20 Germinação

Figura 20.14 Efeitos da temperatura sobre a capacidade de germinação (área marrom) e a velocidade de germinação (área verde) de sementes de Dolichos biflorus. A relação entre velocidade e temperatura é descrita por retas, com as respectivas equações (Labouriau, 1983). Os histogramas no alto da figura mostram as frequências de distribuição das temperaturas cardeais (T , T e T ) em levantamento feito com sementes de mín opt máx espécies arbóreas (barras verdes) e culturas agrícolas (barras laranja). Fonte: Durr et al. (2015).

 

Potencial da água

A água é o principal fator para o início da germinação, considerando-se que o embrião não cresce a menos que haja entrada suficiente de água nos tecidos para promover pressão de turgescência à expansão celular (ver

Capítulo 1). Além disso, como mencionado anteriormente, a retomada do metabolismo na semente depende do aumento da hidratação dos tecidos. O aumento do volume da célula – condição necessária para que a germinação ocorra – é governado basicamente pela parede celular e pela capacidade de hidratação dos tecidos. Assim, para o crescimento do embrião, não basta o afrouxamento da parede, mas também que a célula consiga absorver água suficiente para que a turgescência gerada pela embebição supere a resistência da parede e aconteça o alongamento celular.

A dependência da germinação em relação ao potencial da água (Ψω) é similar ao efeito da redução da temperatura na faixa infraótima. A embebição depende da diferença entre o Ψ do meio e o Ψ da semente, ou ω ω seja, quanto mais negativo o Ψω da semente em relação ao Ψω do meio, maior será a embebição. Portanto, assim como a temperatura, a diminuição do Ψ no meio provoca redução na velocidade de germinação ou mesmo na ω

germinabilidade. A Figura 20.15 ilustra a relação entre velocidade de germinação (V) de sementes de Eucalyptus grandis (eucalipto) e o potencial de água. A velocidade é definida como o inverso do tempo (t) necessário para a germinação de determinado número de sementes, expresso em porcentagem. No exemplo, são mostrados os valores de V correspondentes às porcentagens de 5, 10, 20, 40, 60 e 80%. Observa-se que

V diminui conforme o Ψω se torna mais negativo (círculos, na Figura 20.15 A), sendo as taxas de redução – determinadas a partir da inclinação das linhas de tendência – praticamente idênticas para as diferentes frações percentuais, ou seja, as retas que descrevem a relação entre V e Ψ são ω quase paralelas. A projeção de cada uma das linhas de tendência no eixo X (Ψω do meio) permite estimar os potenciais hídricos limítrofes para a germinação, denominados Ψ base (Ψb). Nota-se que Ψb varia conforme a ω

fração percentual considerada para o cálculo da velocidade; as sementes que germinam mais rapidamente (no caso, aquelas pertencentes à fração 5%, ou seja, as primeiras 5% que germinaram) apresentam Ψb mais negativo que as de germinação mais tardia (p. ex., as sementes de fração 60%, cuja germinação ocorre somente após quase 60% das sementes da amostra experimental terem germinado). Portanto, Ψb é indicador da sensibilidade da semente ao potencial hídrico do meio, e as sementes de uma população apresentam diferentes graus de sensibilidade ao Ψω. Esse

aspecto é ilustrado na Figura 20.15 B, mostrando que, quanto maior a diferença entre Ψω do meio (o nível de água no tambor) e Ψb, maior a “pressão” ou velocidade de germinação, podendo-se observar ainda que, se o Ψ ω do meio for menor que Ψb, a semente simplesmente não germinará, pois os tecidos do embrião não desenvolverão pressão de turgescência intracelular suficiente para vencer a resistência da parede, ou seja, não haverá crescimento. Por sua vez, quanto mais o Ψ do meio exceder o Ψb, ω mais rápida tenderá a ser a germinação.

 

Figura 20.15 A. Dependência da velocidade de germinação (V) de sementes de Eucalyptus grandis em relação ao potencial de água. V calculada como o inverso do tempo necessário para a germinação de 5%, 10%, 20%, 40%, 60% e 80% das sementes. A título de ilustração, são apresentados os potenciais hídricos mínimos teóricos (Ψb) de germinação para as porcentagens 5, 20 e 60. B. Analogia hidráulica simulando o efeito dos potenciais de –0,2 (seta larga verde) e –0,7 MPa (seta larga vermelha) sobre a germinação. Quanto maior a diferença entre os níveis de água no tanque (Ψ do meio) e ω os canos de saída (os Ψb 5%, 20% e 60%), maior a intensidade ou pressão do fluxo de água (o que corresponderia à velocidade de germinação). Quando o nível de água é menor que Ψb, não há germinação. Adaptada de Bradford (2002).

 

Mais que indicar a sensibilidade da semente ao estresse hídrico, o parâmetro Ψb reflete a heterogeneidade fisiológica na população, bem como a capacidade de resposta de cada semente a fatores do ambiente físico. Assim, por exemplo, Ψb pode variar conforme a temperatura (tanto na maturação quanto na pós-dispersão e/ou germinação) e o grau de dormência. Nesse último caso, a redução da dormência está associada à diminuição de Ψb, ou seja, quanto menor o grau de dormência, menores (mais negativos) os valores de Ψb. Além disso, demonstrou-se também que Ψb se correlaciona com a variação das temperaturas limítrofes superiores (T máx) de germinação, sugerindo que a resposta da semente aos estresses hídrico e térmico envolve vias comuns de sinalização. Portanto, são múltiplos os determinantes fisiológicos do Ψb na semente, podendo-se destacar aqueles que influenciam a resistência dos envoltórios ao crescimento do embrião e o potencial de crescimento deste, como a atividade de hidrolases da parede celular.

O fato de o Ψ do meio estar abaixo do Ψb, ainda que impeça a ω

conclusão do processo germinativo (protrusão da radícula através da testa), não significa que, nessas condições, não haja algum progresso metabólico em direção à germinação. Osmocondicionamento (priming) consiste em embeber previamente as sementes em uma solução (como de polietilenoglicol ou manitol) cujo potencial osmótico impeça a germinação. Após esse tratamento, as sementes são desidratadas e embebidas novamente em um potencial de água que permita a germinação (Ψω > Ψb), a qual ocorrerá mais rápida e uniformemente em comparação a sementes colocadas diretamente para germinar, sem qualquer tratamento prévio. Além disso, sementes tratadas podem ser menos sensíveis à temperatura e hipoxia. Por sua vez, sementes osmocondicionadas apresentam menor longevidade no armazenamento, o que representa o principal desafio desse tratamento. Portanto, mesmo quando Ψ < Ψb, as sementes são capazes de ω iniciar o metabolismo germinativo e reter esse avanço durante a secagem e reidratação. O efeito do osmocondicionamento é associado a alterações na expressão gênica e a diversos outros processos celulares, entre eles a síntese de RNA e proteínas, o aumento da produção de etileno e o aumento da atividade das enzimas catalase e superóxido dismutase, reduzindo, assim, processos oxidativos.

 

Fatores químicos

Substâncias orgânicas (aleloquímicos) e inorgânicas (íons) podem influenciar a germinação de sementes no solo. Quando em excesso, os íons alteram ou inibem a germinação. Por exemplo, em soluções salinas, algumas sementes (como o rabanete) podem adquirir sensibilidade à luz, que passa a inibir a germinação. Normalmente, pelo fato de as sementes se apresentarem relativamente bem supridas de íons, sua dependência de minerais para a germinação não chega a ser muito grande, de acordo, é claro, com o conteúdo de reservas na semente madura. Uma exceção é o nitrato, que, além de largamente usado como promotor da germinação em inúmeras espécies, parece atuar, em conjunto com a luz e a temperatura, como sinal do ambiente. Além disso, com a temperatura, a sinalização pelo nitrato na planta-mãe durante a fase desenvolvimento pode influenciar o desempenho germinativo da semente madura. Assim, a adição de nutrientes minerais (particularmente o nitrogênio) à planta-mãe pode resultar em uma progênie com menor grau de dormência. O nitrato indica a presença de clareiras em uma floresta, já que, nesses microambientes, a disponibilidade do íon tende a ser maior em virtude da menor absorção por sistemas radiculares. O nitrato não só promove a germinação propriamente dita, como também pode interromper a dormência, como observado em sementes de Brachiaria brizantha – gramínea de origem africana extensivamente usada como forrageira no Brasil – e de Panicum maximum (capim-colonião). Em geral, a resposta da semente ao nitrato depende da luz e/ou da temperatura, sendo comum em sementes fotossensíveis de Plantago lanceolata e Sinapis arvensis (mostarda) a substituição da necessidade de luz pelo íon, enquanto em Sisymbrium officinale os efeitos da luz e do nitrato são sinérgicos. O aumento da sensibilidade das sementes ao fitocromo Fve pelo nitrato se dá por meio de um receptor proteico na membrana que aumenta a afinidade dessa proteína pelo fitocromo. A ligação receptor-fitocromo, por sua vez, desencadeará uma série de reações em cascata, levando ao crescimento do embrião. Em sementes de Arabidopsis, o nitrato promove a germinação e reduz a dormência, acelerando o decréscimo de ABA via indução do gene CYP707A2, relacionado com o catabolismo desse hormônio, e inibição de NCED (envolvido na biossíntese de ABA).

Substâncias orgânicas (como fenilpropanoides e derivados do ácido benzoico) liberadas por material vegetal vivo ou morto também podem influenciar a germinação no ambiente natural. A maior parte dessas substâncias (coletivamente denominadas alelopáticas) atua inibindo a germinação, embora outras possam promovê-la, como o estrigol, substância encontrada no exsudato de raízes de Sorghum bicolor e que induz a germinação de uma angiosperma parasita, Striga asiatica. São inúmeras as espécies que produzem substâncias potencialmente alelopáticas, como Sorghum halepense (capim-massambará), Cyperus rotundus (tiririca), Brachiaria decumbens e Ocotea odorifera (canela-sassafrás), entretanto ainda são poucas as evidências que demonstrem seu efeito sobre a germinação em condições naturais.

Em 2004, purificou-se, a partir da fumaça proveniente da combustão de material vegetal, o 3-metil-2 H-furo [2,3-c] pirano-2-um. Posteriormente, vários análogos dessa substância foram encontrados e coletivamente denominados carricinas (karrikins), os quais desempenham importante papel no controle da germinação, afetando diretamente a expressão de genes da biossíntese de hormônios vegetais, particularmente AG, ABA e auxinas.

Herbicidas e pesticidas aplicados ao solo podem estimular ou mesmo inibir a germinação. O 2,4-D (ácido 2,4-diclorofenoxiacético), por exemplo, aumenta a dormência de Chenopodium album, enquanto o glifosato estimula a germinação de Amaranthus retroflexus. O pH também pode influenciar a germinação de sementes, principalmente em ensaios de laboratório, nos quais se recomenda o uso de pH na faixa de 6,0 a 7,5 – o que pode ser obtido por uso de tampões.

Relativamente poucos estudos tratam do efeito de atmosferas enriquecidas com CO2 durante o desenvolvimento da semente na planta-mãe, sobre o comportamento da progênie. Os dados disponíveis mostram que o aumento das concentrações de CO afetam a germinação, embora esse 2 efeito seja altamente espécie-específico. De modo geral, a germinação e a massa da semente respondem positivamente a atmosferas enriquecidas com CO 2 durante o desenvolvimento, indicando que um eventual efeito do CO2 sobre a capacidade germinativa está associado ao aumento da massa da semente.

 

Fatores bióticos

No ambiente natural, as sementes sofrem a influência de outras plantas e animais, que interagem continuamente com os fatores físicos, modificando o microambiente em torno da semente. Como exemplos dessas ações, podem ser destacadas:

• Depleção de água e íons da rizosfera, pela ação do sistema radicial • Liberação de substâncias voláteis (como o octiltiocianato) por fungos

presentes no solo, que estimulam a germinação • Ação de larvas de insetos que penetram na semente, podendo causar

danos ao tegumento e/ou ao embrião, neste último caso inviabilizando a

semente

• Deslocamento de frutos e sementes – como a mamona e a copaíba

(Copaifera langsdorffii) – por formigas, que, ao transportarem o

material vegetal para seus ninhos, podem levar a semente a

microambientes mais propícios à sua germinação e/ou conservação • Remoção do arilo (excrescência que se forma sobre a superfície do

tegumento de algumas sementes) por formigas, por exemplo, promove a

germinação de sementes, como em Calathea sp. (Marantaceae) • Microrganismos do solo, como Azotobacter chroococcum, que inibem

ou reduzem a germinação.

Interações entre sementes e fatores bióticos podem ser bastante complexas, como no caso de orquídeas e micorrizas. Nesse caso, a semente não apresenta praticamente nenhuma substância de reserva, e sua germinação depende da associação da semente com o fungo micorrízico. Tendo penetrado na semente ou no protocormo, o fungo absorve matéria orgânica (como a celulose) do meio externo, transformando-a em açúcares simples, os quais são transportados para o interior das células do embrião por meio das hifas da micorriza. Ao digerir enzimaticamente as hifas, o embrião da orquídea obtém os produtos que serão utilizados na sua germinação e crescimento, ao passo que o fungo vai invadindo novas células de seu hospedeiro.

Pode-se também considerar uma influência biótica o efeito, sobre a germinação, do posicionamento da semente no órgão ou em diferentes partes da planta-mãe, particularmente em relação à maior ou menor distância da fonte de nutrientes, o que afetaria a disponibilidade de energia para o embrião. Em Bidens pilosa (picão-preto), por exemplo, a disposição do aquênio no capítulo produz dimorfismo morfológico (os aquênios centrais são maiores que os periféricos) e fisiológico no fruto, enquanto em Commelina virginica (trapoeraba) o comportamento germinativo de sementes de flores casmogâmicas aéreas difere daquele de sementes de flores cleistogâmicas subterrâneas. O heteromorfismo (literalmente, variação da forma) das sementes resulta do fato de que seu desenvolvimento é afetado por fatores genéticos, fisiológicos e ambientais, não se processando de maneira uniforme dentro de uma população, ainda que as plantas cresçam no mesmo ambiente.

Quanto ao tamanho, em muitos casos são descritas correlações positivas entre a massa da semente e a capacidade de germinação, vigor e/ou sobrevivência das plântulas, mas isso está longe de constituir regra geral. Há espécies, como Hyptis suaveolens, nas quais sementes grandes apresentam germinabilidade mais elevada que sementes pequenas; espécies cuja germinação de sementes pequenas tende a ser maior (p. ex., Rumex crispus); e espécies cuja capacidade de germinação é independente do tamanho da semente (como o milho). Em sementes grandes de algumas espécies, um alto investimento metabólico na produção de envoltórios faz com que o desenvolvimento posterior da plântula ocorra em taxas menores, produzindo correlação negativa entre massa da semente e taxa de crescimento relativo.

 

Viabilidade

A capacidade de a semente reter seu potencial germinativo é denominada viabilidade, enquanto longevidade refere-se ao tempo durante o qual a viabilidade é mantida. Em termos ecológicos, a viabilidade tem papel extremamente importante em espécies colonizadoras ou pioneiras, dispersas em ambientes sujeitos a amplas oscilações em termos de umidade e temperatura. Associada a outros mecanismos, como a dormência, a viabilidade pode garantir o potencial germinativo (e, portanto, a sobrevivência da progênie) ao longo do tempo.

Condições ambientais durante o desenvolvimento da planta-mãe podem influenciar a longevidade da semente, mostrando que essa característica exibe alta plasticidade. Em um experimento (LePrince et al., 2016), plantas parentais de Plantago cunninghamii cresceram em condições subótimas (frio-seco ou quente-úmido) e foram, então, transferidas para ambiente ótimo. Quando a transferência das plantas é feita após a floração, as previamente mantidas em ambiente quente-úmido produzem sementes com longevidade duas vezes menor em comparação àquelas mantidas em ambiente frio e seco. A longevidade também pode se correlacionar negativamente com o nível de dormência, como em Arabidopsis, ou com a presença de endosperma; nesse caso, sementes endospérmicas (p. ex., milho) são menos longevas que as não endospérmicas (p. ex., feijão). Outra questão refere-se à maquinaria molecular que transmite estímulos recebidos pela planta-mãe à progênie, regulando a expressão gênica e vias bioquímicas relacionadas com a longevidade de sementes secas. Um forte candidato a esse papel, em Arabidopsis, é o gene DOG1 (delay of germination 1), que converte o sinal térmico durante a maturação da semente na planta-mãe em quantidade de proteína DOG1 na semente recém-amadurecida. Mutantes dog1-1 exibem baixa longevidade e baixa expressão dos genes para as proteínas LEA e HSP.

Enquanto sementes de algumas espécies sofrem acentuada desidratação e adquirem tolerância ao dessecamento na fase de maturação, outras não apresentam tais características (ou as apresentam em grau bem menor), sendo dispersas com conteúdos de água relativamente elevados. As primeiras são conhecidas como ortodoxas, por se comportarem de modo relativamente previsível durante o armazenamento, apresentando maior longevidade quando armazenadas em ambientes com umidade e temperatura baixas. Seu período de viabilidade em condições controladas pode ser previsto, com maior ou menor precisão, de acordo com modelos matemáticos baseados em alguns poucos parâmetros característicos da espécie ou no lote de sementes. Incluem-se nesse grupo as sementes das principais culturas destinadas à produção de grãos, e sementes de espécies pioneiras em geral. Por sua vez, sementes que não passam pela fase de desidratação rápida durante o desenvolvimento são classificadas como recalcitrantes, por apresentarem comportamento imprevisível durante o armazenamento. São sensíveis à dessecação e conservam o metabolismo ativo após a dispersão e durante o armazenamento, diferentemente das sementes ortodoxas. Assim, enquanto sementes ortodoxas têm a longevidade prolongada com níveis de Ψω interno da ordem de –350 MPa, sementes recalcitrantes deixam de ser viáveis com Ψ na faixa de –1,5 a – φ 5,0 MPa. De modo geral, sementes recalcitrantes mantêm níveis elevados de hidratação e atividade metabólica durante toda a fase de maturação e, após a dispersão, parecem comutar precocemente seu metabolismo para o “modo” germinação. Essa mobilização precoce de metabólitos e a ativação da maquinaria metabólica devem provocar uma demanda crescente por água, levando eventualmente o embrião à condição de estresse hídrico.

O padrão recalcitrante é relativamente comum em espécies não pioneiras de florestas tropicais. Tem-se observado também que espécies recalcitrantes parecem investir mais no acúmulo de energia potencial (reservas) que nos envoltórios, de modo a produzir sementes de maior tamanho e tegumentos permeáveis à água. Entre os métodos pesquisados visando à conservação ex situ de sementes recalcitrantes, estão a cultura de embriões in vitro e a criopreservação (p. ex., armazenamento em nitrogênio líquido). Nem todas as espécies são tipicamente recalcitrantes ou ortodoxas, verificando-se a existência de comportamentos intermediários, com variados graus de sensibilidade ao dessecamento, resposta à armazenagem “úmida” e tolerância ao resfriamento. Existem, por exemplo, sementes que toleram desidratação (–90 a –250 nMPa), mas se tornam sensíveis ao frio nessas condições.

Entre os fatores que contribuem para a redução da longevidade de uma semente, incluem-se: aumento na peroxidação de lipídios (oxidação de ácidos graxos pela enzima peroxidase, às custas de peróxido de hidrogênio) e acúmulo de radicais livres, como O– e OH–; deterioração da membrana e redução na atividade de enzimas responsáveis pela detoxificação. Em sementes como girassol e arroz, por exemplo, observa-se redução na atividade da enzima transferase da glutationa, que cataliza a conjugação da glutationa com inúmeros substratos citotóxicos, como os produtos de processos oxidativos causados por radicais hidroxílicos. Um exemplo desses produtos são os peróxidos de lipídios de membranas.

 

Dormência

Uma semente não dormente é aquela capaz de germinar na maior amplitude possível de fatores do ambiente físico, considerando-se os limites impostos pelo seu genótipo. Algumas sementes, porém, não germinam mesmo quando colocadas em meio com disponibilidade de água, temperatura adequada e condições atmosféricas normais, sendo chamadas de sementes dormentes. Uma definição proposta por Baskin e Baskin (2004) considera dormente a semente incapaz de germinar em determinado intervalo de tempo, quando exposta a condições ambientais que normalmente permitiriam a germinação se essa semente não estivesse dormente. Uma definição bastante abrangente de dormência foi proposta por Labouriau (1983), segundo a qual se trata de uma alteração restritiva das condições exigidas para a germinação, induzida na semente após exposição a determinadas condições ambientais durante a maturação ou após a dispersão, alteração esta que só pode ser removida por tratamentos específicos, chamados de pós-maturação ou quebra de dormência, também de caráter indutivo. Em suma, dormência poderia ser definida como uma característica da semente que determina as condições requeridas para a germinação.

Portanto, a diferença básica entre semente dormente e não dormente é que na primeira existe algum tipo de bloqueio interno à germinação que limita a capacidade da semente em responder com plena potencialidade às condições ambientais, enquanto na segunda a germinação é limitada pela ausência ou insuficiência de um ou mais fatores externos necessários para que esse processo ocorra.

Um modelo das relações entre indução e quebra de dormência fisiológica (ver adiante), baseado em estudos realizados com Arabidopsis, é

apresentado na Figura 20.16. A indução da dormência ocorre durante a maturação da semente, quando é influenciada pelos fatores ambientais experimentados pela planta-mãe (principalmente luz, temperatura e nitrato). A dormência é basicamente um mecanismo repressivo, impedindo não apenas a germinação precoce (antes da dispersão), mas também evitando que sementes dispersas germinem rápido demais no ambiente natural. Essa maior distribuição dos tempos de germinação tem sentido ecológico, não apenas evitando eventual competição dentro da progênie, mas também reduzindo a mortalidade das plântulas causada por flutuações ambientais (estiagens ou mudanças de temperatura), considerando-se que a plântula é muito mais sensível a estresses que a semente. Como mencionado anteriormente, a indução da dormência tem a participação do ácido abscísico (ABA) e de genes específicos, como DOG1 e ABI3, este último pertencente à via de sinalização do ABA. A expressão desses genes é controlada por mecanismos epigenéticos, que envolvem remodelagem da cromatina por meio de mecanismos como a metilação de histonas (proteínas associadas ao DNA) e do próprio DNA. Os efeitos inibitórios da metilação resultam da ligação de grupos metila (CH3) ao material genético.

A Figura 20.16 ilustra o caso de uma semente colhida ou dispersa com nível relativamente alto de dormência, que diminui gradualmente durante o armazenamento a seco, em um processo conhecido como pós-maturação. Essa diminuição da dormência é acompanhada do aumento do intervalo térmico dentro do qual a germinação é permitida (ou seja, aumento do intervalo entre T e T ), bem como de maior capacidade de resposta da mín máx

semente ao potencial hídrico do meio (Ψb se torna mais negativo).

Água e temperatura são fatores críticos que determinam a natureza das reações que ocorrem durante a pós-maturação. Em sementes de Arabidopsis, por exemplo, as reações catalíticas só ocorrem a partir de 0,06 g H 2O por grama de matéria seca. Abaixo desse limiar (p. ex., armazenamento em laboratório), as reações são de natureza não enzimática (como processos oxidativos). Espécies reativas de oxigênio são produzidas durante o armazenamento a seco de sementes ortodoxas, causando reações oxidativas envolvendo moléculas de lipídios, proteínas e RNAm. Embora “passivas”, tais reações oxidativas parecem direcionadas a grupos específicos de macromoléculas relacionadas com o controle da dormência; essa oxidação seletiva de proteínas e RNA que ocorre durante o armazenamento surtirá efeito a partir do início da embebição, ativando ou mantendo reprimido o programa metabólico de germinação. Nas primeiras horas de embebição, observa-se, por exemplo, que a identidade das moléculas de RNAm que formam polissomos apresenta diferenças entre sementes dormentes e não dormentes. Além disso, proteínas sintetizadas nesse período estão relacionadas com a fase de maturação, sendo o programa germinativo propriamente dito ativado posteriormente, entre 8 e 24 h de embebição, sugerindo que, mesmo com o início da entrada de água na semente, ainda há tempo de a semente “se arrepender” e manter-se no modo dormência. Decorridas as primeiras horas de embebição, a “opção” da semente por um ou outro programa de desenvolvimento (germinação ou dormência) desencadeará a tradução seletiva de RNAm, dando continuidade ao processo.

Figura 20.16 Modelo mostrando a variação do grau de dormência durante a maturação e a pós-maturação de sementes de Arabidopsis, em função da variação da sensibilidade à giberelina (GA) e ao ácido abscísico (ABA), da expressão da proteína DOG1. A intensidade de coloração e/ou altura das barras relaciona-se com a quantidade/intensidade do fator ou evento. Fatores ambientais, atuando por intermédio de alterações na expressão gênica e na síntese e/ou sensibilidade a hormônios, modificam parâmetros fisiológicos da semente, representados por Ψb (potencial hídrico mínimo de germinação), T (temperatura mínima mín

de germinação) e T (temperatura máxima de germinação), alterando a capacidade de a máx

semente responder à temperatura indicada pela amplitude (triângulo roxo) ou ao intervalo térmico (barras verdes) de germinação. Adaptada de Née et al. (2017).

Condições ambientais específicas – como temperatura, luz e nitrato – podem induzir tanto o estabelecimento quanto a quebra (interrupção) da dormência, interferindo na expressão gênica e nas reações mediadas por hormônios vegetais. Enquanto o ABA é necessário para a indução da dormência durante a fase de maturação da semente, a giberelina é imprescindível para a inicialização do programa metabólico de germinação, sendo o balanço entre esses dois hormônios determinante da capacidade germinativa da semente. Assim, a pós-maturação é relacionada com a diminuição da sensibilidade ao ABA e com o aumento da sensibilidade ao AG, o que significa alterações nas vias de sinalização desses hormônios. No caso, um maior valor da relação AG:ABA favoreceria a cadeia de transdução de sinais disparada pela giberelina, causando ampliação da janela térmica e/ou redução do Ψb. Por sua vez, no caso da indução da dormência, um aumento da síntese e na sensibilidade do tecido ao ABA, associado a uma maior degradação do AG, potencializaria as reações de transdução de sinais pelo ABA que elevariam os valores de Ψb e reduziriam a amplitude térmica de germinação, permitindo, desse modo, que a germinação ocorra apenas em condições ambientais muito restritas ou simplesmente impossibilitando a germinação em qualquer condição (ver

Figura 20.16). A proteína DOG1, cuja quantidade se correlaciona com os níveis de dormência em sementes de Arabidopsis, deve perder sua atividade durante o armazenamento. A reestruturação da cromatina associada à ação de agentes modificadores que influenciam a acetilação, a metilação ou a ubiquitinação (ligação de molécula de ubiquitina) de histonas (proteínas associadas aos ácidos nucleicos, na cromatina) pode reprimir ou ativar a transcrição de genes relacionados com a dormência de sementes, como DOG1, sugerindo que a transcrição desses genes seja regulada por alterações na cromatina.

Diferentemente do armazenamento em laboratório, as sementes incorporadas ao chamado banco de sementes do solo (sementes dispersas no ambiente natural e que se acumulam no solo) sujeitam-se às variações de umidade no ambiente, alternando assim estados de maior ou menor hidratação. Portanto, nessas sementes ocorrem reações metabólicas, incluindo transcrição e tradução de RNAm, que não acontecem em sementes armazenadas a seco. A dormência e a expressão de genes relacionados com a dormência são altamente sensíveis ao ambiente, e alterações na percepção e capacidade de resposta a temperatura, luz e nitrato podem redundar em mudanças moleculares e fisiológicas (como sensibilidade a hormônios), as quais determinarão a capacidade germinativa da semente. Desse modo, a semente incorporada ao solo percebe, por exemplo, a variação térmica e ajusta seu nível de dormência, tornando-se mais ou menos apta a germinar em determinado intervalo térmico e/ou condição de luz. Em muitos casos, esse ajuste está relacionado com variações sazonais, ou seja, dependendo da estação do ano, a semente apresentará maior ou menor grau de dormência, respectivamente, no inverno e no verão. Na fase de dormência mais profunda, a semente mostra baixa sensibilidade a fatores ambientais, sendo incapaz de germinar. Na fase de menor dormência, a semente torna-se mais sensível a luz, temperatura e nitrato, podendo germinar se os níveis desses fatores forem favoráveis. Contudo, se as condições ambientais não forem favoráveis na fase de baixa dormência, então o programa de desenvolvimento volta ao modo “dormência profunda”, em um processo conhecido como dormência

cíclica (Figura 20.17). Esse tipo de dormência induzido após a dispersão é denominado dormência secundária, em oposição à dormência primária, estabelecida ao final da maturação da semente.

A Figura 20.17 ilustra algumas variáveis relacionadas com a dormência cíclica em um banco de sementes de Arabidopsis no solo, em clima de região temperada. A dormência aumenta com o decréscimo da temperatura, coincidindo com o aumento dos níveis de ABA e a expressão de genes como DOG1 e ABI3 (regulador positivo da sinalização do ABA), e decresce na primavera/verão, quando as temperaturas ficam mais elevadas. Essa fase de dormência reduzida é acompanhada de decréscimo do ABA, aumento da síntese de AG (indicado pela expressão de GA3ox2), maior sensibilidade ao nitrato e à luz, e expressão de genes relacionados com a repressão da via de sinalização (ABI2) e catabolismo (CYP707A2) do ABA. Por sua vez, no verão há também aumento da presença de DELLA (regulador negativo da via de sinalização de AG) e ABI4 (regulador positivo do ABA). Assim, enquanto a dormência profunda (no inverno) é promovida pelo ABA, a dormência não profunda (primavera/verão) é determinada pela repressão da via de sinalização de AG, facilmente revertida por exposição à luz, por exemplo. Se nesse período em que a semente apresenta maior capacidade de germinação (germinabilidade) as condições ambientais forem insuficientes, a dormência residual (indicada pela expressão de ABI4) reverterá em dormência profunda, iniciando um novo ciclo.

Figura 20.17 Padrões de variação sazonal da dormência, de variáveis fisiológicas e da expressão gênica em sementes de Arabidopsis no solo, em local de clima temperado. A espessura ou a intensidade de coloração das barras relacionam-se com a quantidade do fator. ABI3/4: reguladores positivos da via de sinalização do ABA; DELLA: regulador negativo da via de sinalização da giberelina; ABI2: regulador negativo da via de sinalização do ABA; CYP707A2: regulador positivo do catabolismo do ABA; GA3ox2: regulador positivo da síntese de giberelina ativa. Adaptada de Finch-Savage e Footitt (2017).

 

Classi cação da dormência

Além da classificação quanto à origem (primária ou secundária), a dormência pode ser dividida nas classes a seguir, com base nos mecanismos envolvidos.

 

Dormência siológica

Trata-se da modalidade mais estudada de dormência, graças, principalmente, à sua ocorrência em sementes da planta modelo Arabidopsis thaliana. É causada por mecanismos inibitórios envolvendo processos metabólicos e o controle do desenvolvimento na semente. Na dormência fisiológica (DF), operam diversos mecanismos localizados não só no embrião propriamente dito, como também nos tecidos e nas estruturas adjacentes, especialmente o endosperma. Pesquisas recentes sugerem que diversas modalidades de DF resultam da interação entre o potencial de crescimento do embrião e as restrições impostas pelos tecidos que o envolvem. Alterações nesse potencial podem envolver mudanças na sensibilidade de tecidos do embrião a substâncias inibidoras e/ou a atividade de enzimas capazes de hidrolisar as paredes celulares do endosperma.

Na DF, costuma-se distinguir dois níveis principais: não profundo ou de curta duração e profundo. No primeiro, o embrião cresce e produz plântulas normais quando isolado do restante da semente, enquanto no segundo embrião não se desenvolve, mesmo quando isolado. A dormência profunda, frequentemente encontrada em espécies arbóreas de regiões temperadas, não responde a tratamento com AG e pode ser quebrada por longos períodos de estratificação (exposição a temperaturas baixas). No nível não profundo, a semente responde ao AG e a tratamentos de escarificação, armazenamento a seco e estratificação.

Muitas vezes, a dormência relacionada com a luz é tratada como um tipo particular, já que a não germinação resulta inicialmente de uma condição ambiental inadequada ao crescimento do embrião. Entretanto, como a luz, através do fitocromo, pode causar alterações no requerimento de condições ambientais específicas pela semente, esse fator pode ser responsável por um tipo de dormência fisiológica. Um exemplo do controle da dormência pela luz é verificado em sementes de algumas plantas daninhas que, uma vez enterradas, permanecem dormentes até receberem um breve estímulo luminoso, quando então perdem a dormência e germinam em condições adequadas de água e temperatura. Sementes de Datura ferox, uma daninha de climas temperados e subtropicais da América do Sul, são produzidas no verão e no outono e permanecem dormentes quando deixadas sobre a superfície ou enterradas, mas adquirem a capacidade de germinar quando sementes enterradas são expostas à luz, o que normalmente ocorre no cultivo do solo. Assim, o soterramento induz na semente uma maior sensibilidade a irradiâncias muito baixas, percebidas pelo fitocromo A. Em espécies tropicais pioneiras, é comum a ocorrência de dormência causada pela luz, como em Cecropia glaziovii, Piper arietinum e Miconia cinnamomifolia, em virtude de baixas razões V:VE no meio.

 

Dormência morfológica

Refere-se à semente dispersa com o embrião não diferenciado (estágio de pré-embrião) ou não completamente desenvolvido (estágio de “torpedo” ou linear). Desse modo, o embrião deverá passar por um período de maturação pós-dispersão, até a semente estar apta a germinar. Em espécies tropicais, esse crescimento do embrião é praticamente contínuo no ambiente natural, ficando muitas vezes difícil separar os processos de quebra da dormência e de germinação propriamente dita. Esse desenvolvimento pós-dispersão é afetado pelas condições ambientais, principalmente temperatura, umidade e luz.

Heracleum sphondyllum (uma espécie europeia), por exemplo, requer um período de baixas temperaturas, enquanto Elaeis guineenses (dendezeiro, palmeira originária da África) necessita de temperaturas na faixa de 35 a 40°C. Outros exemplos de espécies com esse tipo de dormência são Virola surinamensis (árvore da região tropical das Américas) e Ilex paraguariensis (erva-mate da região Sul do Brasil).

 

Dormência morfo siológica

Nessa modalidade, a semente apresenta ambas as classes de dormência mencionadas anteriormente. O embrião deve alcançar determinado tamanho crítico, e a DF deve ser quebrada por estratificação ou outro tratamento. Em algumas espécies, a DF precisa ser quebrada antes de o embrião retomar seu desenvolvimento, enquanto em outras ambos os processos (quebra de dormência fisiológica e crescimento do embrião) ocorrem ao mesmo tempo. Sementes de Annona crassiflora (Rizzini, 1973) provavelmente se enquadram nessa categoria.

 

Dormência física

Este tipo de dormência é causado pela impermeabilidade dos envoltórios da semente e/ou do fruto, restringindo total ou parcialmente a difusão de água ao embrião. É possível que tegumentos e envoltórios da semente também possam restringir a difusão de oxigênio para o interior da semente, como deve ser o caso de sementes de Serenoa repens (uma palmeira) e Brachiaria brizantha (capim-braquiarão). Em Fabaceae, a resistência à entrada de água é conferida pela testa, que apresenta uma camada de células paliçádicas com paredes secundárias grossas e lignificadas (esclereídeos), impregnadas com substâncias de natureza hidrofóbica, como lipídios, suberina, cutina, substâncias pécticas e lignina. O tegumento pode também conter uma mucilagem que se expande na presença de água, formando uma barreira à difusão de oxigênio e diminuindo a velocidade de germinação.

Trata-se de uma das modalidades de dormência mais comumente citadas em espécies tropicais, como Schizolobium parahyba (guapuruvu), Erithrina speciosa, Mimosa scabrella (bracatinga) e Senna multijuga (canafístula).

 

Dormência química

Inicialmente, enquadrava-se nessa classe a dormência causada por inibidores de crescimento presentes no pericarpo. A definição foi posteriormente estendida para substâncias produzidas tanto no fruto quanto na própria semente e que, translocadas para o embrião, inibem seu crescimento. Aquênios de Bidens pilosa (picão-preto), por exemplo, germinam melhor quando submetidos a lavagem com água corrente, sugerindo a presença de inibidores no aquênio. No caso do picão, entretanto, é possível que tais inibidores atuem reduzindo, via oxidação, a disponibilidade de oxigênio ao embrião. Inibidores têm sido detectados – principalmente por intermédio de bioensaios – tanto no fruto quanto na semente, embora seu papel no controle endógeno da germinação raramente fique estabelecido. Em Rosa rugosa, a lixívia de aquênios dormentes inibe a germinação de embriões isolados de sementes dormentes (dormência fisiológica) dessa espécie, mas não é capaz de inibir a germinação de embriões não dormentes, ou seja, nesse caso a dormência química manifesta-se apenas na presença de dormência fisiológica. Portanto, a expressão “dormência química” deve ser aplicada apenas às espécies cujas sementes não apresentam dormência fisiológica.

Inibidores químicos (especialmente compostos fenólicos) no pericarpo, na testa ou no próprio embrião foram detectados, entre outras, em Chorisia speciosa (paineira), Copaifera langsdorffii (copaíba), Myroxylum peruiferum (cabreúva) e Amburana cearenses (amburana).

 

Quebra arti cial da dormência

Diferentes procedimentos controlados podem ser utilizados para interromper a dormência das sementes em ensaios de laboratório, destacando-se que cada espécie apresenta necessidades específicas conferidas por suas características morfológicas e/ou fisiológicas.

Alguns dos procedimentos comumente usados são mencionados brevemente a seguir.

• Estratificação: consiste no tratamento da semente hidratada com

temperatura baixa (entre 4 e 6°C). Em geral, a semente é mantida em

um substrato úmido que permita bom arejamento. Tem sido usada para

casos de dormência fisiológica (DF) ou morfológica (DM) • Alternância de temperatura: sementes hidratadas são submetidas a

regime de trocas de temperatura, em geral alternando-se uma

temperatura na faixa de 30°C com outra, 10 ou 15 graus abaixo, por

exemplo, 8 h a 30°C e 16 h a 20°C. O número de ciclos necessários

depende da semente

• Pós-maturação a seco: armazenam-se sementes não hidratadas, por

período variável (de alguns dias a vários meses) em temperaturas

relativamente elevadas, na faixa de 40 a 60°C. Algumas espécies

requerem tratamento curto, de poucas horas, em temperaturas elevadas

(50 a 70°C)

• Tratamento químico: consiste na embebição da semente em solução de

nitrato ou fitorreguladores, principalmente giberelinas • Escarificação: usado principalmente nos casos de dormência física,

consiste em submeter a semente a algum tratamento que facilite a

difusão de água ou gases para o seu interior. A escarificação pode ser

feita por abrasão (p. ex., lixamento do tegumento duro), perfuração,

imersão em substâncias corrosivas (como o ácido sulfúrico

concentrado), imersão em solventes orgânicos e imersão em água

fervente, entre outros

• Lixiviação: consiste em manter as sementes imersas em recipiente com

água ou, o que é mais comum, em água corrente, durante determinado

tempo, variável de acordo com o material. É um método recomendado

para casos de dormência química.

Na natureza, diversos fatores, tanto bióticos quanto abióticos, podem contribuir para a quebra de dormência em sementes. Alterações na cobertura vegetal, por exemplo, podem modificar a qualidade da luz, eventualmente levando à quebra de dormência causada pela luz em sementes depositadas sobre a superfície do solo. A amplitude das flutuações térmica, especialmente na superfície do solo, pode interferir tanto em casos de dormência fisiológica quanto nas propriedades físicas do tegumento de algumas sementes, diminuindo sua resistência à difusão de fluidos. Escarificação natural também pode ser realizada por insetos e microrganismos presentes no solo, bem como por aves e mamíferos por intermédio da ingestão e passagem da semente pelo trato digestivo do animal. A chuva, por sua vez, pode ajudar a remover substâncias inibidoras presentes nos envoltórios da semente, contribuindo assim para a quebra de dormência química.

Temperaturas elevadas também podem quebrar a dormência em ambientes sujeitos a queimadas periódicas. O fogo pode constituir-se em um importante fator de interrupção da dormência causada por tegumentos rígidos, mas seu efeito dependerá da intensidade e da duração do estímulo térmico, pois em geral o contato direto com a chama causa a morte da semente. Um exemplo sobre a ação do fogo sobre a germinação é encontrado em sementes de bracatinga (Mimosa scabrella). Referências bibliográ cas

Bassel GW. To grow or not to grow? Trends in Plant Science.

2016;21(6):498-505.

Bewley JD. Seed germination and dormancy. The Plant Cell. 1997;9:1055-

66.

Bradford KJ. Applications of hydrothermal time to quantifying and

modeling seed germination and dormancy. Weed Science. 2002;50:248-

60.

Bradford KJ. Water stress and the water relations of seed development: a

critical review. Crop Science. 1994;34:1-11.

Chahtane H, Kim W, Lopez-Molina L. Primary seed dormancy: a

temporally multilayered riddle waiting to be unlocked. Journal of

Experimental Botany. 2017;68(4):857-69.

da Silva EA, Toorop PE, van Aeist AC, Hilhorst HW. Abscisic acid controls

embryo growth potential and endosperm cap weakening during coffee

(Coffea arabica) seed germination. Planta. 2004;220:251-61.

Dewitt M, Galvão VC, Fankhauser C. Light-mediated hormonal regulation

of plant growth and development. Annual Review Plant Biology.

2016;67:513-37.

Donohue K. Seeds and seasons: interpreting germination timing in the field.

Seed Science and Research. 2005;15:175-87.

Durr C, Dickie JB, Yang XY, Pritchard HW. Ranges of critical temperature

and water potential values for the germination of species worldwide:

contribution to a seed trait database. Agricultural and Forest

Meteorology. 2015;200:222-32.

Finch-Savage W, Footitt S. Seed dormancy cycling and the regulation of

dormancymechanisms to time germination in variable field

environments. Journal of Experimental Botany. 2017;68:843-56.

Galland M, Hughet R, Arc E, Cueff G, Job D, Raijou L. Dynamic

proteomics emphasizes the importance of selective mRNA translation

and protein turnover during Arabidopsis seed germination. Molecular &

Cellular Proteomics. 2014;13(1):252-68.

Jones RL, Oughan H, Thomas H, Waaland S. The molecular life of plants.

Hoboken: Wiley-Blackwel; 2013.

Kermode AR. Regulatory mechanisms in the transition from seed

development to germination: interactions between the embryo and the

seed environment. In: Kigel J, Galili G, editors. Seed development and

germination. New York: Marcel Dekker; 1995. Kucera B, Cohn MA, Leubner-Metzger G. Plant hormone interactions

during seed dormancy release and germination. Seed Science Research.

2005;15:281-307.

Labouriau LG. A germinação das dementes. Secretaria Geral da OEA,

Programa Regional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico.

Washington: OEA; 1983.

Leprince O, Pellizzaro A, Berriri S, Buitink J. Late seed maturation: drying

without dying. Journal of Experimental Botany. 2016;6:1-15. Née G, Xiang Y, Soppe WJJ. The release of dormancy, a wake-up call for

seeds to germinate. Current Opinion in Plant Biology. 2017;35:8-14. Oliver AE, Crowe LM, Crowe JH. Methods for dehydration-tolerance:

depression of the phase transiction temperature in dry membranes and

carbohydrate vitrification. Seed Science Research. 1998;8:211-21. Rizzini CT. Dormancy in seed of Annona crassiflora. Journal of

Experimental Botany. 1973;24:117-23.

Vieira AH, Martins EP, Pequeno PLL, Locatelli M, Souza MG. Técnicas de

produção de sementes florestais. Boletim Embrapa/CPAFRO.

2001;205:1-4.

Vieira BC, Bicalho EM, Munné-Bosch S, Garcia S. Abscisic acid regulates

seed germination of Vellozia species in response to temperature. Plant

Biol J. 2017;19:211-6.

Weber H, Borisjuk L, Wobus U. Molecular physiology of legume seed

development. Annual Review of Plant Biology. 2005;56:253-79.

 

Bibliogra a

Baskin CC, Baskin JM. Seeds: ecology, biogeography and evolution of

dormancy and germination. San Diego: Academic Press; 1998. Black M, Bradford KJ, Vazquez-Ramos J, editors. Seed biology: advances

and applications. Wallingford: CABI; 2000.

Ferreira AG, Borghetti F, organizadores. Germinação: do básico ao

aplicado. Porto Alegre: Artmed; 2004.

Kigel J, Galili G, editors. Seed development and germination. New York:

Marcel Dekker; 1995.

 

OceanofPDF.com