Resumo: Durante a embriogênese e deposição de reservas, sementes em desenvolvimento apresentam metabolismo fortemente ativo, enquanto na fase de dessecação de sementes tolerantes é esperado metabolismo reduzido. Sementes de Poincianella pluviosa apresentam um ciclo de maturação extenso (11 meses), maior que sua longevidade à temperatura ambiente (8 meses). O perfil metabólico dessas sementes foi caracterizado durante a maturação e secagem, enfocando seus papéis no comportamento das sementes após dispersão. Respostas distintas de eixos embrionários e cotilédones à secagem foram observadas dependendo do estádio de desenvolvimento. Baixas proporções de intermediários de ácidos tricarboxílicos até a maturidade indicaram um baixo metabolismo respiratório anterior à fase de dessecação. Mudanças nas proporções de chiquimato, 4-cumarato e quinato sugerem uma alteração metabólica em direção a síntese de isômeros clorogenatos, encontrados em altas proporções em sementes dispersas. Altas proporções de lactato e glicerol foram observadas em sementes imaturas após secagem artificial, mas também em eixos naturalmente secos de sementes dispersas. Isso sugere um metabolismo ativo anterior à dessecação e um estresse osmótico sob hipóxia, mecanismos nunca descritos antes em sementes tolerantes à dessecação. Nossos resultados indicam que sementes de P. pluviosa podem ser dispersas com um desligamento metabólico incompleto, que pode estar relacionado à sua baixa longevidade.

Abstract: During embryogenesis and seed filling, developing seeds are metabolically highly active, while at the desiccation stage of tolerant seeds a decreased metabolism is expected. Seeds of Poincianella pluviosa present an extensive maturation cycle (11 months), longer than seed storability at room temperature (8 months). The metabolic profile of these seeds was characterized during maturation and drying, focusing in their role on seed behavior after shedding. Distinct responses of the embryonic axes and cotyledons to drying were observed depending on the developmental stage. Low proportions of tricarboxylic acids intermediaries until maturity indicated a low respiratory metabolism prior to the desiccation stage. Changes in shikimate, 4-coumarate, and quinate proportions suggest a metabolic shift towards the synthesis of chlorogenate isomers, found in high proportions in dispersed seeds. High proportions of lactate and glycerol were observed in immature seeds after artificial drying, but also in naturally dried axes of dispersed seeds. This suggests an active metabolism prior to drying and an osmotic stress under hypoxia, mechanisms that were never described before in desiccation-tolerant seeds. The results indicated that P. pluviosa seeds are dispersed with an incomplete metabolic switch-off, which can be related to their short lifespan.

RESUMO O pau-brasil, Paubrasilia echinata E.Gagnon, H.C.Lima & G.P.Lewis, é uma das mais importantes espécies vegetais do Brasil. Muitos fatores podem interferir na manutenção da viabilidade e na conservação das sementes, principalmente sua qualidade fisiológica inicial. Entre outros fatores, esta qualidade depende do grau de maturação, sendo importante identificar a maturidade fisiológica com vistas a determinar o melhor momento para a colheita das sementes. O presente trabalho descreve as modificações que ocorrem durante o processo de maturação das sementes de pau-brasil em três diferentes locais no Estado de São Paulo. Flores foram etiquetadas no dia de sua antese e os frutos foram colhidos diretamente dos ramos até os 65 dias após a antese (DAA). Os resultados sugerem que a maturidade fisiológica das sementes de pau-brasil ocorreu por volta de 60-65 DAA, imediatamente antes da deiscência da vagem, quando as sementes tinham 30-40% de água e quando há eficiente controle do fluxo de água entre sementes e frutos durante a maturação.

ABSTRACT Brazilwood, Paubrasilia echinata E.Gagnon, H.C.Lima & G.P.Lewis, is one of the most important plant species in Brazil. Several factors may interfere in the maintenance of both seed viability and seed storage conservation, mainly its initial physiological quality. Among other factors, the quality of the seed depends on the maturation stage, being important to identify the physiological maturity to determine the best time for harvesting. The present work describes changes during the maturation process of fruits and seeds of brazilwood in three different plantations in São Paulo State. Individual flowers were tagged in the day of their anthesis and the pods were collected directly from the branches until 65 days after anthesis (DAA). Results obtained suggested that physiological maturity of brazilwood seeds occurred ca. 60-65 DAA, immediately before shedding, when seeds had 30-40% water content, as well as an efficient control of the water flux between seeds and fruits during their maturation.

A manutenção de sementes viáveis no solo é uma forma importante para garantir a propagação, especialmente para espécies que produzem sementes de vida útil curta. Poincianella pluviosa é uma espécie arbórea cujas sementes apresentam curto a médio período de armazenamento em condições de laboratório. Assim, a compreensão do processo de maturação é fundamental para entender as estratégias de propagação da espécie, representando uma ferramenta para aprimorar a viabilidade das sementes em condições ex situ. As flores foram marcadas em dois ciclos de maturação consecutivos e os frutos foram colhidos até dispersão. As sementes foram classificadas de acordo com suas características morfofisiológicas e a capacidade de germinar e desenvolver plântulas. Observou-se que o processo completo de maturação (315-330 dias após antese) é maior do que o tempo descrito na literatura para manutenção da viabilidade destas sementes em temperatura ambiente. Valores máximos de massa seca e vigor foram alcançados no final da maturação, embora elevada produção de plântulas tenha sido obtida antes da maturidade fisiológica. Sugere-se que a capacidade precoce de produzir plântulas em um longo período de maturação poderia ser uma estratégia para superar limitações ambientais, já que a espécie está distribuída em diversos domínios fitogeográficos no Brasil.

The persistence of viable seeds in the soil is an important way to assure plant propagation, especially for species which produce seeds with short lifespan. Poincianella pluviosa is a tree species which seeds have short to medium storability at room temperature. The comprehension of the maturation process is crucial to understand its strategy for propagation and it could provide tools to improve seed viability in ex situ conditions. Flowers were tagged in two consecutive cycles of maturation and pods were periodically harvested until dispersion. Seeds were classified based on their morpho-physiological features, capability to germinate and develop seedlings. The complete maturation process was attained 315-330 days after anthesis, a period longer than reported for seed viability at room temperature. The maximum dry mass and seed vigor were reached at the end of maturation, although elevated seedling production was obtained before physiological maturity. We suggest that the precocious ability to produce seedlings in a long maturation could be a strategy to overcome environmental constraints, as the species is distributed in a wide range of phytogeographic domains in Brazil.

Na década de 1970, as sementes foram divididas em recalcitrantes e ortodoxas. Na década de 1980, foi necessário criar a categoria das intermediárias e, a partir de 1990, um gradiente entre as categorias ortodoxas e recalcitrantes tem sido considerado por vários autores. Atualmente, os termos ortodoxa e recalcitrante são apropriados apenas para fins tecnológicos, não para estudos científicos. As diferenças entre sementes recalcitrantes e ortodoxas parecem residir apenas no estádio de maturidade no qual se desprendem da planta mãe, as recalcitrantes em uma fase muito imatura. Isso implica que pouco progresso deve ser esperado para expandir a capacidade de armazenamento com a aplicação de qualquer tipo de tratamento após a colheita dessas sementes recalcitrantes. Esforços devem ser voltados para ampliar o período de maturidade das sementes, mantendo-as ligadas à planta-mãe até que o processo de maturação tenha sido concluído.

In the 70's, seeds were divided into two categories: recalcitrant and orthodox. In the 80's, it was necessary to create an intermediate category; from the 90's onwards, a gradient between orthodox and recalcitrant categories has been considered by several authors. Currently, the terms orthodox and recalcitrant are appropriate just for technological purposes, not for scientific studies. It seems that the differences between recalcitrant and orthodox seeds lie only on the maturity stage in which they are detached from the mother plant, the recalcitrant ones in a very immature stage. This implies that little progress should be expected to expand the storability of these recalcitrant seeds with the application of any treatment after harvesting. Efforts shall be focused on amplifying the maturation period of these seeds by keeping them linked to the mother plant until the maturation process has been completed.

Sementes de pau-brasil geralmente têm sua germinação rapidamente reduzida quando armazenadas em condições naturais. As temperaturas baixas, principalmente inferiores a 0 ºC, podem estender essa viabilidade por até dois anos. No entanto, não há informações sobre a germinação de sementes dessa espécie, quando submetidas a períodos mais longos de armazenamento, visando à formação de banco de germoplasma. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade de sementes de pau-brasil durante o armazenamento por cinco anos em câmaras com temperaturas de 2, 8 ou -18 °C. Antes do armazenamento, as sementes foram submetidas a secagem artificial (50 °C) até atingirem 10% de água. A germinação e o desenvolvimento de plântulas a partir de sementes mantidas em ambiente com temperaturas inferiores a 0 ºC não foram diferentes dos demais tratamentos, durante o primeiro ano de armazenagem. No entanto, após dois anos, as armazenadas a -18 °C mantiveram porcentagem de germinação superior às conservadas nas demais temperaturas. Sementes armazenadas por cinco anos a -18 °C apresentaram valores elevados de germinação, com elevada porcentagem de desenvolvimento das plântulas, porém com indícios de início de deterioração. O armazenamento em temperaturas inferiores a 0 ºC pode ser uma ferramenta importante para manutenção de bancos de sementes de Caesalpinia echinata, contribuindo para a conservação da biodiversidade vegetal.

Seeds of brazilwood usually have their germinability quickly reduced if stored under natural conditions. Low temperatures, mainly sub-zero, can extend this viability for at least two years. However, there is no information about the germination behavior of these seeds for longer periods, aiming at the germoplasm bank formation. The objective of this work was to evaluate the viability of brazilwood seeds during five-year storage period at 2, 8 and -18 °C. Before storage, seeds were subjected to artificial drying (50 °C) until the moisture content reached 10%. The germination and the normal seedling development of seeds maintained at low temperatures did not differ from other treatment during the first year of storage. However, after two years only seeds stored at -18 °C kept high germination percentage. Seeds stored for five years at -18 °C showed high values of germination and normal seedling development; however, after this period it was possible to identify some symptoms of seed deterioration. Storage at sub-zero temperatures is considered as an important initiative to maintain Caesalpinia echinata seed banks, contributing to the conservation of plant biodiversity.

Os compostos de reserva das sementes, além de suprirem energia para o desenvolvimento embrionário, desempenham importantes funções relacionadas à proteção celular contra secagem e congelamento. Considerando a importância do teor de água para a conservação e para o armazenamento de sementes de espécies arbóreas e o envolvimento dos carboidratos solúveis e de lipídios nesses processos, foi realizada uma análise comparativa desses compostos em sementes de Inga vera (ingá) e Eugenia uniflora (pitanga), consideradas recalcitrantes, e em Caesalpinia echinata (pau-brasil) e Erythrina speciosa (mulungu), com comportamento ortodoxo. Baixas concentrações de ciclitóis (0,3-0,5%), de oligossacarídeos da série da rafinose (0,05%) e de ácidos graxos insaturados (0-19%) foram encontradas em sementes de ingá e pitanga, enquanto maiores quantidades de ciclitóis (2-3%) e de rafinose (4,6-13%) foram encontradas nas sementes de pau-brasil e mulungu, respectivamente. Estes resultados, juntamente com as altas proporções de ácidos graxos insaturados (53-71%) presentes em sementes de pau-brasil e mulungu, sugerem que os açúcares e os lipídios poderiam desempenhar papel importante no movimento de água, protegendo as membranas celulares embrionárias contra injúrias provocadas durante a dessecação.

Considering the importance of water content for the conservation and storage of seeds, and the involvement of soluble carbohydrates and lipids for embryo development, a comparative study was carried out among the seeds of Inga vera (ingá), Eugenia uniflora (pitanga), both classified as recalcitrant, and Caesalpinia echinata (brazilwood) and Erythrina speciosa (mulungu), considered as orthodox seeds. Low concentrations of cyclitols (0.3-0.5%), raffinose family oligosaccharides (ca. 0.05%) and unsaturated fatty acids (0-19%) were found in the seeds of ingá and pitanga, while larger amounts of cyclitols (2-3%) and raffinose (4.6-13%) were found in brazilwood and mulungu, respectively. These results, in addition to higher proportions of unsaturated fatty acids (53-71%) in orthodox seeds, suggested that sugars and lipids played important role in water movement, protecting the embryo cell membranes against injuries during dehydration.

Dentre os carboidratos de reserva de sementes destacam-se o amido, a sacarose e os oligossacarídeos galactosilados, que além da função de reserva, podem atuar na estabilidade das membranas durante a dessecação e a retomada do crescimento embrionário. Sementes maduras de Caesalpinia echinata Lam. foram coletadas antes e após a dispersão natural, sendo analisadas imediatamente após a coleta quanto à composição de carboidratos presentes no eixo embrionário e nos cotilédones, e aos 15 e 90 dias após armazenamento a 25 ºC, 7 ºC e -18 ºC. A principal reserva dos eixos embrionários foram os açúcares solúveis, enquanto que o amido foi a dos cotilédones, representando cerca de 30% da massa seca. Sementes recém-dispersas, com 12% de água, armazenadas sob temperaturas baixas (7 ºC e -18 ºC), mantiveram estável o teor de carboidratos totais nos cotilédones, bem como a capacidade germinativa, mas apresentaram redução no teor de açúcares solúveis. Já as sementes maduras não-dispersas, com 22% de água, mantiveram a capacidade germinativa apenas quando mantidas a 7 ºC. Nestas sementes, os açúcares solúveis diminuíram no eixo embrionário e nos cotilédones durante o armazenamento. Análises cromatográficas mostraram que, de modo geral, houve redução nos níveis de hexoses, exceto nos cotilédones de sementes armazenadas sob temperaturas baixas. As variações encontradas nas proporções de sacarose e de hexoses e no teor de amido nos cotilédones e no eixo embrionário das sementes armazenadas sob diferentes temperaturas sugerem que o metabolismo dos carboidratos de reserva é alterado durante o armazenamento. Contudo, as variações encontradas nesses compostos durante o armazenamento não estão diretamente relacionadas com a capacidade germinativa dessas sementes.

Among the major reserve carbohydrates of leguminous seeds are starch, sucrose and galactosyl oligosaccharides, contributing to structural stability of membranes during desiccation besides providing energy for embryo growth. Mature seeds of Caesalpinia echinata were harvested before and after shedding and reserve carbohydrates analyzed 15 and 90 days after storage at 25 ºC, 7 ºC and -18 ºC. The main compounds of the embryonic axis were soluble carbohydrates, especially sucrose, while starch represented ca 30% of the dry mass of the cotyledons. Recently dispersed seeds, with 12% of water content, had their carbohydrate contents unchanged and the germination capacity maintained when stored at cold temperatures (7 ºC and -18 ºC). However, mature seeds harvested before shedding, with 22% of water content, had their soluble carbohydrate contents decreased in the axis and starch increased in the cotyledons after 90 days of storage, but the viability was maintained only at 7 ºC. Chromatographic analysis showed that the hexose levels decreased during storage, except in the cotyledons of seeds stored at cold temperatures. Results suggest that the metabolism of C. echinata seeds was altered during storage but the fluctuations of non-structural carbohydrates during storage are not directly associated to the germination capacity of those seeds.

Os frutanos são os polissacarídeos de reserva mais abundantes em gramíneas de clima temperado, sendo estocados principalmente nas bainhas de folhas adultas e também nas raízes. A partição de carboidratos entre os diferentes órgãos da planta regula seu crescimento e seu desenvolvimento. Visto que a partição de carboidratos solúveis ainda é desconhecida em Lolium multiflorum cv. Lema, o objetivo do presente trabalho foi verificar a partição desses carboidratos em cinco partes distintas (lâminas em alongamento, lâminas totalmente expandidas, segmentos superior e inferior do estolho e raízes) de plantas dessa espécie. Para isso, os carboidratos solúveis totais e a frutose total foram quantificados em plantas cultivadas durante quatro meses em Casa de Vegetação, por métodos colorimétricos e por TLC e HPAEC-PAD. Os resultados mostraram que grande parte da fração dos carboidratos solúveis totais é constituída por frutose, na forma livre e combinada, em todas as partes da planta. O estolho contém os maiores níveis de carboidratos, seguido pelas lâminas em alongamento, lâminas expandidas e raiz. No presente estudo, as bainhas foliares não foram diferenciadas do estolho, o que explica os altos teores de carboidratos solúveis encontrados nessa porção das plantas. As altas taxas de metabolismo das lâminas em alongamento, quando comparadas com as de lâminas expandidas, poderia explicar o maior acúmulo de frutanos nas primeiras. A análise por HPAEC-PAD mostrou que as lâminas em alongamento e as raízes apresentaram as maiores proporções de frutanos de baixo peso molecular, que podem ser mobilizados prontamente, atendendo à demanda de outros órgãos da planta.

In temperate grasses, fructans are the major storage polysaccharides, being accumulated mainly in mature leaf sheaths, and also in the roots. The partitioning of carbohydrates within different organs regulates plant growth and development. The aim of the present work was to analyze the partitioning of water soluble carbohydrates in five different parts (elongating leaf blades, expanded leaf blades, upper and lower segments of the stubble, and roots) of plants of L. multiflorum cv. Lema, in order to contribute to an understanding of soluble carbohydrates distribution in these plants. Soluble carbohydrates and total fructose were analyzed in plants cultivated during 4 months in a glasshouse, by colorimetric, TLC and HPAEC-PAD techniques. Results showed that the greatest portion of total soluble carbohydrates was constituted of free and combined fructose, in all parts of the plants. The stubble contained the highest level of carbohydrates, followed by the elongating leaf blades, expanded leaf blades and roots. The leaf sheaths were not analyzed separately from the stubble, which explains the high levels of carbohydrates found in this part of the plant. The high metabolism of the elongating leaf blades, when compared to that of the expanded leaf blades, could explain the increased amounts of fructans stored in those tissues. Analysis by HPAEC-PAD showed that the elongating leaf blades and the roots had the highest proportions of low molecular weight fructans that could be readily mobilized, supplying the demand of growing tissues in other organs.

Sementes de Caesalpinia echinata Lam. têm sido consideradas como de curta longevidade. Contudo, quando lotes são submetidos à seleção prévia ao armazenamento, é possível conservar sua viabilidade por até 18 meses. Considerando a falta de informações conclusivas quanto à melhor época de colheita dessas sementes, o presente trabalho descreve as modificações que ocorrem durante o processo de maturação das sementes. Flores foram etiquetadas no dia de sua antese e os frutos foram colhidos diretamente dos ramos dos 32 aos 65 dias após a antese (DAA). Sementes dispersas naturalmente por período não superior a 24 horas também foram coletadas, sendo designadas sementes recém-dispersas. As características externas e as dimensões (comprimento, largura e espessura) de frutos e sementes foram registradas. A avaliação da qualidade fisiológica das sementes foi baseada no teor de água, no conteúdo de matéria seca e na germinação. Os resultados sugerem que a maturidade fisiológica das sementes de C. echinata ocorreu por volta de 60-65 DAA, imediatamente antes da deiscência, quando as sementes tinham 30-40% de água.

The present work describes changes during the maturation process of seeds of Caesalpinia echinata Lam. Individual flowers were tagged in the day of their anthesis and the pods were collected directly from the branches from 32 to 65 days after flowering (DAF). Results obtained suggested that physiological maturity of C. echinata seeds occurred ca. 60-65 DAF, immediately before shedding, when seeds had 30-40% water content.

As gramíneas reúnem características que as destacam como grupo evoluído e diversificado de plantas. Possuem desempenho fotossintético eficiente em diversas condições, são eficientes na produção e dispersão de diásporos, possuem sistema radicular fasciculado, além de produzirem estolhos e rizomas. O conjunto destes atributos faz com que gramíneas sejam apropriadas para a recomposição de áreas degradadas, atuando como pioneiras na sucessão ecológica. Se de um modo isto possibilita vantagem na ocupação de áreas em seu habitat original, por outro podem ser atributos que incrementam o grau de invasibilidade de uma espécie em outro ambiente. A composição de carboidratos não-estruturais e a alta produção de biomassa são discutidas visando fornecer subsídios para utilização das vantagens adaptativas das gramíneas em programas de manejo de reservas naturais.

Grasses combine characteristics that distinguish them as an evolved and diversified group of plants. They present an efficient photosynthetic metabolism under several conditions, as well as a high production and spreading of diaspores. Besides their fasciculate roots, some species can present stolons and rhizomes. Together, such attributes make grasses appropriated for the recovery of degraded areas, acting as pioneers in the ecological succession. However, if these characteristics enable grasses to occupy areas in their original habitat, they also increase their ability of invading other environments. Non-structural carbohydrates composition and high biomass production are discussed aiming at providing subsidies for the use of those adaptive advantages in programs for conservation of natural reserves.

Rusby, denominados rizóforos, acumulam frutanos do tipo inulina como principal carboidrato de reserva, que podem atingir até 80% da massa seca em condições naturais do cerrado. Em vista do uso crescente da inulina na indústria de produtos dietéticos e alimentícios em geral e de sua aplicação médica, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a produção desse carboidrato em condições de campo sob o efeito da adubação mineral e tempo de cultivo. As plantas utilizadas no experimento foram obtidas por multiplicação vegetativa a partir de rizóforos coletados de plantas crescendo em condições naturais e, em seguida cultivadas em área de cerrado natural por dois anos. A adubação básica consistiu de N:P2O5:K2O (80:200:150 kg.ha-1) com uma adubação nitrogenada de cobertura (N=80 kg.ha-1). Os resultados mostraram que a adubação não estimulou o aumento da biomassa e nem a produção de inulina. O tempo de cultivo, entretanto, afetou positivamente a produtividade de V. herbacea, havendo um ganho expressivo em biomassa e em frutano total (inulina), no segundo ano de cultivo. A produção de inulina variou de 113 a 674 kg.ha-1, correspondendo a 43% da matéria seca do rizóforo. A composição básica dos frutanos não foi alterada, embora as plantas adubadas tenham apresentado maior proporção de sacarose e frutanos com grau de polimerização de 3 a 8 no segundo ano de cultivo. Os resultados obtidos até o momento indicam ser esta espécie uma fonte de inulina comparável a outras culturas comerciais, sendo recomendado, portanto, a realização de estudos agronômicos, visando ao aumento da produção desse polissacarídeo.

The underground organs of Vernonia herbacea (Vell.) Rusby, known as rhizophores, acumulate 80% of their dry mass as fructans of the inulin type. In view of the growing industrial use of fructans as dietetic and general food products, and of their medical application, the present investigation aimed at evaluating the effect of mineral fertilization and period of cultivation on the production of these carbohydrates in field trials. Plants used in the experiments were obtained by vegetative propagation from rhizophores collected from plants growing in natural areas of the cerrado, and cultivated for two years. Fertilization consisted of N:P2O5:K2O (80:200:150 kg.ha-1) plus 80 kg.ha-1 nitrogen as dressing. Soil fertilization did not stimulate biomass or inulin production, but in the second year of cultivation a dramatic gain in biomass and inulin was detected in both treated and control plants. Inulin production varied from 113 to 674 kg.ha-1 which corresponds to 43% of the rhizophore dry mass. The composition of fructans was not altered by fertilization, although treated plants had a higher proportion of sucrose and fructans with degree of polymerization 3-8 in the second year of cultivation. The results identify this species as a fructan source similar to other commercial crops and recommend further agronomic studies, aimed at increasing the production of this polysaccharide.