RUBIACEAE.
RESUMO - A germinação de sementes de muitas espécies pioneiras é
dependente de ambientes com maior incidência de luz branca, predominante em áreas abertas ou em clareiras grandes nas florestas tropicais. Neste estudo foi avaliada a germinação das sementes de Mulateiro (Calycophyllum spruceanum Benth), Rubiaceae, espécie arbórea de ocorrência na região amazônica, sob diversos fotoequilíbrios teóricos do fitocromo. Foram testados os fotoequilíbrios do fitocromo de 0,11, 0,25, 0,45 e 0,60, associados ou não com o nitrato de potássio, que para algumas espécies possui efeito interativo com a luz em determinados ambientes. A germinação foi inibida sob baixos fotoequilíbrios do fitocromo 0,11 e 0,25, e à medida que foi aumentado o fotoequilíbrio, houve um aumento também da porcentagem de germinação, embora apresentando médias inferiores a 40%. As sementes de Calycophyllum spruceanum apresentaram resposta de fluência baixa indicando o controle da germinação pelo fitocromo B. A presença do nitrato de potássio afetou de forma negativa a germinação de sementes da espécie em estudo.
ABSTRACT - The germination of seeds of many pioneer species is environment
dependent with incidence of white light, characteristics of open areas or large gaps in the tropical forests. In this study the germination of the seeds of Calycophyllum
spruceanum Benth Rubiaceae, tree species of occurrence in the Amazon region,
was evaluated under diverse theoretical photoequilibrium of phytochrome. Photoequilibrium 0.11, 0.25, 0.45 and 0.60, had been tested associates or not with potassium nitrate, which in some species interacts with the light. The germination was inhibited by photoequilibrium of phytochrome of 0.11 and 0.25, but under high photoequilibrium of phytochrome of 0.45 and 0.60 increase in the final percentage germination was observed, although less than 40% of seeds germinated. The
seeds of Calycophyllum spruceanum presented low fluence response indicating the seed germination control by phytochrome B. The presence of potassium nitrate inhibited the germination of seeds of Calycophyllum spruceanum.
KEY-WORDS- Seed germination, Phytochrome; photoequilibrium; Rubiaceae.
INTRODUÇÃO
A luz representa um papel de fundamental importância na germinação de sementes (BENVENUTI & MACHIA, 1997), sendo a fisiologia do fotocontrole da germinação bastante complexa e variável, de acordo com a espécie (BEWLEY & BLACK, 1985). Algumas sementes germinam somente após longas exposições à luz, outras com breve exposição, algumas somente no escuro, já outras necessitam de longo período diário, enquanto muitas são indiferentes à luz (BORGES & RENA, 1993).
A germinação de sementes de muitas espécies pioneiras é dependente de condições de maior razão vermelho: vermelho extremo (V:VE), predominante em áreas abertas (VÁZQUEZ-YANES & SADA, 1985), enquanto que as clímax podem responder à predominância de luz do tipo vermelho extremo, cuja taxa é maior em áreas sombreadas do sub-bosque na floresta (OLIVEIRA et al., 1989). Isso se dá devido à alteração do espectro solar pela folhagem da vegetação, que absorve, preferencialmente, a luz das faixas do azul e do vermelho, de 450 e 660nm, respectivamente (LABOURIAU, 1983). Esta luz filtrada pela vegetação é, portanto, rica em vermelho extremo, de 730nm (VÁZQUEZ-YANES & OROZCO-SEGOVIA, 1995).
A razão V:VE da luz do sol que atinge o solo desnudo é alta, de aproximadamente 1, durante a maior parte do dia. Quando a luz atinge os órgãos verdes das plantas, essa razão diminui e seu efeito é inibidor da germinação. Em algumas espécies, pequena redução na razão V:VE (por exemplo, de 1 para 0,8
ou 0,9) é capaz de inibir ou reduzir a germinação. Essas mudanças em V:VE que regulam a germinação de sementes são percebidas pelo fitocromo B (VÁZQUEZ- YANES & OROZCO-SEGOVIA, 1987; BALLARÉ & CASAL, 2000).
O fitocromo existe sob duas formas que são interconversíveis pela exposição a diferentes qualidades de luz. A forma ativa Fve, indutora da germinação, é convertida da forma inativa Fv pela exposição à luz V. A luz vermelho extremo converte Fve em Fv, revertendo o efeito da exposição ao V (VÁZQUEZ-YANES & OROZCO-SEGOVIA, 1994; TAKAKI, 2001). A velocidade com que ocorre esta modificação varia de acordo com a espécie (VÁZQUEZ- YANES & OROZCO-SEGOVIA, 1987).
Segundo KENDRICK & FRANKLAND (1981), embora a forma do Fv do fitocromo absorva muito pouco na região do vermelho-extremo do espectro, os espectros de absorção do Fv e do Fve se sobrepõem, consideravelmente, na região do V. Isto significa que sob luz V, existe interconvenção contínua do Fv e do Fve com um equilíbrio fotoestacionário dinâmico, expresso na proporção ϕ do fitocromo total (ϕ = Fve/Ft). O espectro de absorção do fitocromo irradiado com luz V é, portanto, uma mistura de Fve e Fv. Desta maneira, a luz V mantém 80% do fitocromo na forma Fve (ϕ = 0,80), enquanto que o VE mantém menos do que 5% de Fve (ϕ =0,05).
O fotoequilíbrio alcançado com cada tipo de luz não determina se a semente de uma espécie germina ou não, depende do nível de Fve, em relação ao Ft, necessário para desencadear a germinação, além de fatores como temperatura, taxas de destruição e síntese de fitocromo, e outros (OROZCO- SEGOVIA & VÁZQUEZ-YANES, 1992).
As espécies fotoblásticas diferem em sua sensibilidade pelo fotoequilíbrio do fitocromo particular estabelecido por uma dada razão V:VE. Algumas sementes podem germinar sob luz de baixa razão V:VE mas não no escuro, indicando que a relação Fve/Ft necessária para desencadear a germinação pode ser obtida sob dossel verde mas não em escuro produzido pelo enterramento a grandes profundidades do solo (VÁZQUEZ-YANES & OROZCO-SEGOVIA, 1994). Para
BEWLEY & BLACK (1994), a germinação de sementes fotoblásticas é geralmente restrita às camadas superficiais do solo. A luz que passa através de 1 mm de areia ou solo seco leva o fotoequilíbrio para cerca de 0,45, que pode ser suficiente para quebrar a dormência de grande quantidade de sementes fotoblásticas, o que é extremamente importante para sementes pequenas com reservas limitadas.
Em adição à habilidade de responder à luz, certas sementes no solo são estimuladas a germinar pela presença de vários compostos químicos que podem estar associados com as condições favoráveis para estabelecimento. Geralmente os distúrbios do solo estão associados com a repentina liberação de nitrato, possivelmente devido à elevada atividade de bactérias nitrificantes e de fixação de nitrogênio no solo (FENNER, 1995).
Segundo BUNGARD et al. (1997), a influencia da luz, e mais especificamente a forma ativa do fitocromo (Fve), na germinação é geralmente relacionado com a presença de NO-
3, sugerindo que pode existir um mecanismo
comum para ação de Fve e NO-3 na redução da dormência. Em alguns casos, a
presença do íon nitrato pode modificar a exigência de sementes à luz (BEWLEY & BLACK, 1994), ou aumentar a sensibilidade tanto para luz como para outros estímulos como temperatura alternada, ou bioreguladores (EGLEY,1995).
Para as árvores florestais tropicais são escassas as informações quanto ao grau de tolerância das espécies frente às diferentes condições de V/Ve que podem ocorrer em ambientes naturais. Neste estudo foi avaliado o comportamento das sementes de Mulateiro (Calycophyllum spruceanum Benth), Rubiaceae, sob diversos fotoequilíbrios teóricos do fitocromo e na presença de nitrato de potássio. A árvore atinge de 20 a 30m de altura, apresentando tronco retilíneo e casca lisa (CORREA, 1978). Produz anualmente grandes quantidades de sementes pequenas, aladas em ambas as extremidades, facilmente disseminadas pelo vento. Ocorre na região amazônica, geralmente em agrupamentos quase homogêneos (LORENZI, 1992). Atualmente a casca da árvore é bastante utilizada como cosmético ou na medicina caseira (REVILLA, 2000). A árvore é heliófita e perenifolia, bastante utilizada no paisagismo ou em plantios mistos em áreas
degradadas (RIZZINI, 1971; LORENZI, 1992), ou na composição de sistemas agroflorestais (DE JONG, 2001).
O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do fotoequilíbrio teórico do fitocromo na germinação de sementes de Calycophyllum spruceanum, visando a compreensão do comportamento ecofisiológico de suas semente frente às diferentes condições de luz que podem ocorrer em condições naturais.
MATERIAL E MÉTODOS Material biológico
As sementes utilizadas neste trabalho foram obtidas junto ao Parque Zoobotânico da Universidade Federal do Acre (PZ/UFAC), provenientes da colheita realizada no mês de setembro de 1999. As colheitas foram efetuadas na Fazenda Iguatu (09º 51’ 29” S; 67º 55’ 07” W), localizada na BR 364, km 26, sentido Rio Branco a Bujarí, Estado do Acre. Nesta área de ocorrência natural da espécie, onde foram localizados aproximadamente 150 indivíduos entre jovens e adultos, foram selecionadas treze árvores para a colheita. Na ocasião, foram retirados frutos ainda fechados e presos a árvore matriz.
Os frutos recém coletados foram submetidos à pré-secagem natural à temperatura ambiente por 24 horas. Em seguida foram embalados em sacos de polietileno de cor preta, e transportadas até o local de estudo por via aérea. Para eliminação das impurezas, as sementes foram submetidas ao soprador de sementes e a seguir foram acondicionadas em vidro e mantidas em geladeira até a realização de cada experimento. Nessa ocasião, foram eliminadas as sementes com danos ou deformidades aparentes ou menores que a maioria.
Procedimento experimental
Os ensaios para determinação do fotoequilíbrio teórico do fitocromo para a germinação de sementes de Calycophyllum spruceanum foram conduzidos no Laboratório de Fotomorfogênese de Plantas do Instituto de Biociências/UNESP, campus de Rio Claro/SP, em agosto de 2001. As sementes utilizadas neste teste apresentaram teor de água de 5,87%, determinado de acordo com BRASIL (1992). Este teste foi realizado em sala climatizada a 20ºC, utilizando-se um aparelho de ar condicionado e uma fonte de calor tipo resistência, controlados por microcomputador.
As sementes foram postas para germinar ao longo da superfície de uma mesa com duas fontes luminosas, uma em cada extremidade, a 70 centímetros de altura. Em uma extremidade foi posicionada uma fonte de luz com alta razão V/VE, através de lâmpada fluorescente “luz do dia”, de 15W filtrada por acrílico vermelho. Em outra extremidade foi posicionada uma fonte com baixa razão V/VE, através de lâmpada incandescente de 25W filtrada por acrílico vermelho e azul. Foram obtidos os seguintes fotoequilíbrios teóricos do fitocromo: 0,11, 0,25, 0,45 e 0,60, calculados de acordo com MANCINELLI (1994):
0,87
ϕ = 1+0,295
δ
Onde: ϕ= Fotoequilíbrio do fitocromo; δ= Razão das fluências a 655-665 e 725- 735nm.
As sementes foram postas para germinar utilizando-se duas condições, uma com água deionizada e outra com solução de KNO3 1 mM, conforme PONS (1989). Cada tratamento consistiu de quatro repetições de cinqüenta sementes, distribuídas uniformemente em duas camadas de papel filtro dentro de placas de
Petri com cinco centímetros de diâmetro. A germinação foi monitorada durante cinqüenta dias a intervalos consecutivos de 24 horas, considerando-se germinada as sementes com expansão da raiz, que foram removidas após as contagens, sob luz verde de segurança.
Índices relativos à germinação
A partir dos dados obtidos nos ensaios, foram calculados a porcentagem, a velocidade, a freqüência relativa da germinação e o índice de sincronização da germinação, utilizando-se as equações citadas por LABOURIAU & AGUDO (1987), descritas a seguir.
- Porcentagem de germinação (G)
G= (n/a) x 100
Onde: n= número total de sementes germinadas: a= número total de sementes da amostra.
- Tempo médio de germinação (t)
t= (∑ni x ti)/ ∑ni
Onde: ni= número de sementes germinadas entre as observações ti-1 e ti; ti=tempo de incubação (dias).
- Velocidade média de germinação (V):
V= 1/t
Onde t=tempo médio de germinação.
- Freqüência relativa da germinação (FR)
FR= ni/Nt Onde:
ni= número de sementes germinadas entre dois tempos de observações sucessivas (t-1) e (ti); Nt= número total de sementes germinadas nas repetições.
- Índice de sincronização (µ)
µ= ∑ (fi.log2 fi)
Onde: fi= freqüência relativa da germinação no dia i.
Tratamento estatístico
O tratamento estatístico constou de uma análise de variância (ANOVA) dos dados obtidos, acompanhados do teste de Tukey. Quando as premissas de normalidade e homogeneidade foram violadas, foi utilizado o teste não paramétrico de Kruskal-Wallis e, quando necessário, a prova a posteriori de Dunnett’s. Os valores em porcentagem foram transformados em arco-seno
100 /
x . Todos os testes foram realizados de acordo com ZAR (1984) ao nível de
5% de significância.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A germinação de sementes de Calycophyllum spruceanum foi inibida sob baixos fotoequilíbrios do fitocromo. Em sementes mantidas sob fotoequilíbrios correspondentes a 0,11 e 0,25 não ocorreu germinação, tanto com água destilada como com solução de KNO3 a 1 mM. À medida que foi aumentado o fotoequilíbrio
do fitocromo, houve um aumento também da porcentagem média de germinação, embora esta se manteve em níveis inferiores a 40% (Figura 1). Sementes embebidas com água destilada apresentaram médias significativamente superiores às sementes embebidas com nitrato de potássio. A velocidade de germinação apresentou médias estatisticamente semelhantes tanto para os ensaios realizados com água ou nitrato de potássio, embora em números absolutos a velocidade de germinação se apresentou mais elevada para sementes embebidas com água, sob fotoequilíbrio de 0,60. Essa situação se apresentou
mais favorável para as sementes de Calycophyllum spruceanum, em relação às demais testadas (Figura 1).
O comportamento germinativo das sementes de mulateiro indica maior homogeneidade para sementes embebidas com água, submetidas ao maior fotoequilíbrio testado,
ϕ
= 0,60, apresentando um polígono de freqüência relativa com pico melhor definido que os demais apresentados (Figura 2). Esses dados indicam que mesmo em presença de KNO3 a luz com alta razão V:VE se faznecessária para desencadear o processo de germinação, reforçando os estudos preliminares de acentuado fotoblastismo positivo desta espécie. Com relação ao índice de sincronização da germinação de sementes de Calycophyllum
sprucenaum, apresentado na Tabela 1, verifica-se que a germinação foi
estatisticamente mais sincronizada sob fotoequilíbrio de 0,45, em função da pequena quantidade de sementes germinadas.
Segundo SINGH & AMRITPHALE (1992), a interação da luz VE com o NO-3
ou NH+
3 na germinação de sementes pode ter um papel ecológico importante. No
caso de Caesulia axillaris, a presença de nitrato ou amônia pode modificar a fotosensibilidade das sementes e promover a germinação de sementes que requerem um alto fotoequilíbrio do fitocromo sob um ambiente de luz desfavorável. Segundo PONS (1993), o nitrato pode repor um requerimento de luz, como em
Sinapsis arvenis, ou pode agir juntamente com a luz para quebrar a dormência,
como em Sisymbrium officinale e Ranunculus sceleratus. Para Plantago lanceolata (PONS, 1989), a quebra de dormência pelo nitrato opera como um mecanismo detector de clareiras, tal como a luz e a flutuação de temperatura.
KARSSEN & HILHORST (1993) demonstraram o efeito interativo da luz com o nitrato na germinação de espécies invasoras. Segundo os autores, as espécies invasoras em geral possuem sementes com um mecanismo de sensibilidade à luz e ao nitrato. Assim, estas sementes germinarão somente quando a combinação de Fve e níveis de nitrato na semente forem adequados, evitando a germinação sob plantas já estabelecidas. Para Calycophyllum
a uma redução das médias de porcentagem e velocidade de germinação das sementes.
Segundo BEWLEY & BLACK (1994), sementes fotoblásticas usam o fitocromo para detectar diferentes qualidades de luz, que na natureza, varia principalmente quando muda a proporção de luz VE. Isso acontece de acordo com a hora do dia, mas principalmente quando a luz é transmitida através das folhas verdes, ou através do solo que também transmite luz VE. Então, sob dossel ou em camadas profundas do solo, a luz é rica em vermelho-extremo, que alcança um valor ϕ muito baixo para satisfazer as necessidades das sementes quanto à luz.
O impedimento da germinação sob baixa razão V:VE pode ser um mecanismo pelo qual as sementes detectam a presença de plantas em seu arredores e respondem inibindo a germinação, evitando assim o risco de mortalidade das plântulas por competição com plantas já estabelecidas (YIRDAW & LEINONEM, 2002). Esse fenômeno está freqüentemente relacionado com a possibilidade da semente detectar a luz de uma clareira, que recebe luz do sol por longos períodos de tempo, e diferir de um “sunfleck”, muito freqüente sob dossel, que corresponde a apenas um breve período de luz com alta razão V:VE (VÁZQUEZ-YANES & OROZCO-SEGOVIA, 1993).
De acordo com a classificação descrita por TAKAKI (2001), as sementes de
Calycophyllum spruceanum apresentaram resposta de fluência baixa indicando o
controle da germinação pelo fitocromo B. Como a maioria das espécies pioneiras, descritas por GOLDMAN et al. (1989), BEWLEY & BLACK, 1994 VÁZQUEZ- YANES & OROZCO-SEGOVIA (1994), VÁZQUEZ-YANES, et al. (2000), VALIO & SCARPA (2001), Calycophyllum spruceanum produz grande quantidade de sementes pequenas (0,2 mg. semente-1), que em condições naturais podem
permanecer dormentes compondo o banco de sementes do solo. Apenas quando as clareiras são formadas na vegetação a dormência da semente pode ser quebrada pela alta razão Fve:Ft estabelecida pela luz direta do sol e permitindo assim a germinação da semente.
CONCLUSÕES
- A germinação de sementes de Calycophyllum spruceanum foi inibida sob baixos fotoequilíbrios do fitocromo;
- À medida que foi aumentado o fotoequilíbrio do fitocromo, houve um aumento também da porcentagem média de germinação, embora esta se manteve em níveis inferiores a 40%;
- Mesmo em presença de KNO3 a luz com alta razão V:VE se faz necessária para desencadear o processo de germinação de sementes de Calycophyllum
spruceanum
LITERATURA CITADA
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