formao da clula triplide (3n), originada da fuso de uma clula gamtica masculina (n) e uma clula me do endosperma, feminina (2n), iniciam sucessivas divises mitticas sem citocinese, que originar uma clula multinucleada, com centenas ou milhares de ncleos. O endosperma, de consistncia mole, torna-se mais firme e de constituio multicelular, aps sucessivas citocineses (divises celulares) que iro diferenciar cada uma dasMdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes 25


clulas, originando assim, o endosperma multicelular (este o modelo tpico de desenvolvimento do endosperma das gramneas, mas existem outros modelos). O endosperma cumpre um papel importante nas sementes de monocotiledneas, onde representa o principal rgo de reserva. O endosperma nas sementes maduras de monocotiledneas, tais como cevada, milho, trigo e arroz, pode ocupar at 70% da massa total da semente e contm, ou pode sintetizar, todas as enzimas necessrias para a hidrlise e transporte das reservas para o embrio. Alm disso, o endosperma das sementes de monocotiledneas pode ser dividido em duas regies diferenciadas: a regio mais externa, conhecida como aleurona, possui tecidos vivos e onde so sintetizadas todas as enzimas necessrias para a hidrlise das reservas, e a regio mais interna, chamada de endosperma amilceo que contm clulas mortas e ricas em amido. No caso das dicotiledneas, o endosperma hidrolisado e transportado para o embrio antes da maturidade da semente. por isto que as sementes maduras nas dicotiledneas, tais como feijo, soja, ervilha, entre outras, no possuem endosperma. Desta forma, os cotildones, que ocupam quase toda a semente, tornam-se os principais rgos de reserva de carboidratos, lipdeos e protenas, necessrias para o desenvolvimento da plntula. Condio intermediria pode ser observada em algumas espcies de dicotiledneas, como o tabaco e a mamona, onde uma considervel porcentagem das reservas se mantm armazenada no endosperma. Durante a germinao, a semente se nutre de ambas as fontes, reservas dos cotildones e reservas do endosperma. Aps a diferenciao do embrio e do endosperma, a semente, com elevado contedo de gua, deve ser preparada para a dessecao. Nessa preparao participam a sacarose, a rafinose e principalmente as protenas LEA (Late embryogenesis Abundant). A sacarose e a rafinose podem contribuir para a manuteno da estrutura e estabilidade do sistema membranrio, a medida em que a gua retirada atravs da secagem natural ou artificial. Esses compostos substituem as molculas de gua intercalando-se entre as molculas de fosfolipdios e mantendo assim, a estrutura cristalina lquida das membranas. O contedo elevado de sacarose em sementes de algumas espcies, prximo maturidade fisiolgica, o maior indicativo da associao destes carboidratos com a aquisio da tolerncia dessecao e a proteo contra danos por embebio durante a germinao. Pois a sacarose se intercalaria na estrutura das membranas, prevenindo danos mais srios ao sistema membranrio. No que concerne s protenas LEA, estudos sugerem que a conformao dessas protenas em cadeia aberta, imitando um filme. Este filme protico certamente atuaria formando uma pelcula sobre outras molculas e sobre as estruturas celulares. Desta forma, as protenas LEA diminuiriam o estresse da retirada de gua da semente, aps a maturidade fisiolgica, estabilizando molculas e estruturas celulares.

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6.3 Transporte de carbono e nitrognio para a semente O acmulo de sustncias de reservas pelas sementes possui um propsito fundamental, nutrir o embrio durante o desenvolvimento e a plntula durante a germinao / emergncia. Entre as principais substncias de reserva das sementes encontram-se carboidratos, lipdeos, protenas e cido ftico (fitina). As substncias de reserva acumuladas nas sementes so primeiramente sintetizadas em outras partes da planta e posteriormente transportadas para as sementes. As principais substncias de reserva das sementes so compostos derivados da fixao do carbono pelas clulas do mesfilo foliar. O CO2 fixado pela fotossntese (nos cloroplastos) transportado para o citoplasma (das clulas do mesfilo) na forma de di-hidroxi acetona fosfato (DIAF), onde convertida em sacarose. Posteriormente, a sacarose descarregada para fora das clulas do mesfilo foliar e onde carregada ativamente para o floema, de onde transportada at a semente. No h contato vascular entre a planta me e a semente. Portanto, a sacarose e os demais compostos transportados para a semente so descarregados numa regio apoplstica entre as clulas da planta me e as clulas da semente, de onde so absorvidas pela semente. Esta interrupo da conexo entre as duas geraes (me e filha) se constitui numa adaptao evolutiva para evitar a transferncia de viroses e bacterioses de uma gerao para outra. Nas gramneas como trigo, milho, arroz e cevada, quando a sacarose chega semente atravs do floema, os assimilados movem-se do floema para a regio de projeo nucelar atravs do simplasto, isto , atravs dos plasmodesmatas (canais de conexo entre clulas). Na projeo nucelar, provavelmente ocorra a transferncia da sacarose para o apoplasto na regio da cavidade do endosperma. Da cavidade do endosperma a sacarose passa por difuso para clulas mais externas da camada de gros de aleurona, que so clulas modificadas para transferncias e dali, simplasticamente, para as clulas do endosperma onde ocorrer a sntese do amido. O tecido compreendido entre o floema e a cavidade do endosperma de origem materna, no havendo, portanto, conexo simplstica entre a planta me e a semente. No caso de leguminosas como a soja e o feijo, a sacarose chega at a semente atravs do sistema vascular ventral localizado ao longo de toda parte superior da vagem da soja. Ocorre tambm uma banda dorsal a qual ocupa toda a vagem no lado dorsal. As paredes da vagem apresentam um sistema vascular bem desenvolvido. A semente de soja est presa ao funculo atravs do hilo, e, o sistema vascular penetra a semente em uma regio bem delimitada ao redor do hilo e a partir da, vai formando uma rede vascular ao redor de todo o tegumento da semente. No existe contato simplstico entre as duas pores da semente de soja (tegumento e cotildones) (Figura 10). Os carboidratos so descarregados do sistema vascular do tegumento diretamente para uma regio apoplstica, entre o tegumento e o embrio (cotildones e eixo embrionrio).


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Figura 10 Representao esquemtica de um legume de soja em desenvolvimento, contendo duas sementes. A da esquerda foi isolada e girada para frente para mostrar o hilo, a da direita foi cortada transversalmente. O sentido da seiva esta ilustrado pelas setas. F funculo; M micrpila; E eixo embrionrio; CT cotildones; e, H hilo. Adaptado de Thorne, 1980.

Molculas simples so transportadas para a semente em formao, principalmente sacarose, aminocidos (asparagina e glutamina) e ons. Todas as principais substncias de reserva encontradas numa semente madura so derivadas destas molculas simples e obedecem ao mesmo modelo de transporte, ou seja, sem contato simplstico.

6.4 Principais constituintes da semente A semente contm todas as sustncias necessrias para o crescimento e desenvolvimento do embrio e da plntula durante a germinao / emergncia. Essas substncias so os carboidratos, as protenas e os lipdeos, alm de outras no to importantes como reservas, mas importantes para o controle do metabolismo e do crescimento tais como cido ftico, giberelinas, citocininas, inibidores, compostos fenlicos, vitaminas, alcalides, taninos, ons, entre outros. A composio qumica das sementes altamente regulada e influenciada por fatores genticos e do ambiente, variando consideravelmente de uma espcie para outra ou, inclusive, entre cultivares da mesma espcie. O manejo diferenciado e os demais fatores ambientais podem modificar quantitativamente a composio qumica das sementes. Em funo disso deve-se dar muito importncia para a escolha das cultivares mais adaptadas e para a poca de semeadura, fatores decisivos sobre a produo. Veja detalhes no item Efeito dos fatores ambientais sobre a formao e qualidade da semente.

6.4.1 Carboidratos Os principais compostos derivados de carboidratos que atuam como reserva em sementes so a sacarose e os oligossacardeos da srie rafinsica, o amido e os polissacardeos de parede celular. Enquanto a sacarose praticamente universal, os oligossacardeos da srie rafinsica ocorrem em um grande nmero de sementes de dicotiledneas. O amido um dos compostos de reserva de mais larga ocorrncia nos vegetais superiores, e os polissacardeos de parede celular28 Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes


ocorrem em alguns grupos taxonmicos onde atuam como reserva, mas preservando funes secundrias importantes como o controle de absoro e de distribuio da gua nos diferentes tecidos das sementes (Buckeridge et al., 2004). 6.4.1.1 Sacarose e oligossacardeos da srie rafinsica Como observado anteriormente, a sacarose o principal composto transportador de carbono das folhas at a semente. Portanto, todos os demais carboidratos sintetizados na semente derivam de carbonos transportados atravs da sacarose. Mas no que concerne utilizao de sacarose como reserva, as sementes ortodoxas acumulam uma grande quantidade de sacarose no final do perodo de enchimento de gro, anteriormente dessecao. Parte desta sacarose fica estocada (como sacarose) e utilizada rapidamente no incio da germinao, e outra parte (desta sacarose) utilizada como base para a sntese de uma famlia de oligossacardeos chamada de srie rafinsica. Assim como a sacarose, os demais oligossacardeos so degradados logo no incio da germinao, e por isso so classificados como compostos de reserva. Porm, sua principal funo tem sido atribuda propriedade das sementes ortodoxas de estabilizarem suas membranas e, com isso, suportarem melhor o estresse da dessecao. Esta hiptese encontra suporte no fato de haver uma tendncia maior de acmulo de oligossacardeos da srie rafinsica em sementes ortodoxas em relao s recalcitrantes. 6.4.1.2 Amido O amido o principal componente de reserva de carbono encontrado nas sementes (principalmente monocotiledneas), razes e tubrculos de muitas espcies. Alm disso, o amido um dos componentes bsicos da dieta de humanos e animais. O amido um polissacardeo formado pela combinao de dois polmeros de glicose (amilose e amilopectina), dispostos em estruturas tridimensionais caractersticas (chamadas grnulos de amido) (Figura 11). A amilose e amilopectina so componentes constitutivos do amido, mas a concentrao de cada uma pode variar conforme a espcie, rgos vegetativos, etapas do desenvolvimento, efeitos do ambiente, entre outros. A amilose consiste, em mdia, de uma cadeia de 1000 resduos de glucose ligadas por ligaes alfa (1-4) e com disposio espacial em alfa-hlice, predominantemente linear, pois freqentemente as amiloses apresentam uma pequena freqncia de ramificaes laterais (Figura 11). Considerando todo o volume de amido, a amilose corresponde a 30%, em mdia. Entretanto, essa proporo pode variar entre espcies (11 35%), variedades (20 36%), rgos, estdios de desenvolvimento e diferentes condies de crescimento (Detherage, Macmasters e Rist, 1955, citado por Buckeridge et al., 2004).


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Por outro lado, a amilopectina corresponde ao principal componente dos grnulos de amido (70%) e consiste de cadeias de glucose unidas por ligaes alfa (14) altamente ramificadas (Figura 11). As cadeias so formadas por resduos de glicose unidos por ligaes alfa (1-6), formando uma estrutura altamente organizada e com um nico final redutor livre. Alm da reserva de acares (glucose), os grnulos de amido podem conter em sua estrutura protenas (0,05% na batata e 0,5% nos cereais) e lipdeos (0,1% na batata e 1% nos cereais).

Figura 11 Diagrama ilustrativo de uma grnulo de amido, da estrutura altamente ramificada da amilopectina e da estrutura praticamente linear da amilose.

Biossntese do amido O amido sintetizado nas folhas (rgos fonte) a partir da fixao fotossinttica do carbono, tambm sintetizado transitoriamente em clulas meristemticas. Entretanto, o seu maior acmulo ocorre nos rgos de reserva como frutos, sementes, tubrculos e razes de reserva (rgos dreno) (Figura 12). No interior das clulas o amido sintetizado em organelas chamadas de plastdios, os quais podem receber denominaes especiais em rgos de reserva. Os plastdios armazenadores de amido em rgos de reserva so denominados de amiloplastos. O amido tambm pode ser sintetizado em plastdios que apresentam outras funes especficas, como os cloroplastos (fixao fotossinttica do carbono), os plastdios de oleaginosas e os cromoplastdios de razes (cenoura). A rota geral de sntese do amido engloba um esquema simplificado envolvendo trs enzimas bsicas: ADP-glucose pirofosforilase (ADPGPPase), amido sintase (AS) e a enzima ramificadora de amido (ERA).30 Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes


Figura 12 Diagrama ilustrativo da sntese do amido e formao de um grnulo. Tanto a amilose quanto a amilopectina so sintetizadas a partir de ADP glucose (ADP-G), a qual produzida por uma reao enzimtica catalisada pela ADPGPase utilizando glucose-1-P e ATP como substrato e liberando pirofosfato. ADPGPase ADP glucose pirofosforilase, AS amido sintase e ERA enzima ramificadora de amido

Tanto a amilose quanto a amilopectina so sintetizadas a partir de ADP-glucose (ADP-G), a qual produzida por uma reao enzimtica catalizada pela ADPGPase utilizando glucose-1-P e ATP como substrato e liberando pirofosfato (Figura 12). Entretanto, em se tratando do amido sintetizado nos amiloplastos, existem algumas controvrsias: no se sabe se as hexoses-P (Glucose6-P e glucose-1-P) ou as trioses-P so transportadas para dentro dos amiloplastos. A ADPGPPase ativa dentro do plastdeo, necessitando que a glucose-1-P e o ATP estejam presentes dentro da organela. No caso dos tecidos no-fotossintetizantes (rgos de reserva), tanto os fotoassimilados quanto o ATP precisam ser transportados, o ATP do citoplasma e os fotoassimilados de clulas fotossintetizantes (folhas), at as clulas da semente atravs do floema. Existem algumas controvrsias com relao s molculas de acar que entram na semente. De uma forma geral a sacarose descarregada pelo floema no apoplasto e antes dela entrar nas clulas da semente hidrolizada em sacarose e frutose. Essas hexoses so utilizadas dentro dos amiloplastos de sementes como glucose 6P para a sntese de amido.Mdulo 2: Fundamentos da qualidade de sementes 31


Na etapa seguinte, outra enzima, a amido sintase (AS) catalisa a sntese de uma ligao alfa(1,4) entre a ADP-G e o final no-redutor de um glucano pr-existente (seqncia primria), liberando ADP. A AS uma enzima ativada por K+ e apresenta isoformas solveis (ASS) e isoformas ligadas (ASL) estrutura dos grnulos, s quais esto relacionadas, respectivamente, sntese de amilose e amilopectina (Figura 12). As ligaes alfa(1,6) responsveis pelas ramificaes observadas em amilose e, principalmente, amilopectina, so produzidas pela enzima ramificadora de amido (ERA). Este grupo de enzimas hidrolisa uma ligao alfa (1,4) no interior de uma cadeia de glucose e catalisa a formao de uma ligao alfa (1,6) entre o final redutor do glucano partido e outro resduo de glucose ou outro glucano. O controle da sntese de amido, em sementes, depende fundamentalmente do fluxo de carbono da fonte (tecidos fotossintetizantes) para o dreno (semente), esse fluxo pode ser afetado pela prpria taxa fotossinttica, pela eficincia do transporte, e pela atividade de enzimas invertases e sacarose sintase. Por outro lado, a sntese de amido tambm afetada em funo da atividade das enzimas que participam do processo de sntese como a ADPGPase, a amido sintase e as enzimas ramificadoras de amido. 6.4.1.3 Polissacardeos de reserva da parede celular Os principais polissacardeos de reserva da parede celular so Galactomanano, Xiloglucano e Glucano de cadeia mista. Entretanto, h tambm a Celulose, a Calose, o Glucuronoarabinoxilano e o Ramnogalacturonano. O processo de sntese desses polissacardeos no igual. Entretanto, de uma forma geral, aps as enzimas responsveis pela biossntese serem traduzidas no Retculo Endoplasmtico Rugoso, elas so transportadas para o Complexo Golgiano, onde ocorre a maioria das reaes de sntese. Os polissacardeos so agrupados em vesculas e secretados para o espao intercelular, onde ocorrer a automontagem da parede celular por meio da orientao das microfibrilas de celulose e da constituio dos diferentes domnios polissacardicos da parede. O Galactomanano o polissacardeo de parede celular mais abundante na natureza. So polissacardeos compostos por uma cadeia principal de manose ligada por ligaes beta (1,4), onde se unem unidades de galactose por meio de ligaes glicosdicas do tipo alfa (1,6). As sementes de espcies das famlias botnicas Annonaceae, Asteraceae, Convolvulaceae, Palmae, Rubiaceae e Fabaceae (Leguminoseae), podem apresentar esse tipo de polmero. 6.4.2 Lipdeos Os lipdeos ocorrem em todas as partes da planta, pois fazem parte do sistema membranrio (fosfolipdeos) de todas as clulas. Entretanto, os lipdeos so mais abundantes em sementes, onde constituem uma importante reserva energtica (nas sementes, os lipdeos so mais abundantes no embrio do que no endosperma).

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Nas sementes os lipdeos so armazenados em organelas especficas conhecidas como corpos lipdicos (corpos oleosos ou graxos). Eles so depositados sob a forma de triglicerdeos (trs cidos graxos ligados num glicerol). De maneira geral, os triglicerdeos so lquidos a temperaturas superiores a 20C, o que depende do nmero de carbonos e do grau de insaturao dos cidos graxos que o compe. Assim como na sntese de amido, para a sntese de lipdeo, a sacarose translocada de clulas fotossintetizantes a fonte de carbono. A sntese de lipdeos de reserva em sementes tem a participao do citosol, das mitocndrias, dos plastdios e do retculo endoplasmtico. No citosol, a sacarose utilizada para formar hexose-P, malato, acetato e glicerol 3-P. A hexose-P, o malato e o acetato so exportados para os plastdios onde ocorre a sntese de cidos graxos a partir de Acetil-CoA. O glicerol 3-P (do citosol) e os cidos graxos (dos plastdios) so direcionados ao retculo endoplasmtico liso onde ocorre a sntese dos triglicerdeos, mas antes ocorrem modificaes como insaturaes e adio de hidroxilas. (Figura 13).

Figura 13 - Via de biossntese de triglicerdeos em sementes. ACP protena carreadora, Ca coenzima A, OAA oxaloacetato, PEP fosfoenol piruvato.


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Os triglicerdeos formados no retculo endoplasmtico liso se acumulam na membrana do prprio retculo, esse acmulo de lipdeos gera uma protuberncia que poder permanecer aderida ao retculo ou se separar e formar um corpo lipdico livre que ser depositado no citosol (Figuras 13 e 14).

Figura 14 Formao de corpos lipdicos (CL) a partir do retculo endoplasmtico (RE). (A) Os triglicerdeos so acumulados na membrana do RE (cinza) e formam uma protuberncia que eventualmente se destaca e forma uma outra organela: o corpo lipdico que pode ou no estar ligado ao RE original. (B) esquema mostrando a organizao de um corpo lipdico. Alm dos triglicerdeos originados na membrana do RE, a interface entre as fases hidroflica e hidrofbica estabilizada por protenas (oleosinas).

A composio de cidos graxos em sementes varia muito entre espcies e entre cultivares de uma mesma espcie. O menor teor de leo, entre as oleaginosas encontrado na soja e no algodo, e o maior teor de leo entre as oleaginosas encontrado no amendoim, na mamona e no girassol (Tabela 1). Tabela 1 Percentual de lipdeos em sementes de algumas culturas de importncia agrcola e, principais cidos graxos encontrados nesses lipdeos.Culturas Concentrao de lipdeos (5) Algodo Amendoim Canola Girassol Mamona Soja Milho 15-25 47-50 35-45 45-50 60-64 18-20 4-5 Principais cidos graxos nos lipdeos Palmtico (16:0)* 27 12 5 6 11 12 Esterico (18:0) 3 2 2 4 3 2 Olico (18:1) 17 50 55 26 22 24 Linolico (18:2) 52 31 25 64 54 61 Linolnico (18:3) 0 0 12 0 8

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Módulo 2_Fundamentos da Qualidade de Sementes