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Cultivo in vitro de cana-de-açúcar exposta a diferentes fontes de luz

In vitro culture of sugarcane exposed to different light sources

Resumos

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes comprimentos de onda no desenvolvimento in vitro de mudas de cana-de-açúcar. Explantes foram submetidos a quatro tratamentos de diodos emissores de luz (LED): 100% azul; 70% azul + 30% vermelha; 30% azul + 70% vermelha; 100% vermelha, além do controle com lâmpada fluorescente branca. As plântulas foram avaliadas quanto a: número de brotações; altura; massa de matéria fresca e seca; e conteúdo de carotenoides e das clorofilas a e b. Observou-se desmanche dos tilacoides nos cloroplastos, proporcional ao aumento na incidência de luz vermelha. O porte das mudas diminui com o aumento na incidência de luz vermelha.

Saccharum officinarum; biorreator de imersão temporária; cloroplastos; micropropagação; LED


The objective of this work was to evaluate the effect of different wave length on the in vitro development of sugarcane seedlings. Explants were subjected to four light emitting diodes (LED): 100% blue; 70% blue + 30% red; 30% blue + 70% red; 100% red, besides the control with white fluorescent lamp. Seedlings were evaluated for: number of shoots; height; fresh and dry matter mass; and contents of carotenoids and chlorophyll a and b. It was observed thylakoid disarrangement in the chloroplast, proportional to the increasing incidence of red light. The size of the in vitro produced seedlings reduces with the increase of red light incidence.

Saccharum officinarum; temporary immersion bioreactor; chloroplasts; micropropagation; LED


NOTAS CIENTÍFICAS

Cultivo in vitro de cana-de-açúcar exposta a diferentes fontes de luz

In vitro culture of sugarcane exposed to different light sources

Felipe Aarão MalutaI; Stevan Ricardo BordignonI; Monica Lanzoni RossiII; Glaucia Maria Bovi AmbrosanoIII; Paulo Hercílio Viegas RodriguesI

IUniversidade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Laboratório de Cultura de Tecidos de Plantas Ornamentais, Departamento de Produção Vegetal, Avenida Pádua Dias, nº 11, São Dimas, CEP 13418-900 Piracicaba, SP. E-mail: femaluta@hotmail.com, stevanbordignon@gmail.com, phrviegas@usp.br

IIUniversidade de São Paulo, Centro de Energia Nuclear na Agricultura, Laboratório de Histopatologia e Biologia Estrutural de Plantas, Avenida Centenário, nº 303. E-mail: monicalr@cena.usp.br

IIIUniversidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba, Departamento de Bioestatística. E-mail: glaucia@fop.unicamp.br

RESUMO

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes comprimentos de onda no desenvolvimento in vitro de mudas de cana-de-açúcar. Explantes foram submetidos a quatro tratamentos de diodos emissores de luz (LED): 100% azul; 70% azul + 30% vermelha; 30% azul + 70% vermelha; 100% vermelha, além do controle com lâmpada fluorescente branca. As plântulas foram avaliadas quanto a: número de brotações; altura; massa de matéria fresca e seca; e conteúdo de carotenoides e das clorofilas a e b. Observou-se desmanche dos tilacoides nos cloroplastos, proporcional ao aumento na incidência de luz vermelha. O porte das mudas diminui com o aumento na incidência de luz vermelha.

Termos para indexação:Saccharum officinarum, biorreator de imersão temporária, cloroplastos, micropropagação, LED.

ABSTRACT

The objective of this work was to evaluate the effect of different wave length on the in vitro development of sugarcane seedlings. Explants were subjected to four light emitting diodes (LED): 100% blue; 70% blue + 30% red; 30% blue + 70% red; 100% red, besides the control with white fluorescent lamp. Seedlings were evaluated for: number of shoots; height; fresh and dry matter mass; and contents of carotenoids and chlorophyll a and b. It was observed thylakoid disarrangement in the chloroplast, proportional to the increasing incidence of red light. The size of the in vitro produced seedlings reduces with the increase of red light incidence.

Index terms:Saccharum officinarum, temporary immersion bioreactor, chloroplasts, micropropagation, LED.

A baixa disponibilidade de mudas sadias e certificadas é uma das dificuldades enfrentadas pelo setor sucroalcooleiro, que tem crescimento médio anual de aproximadamente 3 a 5% (Veiga, 2006). O uso de biorreatores de imersão temporária (BIT), sobretudo na fase de alongamento e enraizamento de cana-de-açúcar, permite a obtenção de mudas de alta qualidade sanitária, em meio de cultura líquido, e apresenta inúmeras vantagens em comparação ao processo convencional (Teixeira, 2006). Apesar de vantajoso, o BIT comporta densidade limitada de plantas, pois a introdução de um grande número de explantes aumenta a competição por luz no centro do biorreator e favorece a formação de plantas aclorofiladas (Barros et al., 2011). Essa competição poderia ser atenuada com o suprimento adicional de luz no interior do BIT. Os diodos emissores de luz (LED) são adequados para essa função, em razão de sua versatilidade e facilidade de combinações de fontes de luz.

A utilização dos LED na propagação in vitro foi avaliada nos cultivos de orquídea Cymbidium (Huan & Tanaka, 2004), morango (Fragaria vesca L.) (Rocha et al., 2010) e crisântemo (Chrysanthemum) (Kim et al., 2004), com resultados expressivos na qualidade da muda produzida e maior eficiência no processo produtivo. Na avaliação de diferentes combinações de LED vermelho e azul, no cultivo in vitro de morango, Nhut et al. (2003) relataram o alto custo do LED azul, que inviabilizaria o uso dessa fonte no cultivo comercial de mudas in vitro. Alterações do número de estômatos nas folhas de crisântemo foram observadas com diferentes combinações de LED, o que levou à conclusão de que o ajuste e a escolha da fonte desse tipo de luz são importantes para o sistema de iluminação artificial, no cultivo in vitro (Kim et al., 2004).

Pouco se sabe sobre o comportamento da cana-de-açúcar exposta a diferentes fontes luminosas. Portanto, é importante que se avaliem os efeitos de possíveis combinações de LED no porte das mudas, no número de brotações e em possíveis alterações morfológicas. A redução do porte das mudas no sistema BIT aumenta a produtividade do sistema e pode ser alcançado com a adequação da fonte luminosa.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes comprimentos de onda no desenvolvimento in vitro de mudas de cana-de-açúcar.

O ensaio foi realizado no Laboratório de Cultura de Tecidos de Plantas Ornamentais (LCTPO) da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, da Universidade de São Paulo, com mudas in vitro de cana-de-açúcar, da cultivar CTC-07, fornecidas pelo Centro de Tecnologia Canavieira (CTC).

As mudas foram avaliadas em sistema de iluminação de LED nas cores vermelha LPEL-06R3-B (620-630 nm) e azul LPEL-06B3-B (455-475 nm). Foram avaliadas quatro combinações de LED, nas cores: T1, 100% vermelha; T2, 100% azul; T3, 70% azul + 30% vermelha; e T4, 70% vermelha + 30% azul. No controle (TC), foi utilizou-se lâmpada fluorescente branca, com intensidade luminosa ajustada para 25 µmol m-2 s-1.

Foram utilizados 40 explantes por tratamento, em oito vidros de 200 mL (cinco explantes por vidro) com 40 mL de meio de cultivo líquido MS (Murashige & Skoog, 1962) acrescido de 1,0 mg L-1 de benzilaminopurina (BAP). Os explantes foram propagados por cinco subcultivos.

A avaliação dos explantes ocorreu semanalmente e o meio de cultivo foi trocado a cada duas semanas, até completar o quinto subcultivo, quando as brotações foram medidas, quantificadas e individualizadas. Os dados foram expressos pela média do número de brotações por vidro e do comprimento (cm) dos explantes. Ao final do quarto subcultivo, coletaramse amostras de todas as folhas das brotações obtidas, independentemente da posição, expostas a diferentes fontes de luz (100 mg de tecido foliar), a fim de quantificar os teores de carotenoides e de clorofilas a e b, em extrato acetônico (80%). A quantificação dos pigmentos foi realizada por espectrofotometria (clorofila a = 663 nm, clorofila b = 645 nm, e carotenoides = 470 nm), conforme Lichtenthaler (1987).

Após a coleta dos dados, os explantes foram lavados em água corrente, secos em papel toalha e imediatamente pesados para cálculo da massa de matéria fresca, em cinco vidros de cada tratamento, selecionados ao acaso. Em seguida, foram armazenados em sacos de papel e secos em estufa a 65ºC, por 48 horas, e pesados para o cálculo da massa de matéria seca.

Amostras de tecidos foliares das plântulas in vitro foram avaliadas por meio de microscopia eletrônica de transmissão, de acordo com Gratão et al. (2009). O material foi examinado a 50 kV, com auxílio de um microscópio eletrônico de transmissão EM-900 (Carl Zeiss AG, Oberkochen, Alemanha), e as imagens foram digitalizadas.

Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância, e as médias dos tratamentos foram comparadas pelo teste de Duncan, a 5% de probabilidade, quanto a: número final de brotações por vidro; massa de matéria fresca; massa de matéria seca; e comprimento do explante - da ponta da maior folha ao final do colmo. Os resultados relativos às clorofilas a e b e carotenoides foram submetidos ao teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

O número médio de brotações foi maior no controle, que diferiu significativamente dos tratamentos T1 e T2 (Tabela 1). Huan & Tanaka (2004) avaliaram uma combinação com 75% azul e 25% vermelho - semelhante ao tratamento T3 - e observaram maior número de brotações, em Cymbidium, do que no tratamento à luz fluorescente branca. Rocha et al. (2010) verificaram, em morangueiro, maior número de brotações sob LED azuis, vermelhos e verdes do que sob lâmpadas fluorescentes brancas e Growlux, independentemente da concentração de BAP avaliada.

Os tilacoides encontram-se agregados em bandas de 3 a 3 e até de 5 a 5, separados por um espaço interbanda, e distribuídos paralelamente ao eixo maior do cloroplasto (Figura 1). Os tratamentos com LED vermelho resultaram no desmanche dos tilacoides dessas bandas, o que os deixou soltos e de forma enovelada dentro do cloroplasto. A alteração máxima foi observada no tratamento com 100% vermelho (Figura 1 D). A luz vermelha é importante para o desenvolvimento da estrutura fotossintética, pois esta emite um espectro próximo da absorbância máxima das clorofilas e fitocromos (Saebø et al., 1995).


 




Dekker & Boekema (2005) e Kiss et al. (2009) relataram que esse desmanche se dá em razão de um mecanismo de compensação pela qualidade de luz incidente, e ocorre quando a intensidade de luz excede a capacidade fotossintética da planta. No entanto, ainda não se sabe ao certo o impacto destes desmanches sobre um sistema de produção agrícola. Os tratamentos com LED vermelho apresentaram menores quantidades de clorofilas a e b (Tabela 1). Provavelmente o desmanche dos tilacoides nos cloroplastos foi o responsável por esse resultado.

Os tratamentos com LED azuis apresentaram menor emissão de brotações, mesmo sem alterações nos cloroplastos (Tabela 1). Esse resultado difere do observado em Cymbidium e morango (Huan & Tanaka, 2004; Rocha et al., 2010).

O comprimento das brotações e a massa de matéria fresca também foram influenciados pelas diferentes fontes de luz (Tabela 1). Amaior média de comprimento foi observada com luz fluorescente branca (controle), o que é indesejável no cultivo de cana-de-açúcar em BIT. Barros et al. (2011) também constataram que a luz fluorescente aumenta o comprimento das brotações. Os menores comprimentos foram encontrados com maior incidência de luz vermelha. Esses resultados indicam que a competição dos explantes pela luz foi maior com a lâmpada fluorescente branca, que produziu as maiores plantas, com exemplares que chegaram a 12,5 cm. Nos tratamentos com luz vermelha, houve exemplares com no máximo 7,5 cm de comprimento. Assim, a propagação in vitro em BIT pode se beneficiar com maior percentagem de luz incidente vermelha (620-630 nm), uma vez que a menor competição entre explantes menores aumentaria a produtividade do BIT, que comportaria um maior número de exemplares.

O controle e o tratamento com 100% vermelho apresentaram maior massa de matéria fresca do que os tratamentos com LED azuis. As alterações causadas pela luz vermelha nos tilacoides e nos teores de clorofilas a e b não foram suficientes para prejudicar a produção de matéria fresca e provavelmente não alteraram o vigor das mudas.

O uso de LED vermelho reduz o porte das mudas, o que implica maior produtividade no sistema in vitro.

Agradecimentos

Ao Conselho Nacional de Pesquisa (CNPq), por concessão de bolsa; à Fundação de Apoio a Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), pelo apoio financeiro; ao Núcleo de Apoio à Pesquisa em Microscopia Eletrônica Aplicada à Agricultura (Nap/Mepa, Esalq/USP), na pessoa do Dr. Elliot Watanabe Kitajima, pela permissão de uso do microscópio eletrônico de transmissão.

Recebido em 31 de outubro de 2012 e aprovado em 30 de agosto de 2013

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Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    16 Dez 2013
  • Data do Fascículo
    Set 2013

Histórico

  • Recebido
    31 Out 2012
  • Aceito
    30 Ago 2013
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