Parâmetros germinativos em sementes de sorgo submetido a PEG-6000 e NaCl / Germinative parameters in sorghum seeds submitted to PEG-6000 and NaCl

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Parâmetros germinativos em sementes de sorgo submetido a PEG-6000 e NaCl

Germinative parameters in sorghum seeds submitted to PEG-6000 and NaCl

DOI:10.34117/bjdv5n11-341

Recebimento dos originais: 07/10/2019 Aceitação para publicação: 28/11/2019

Luciana Ingrid Souza de Sousa

Mestranda em Produção Animal na Amazônia pela Universidade Federal Rural da Amazônia. Instituição: Universidade Federal Rural da Amazônia.

Endereço: Instituto de Ciências Agrárias, Universidade Federal Rural da Amazônia, CEP: 66.077-830, campus Belém, Pará, Brasil.

E-mail: lucianaingridsousa@gmail.com

Gleyce Lopes da Costa

Mestranda em Zootecnia pela Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Instituição: Universidade Federal Rural da Amazônia.

E-mail: gleycelopesdacosta@gmail.com

Wellington Carlos Moraes Barros

Bacharel em Zootecnia pela Universidade Federal Rural da Amazônia. Instituição: Universidade Federal Rural da Amazônia.

E-mail: wellbarros1@gmail.com

Gerson Diego Pamplona Albuquerque

Doutorando em Agronomia pela Universidade Federal Rural da Amazônia. Instituição: Universidade Federal Rural da Amazônia.

E-mail: gdpa88@gmail.com

Diana Jhulia Palheta de Sousa

Graduanda em Agronomia pela Universidade Federal Rural da Amazônia. Instituição: Universidade Federal Rural da Amazônia.

E-mail: dianajhuliap@gmail.com

Ana Ecídia de Araújo Brito

Doutoranda em Agronomia pela Universidade Federal Rural da Amazônia. Instituição: Universidade Federal Rural da Amazônia.

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E-mail: ecidiabrito@hotmail.com

Evelyn Fátima Lima de Souza

Graduanda em Zootecnia pela Universidade Federal Rural da Amazônia. Instituição: Universidade Federal Rural da Amazônia.

E-mail: evelynfatima97@gmail.com

Cândido Ferreira de Oliveira Neto

Professor Adjunto, Doutor em Ciências Agrárias pela Universidade Federal Rural da Amazônia. Instituição: Universidade Federal Rural da Amazônia.

E-mail: candidooliveiraneto@gmail.com

RESUMO

Fatores abióticos como a deficiência hídrica e a salinidade reduzem a produção do sorgo. Durante a fase germinativa e de estabelecimento da plântula não é diferente, uma vez que a embebição é fundamental em todos os processos fisiológicos e no transporte de substâncias indispensáveis para seu crescimento e desenvolvimento. Mediante a isso, o objetivo do trabalho foi avaliar o efeito do estresse salino e hídrico na germinação de sementes de sorgo, avaliando o comportamento germinativo (porcentagem de germinação, índice de velocidade, tempo médio e a primeira contagem de germinação). O trabalho foi desenvolvido na Universidade Federal Rural da Amazônia (UFRA – Campus Belém), utilizando sementes de sorgo [Sorghum bicolor (L) Moench] cultivar BRS 310. O experimento foi dividido em dois delineamentos inteiramente casualizados separados para cada estresse (hídrico e salino). O primeiro composto por 5 concentrações de NaCl (0,0; 50; 100; 150 e 200 mmol) e o segundo composto por 4 tratamentos (0,0; -0,3; -0,6; -0,9 MPa), no qual as soluções de Polietilenoglicol 6000 simularam tais potenciais osmóticos. A germinação de sementes de sorgo foi comprometida pelo aumento das concentrações de NaCl, assim como a redução dos potenciais osmóticos simulados de PEG-6000.

Palavras-chave: germinação, déficit hídrico, salinidade, sorghum bicolor.

ABSTRACT

Abiotic factors such as water deficiency and salinity reduce sorghum production. It is no different during the germination and seedling establishment phase, as imbibition is fundamental in all physiological processes and in the transport of substances essential for its growth and development. Therefore, the objective of this work was to evaluate the effect of saline and water stress on sorghum seed germination, evaluating germination behavior (germination percentage, speed index, average time and first germination count). The work was developed at Federal Rural University of Amazônia (UFRA – Belém Campus), utilizing sorghum seeds [Sorghum bicolor (L) Moench] BRS 310 cultivar. The experiment was divided into two completely randomized designs for each stress (water and saline). The first compound comprises 5 NaCl concentrations (0.0; 50; 100; 150 and 200 mmol) and the second compound comprises 4 treatments (0.0; -0.3; -0.6; -0.9 MPa), in which Polyethylene glycol 6000 solutions simulated such osmotic potentials. Sorghum seed germination was compromised by increased NaCl concentrations as well as reduced simulated PEG-6000 osmotic potentials.

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1 INTRODUÇÃO

O sorgo (Sorghum bicolor L.) é o quarto cereal mais cultivado do mundo, ficando atrás apenas do trigo, do arroz e do milho, por ser uma grande fonte de energia, proteínas, vitaminas e minerais, devido apresentar boa adaptabilidade em regiões tropicais e subtropicais, com baixa pluviosidade e temperaturas mais elevadas (KHATON et al., 2016). O sorgo é uma planta monocotiledônea, que pertence à família Poaceae e apresenta aparato fotossintético C4 (CRUICKSHANK, 2016). Além disso, é produzido em grande escala no mundo, cuja produção tem sido destinada a segmentos diferentes: na alimentação animal e humana, na produção de biocombustíveis, de celulose e de fibra (TARI et al., 2013).

Um dos grandes desafios atualmente para os agricultores são os fatores abióticos, como por exemplo a salinidade e a deficiência hídrica, que limitam o crescimento e rendimento das culturas, uma vez que afetam a germinação e o estabelecimento das plântulas (GUO et al., 2018; OGBAGA et al., 2014). As respostas fisiológicas a esses agentes estressores variam de acordo com a espécie vegetal e com o grau e duração de exposição ao estresse (GUO et al., 2018). Além disso, esses estresses limitam a absorção de água para as células vegetais, e consequentemente afeta a fisiologia das plantas (ANJUM et al., 2011).

O processo de germinação consiste em duas fases principais: a fase física que corresponde à embebição da água pelas sementes, seguida pelas atividades metabólicas que levam à protrusão da radícula (NONOGAKI et al., 2010). Na embebição ocorre a reativação de organelas e macromoléculas já existentes, seguida da segunda fase de crescimento e divisão celular (ADEPOJU et al., 2017). Durante a germinação ocorre alterações celulares, como hidratação de proteínas, aumento da respiração, síntese de macromoléculas e o alongamento celular, logo é uma fase vital para o posterior crescimento da plântula (BEWLEY et al., 2013).

Essas condições de estresse podem levar a diminuição das taxas de emergência, ou seja, valores mais baixos relatado pelo teste de germinação. Testes de vigor de sementes, incluindo emergência, estresse osmótico gerado por NaCl e PEG, temperatura, condutividade e envelhecimento acelerado fornecer medidas mais sensíveis qualidade fisiológica das sementes, o que, mais precisamente, reflete o desempenho potencial de um lote de sementes (MILOŠEVIĆ et al., 2010).

Na planta, o estresse salino pode causar distúrbios no balanço osmótico, iônico e bioquímico, já que a concentração elevada de sais reduz o potencial osmótico da solução do solo, dificultando assim a absorção de água e nutrientes pelas plantas (DIAS; BLANCO, 2010) e o aumento da concentração de íons tóxicos nas células, em especial Na+ e Cl-, afeta os processos fisiológicos e bioquímicos nos órgãos anabólicos e catabólicos das sementes e plântulas (SHOLI, 2012). Portanto, a salinidade torna o ambiente desfavorável a produção vegetal (PEDROTTI et al., 2015; LÄUCHLI;

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GRATTAN, 2014), por provocar alterações em vários processos fisiológicos, como a fotossíntese, respiração, no funcionamento normal do metabolismo e na absorção dos nutrientes essenciais ao vegetal (FAROOQ et al., 2015).

Enquanto que plantas submetidas à deficiência hídrica podem apresentar diferentes modelos de percepção desse fator de estresse, que podem ser modulados pela característica de tolerância à seca pertencente a cada espécie. Células individuais de um órgão sob restrição hídrica mostram alterações no volume, acompanhadas de modificações na água e no potencial osmótico (FENG et al., 2016).

Mediante a isso, o objetivo do trabalho foi avaliar o efeito do estresse salino e hídrico na germinação de sementes de sorgo, avaliando o comportamento germinativo (porcentagem de germinação, índice de velocidade, tempo médio e a primeira contagem de germinação).

2 MATERIAL E MÉTODOS

O trabalho foi desenvolvido na Universidade Federal Rural da Amazônia (UFRA – Campus Belém), no Laboratório de Estudos da Biodiversidade em Plantas Superiores (EBPS). Foram utilizadas sementes de sorgo [Sorghum bicolor (L) Moench] cultivar BRS 310. Realizou-se a semeadura em folhas de papel germitest anteriormente esterilizadas a 105°C por 1 hora (BRASIL, 2009).

O experimento foi dividido em dois delineamentos separados para cada estresse (hídrico e salino). Ambos utilizando delineamento experimental inteiramente casualizado (DIC). O primeiro composto por 5 concentrações de NaCl (0,0; 50; 100; 150 e 200 mmol) e o segundo composto por 4 tratamentos (0,0; -0,3; -0,6; -0,9 MPa), no qual as soluções de Polietilenoglicol 6000 simularam tais potenciais osmóticos e foram preparadas de acordo com Villela et al (1991). Cada tratamento contou com 5 repetições e 50 sementes por parcela. As folhas de papel com as sementes foram umedecidas na proporção equivalente a 2,5 vezes o peso do substrato seco, e permaneceram sob 25°C a luz constante de acordo com o recomendado por Brasil (2009).

As sementes de cada tratamento foram avaliadas pelas seguintes variáveis: Teste de Germinação e Primeira Contagem de Germinação, de acordo com as Regras de Análises de Sementes (BRASIL, 2009); Índice de Velocidade de Germinação, de acordo com Maguire (1962); e Tempo Médio de Germinação, de acordo com Labouriau (1983). Os resultados foram submetidos a análise de variância (ANOVA) ao nível de 1 e 5% de significância e foram representados na forma de regressão ao nível de 5% de significância.

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3 RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1 ESTRESSE SALINO

Os resultados demonstraram que o estresse salino foi prejudicial ao processo germinativo, com reduções significativas na porcentagem de germinação, na primeira contagem de germinação e no índice de velocidade de germinação, conforme aumentou-se a concentração salina (Gráfico 1 - A, B e C). Apenas para a variável tempo médio de germinação que não foi significativo.

Gráfico 1: Porcentagem de Germinação (A), Primeira Contagem de Germinação (B), Índice de Velocidade de Germinação (C) em sementes de sorgo submetidas a estresse salino.

O NaCl possui baixo peso molecular e pode ser facilmente absorvido pelas células (SILVA et al., 2019). Consequentemente, no meio germinativo, quando ocorre aumento da concentração de sais, resulta na redução do potencial osmótico e consequentemente reduz o potencial hídrico. Logo, o teor de água disponível provavelmente interferiu na porcentagem de germinação como também na cinética de absorção hídrica (DIAS; BLANCO, 2010). Reduções significativas para as variáveis porcentagem de germinação e primeira contagem de germinação também foram encontrados por Coelho et al. (2014) trabalhando com variedades de sorgo forrageiro submetidos a seis níveis de salinidade.

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Somado a isso, o aumento das concentrações de NaCl provavelmente afetou o índice de velocidade de germinação, uma vez que prejudica a absorção de água pelos tecidos, dificultando o início da germinação das sementes (PELEGRINI et al., 2013). Além disso, o acúmulo de sais gerado pela salinidade pode causar danos fisiológicos e bioquímicos, como prejuízos no metabolismo proteico (Yacoubi et al., 2013); o desbalanço hormonal a redução da utilização de reservas (Ozhan e Hajibabaei, 2014) e alterações celulares e estruturais (Al-Tardeh e Iraki, 2013). Oliveira e Gomes Filho (2009) também encontraram reduções significativas para este índice em seu trabalho com duas cultivares de sorgo submetidas a cinco concentrações de NaCl.

3.2 ESTRESSE HÍDRICO

Os resultados demonstraram o quanto o estresse hídrico afetou o processo germinativo. Observou-se que os potenciais osmóticos simulados pelo PEG-6000, resultaram em decréscimos significativos na porcentagem de germinação (Gráfico 2-A) e na primeira contagem de germinação (Gráfico 2-B). O polietilenoglicol (PEG) é um soluto inerte, não iônico e não tóxico, que não é absorvido pelas sementes devido apresentar peso molecular alto, e por isso tem sido utilizado frequentemente em pesquisas como um indutor do estresse hídrico em plantas (BASHA et al., 2015). Pinheiro (2018) explica que a queda da germinação em relação ao aumento do estresse pode ser dividida em três etapas: na primeira a planta apresenta uma resistência ao estresse, tentando se manter estável; na segunda, ocorre redução na germinação em decorrência do estresse hídrico; e na terceira, o nível de estresse é prejudicial ao ponto de a germinação ser baixíssima ou nula. Decréscimos semelhantes foram encontrados por Avci et al., (2017) trabalhando com sete cultivares de sorgo também submetido a PEG-6000.

Encontrou-se decréscimos significativos quanto ao índice de velocidade de germinação (Gráfico 2-C). Resultados semelhantes foram encontrados por Pinheiro et al., (2018) trabalhando com os mesmos potenciais osmóticos simulados pelo PEG-6000 em sementes de sorgo. Um dos sinais de estresse hídrico em sementes é a redução da velocidade de germinação e da taxa de absorção de água, o que consequentemente retarda o processo germinativo, aumentando o tempo médio de germinação (Farooq et al., 2009).

Quanto ao tempo médio de germinação, encontrou-se aumentos significativos até o potencial osmótico de -0,6MPa e no potencial de -0,9 não houve germinação (Gráfico 2-D). O mesmo foi encontrado por Avci et al., (2017) trabalhando com sete cultivares de sorgo submetidos a estresse hídrico. Com a redução do potencial osmótico, ocorre a redução do gradiente entre a semente e o substrato, diminuindo a taxa de absorção de água. Logo, aumenta o tempo que a semente necessita para atingir o nível crítico de água para o processo germinativo, prolongando o mesmo (Bewley et

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al., 2013).

Gráfico 2: Porcentagem de Germinação (A), Primeira Contagem de Germinação (B), Índice de Velocidade de Germinação (C), Tempo Médio de Germinação (D) em sementes de sorgo submetidas a estresse hídrico.

4 CONCLUSÕES

A germinação de sementes de sorgo foi comprometida pelo aumento das concentrações de NaCl, ocasionando redução da porcentagem de germinação, da primeira contagem de germinação e do índice de velocidade de germinação, assim como a redução dos potenciais osmóticos simulados de PEG-6000, ocasionando redução da porcentagem de germinação, da primeira contagem de germinação e do índice de velocidade de germinação, além de aumentar o tempo médio de germinação.

REFERÊNCIAS

ADEPOJU, A. F.; ADENUGA, O.O.; MAPAYI, E.F.; OLANIYI, O.O.; ADEPOJU, F. A. Coffee: botany, distribution, diversity, chemical composition and its management. Journal Agriculture and

Veterinary Science , v.10, p.57-62, 2017.

AL-TARDEH, S.; IRAKI, N. Morphological and anatomical responses of two Palestinian tomato (Solanum lycopersicon L.) cultivars to salinity during seed germination and early growth stages.

(8)

ANJUM, S. A.; XIE, X.; WANG, L.; et al. Morphological , physiological and biochemical responses of plants to drought stress. African Journal of Agricultural Research, v. 6, n. 9, p. 2026–2032, 2011.

AVCI, S.; ILERI, O.; KAYA, M. D. Determination of genotypic variation among sorghum cultivars for seed vigor, salt and drought stresses. Journal of Agricultural Sciences. v. 23, p. 335-343, 2017. BASHA, P. O.; SUDARSANAM, G.; REDDY, M. M. S.; SANKAR, S. Effect of PEG induced water stress on germination and seedling development of tomato germplasm. Inter J. Recent Sci. Res, v. 6, n. 5, p. 4044-4049, 2015.

BEWLEY, J. D.; BRADFORD, K. J.; HILHORST, H. W. M.; NONOGAKI, H. Seeds: Physiology of development, germination and dormancy, 3ª ed., 392 p., 2013.

BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Regras para Análise de Sementes. Brasília: Mapa/ACS, 2009.

COELHO, D. S.; SIMÕES, W. L.; MENDES, A. M.; DANTAS, B. F.; RODRIGUES, J. A.; SOUZA, M. D. Germinação e crescimento inicial de variedades de sorgo forrageiro submetidas ao estresse salino. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 18, n. 1, p. 25-30, 2014. CRUICKSHANK, A. Sorghum Grain, Its Production and Uses: Overview. Reference Module in

Food Science, 2016.

DIAS, N. D.; BLANCO, F. F. Efeitos dos sais no solo e na planta. Manejo da salinidade na agricultura: Estudos básicos e aplicados. Fortaleza: Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Salinidade. P. 129-140, 2010.

FAROOQ, M.; HUSSAIN, M.; WAKEEL, A.; SIDDIQUE, K. H. M. Salt stress in maize: effects, resistance mechanisms, and management. Agronomy for Sustainable Development, v. 35, n. 2, p. 461–481, 2015.

FENG, W.; LINDNER, H.; ROBBINS, NE; DINNENYA, JR Growing Out of Stress: the role of cell- and organ-scale growth control in plant water-stress responses. The Plant Cell, v.28, p.1769-1782, 2016.

GUO, Y. Y.; TIAN, S. S.; LIU, S. S.; WANG, W. Q.; SUI, N. Energy dissipation and antioxidant enzyme system protect photosystem II of sweet sorghum under drought stress. Photosynthetica, v. 56, n. 3, p. 861–872, 2018.

KHATON, M. A.; SAGAR, A.; TAJKIA, J. E.; et al. Effect of moisture stress on morphological and yield attributes of four sorghum varieties. Progressive Agriculture, v. 27, n. 3, p. 265–271, 2016. KOCHAK-ZADEK, A.; MOUSAVIM S.; ESHEAGHI-NEJAD, M. The effect of salinity stress on germination and seedling growth of native and breeded varieties of wheat. Journal of Novel Applied

(9)

LABOURIAU, L. G. A germinação das sementes. Washington: Secretaria Geral da Organização dos Estados Americanos, 1983.

LÄUCHLI, A.; GRATTAN, S. R. Plant Abiotic Stress: Salt. Encyclopedia of Agriculture and Food

Systems.p.313–329,2014.

MAGUIRE, J. D. Speed of germination aid in selection and evaluation for seedling emergence and vigor. Crop Science, v. 2, n. 1, p. 176–177, 1962.

MILOŠEVIĆ, M. VUJAKOVIĆ, M.; KARAGIĆ, Đ. Vigour tests as indicators of seed viability.

Genetika, v. 42, n. 1p. 103-118, 2010.

NONOGAKI, H.; BASSEL, G. W.; BEWLEY, J. D. Germination—Still a mystery. Plant Science, v.179, p.574-581, 2010.

OGBAGA, C. C.; STEPIEN, P.; JOHNSON, G. N. Sorghum (Sorghum bicolor) varieties adopt strongly contrasting strategies in response to drought. Physiologia Plantarum, v. 152, n. 2, p. 389– 401, 2014.

OLIVEIRA, A. B.; GOMES FILHO, E. Germination and vigor of sorghum seeds under water and salt stress. Revista Brasileira de Sementes, v. 31, n. 3, p. 48-56, 2009.

OZHAN, N.; HAJIBABAEI, M. Studies on effectiveness of plant phytohormones in reduction of salinity effects on germination of some cultivar of spring wheat. Int. J. Adv. Biol. Biom. Res. v. 2, n.12,p.2860-2866.2014.

PEDROTTI, A.; CHAGAS, R. M.; RAMOS, V. C.; PRATA, A. P. N.; LUCAS, A. A. T.; SANTOS, P. B. Causas e consequências do processo de salinização dos solos. Revista Eletrônica em Gestão,

Educação e Tecnologia Ambiental, v. 19, n. 2, p. 1308–1324, 2015.

PELEGRINI, L. L.; BORCIONI, E.; NOGUEIRA, A. C.; KOEHLER, H. S.; QUOIRIN, M. G. G. Efeito do estresse hídrico simulado com NaCl, Manitol e PEG (6000) na germinação de sementes de Erythrina falcata Benth. Ciência Florestal, v. 23, n.2, p. 511-519, 2013. PINHEIRO, C; ARAÚJO, H. T. N.; BRITO, S. F.; MAIA, M. S.; VIANA, J. S.; MEDEIROS FILHO, S. Seed priming and tolerance to salt and water stress in divergent grain sorghum genotypes.American Journal of Plant Sciences.v. 09, p. 606-616, 2018.

SHOLI, N. J. Y. Effect of Salt Stress on Seed Germination, Plant Growth, Photosynthesis and Ion Accumulation of four Tomato Cultivars. American Journal of Plant Physiology. v. 6. p. 269-275, 2012.

TARI, I.; LASKAY, G.; TAKÁCS, Z.; POÓR, P. Response of Sorghum to Abiotic Stresses : A Review. Journal of Agronomy and Crop Science, v. 199, p. 264–274, 2013.

YACOUBI, R.; JOB, C.; BELGHAZI, M.; CHAIBI, W.; JOB, D. Proteomic analysis of the enhancement of seed vigour in osmoprimed alfalfa seeds germinated under salinity stress. Seed

(10)