Germinação de embriões zigóticos e desenvolvimento in vitro de coquinho-azedo

Germination of zygotic embryos and in vitro development of Butia capitata (Mart.) Becc.

BIOTECNOLOGIA VEGETAL

Germinação de embriões zigóticos e desenvolvimento in vitro de coquinho-azedo

Germination of zygotic embryos and in vitro development of Butia capitata (Mart.) Becc.

Leonardo Monteiro Ribeiro^I; Silma da Conceição Neves^II; Priscila Oliveira Silva^III; Itaina Gonçalves Andrade^IV

^IEngenheiro-Agrônomo, Doutor. Departamento de Biologia Geral, Universidade Estadual de Montes Claros, Avenida Dr. Ruy Braga, s/no, Vila Mauricéia, 39401-089, Montes Claros, Minas Gerais, Brasil. [e-mail]

^IIBióloga, Departamento de Biologia Geral, Universidade Estadual de Montes Claros, Avenida Dr. Ruy Braga, s/no, Vila Mauricéia, 39401-089, Montes Claros, Minas Gerais, Brasil. [e-mail]

^IIIAcadêmica em Ciências Biológicas. Departamento de Biologia Geral, Universidade Estadual de Montes Claros, Avenida Dr. Ruy Braga, s/no, Vila Mauricéia, 39401-089, Montes Claros, Minas Gerais, Brasil. [e-mail]

^IVAcadêmica em Ciências Biológicas. Departamento de Biologia Geral, Universidade Estadual de Montes Claros, Avenida Dr. Ruy Braga, s/no, Vila Mauricéia, 39401-089, Montes Claros, Minas Gerais, Brasil. [e-mail]

RESUMO

Este trabalho foi desenvolvido com objetivo de avaliar os efeitos da luz, das concentrações de sais MS e de sacarose sobre a germinação, in vitro, de embriões, e o desenvolvimento de plântulas de coquinho-azedo (Butia capitata (Mart.) Becc.). Para o preparo do meio de cultivo, foram utilizados sais MS suplementados com vitaminas, mio-inositol, caseína hidrolizada, carvão ativado, sacarose e ágar. Para avaliação do efeito da luminosidade, embriões zigóticos foram cultivados na presença e na ausência de luz. Diferentes concentrações de minerais MS (0; 25; 50; 75 e 100% em relação à formulação original do meio MS) foram testadas em associação com duas concentrações de sacarose ( de0 a 2%). Em ambos os experimentos, avaliaram-se, após 30 dias da inoculação, percentuais de oxidação, germinação e emissão de raízes e bainhas foliares. Os resultados obtidos mostraram que condição de luminosidade não afetou a germinação, porém, a ausência de luz favoreceu a emissão de raízes. Ocorreu o alongamento na ausência de sacarose, indicando a existência de reservas energéticas no embrião. A adição de sacarose proporcionou menores níveis de oxidação, favoreceu o alongamento e mostrou-se imprescindível para o desenvolvimento inicial das plântulas. Concentrações de sais entre 50 e 75% da concentração original do meio MS proporcionaram menores níveis de oxidação. A concentração de 75 % da concentração original de sais do meio MS proporcionou maior enraizamento.

Palavras-chave: Butia capitata (Mart.) Becc, luz, sacarose, meio MS.

ABSTRACT

The objective of this work was to evaluate the effects of light, Murashige & Skoog (MS) salts concentration and sucrose on the in vitro embryo germination and plantlet development of Butia capitata (Mart.) Becc. The culture medium consisted of MS salts supplemented with vitamins, myo-inositol, hydrolyzed casein, activated charcoal, sucrose and agar. Zygotic embryos were cultured in the light and in the dark. Different concentrations of MS salts (0%, 25%, 50%, 75%, 100% in relation with the original MS medium formulation) were tested in combination with two concentrations of sucrose (0% and 2%). In both experiments, 30 days after inoculation, rates of oxidation, germination and root and leaf sheath growth were evaluated. Results showed that light conditions did not affect germination, however, the absence of light improved root growth. Elongation occurred in the absence of sucrose, indicating the occurrence of energy storage in the embryo. The addition of sucrose provided lower oxidation levels, improved elongation and was essential for plantlet initial development. Salt concentrations between 50% and 75% of the MS original concentration provided lower oxidation levels. The concentration of 75% of the MS original salt concentration provided the highest level of rooting.

Key words:Butia capitata (Mart.) Becc., light, sucrose, MS medium.

INTRODUÇÃO

O coquinho-azedo (Butia capitata (Mart.) Becc.) é uma palmeira endêmica das regiões norte de Minas Gerais, nordeste de Goiás e sudoeste da Bahia (Lorenzi et al., 2004). A planta, que possui potencial ornamental (Lorenzi et al., 2004), é explorada para a venda e consumo dos frutos in natura e, ou, de seus processados (sucos, polpa e sorvete), representando importante fonte de renda para populações rurais (Mercadante-Simões et al., 2006; Faria et al., 2008). A espécie encontra-se sob risco quanto à manutenção das suas populações naturais, em razão do desmatamento, do extrativismo predatório e do consumo de suas flores e frutos por bovinos e equinos, o que limita o estabelecimento de bancos de sementes (Mercadante-Simões et al., 2006). A propagação de B. capitata é efetuada exclusivamente por meio de sementes (Lorenzi et al, 2004) que, em razão da dormência relacionada com a impermeabilidade dos envoltórios e de possíveis fatores fisiológicos relacionados com o embrião, podem requerer dois anos para concluir o processo de germinação (Broschat, 1998).

O cultivo de embriões in vitro possibilita estudos sobre o processo germinativo e o desenvolvimento de plântulas (Hu & Ferreira, 1998; Tzec-Sima et al., 2006) e constitui alternativa para a propagação de espécies que apresentam dormência relacionada com as limitações impostas pelos envoltórios (Garcia et al., 2002; Tzec-Sima et al., 2006). Considerando-se a especificidade das demandas fisiológicas, são necessárias definições das condições ambientais e do meio de cultura adequado à germinação e ao desenvolvimento das plântulas de diferentes espécies (Hu & Ferreira, 1998).

Os efeitos da luz sobre o desenvolvimento embrionário e o cultivo de embriões são pouco estudados, sendo necessários experimentos preliminares, em que se teste a necessidade de luz para o sistema (Hu & Ferreira, 1998). A formulação de sais MS (Murashige & Skoog, 1962) tem sido utilizada com sucesso no cultivo de embriões de espécies de palmeiras (Ledo et al., 2001; Melo et al., 2001; Pereira et al., 2006), porém, em alguns casos, alterações na concentração dos sais proporcionaram efeitos favoráveis, como constatado para macaúba (Acrocomia aculeata) (Tabai, 1992) e guarirobeira (Syagrus oleraceae) (Melo, 2000).

A sacarose é comumente utilizada como fonte energética e para manutenção de um potencial hídrico adequado no meio de cultura (Ferreira et al., 2002; Garcia et al., 2002). Embriões imaturos requerem maiores concentrações de sacarose quando comparados com embriões maduros, que podem prescindir do fornecimento exógeno (Hu & Ferreira, 1998). Estudos sobre a demanda por sacarose podem contribuir para maior conhecimento sobre o status nutricional e de maturação dos embriões e fornecer subsídios para entendimento do processo germinativo.

Dentre os principais problemas relacionados com a propagação via cultura de embriões de palmeiras, está a ocorrência de altos índices de oxidação (Pan & Staden, 1998; Melo et al., 2001). A oxidação de compostos fenólicos presentes no embrião está relacionada com a liberação de toxinas no meio e, normalmente, tem efeito prejudicial ou mesmo limitante ao desenvolvimento do embrião ou plântula (Tabai, 1992; Hu & Ferreira, 1998; Melo et al., 2001). Existe influência da concentração de sais e da luminosidade sobre a oxidação (Grattapaglia & Machado, 1998) e estudos que visem a relacionar estes fatores à ocorrência de oxidação em embriões de B. capitata poderão contribuir para o desenvolvimento de um protocolo adequado à espécie.

Considerando a ausência de trabalhos, envolvendo a cultura de embriões de B. capitata, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da luz, da sacarose e de concentrações de minerais MS sobre a germinação in vitro dos embriões zigóticos e o desenvolvimento inicial de plântulas.

MATERIAL E MÉTODOS

Material vegetal

Para a germinação de embriões in vitro e o desenvolvimento inicial de plântulas de Butia capitata (Mart.) Becc.), utilizaram-se frutos maduros, oriundos de população natural do município de Montes Claros, Minas Gerais. Frutos com polpa firme, sem sinal de ataque de pragas ou micro-organismos, foram selecionados, despolpados manualmente e mantidos em ambiente sombreado, à temperatura ambiente, por uma semana, até a execução das etapas seguintes, no Laboratório de Micropropagação da Universidade Estadual de Montes Claros. O experimento foi conduzido entre os meses de setembro e novembro de 2007.

As sementes foram extraídas com torno manual de bancada, sendo os embriões retirados com auxílio de estiletes e dispostos em solução de 100 mg.L^-1 de ácido ascórbico, para evitar oxidação (Melo, 2000).

Efeito da luz na germinação e na plântula

Após desinfestação em solução de 0,25% de cloro, por 10 minutos, em condições assépticas, em câmara de fluxo laminar, os embriões foram inoculados em tubos de ensaio, com dimensões de 12 x 1 cm, contendo 2 mL do meio: sais MS (Murashige & Skoog, 1962); 0,4 mg/L de tiamina; 1 mg/L de piridoxina; 0,5 mg/L de ácido nicotínico; 100 mg/L de mio-inositol; 0,5 g/L de caseína hidrolizada; 3g/L de carvão ativado; 30 g/L de sacarose; 6 g/L de ágar; com pH ajustado para 5,7 (Tabai, 1992). Os embriões foram cultivados na presença ou ausência de luz. O experimento foi estabelecido em delineamento inteiramente casualizado, utilizando 10 repetições de 10 tubos de ensaio com um embrião cada. Nas unidades experimentais destinadas ao cultivo na ausência de luz, os tubos foram completamente cobertos com papel alumínio. Os embriões foram mantidos em germinador à temperatura oscilante, entre 25°C, na noite, e 30°C, durante o dia, por 30 dias. Utilizou-se luz com irradiância de 45 mmol.m^-2.s^-1 e fotoperíodo de 16 horas de luz.

Efeito da sacarose e concentração do meio MS

Os tratamentos consistiram em alterações na composição do meio de cultivo, quanto às concentrações de sacarose entre 0 e 2% e minerais MS entre 0; 25; 50; 75 e 100% em relação à formulação original do meio MS. Considerando-se a impossibilidade da montagem do experimento num mesmo dia e a possível interferência de fatores ambientais, adotou-se delineamento em blocos casualizados, em esquema fatorial 2 (concentrações de sacarose) X 5 (concentrações de sais MS), com 10 repetições de 10 tubos de ensaio, com um embrião por tubo. Após a inoculação, as parcelas foram envolvidas em papel alumínio, visando à manutenção do cultivo na ausência de luz.

Parâmetros avaliados

Em ambos os experimentos, aos 30 dias de cultivo, foram realizadas avaliações da ocorrência de oxidação e de parâmetros relacionados com o desenvolvimento das plântulas (alongamento do pecíolo cotiledonar, emissão da primeira bainha foliar, emissão da segunda bainha foliar, emissão da raiz primária e manifestação da coloração verde). A oxidação foi avaliada pela constatação do escurecimento de estruturas do embrião, associada à ausência de seu desenvolvimento. Os dados foram tomados por contagem dos embriões manifestando o evento e transformados em percentuais, sendo estes transformados em arco seno da raiz quadrada de x/100 para comparações.

Análise estatística

A análise estatística foi realizada por meio de análise de variância pelo teste F e, quando pertinente, análise de regressão. Utilizou-se o programa estatístico SAS - The SAS System for Windows Version 8 (Sas Institute, 1990).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Efeito da luz na germinação e na plântula

O embrião de B. capitata encontra-se inserido lateralmente no endosperma (Fig. 1a), sendo composto por uma região cilíndrica, referente ao pecíolo cotiledonar, e por uma região distal afilada, correspondente ao haustório (Fig. 1b), que se encontra inserido mais internamente na semente.

Na avaliação após 30 dias de cultivo, evidenciou-se que não houve influência da luz sobre a média de embriões e plântulas, apresentando oxidação (Tab. 1). A oxidação de compostos fenólicos é limitante em cultura de embriões de palmeiras (Pan & Staden, 1998; Melo et al., 2001), sendo a utilização de antioxidantes, carvão ativado, e cultivo inicial na ausência de luz, práticas recomendadas, visando à minimização do problema (Grattapaglia; Machado, 1998). Tabai (1992), em trabalho com macaúba (Acrocomia aculeata) e Pereira et al. (2006), com murmuru (Astrocaryum ulei), adotaram a condição de cultivo inicial no escuro. Melo et al. (2001), no entanto, observaram que o cultivo no escuro foi desfavorável ao controle da oxidação de embriões de guarirobeira.

O alongamento é a segunda alteração morfológica, após o intumescimento, perceptível no processo germinativo em palmeiras (Aguiar & Mendonça, 2002). Como não foi observado efeito significativo da luz sobre o alongamento dos embriões, pode-se afirmar que as sementes de B. capitata não têm comportamento fotoblástico (Taiz & Zeiger, 2004). Não foram constatadas, também, diferenças significativas entre as médias para emissão da primeira e da segunda bainha, o que indica que o fornecimento de sacarose eliminou a necessidade de fotossíntese no tratamento em que as plantas foram cultivadas no escuro.

Verificou-se que 26% dos tubos de ensaios expostos à luz apresentavam plântulas verdes (68,4 % das plântulas com primeira bainha) (Fig. 2a). Triques et al. (1997) afirmam que plântulas de coqueiro, cultivadas in vitro, apresentaram desenvolvimento precoce do metabolismo fotossintético, com incremento do conteúdo da enzima rubisco, detectável após uma semana de exposição à luz. Os embriões e plântulas em condição de ausência de luz apresentavam-se esbranquiçados (Fig. 2b), uma vez que a diferenciação dos proplastídios em cloroplastos e a síntese de clorofila são dependentes de luz (Taiz & Zeiger, 2004).

O cultivo no escuro proporcionou percentual significativamente maior de plântulas enraizadas. Asif et al., (2001) concluíram que a luz não afetou a germinação de embriões de Musa acuminata ssp, porém, o cultivo no escuro atrasou a emissão da parte aérea e favoreceu o enraizamento. A emissão de raízes deve ser considerada como variável chave para a avaliação da cultura de embriões de palmeiras (Melo, 2000), uma vez que, em várias espécies, ocorre a imaturidade do embrião, relacionada com a indiferenciação da radícula, como em Washingtonia filifera (Demason, 1988), Euterpe precatoria (Aguiar & Mendonça, 2002) e Phoenix roebelenii (Iossi et al., 2006). Melo et al. (2001) não obtiveram enraizamento em plântulas de guarirobeira até os 110 dias de cultivo. A partir dos resultados obtidos neste trabalho, considerando-se que nenhuma das variáveis avaliadas foi influenciada favoravelmente pela luz e que o enraizamento foi favorecido pela ausência de iluminação, é possível concluir sobre a adequação do cultivo inicial em ambiente escuro para embriões de B. capitata.

Efeito da sacarose e concentração do meio MS

No experimento em que se avaliou o efeito da sacarose e da concentração de sais, a ausência de sacarose proporcionou maior nível de oxidação dos embriões (Tab. 2).

Houve efeito da concentração de sais (P< 0,0001) e ausência de interação entre o efeito da sacarose e da concentração de sais (P= 0,7171). As concentrações entre 50 e 75 % de sais MS proporcionaram menores níveis de oxidação, na presença ou ausência de sacarose (Fig. 3). Grattapaglia & Machado (1998) recomendam a utilização de meios com a concentração de sais mais diluída, com objetivo de minimizar o problema. Paiva et al. (2004), trabalhando com cultivo in vitro de embriões da monocotiledônea estrelícia (Strelitzia reginae), concluíram que concentrações de sais inferiores a 50 e superiores a 100% da concentração original do meio MS aumentaram os níveis de oxidação.

A adição de sacarose proporcionou maior média de embriões com alongamento (Tab. 2). Considerando-se que o cultivo foi realizado no escuro, é possível concluir sobre a existência de reservas energéticas no embrião, em quantidade suficiente para proporcionar o nível de alongamento, observado na ausência de sacarose. Hu & Ferreira (1998) consideram que embriões maduros ou próximos da maturação podem germinar em meios, contendo apenas sais e ágar e que a adição de sacarose é necessária, se o embrião é imaturo.

Faria et al. (2008) analisaram quimicamente a semente de B. capitata e constataram teor de lipídios de 53,6 %. Apesar de não ter sido feita análise específica para o embrião, é provável que este também estoque lipídios. Panza et al. (2004) afirmam que o cotilédone do embrião das palmeiras desempenha, ao lado da função de absorção das reservas do endosperma, papel de acumular reservas. Os autores constataram existência de corpos proteicos, depósitos proteicos no vacúolo e pequenos grãos de amido em células do embrião da palmeira Euterpe edulis. Demanson (1988), por meio de análise ultraestrutural, concluiu que 68% do tecido embrionário da palmeira Washingtonia filifera é composto por estruturas de reservas, como corpos lipídicos e proteicos, embora amido não seja encontrado.

Não foi constatado efeito da concentração de sais (P= 0,3505) sobre o alongamento dos embriões, emissão da primeira bainha (P= 0,0628) e da segunda bainha (P= 0,117), o que indica que as reservas de minerais são suficientes para o desenvolvimento inicial. Na cultura de embriões de estrelícia, Paiva et al. (2004) também observaram germinação na ausência de sais MS no meio. Panza et al. (2004) detectaram reservas de F, Mg, P, S, Cl, K e Ca, na forma de cristais e no conteúdo vacuolar de células do embrião da palmeira Euterpe edulis. Faria et al. (2008) detectaram elevados teores de fósforo, potássio, magnésio e enxofre na semente de B. capitata.

Bewley & Black (1994) classificam a dormência em dois tipos: na dormência imposta pelos envoltórios, ocorre a germinação de embriões isolados, o que não ocorre na dormência embrionária. A partir deste conceito, conclui-se que as causas da dormência relatada para Butia capitata estão relacionadas com fatores externos ao embrião.

Não houve emissão de bainhas foliares e enraizamento na ausência de sacarose (Tab. 2). Este fato indica a insuficiência de reservas de carboidratos necessários ao desenvolvimento inicial da plântula. Trabalhando com embriões zigóticos de oliveira (Olea europaea), Garcia et al. (2002) concluíram que o fornecimento exógeno de carboidratos foi dispensável para a germinação, porém, a ausência de sacarose no meio ocasionou baixo nível de desenvolvimento e inviabilizou a obtenção de plântulas para a aclimatação. Pereira et al. (2006) concluíram que o meio para a cultura de embriões da palmeira murmuru (Astrocaryum ulei) necessita de concentrações não superiores a 15 g.L^-1 de sacarose, para obtenção das maiores taxas de germinação e de concentrações maiores para sustentar o crescimento das plântulas. Lédo et al. (2007) observaram, na cultura de embriões de Cocos nucifera, que concentrações de 60 g L^-1 de sacarose foram necessárias para maior desenvolvimento da parte aérea e maior produção de plântulas normais.

Constatou-se efeito da concentração de sais sobre o enraizamento (P< 0,0001) nos tratamentos com sacarose, (Fig. 4).

A emissão de raízes na ausência de sais foi baixa e aumentou até a concentração de 75% da concentração original do meio MS. Observou-se tendência de diminuição na emissão de raízes, na concentração de 100 % de sais MS, o que indica que a maior disponibilidade de nutrientes inibiu o desenvolvimento radicular. Ferreira et al. (2002) afirmam que altas concentrações de sais, normalmente, inibem o desenvolvimento radicular in vitro. Melo (2000) observou que a matéria seca de plântulas de guarirobeira aumentou com o aumento da concentração dos sais MS, até 75% da concentração original, e tendeu a cair em concentrações superiores. Tabai (1992) observou que a utilização de nitrogênio nas concentrações do meio MS causou diminuição da matéria seca das plântulas de macaúba, sendo que os melhores resultados foram obtidos com a utilização de 25 a 50% da concentração original do elemento.

CONCLUSÕES

O alongamento dos embriões e a emissão de bainhas foliares não são influenciados pela luz, enquanto o enraizamento é favorecido pelo cultivo no escuro.

As reservas energéticas e minerais do embrião possibilitam o alongamento do pecíolo cotiledonar.

A presença de sacarose no meio de cultivo favorece o alongamento e é imprescindível para a emissão de bainhas foliares e raiz.

A adição de sacarose e concentrações de sais entre 50 e 75% da concentração original do meio MS proporcionam menor nível de oxidação.

Concentrações de sais de 75% da concentração original do meio MS proporcionaram maior nível de enraizamento.

AGRADECIMENTOS

À FAPEMIG, pela concessão de bolsa PCRH ao primeiro autor. Ao Prof. Sérgio Avelino Mota Nobre, pelo uso de instalações e equipamentos do laboratório de Controle Biológico de Micro-organismos da Unimontes.

Recebido para publicação em junho de 2010 e aprovado em janeiro de 2011.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  09 Jun 2011
• Data do Fascículo
  Abr 2011

Histórico

• Recebido
  Jun 2010
• Aceito
  Jan 2011