Unidade 03 composição química e maturação das sementes

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Unidade 03 composição química e maturação das sementes

  1. 1. Composição Química e Maturação das Sementes
  2. 2. Função da semente • Perpetuação da espécie • Armazenar substâncias nutritivas (nutrientes e energia) para garantir a sobrevivência da própria semente e da futura planta no processo de germinação A habilidade de armazenar substâncias nutritivas torna a semente valiosa para a humanidade como alimento
  3. 3. • Grande parte dos componentes químicos da semente não difere qualitativamente dos constituintes encontrados em outras partes da planta, entretanto a diferença é quantitativa para alguns – Ex: Proteínas e Lipídios =>maior quantidade Composição química da semente
  4. 4. Composição Química e Qualidade da Semente • Para garantir a boa formação da semente é necessário o acúmulo de quantidade suficiente de reserva • De modo geral, sementes bem formadas são mais vigorosas e tem maior potencial de armazenamento • Condições adversas durante a formação de sementes podem comprometer a qualidade do lote
  5. 5. Composição Química das sementes • A composição química das sementes varia entre espécies e dentro de espécies (cultivares) e até dentro da mesma cultivar (posição em relação ao fruto ou inflorescência) • É controlada geneticamente – Melhoramento genético • Influenciada pelo ambiente – Condições climáticas – Nutrição mineral – Disponibilidade hídrica – Etc.
  6. 6. Em que parte da semente ocorre armazenamento? • Partes constituintes da semente – Embrião (Eixo embrionário + cotilédones) – Endosperma – Perisperma – Tegumento • Importante! RESERVAS de nutrientes estão normalmente presentes na semente inteira! 1) Algumas reservas podem ser encontradas em diferentes tecidos da semente 2) Um tecido pode conter a maior parte da reserva da semente 3) Diferentes reservas coexistem num mesmo tecido
  7. 7. Composição química da semente • Constituintes normais (presentes em outras partes da planta) • Substâncias de reserva – Carboidratos – Lipídios – Proteínas • Compostos secundários
  8. 8. CLASSIFICAÇÃO (RESERVA) Amiláceas a principal reserva é o amido (trigo, arroz, aveia, cevada) Aleuro-amiláceas acumulam amido e proteína (feijão, ervilha e leguminosas em geral) Oleaginosas predominam lipídios (girassol, gergelim, linhaça) Aleuro-oleaginosas armazenam lipídios e proteínas (soja e algodão) Córneas reservas celulósicas (tremoço, café)  Poucos são os casos de sementes que apresentam proteínas como principal componente - Soja
  9. 9. Tabela 1. Principais reservas armazenadas em sementes de algumas espécies de interesse econômico (Adaptado de Crocker & Barton, 1957; Bewley & Black, 1985) Espécie Proteínas % Lipídios % Carboidratos % Estrutura Algodão 39 33 15 Embrião Amendoim 31 48 12 Embrião Arroz 8 2 65 Endosperma Cevada 12 3 76 Endosperma Dendê 9 49 28 Endosperma Feijão 23 1 56 Embrião Girassol 17 46 19 Embrião Mamona 18 64 0 Endosperma Milho 10 5 80 Endosperma Soja 37 17 26 Embrião
  10. 10. CARBOIDRATOS – HIDRATOS DE CARBONO / GLUCÍDIOS (CH2O)n • Função – fornecimento de energia para a retomada de desenvolvimento do embrião durante a germinação. • Constituem aproximadamente 83% da matéria seca total da semente de trigo, cevada, centeio, milho, sorgo e arroz e cerca de 79% na aveia.
  11. 11. Carboidratos Monossacarídeos Oligossacarídeos Polissacarídeos Amido Hemicelulose Celulose Sacarose Lactose Maltose Refinose Estaquiose Glicose Frutose Galactose
  12. 12. AMIDO • Substância metabolicamente inativa Armazenamento Endosperma Embrião Depositados Amiloplastos Amido 20-25% amilose e 50- 75% amilopectina
  13. 13. Nutrientes armazenados • Carboidratos
  14. 14. Estrutura do amido na semente Digerida em partes pela alfa-amilase Cora-se de vermelho púrpura na presença de iodo Digerida quase completamente pela alfa-amilase Cora-se de azul na presença de iodo
  15. 15. Amilose Amilopectina 200-1000 unidades de glicose unidas por ligações α-1,4 glucosídeo 20-25 unidades de glicose por ramificação, unidas tanto por ligações α- 1,4 como por α-1,6 glucosídeo
  16. 16. CELULOSE Polímero da glucose Principal constituinte da parede celular – Fibra Bruta A maior % de fibra em uma semente encontra-se no tegumento. Embrião e endosperma são pobres em fibras.
  17. 17. HEMICELULOSE  Polissacarídeo não pertencente ao grupo do amido;  Encontrada na reserva da parede celular Sua presença torna duro o endosperma de algumas espécies = palmeira jarina, tamareira, etc. Não existe organela armazenadora Classificação Mananos Xiloglucanos Galactanos
  18. 18. Mananos Restrição para a protrusão da raiz primária Redução da velocidade de germinação Além de atuarem como reservas, conferem resistência, exercendo proteção contra injúrias mecânicas
  19. 19. LIPÍDIOS OU GORDURAS Insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos Tipos Glicerídeos Cerídeos Esterídeos Representados na forma de triglicerídeos Encontram-se em organelas esféricas = Esferossomos Ocorrência Fonte de energia, reserva e estrutural. Embrião
  20. 20. PROTEÍNAS
  21. 21.  Polímeros de aminoácidos  Sensíveis a altas temperaturas  Função: Estrutural, enzimática, nutritiva, transporte, reguladores de processos fisiológicos e defesa.
  22. 22. Proteínas metabolicamente inativas Proteínas metabolicamente ativas Enzimas Nucleoproteínas Albuminas Globulinas Glutelinas Prolaminas
  23. 23. Espécie Albuminas Globulinas Prolaminas Glutelinas Arroz 5 10 5 80 Aveia 11 9 56 24 Cevada 13 12 52 23 Milho 4 2 55 39 Sorgo 6 10 46 38 Trigo 9 5 40 46 Tabela 2. Composição percentual média das proteínas presentes em sementes de cereais (Bewley & Black, 1985)
  24. 24. OUTROS COMPONENTES • Papéis dos hormônios durante o desenvolvimento e atividades das sementes: 1. Gerenciamento do acúmulo de matéria seca, incluindo o repouso no final da maturação. 2. Divisão e expansão celular. 3. Indução à formação e liberação de enzimas. 4. Desenvolvimento de tecidos extra-seminais 5. Armazenamento para uso futuro (germ. e des. plântula) 6. Controle da dormência Reguladores de Crescimento
  25. 25. Compostos Fosforados • Encontrado na camada de aleurona do endosperma ou em cotilédones. • Interferem no balanço entre substâncias promotoras e inibidoras da germinação. • Podem representar obstáculo à difusão de gases em sementes umedecidas. • Atuam na manutenção do estado de dormência. Compostos Fenólicos
  26. 26. FATORES QUE AFETAM A COMPOSIÇÃO QUÍMICA  Genótipo  Posição da semente em relação à inflorescência ou ao fruto  Condições climáticas Melhoramento genético
  27. 27. FATORES QUE AFETAM A COMPOSIÇÃO QUÍMICA  Estádio de maturação  Idade Fertilidade do solo e nutrição da planta-mãe Práticas culturais (épocas de semeadura, de colheita, adubação,...).
  28. 28. Maturação das Sementes
  29. 29. Introdução O desenvolvimento e a maturação das sementes são aspectos importantes a serem considerados na TECNOLOGIA DE PRODUÇÃO DE SEMENTES, pois entre os fatores que determinam a qualidade das sementes estão as condições de ambiente predominantes na fase de florescimento/frutificação e a colheita na época adequada. Portanto, o conhecimento de como se processa a maturação das sementes e dos principais fatores envolvidos é de fundamental importância para a orientação dos produtores de sementes, auxiliando no controle de qualidade, principalmente no que se refere ao planejamento e a definição da época ideal de colheita, visando qualidade e produtividade.
  30. 30. Introdução A ORIGEM DO PROCESSO DE MATURAÇÃO O processo de maturação tem início logo após a polinização, que é o transporte do grão de pólen até o estigma (parte feminina) da flor. Ocorre então a fertilização, que nada mais é que a união do gameta masculino, liberado pelo pólen, com o gameta feminino que está localizado no óvulo. O óvulo, uma vez fecundado, se desenvolverá e originará a semente, que na maioria das espécies está contida no interior do fruto, o qual resulta do desenvolvimento do ovário da flor. A partir desta união de gametas, ocorre uma série de transformações morfológicas e fisiológicas que vão dar origem ao embrião, ao tecido de reserva e ao envoltório (casca) da semente. Assim, o processo de maturação inicia-se com a fertilização do óvulo e se estende até o ponto em que a semente atinge a maturidade fisiológica, isto é, quando cessa a transferência de nutrientes da planta para a semente.
  31. 31. Introdução Em Tecnologia de Sementes  objetivo do estudo da maturação??? Determinar o ponto ideal de colheita visando a produção e a qualidade das sementes. Harrington (1972), chama a atenção para o fato de que o armazenamento, ao contrário do que comumente se acredita, não começa depois que coloca a semente no armazém, mas desde o momento em que ela atinge a maturidade fisiológica. Pois, a partir deste estádio, a semente está, praticamente, desligada da planta, dela recebendo nada ou quase nada.  Essa semente, ligada fisicamente, pode ser considerada como armazenada. Na prática, é viável?
  32. 32. Introdução Se a semente atinge um determinado estádio no qual a qualidade fisiológica é máxima, por que não proceder a colheita imediatamente? Esse ponto de máxima qualidade fisiológica (máximo de germinação e vigor) é também chamado de ponto de maturidade fisiológica, e o estudo da maturação das sementes visa determinar, para cada espécie, como e quando ele é atingido. O ponto de maturidade fisiológica dentro de cada espécie pode variar em relação ao momento de sua ocorrência, em função da cultivar e das condições ambientais (clima, nutrição, hídrica, edáfica, etc)
  33. 33. Índices de Maturação Índices visuais  Aspecto Externo - Coloração dos frutos, sementes, hilo, fendas, brilho, etc. Índices de natureza física e fisiológica  Tamanho  Teor de água  Conteúdo de matéria seca  Germinação  Vigor Índices bioquímicos  Açúcares  Ácidos Graxos  Lipídeos  Nitrogênio  Taxa de respiração
  34. 34. Índices de Maturação Coloração Figura 1. Aspecto e coloração dos frutos de Myroxylon balsamum em vários estádios de maturação.
  35. 35. Índices de Maturação Coloração Figura 2. Coloração dos frutos de pimentão dos 20 aos 70 dias após a antese.
  36. 36. Índices de Maturação Em soja  a maturidade fisiológica pode ser caracterizada por: início da redução do tamanho das sementes, ausência de sementes verde- amareladas e hilo não apresentando mais a mesma coloração do tegumento. Em milho  uma característica que pode estar correlacionada à maturidade fisiológica é o desaparecimento de "linha de leite". Outra característica de fácil identificação em campo é a formação de uma camada de cor negra na região de inserção da semente no sabugo. Esta camada escura nada mais é do que uma cicatriz desenvolvida a partir da paralisação do fluxo de nutrientes da planta para a semente.Em outras gramíneas, como o trigo, aveia e arroz, a maturidade pode estar relacionada com mudanças da coloração verde para amarelada nas glumas e no pedicelo (pedúnculo que une a semente ao fruto).
  37. 37. Índices de Maturação Figura 4. Modificações nos teores de proteína e óleo durante o desenvolvimento e maturação de sementes de girassol (Helianthus annuus L.).
  38. 38. Índices de Maturação Figura 5. Modificações na capacidade de absorção de oxigênio e no número de células nos cotilédones durante o desenvolvimento e maturação de sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.).
  39. 39. Índices de Maturação Tamanho da semente Após a fertilização, o tamanho da semente aumenta rapidamente, atingindo o máximo em curto período de tempo em relação à duração total do período de maturação. Este rápido crescimento é devido à multiplicação e ao desenvolvimento das células do embrião e do tecido de reserva. Após atingir o máximo, o tamanho vai diminuindo devido à perda de água pelas sementes e esta redução é variável com a espécie; em soja, por exemplo, é acentuada, enquanto que em milho é bem pequena. Figura 6. Modificações no tamanho das sementes durante o processo de maturação.
  40. 40. Tabela 1. Tempo, após o início do florescimento, para sementes de algumas espécies atingirem o tamanho máximo.
  41. 41. Figura 7. Modificações no tamanho de sementes durante o desenvolvimento. Algodão
  42. 42. Índices de Maturação Teor de água das sementes Logo após a formação  alto teor de água (70-80%). Ocorre uma pequena elevação, em seguida, lento decréscimo. Oscila com os valores da URar  planta-mãe não exerce mais controle. Figura 8. Modificações no conteúdo de água de sementes de frutos secos, durante o processo de maturação.
  43. 43. Tabela 2. Decréscimo no teor de água da semente desde a fertilização (± 80 oC) até o equilíbrio com a atmosfera.
  44. 44. Figura 9. Modificações no teor de água de sementes de algodão e milho durante o processo de maturação.
  45. 45. Índices de Maturação Conteúdo de matéria seca das sementes Paralelamente, os produtos formados nas folhas, pela fotossíntese, são encaminhados para a semente em formação, onde são transformados e aproveitados para a formação de novas células, tecidos e como futuro material de reserva. Na realidade, o que denominamos "matéria seca" da semente são as proteínas, açúcares, lipídios e outras substâncias que são acumuladas nas sementes durante o seu desenvolvimento. Logo após a fertilização, o acúmulo de matéria seca se processa de maneira lenta, pois as divisões celulares predominam, ou seja, está ocorrendo um aumento expressivo no número de células. Em seguida, verifica-se um aumento contínuo e rápido na matéria seca acompanhado por um aumento na germinação e no vigor, até atingir o máximo. Desse modo, pode-se afirmar que, em geral, a semente deve atingir a sua máxima qualidade fisiológica quando o conteúdo de matéria seca for máximo.
  46. 46. Figura 10. Modificações no conteúdo de massa seca de sementes, durante o processo de maturação.
  47. 47. Figura 11. Modificações no conteúdo de massa seca durante o desenvolvimento e maturação de sementes de girassol e de feijão. Helianthus annuus L. Phaseolus vulgaris L.
  48. 48. Índices de Maturação Germinação das sementes Difícil avaliação  efeito da dormência. Figura 12. Modificações na capacidade de germinação de sementes durante o processo de maturação.
  49. 49. Índices de Maturação Germinação das sementes Difícil avaliação  efeito da dormência. Figura 12. Modificações na capacidade de germinação de sementes durante o processo de maturação. Observa-se que a dormência é induzida nas sementes logo após terem elas atingido um determinado estádio, visando, evitar que germinem no próprio fruto. Ocorre frequentemente em espécies nas quais as sementes adquirem muito cedo a capacidade de germinar. Período de dormência relativamente curta. Coincidindo com o início da fase de rápida desidratação, voltam a capacidade de germinação. Ocorre em espécies cujas sementes adquirem a capacidade de germinação somente após um período mais longo. Decréscimo no teor de água mais acentuado  capacidade de germinação cresce ininterruptamente até ponto máximo  germinar no próprio fruto é bem menor. Contudo, cuidar com ocorrência de chuvas.
  50. 50. Tabela 3. Número de dias, após a ântese, exigido por algumas espécies para que as sementes apresentem alguma germinação (Toledo & Marcos Filho, 1977).
  51. 51. Figura 13. Modificações no poder germinativo de sementes de grama-do-campo-crespa (Agropyron cristatum durante o desenvolvimento e maturação.
  52. 52. Figura 14. Modificações no poder germinativo de sementes de algodão (Gossypium hirsutum L.) durante o desenvolvimento e maturação.
  53. 53. Índices de Maturação Vigor das sementes Acompanha a evolução do acúmulo de matéria seca. Figura 15. Modificações no vigor de sementes durante o processo de maturação.
  54. 54. Figura 16. Modificações no vigor (peso de massa seca das plântulas e capacidade de emergência) durante o desenvolvimento e maturação de sementes de sorgo (Sorgum bicolor (L.) Moench.
  55. 55. Análise das modificações Figura 17. Modificações em algumas características fisiológicas de sementes durante o processo de maturação.
  56. 56. Figura 18. Associação entre índices de maturação para determinar o ponto de maturidade fisiológica de sementes de Myroxylon balsamum. Teor de água Tamanho dos frutos Germinação Massa seca dos frutos
  57. 57. Figura 19. Modificações nos teores de água e peso da matéria seca, poder germinativo e no vigor durante a maturação de sementes de capim pensacola (Paspalum notatum Flugge).
  58. 58. Figura 20. Modificações nos teores de água e matéria seca, no poder germinativo, e no vigor (peso da massa seca das plântulas) durante o desenvolvimento e maturação de sementes de capim cevadinha (Bromus inermis L.).
  59. 59. Maturidade e Colheita O reconhecimento prático da maturidade fisiológica tem grande importância, pois caracteriza o momento em que a semente deixa de receber nutrientes da planta, passando a sofrer influência do ambiente. Inicia-se então um período de armazenamento no campo, que pode comprometer a qualidade da semente, já ela que fica exposta às intempéries, o que se torna especialmente grave em regiões onde o final da maturação coincide com períodos chuvosos. O ponto de maturidade fisiológica seria, teoricamente, o mais indicado para a colheita, pois representa o momento em que a qualidade da semente é máxima. Evidentemente, a colheita das sementes nesta fase se torna difícil, uma vez que a planta ainda apresenta grande quantidade de ramos e folhas verdes, o que dificultaria a colheita mecânica. Além disso, o alto teor de água ocasionaria danos mecânicos e haveria ainda a necessidade de utilização de um método rápido e eficiente de secagem, que na prática nem sempre é possível.
  60. 60. Maturidade e Colheita Fica claro que a colheita realizada por ocasião da maturidade fisiológica seria ideal, mas encontra uma série de problemas a serem contornados. Em virtude destas dificuldades, as sementes permanecem no campo até atingirem um nível de umidade adequado para a operação de colheita. Assim, o intervalo entre a maturidade e a colheita pode variar de alguns dias a várias semanas, sendo que, neste período, as condições climáticas nem sempre são favoráveis para a preservação da qualidade das sementes.
  61. 61. Maturidade e Colheita Exemplos: A soja é uma espécie cujas sementes são bastante sensíveis a tais condições. Assim, quanto maior o atraso na colheita, maior é a probabilidade de ocorrência de deterioração no campo. A presença de rugas nos cotilédones, na região oposta ao hilo, é um sintoma típico de deterioração por umidade no campo. Para minimizar este problema, as sementes devem ter o seu grau de umidade monitorado, para que sejam colhidas quando atingirem, pela primeira vez, umidade entre 16 e 18 % durante o processo natural de secagem no campo. A antecipação da colheita pode ser realizada mediante o uso de produtos químicos dessecantes ou desfolhantes, como o paraquat. Para o milho, é possível se realizar a colheita próximo à maturidade fisiológica se houver a possibilidade de se realizar a colheita em espiga, que implica em uso de maquinário e secador adequados. Neste caso, as sementes podem ser colhidas mais úmidas, com até cerca de 35% de umidade, reduzindo-se os riscos da deterioração no campo e obtendo-se sementes de maior qualidade. Já a colheita à granel das sementes de milho deve ser feita quando estas apresentarem, no máximo, 24% de umidade.
  62. 62. Maturidade e Colheita Em espécies de crescimento indeterminado, como o algodão, a determinação da maturidade fisiológica bem como a colheita são mais problemáticas, pois o florescimento e a maturação das sementes ocorrem sucessivamente no tempo. Assim, as sementes dos capulhos localizados na parte inferior da planta completam a maturação bem antes do que aquelas dos capulhos da parte superior. Em função disto, até certo tempo atrás, a colheita das sementes era feita parceladamente, à medida que ocorria a abertura dos capulhos, de modo que a deterioração no campo limitava-se a poucas semanas. Atualmente, realiza-se uma única colheita mecânica, que normalmente é retardada até que a maioria dos capulhos estejam abertos. Isto implica na exposição das sementes à deterioração de campo por períodos variáveis. Para contornar este problema, as sementes devem ser produzidas em regiões onde a maturação coincida com a ocorrência de um período seco bem definido, minimizando os efeitos prejudiciais da deterioração.
  63. 63. Tabela 4. Momento e teor de água na maturidade fisiológica das sementes de algumas espécies cultivadas.
  64. 64. Considerações Conhecer e entender o processo de desenvolvimento/maturação das sementes bem como as principais mudanças que ocorrem desde a sua formação até a maturidade fisiológica se constitui em importante suporte para que os problemas típicos desta fase da vida da semente possam ser contornados e as sementes colhidas apresentem elevado padrão de qualidade.

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