unidade 03 composição química e maturação das sementes

Composição Química e

Maturação das Sementes

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

• 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

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

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.

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

Composição química da semente

• Constituintes normais (presentes em outras partes da planta)

• Substâncias de reserva

– Carboidratos

– Lipídios

– Proteínas

• Compostos secundários

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

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

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.

Carboidratos

Monossacarídeos Oligossacarídeos Polissacarídeos

Amido

Hemicelulose

Celulose

Sacarose

Lactose

Maltose

Refinose

Estaquiose

Glicose

Frutose

Galactose

AMIDO

• Substância metabolicamente inativa

Armazenamento Endosperma Embrião

Depositados Amiloplastos

Amido

20-25%

amilose e 50-

75%

amilopectina

Nutrientes armazenados

• Carboidratos

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

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

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.

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

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

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

PROTEÍNAS

Polímeros de aminoácidos

Sensíveis a altas temperaturas

Função: Estrutural, enzimática,

nutritiva, transporte, reguladores de

processos fisiológicos e defesa.

Proteínas

metabolicamente

inativas

Proteínas

metabolicamente

ativas

Enzimas

Nucleoproteínas

Albuminas

Globulinas

Glutelinas

Prolaminas

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)

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

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

FATORES QUE AFETAM A

COMPOSIÇÃO QUÍMICA

Genótipo

Posição da semente em relação à inflorescência

ou ao fruto

Condições climáticas

Melhoramento

genético

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,...).

Maturação das Sementes

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.

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.

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?

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)

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

Índices de Maturação

Coloração

Figura 1. Aspecto e coloração dos frutos de Myroxylon

balsamum em vários estádios de maturação.

Índices de Maturação

Coloração

Figura 2. Coloração dos frutos de pimentão dos 20 aos 70 dias após a antese.

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).

Índices de Maturação

Figura 4. Modificações nos teores de proteína e óleo durante o

desenvolvimento e maturação de sementes de girassol

(Helianthus annuus L.).

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.).

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.

Tabela 1. Tempo, após o início do florescimento, para sementes de algumas

espécies atingirem o tamanho máximo.

Figura 7. Modificações no tamanho de sementes

durante o desenvolvimento.

Algodão

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.

Tabela 2. Decréscimo no teor de água da semente desde a fertilização (± 80 oC) até o equilíbrio com a atmosfera.

Figura 9. Modificações no teor de água de

sementes de algodão e milho

durante o processo de maturação.

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.

Figura 10. Modificações no conteúdo de massa seca de sementes, durante o

processo de maturação.

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.

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.

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.

Tabela 3. Número de dias, após a ântese, exigido por algumas espécies para

que as sementes apresentem alguma germinação (Toledo &

Marcos Filho, 1977).

Figura 13. Modificações no poder germinativo de sementes de

grama-do-campo-crespa (Agropyron cristatum durante o

desenvolvimento e maturação.

Figura 14. Modificações no poder germinativo de sementes de

algodão (Gossypium hirsutum L.) durante o

desenvolvimento e maturação.

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.

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.

Análise das modificações

Figura 17. Modificações em algumas características fisiológicas de sementes

durante o processo de maturação.

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

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).

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.).

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.

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.

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.

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.

Tabela 4. Momento e teor de água na maturidade fisiológica

das sementes de algumas espécies cultivadas.

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.