I Curso de Nivelamento em Manejo de Sementes Florestais Encontro da Rede de Sementes da Amazônia www.sementesrsa.org

GERMINAÇÃO E DORMÊNCIA DE SEMENTES FLORESTAIS INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS DA AMAZÔNIA UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS GERMINAÇÃO E DORMÊNCIA DE SEMENTES FLORESTAIS M.Sc. Geângelo Petene Calvi I Curso de Nivelamento em Manejo de Sementes Florestais 16 e 17 de novembro de 2010

INTRODUÇÃO

Animais também são fáceis de diferenciar os vivos dos mortos... INTRODUÇÃO Animais também são fáceis de diferenciar os vivos dos mortos...

INTRODUÇÃO

< Testes diretos = germinabilidade Testes indiretos = viabilidade INTRODUÇÃO Para estes casos, necessitamos de testes específicos Testes diretos = germinabilidade Testes indiretos = viabilidade <

INTRODUÇÃO As Regras para Análise de Sementes – RAS padronizam as análises entre laboratórios credenciados pelos MAPA no Brasil Capítulo 5 trata do teste de germinação

> INTRODUÇÃO O teste de germinação objetiva: Determinar o potencial máximo de germinação de um lote de sementes sob condições favoráveis => comparar a qualidade de diferentes lotes e estimar a quantidade de sementes para semeadura em campo A germinação no laboratório ≠ campo ou viveiro >

INTRODUÇÃO As RAS apresentam as especificações para o teste de germinação de muitas espécies. Destas, pouco mais de 250 espécies são florestais e arbustiva, que, na sua maioria não são nativas O que fazer se uma espécie não está nas RAS??? A inclusão de uma espécie nas RAS exige longo procedimento: Confirmação dos resultado com sementes de várias procedências e diferenças no vigor e, Validação da metodologia selecionada entre os laboratórios credenciados.

Sementes florestais x Sementes agrícolas INTRODUÇÃO Nem todos procedimento podem ser transferidos imediatamente para as espécies florestais Sementes florestais x Sementes agrícolas Alta biodiversidade Poucas informações existentes Dificuldades na identificação botânica Produção irregular Muitas espécies com grande sementes e/ou recalcitrantes Sementes com estruturas específicas de proteção/dispersão Muitas necessitam longo tempo de germinação Muitas tem dormência complexa Tem vida longa: anos - décadas Produção é pequena - tamanho do lote é pequeno Temos espécies raras – ameaçadas de extinção

Idealização da apresentação Definições Instalação dos testes de germinação Aspectos relacionados à germinação Dormência Condução dos testes de germinação Cálculos, interpretação e informação dos resultados Considerações Finais

DEFINIÇÕES GERMINAÇÃO é a retomada do crescimento do embrião que se inicia com a embebição. A finalização pode ser: Fisiólogos: protrusão de parte do embrião, usualmente, a raiz primária Tecnologistas: formação de plântula normal com garantia de desenvolvimento As RAS definem como sendo a emergência e desenvolvimento de estruturas essenciais do embrião demonstrando sua aptidão em formar uma planta normal sob condições favoráveis

DEFINIÇÕES ESTRUTURAS ESSENCIAIS permitem que uma plântula possa se desenvolver até a formação de uma planta normal. Inclui o sistema radicular e a parte área Cotilédones Hipocótilo Epicótilo Primeiras Folhas Raiz primária Raízes secundárias

DEFINIÇÕES PLÂNTULA NORMAL apresentam capacidade de desenvolvimento em uma planta normal sob condições favoráveis PLÂNTULA ANORMAL apresentam defeitos que impossibilitam o desenvolvimento em uma planta normal, mesmo que sob condições favoráveis

DEFINIÇÕES UNIDADE - SEMENTES MULTIPLAS são aquelas que podem formar mais que uma plântula normal por unidade de semeadura. Pode ocorrer devido: Unidade de semeadura contém mais que uma semente verdadeira uma semente verdadeira contém mais que um embrião os embriões estão unidos

DEFINIÇÕES SEMENTES NÃO GERMINADAS Podem ser: Sementes duras – não embebem durante o teste Sementes dormentes – embebem, mas não germinam devido algum tipo de dormência Sementes mortas

PREPARAÇÃO PARA A GERMINAÇÃO Critério tecnológico Plântula normal Critério fisiológico Emissão de raiz Critério tecnológico Plântula normal

MATERIAIS PARA TESTE DE GERMINAÇÃO Germinadores Câmara de germinação

MATERIAIS PARA TESTE DE GERMINAÇÃO Germinadores Sala de germinação

MATERIAIS PARA TESTE DE GERMINAÇÃO Contadores de sementes

AMOSTRAGEM Características básicas da amostra: Tomada da porção “semente pura” da análise de pureza Aleatoriedade As RAS exigem amostras de 400 sementes, podendo ser divididas em: 4 x 100 8 x 50 16 x 25 Para sementes muito pequenas, a amostra pode ser por peso de sementes O restante da amostra deve ser armazenada para novos testes, caso sejam necessários

... para algumas espécies florestais isso é muita semente!!! AMOSTRAGEM 400 sementes... ... para algumas espécies florestais isso é muita semente!!! Baixa produtividade Dificuldade de coleta Sementes grandes Sementes de espécies raras e/ou ameaçadas de extinção Exemplo: Scleronema micranthum (cardeiro)1 Peso da amostra: 35,6 kg (400 sementes) O tamanho dos recipientes para cada uma das 16 sub-repetições deverá medir 42 x 42 cm, no mínimo. 1. Camargo et al. 2008 Guia de Propágulos e Plântulas da Amazônia. Vol 1. Manaus; editora INPA. 168p.

SUBSTRATO Substrato tem a função de prover o ambiente de germinação das sementes e desenvolvimento das plântulas Recomendados pelas RAS: PAPEL AREIA SOLO - não recomendados para testes rotineiros pela dificuldade de estoques padronizados.

SUBSTRATO - PAPEL Tipos: de filtro, mata-borrão e toalha (de germinação) Especificações dadas pelas RAS Deve ser esterilizada antes do uso Pode ser usado das seguintes formas: SOBRE PAPEL (SP)

SUBSTRATO - PAPEL ENTRE PAPEL Entre papel (EP) Rolo de papel (RP)

SUBSTRATO - PAPEL PAPEL PLISSADO (PP)

Especificações dadas pelas RAS Deve ser esterilizada antes do uso SUBSTRATO - AREIA Especificações dadas pelas RAS Deve ser esterilizada antes do uso Pode ser usada das seguintes formas: SOBRE AREIA (SA) ENTRE AREIA (EA)

SUBSTRATO - VERMICULITA VERMICULITA – embora não citada pelas RAS, é amplamente utilizada pelo setor florestal Boa capacidade de absorção e retenção de água, aeração e possibilita bom desenvolvimento das plântulas Pode ser usada das seguintes formas: SOBRE VERMICULITA ENTRE VERMICULITA

1,5 a 5,0 vezes o tamanho da semente ESPAÇAMENTO E SEMEADURA Uniforme e suficiente para permitir boa aeração entre as sementes, minimizar a competição e contaminação entre as sementes e evitar o entrelaçamento das plântulas Deve-se levar em consideração o aumento do volume de algumas sementes 1,5 a 5,0 vezes o tamanho da semente

GERMINAÇÃO A germinação de uma sementes somente ocorrerá se uma série de requisitos forem atendidos Fatores inerentes à sementes: Grau de maturidade Dormência Sanidade Longevidade Viabilidade Genótipo

GERMINAÇÃO Fatores inerentes ao ambiente: Água Água Oxigênio Oxigênio Temperatura Temperatura Temperatura Luz Luz

Para que ocorra a germinação, o metabolismo das sementes deve estar ativo... ...sendo a água fator determinante Durante o final do período de maturação... Sementes tolerantes ao dessecamento (ortodoxas) passam por secagem ainda na planta-mãe e são dispersas com baixo teor de água (5 – 10 % bu) Sementes sensíveis ao dessecamento (recalcitrantes) não passam por secagem e são dispersas com alto teor de água (50 – 70 % bu)

EMBEBIÇÃO A embebição é condição essencial para a germinação por atuar nessa retomada das atividades fisiológicas das sementes A velocidade do processo de embebição depende de fatores como: disponibilidade de água natureza do tegumento composição química da semente temperatura

EMBEBIÇÃO Possui um padrão tipicamente trifásico Fase III Peso Fresco Fase II Fase I Tempo

EMBEBIÇÃO As especificações da água para o teste de germinação, segundo as RAS: pH 6,0 – 7,5 Livre de impurezas orgânicas e inorgânicas

Baixa disponibilidade de oxigênio pode retardar a germinação A exigência de oxigênio pela semente aumenta após a primeira fase de embebição devido ativação do metabolismo Baixa disponibilidade de oxigênio pode retardar a germinação A maioria das espécies não exigem concentrações maiores que 10%, facilmente suprida pela atmosfera (com cerca de 20% de oxigênio)1 Espaçamento de 1,5 a 5 vezes o tamanho das sementes 1. Marcos Filho, 2005. Fisiologia de Sementes de Plantas Cultivadas. Piracicaba: Fealq. 495p

TEMPERATURA Assim como todo processo biológico, a germinação é influenciada pela temperatura... Afeta, por exemplo: A respiração das células A velocidade de embebição Velocidade das reações fisiológicas Superação de dormência Indução de dormência secundária Desta forma, a temperatura influencia na porcentagem, velocidade e uniformidade da germinação

TEMPERATURA Temperatura ótima = máximo de germinação em menor tempo Geralmente está relacionada com temperatura do habitat natural no momento do evento Temperatura Germinação Tempo de germinação

TEMPERATURA Temperatura máxima e mínima = temperaturas em que, acima ou abaixo, respectivamente, não ocorre a germinação Temperatura Germinação

TEMPERATURA Há grande variação nas exigências em termos de temperaturas entre as espécies Algumas germinam melhor sob temperaturas constantes Outras sob temperaturas alternadas, simulando a variação de temperatura do ambiente natural (dia e noite) O que fazer se uma espécie não está nas RAS???

TEMPERATURA Pode-se usar resultados de pesquisas científicas com o mesmo gênero ou família Indicação da temperatura para o teste de germinação de 86 espécies florestais sub-tropicais e tropicais (Ferraz e Calvi, 2010)

TEMPERATURA Para espécies pioneiras tropicais a exigência em temperatura está relacionada ao tamanho das sementes 1 1. Milberg, et al. 2000. Seed Science Research, 10:99-104

TEMPERATURA Definida a temperatura para o teste de germinação, a mesma deve permanecer o mais uniforme possível. Variações podem afetar: Velocidade Porcentagem Uniformidade As RAS toleram uma variação de ± 2°C em 24 horas. Temperaturas alternadas: menor temperatura => 16 horas maior temperatura => 8 horas

Reservas LUZ Não é considerada como fator essencial para a germinação Fotossíntese Germinação = protrusão da radícula / formação de plântula normal Reservas

LUZ Porém... Existem sementes que germinam somente na presença de luz – fotoblásticas positivas Existem sementes que germinam somente na ausência de luz – fotoblásticas negativas Existem sementes que germinam somente na presença ou ausência de luz – fotoblásticas neutras

LUZ Para espécies pioneiras tropicais a exigência em luz está relacionada ao tamanho das sementes 1 1. Milberg, et al. 2000. Seed Science Research, 10:99-104

Bellucia grossularioides Isertia hypoleuca Vismia cayennensis LUZ Para espécies pioneiras da região de Manaus apresentam padrão semelhante 1 Bellucia grossularioides 1,00 Isertia hypoleuca Vismia cayennensis 0,92 Cecropia sciadophylla Jacaranda copaia Croton lanjouwensis 0,74 Byrsonima chrysophylla 0,70 1. Aud 2008 Efeito de luz, temperatura e fumaça na germinação de sementes de espécies pioneiras na Amazônia Central Dissertação INPA PPG Ecologia PPG-BTRN 58p.

LUZ As sementes possuem fotoreceptores (como o fitocromo, criptocromo e precursores de clorofila), que desencadeiam o processo do desenvolvimento típico na presença de luz (fotomorfogenese). O fitocromo possui maior sensibilidade na luz vermelha sendo responsável pela quebra de dormência das sementes fotoblásticas positivas.

LUZ Plântulas desenvolvidas no escuro são estioladas, hialinas e sensíveis ao ataque de microrganismos, e certos defeitos, como deficiência de clorofila, não poderiam ser detectados durante os testes no escuro Desta forma, recomenda-se sempre a iluminação durante os testes

LUZ As RAS recomendam iluminação durante, no mínimo, oito horas por dia (período típico de zonas temperadas) Em regiões tropicais o período diurno e noturno é similar e pode-se utiliza-se, em geral, períodos de 12 horas de escuro e 12 horas de luz.

TIPOS DE GERMINAÇÃO GERMINAÇÃO é a retomada do crescimento do embrião que se inicia com a embebição. Pode ser: protrusão de parte do embrião X formação de plântula normal A maneira como as espécies florestais germinam é bastante variado Existem muitas maneiras de classificar o processo germinativo

TIPOS DE GERMINAÇÃO Classificação em quatro aspectos distintos: local de protrusão da radícula e da parte aérea posição dos cotilédones relativa a superfície exposição dos cotilédones da semente forma e função dos cotilédones

TIPOS DE GERMINAÇÃO 1. Local de protrusão da radícula e da parte aérea Unipolar - a protrusão do embrião ocorre em somente um lado da semente, na região da micrópila Bipolar - a raiz e a parte aérea emergem em lados opostos da semente. Nestas o hipocótilo é o órgão de armazenamento e os cotilédones são rudimentares ou ausentes

TIPOS DE GERMINAÇÃO 2.Posição dos cotilédones relativa à posição da semeadura Hipógea (H) - os cotilédones permanecem na altura da semeadura, quer dizer não há crescimento do hipocótilo; Epígea (E) - o crescimento do hipocótilo eleva os cotilédones acima do solo

TIPOS DE GERMINAÇÃO 3. Exposição dos cotilédones da semente Criptocotiledonar (C) - os cotilédones permanecem no interior da semente Fanerocotiledonar (P) - os mesmos emergem da semente

TIPOS DE GERMINAÇÃO 4. Forma e função dos cotilédones Foliar (F) - não apresentam reservas, são finos e apresentam função fotossintetizante ou haustorial (absorvendo as reservas do endosperma e/ou perisperma) Reservas (R) - são grossos e não-fotossintetizantes.

Protrusão da raiz primária e da parte aérea TIPOS DE GERMINAÇÃO Protrusão da raiz primária e da parte aérea Unipolar Bipolar Criptocotiledonar Fanerocotiledonar Hipógea Epígea Hipógea Epígea Com reserva Sem reserva Com reserva Sem reserva Com reserva Sem reserva Com reserva Sem reserva C-H-R 1 C-H-F 2 C-E-R 3 C-E-F 4 P-H-R 5 P-H-F 6 P-E-R 7 P-E-F 8 Bipolar 9

TIPOS DE GERMINAÇÃO Com tantas variações morfológicas na germinação, pergunta-se: Qual dessas estruturas são essenciais na avaliação do teste de germinação? Exemplo: Eugenia stipitata possui grande capacidade de regeneração da parte aérea caso ocorra algum ferimento É necessário desenvolvimento das primeiras folhas em todas as plântulas? Exemplo: Hevea guianensis o epicótilo pode medir entre 14 a 29 cm, antes da primeira folha

É uma característica da semente DORMÊNCIA Dormência germinação não ocorre mesmo em condições favoráveis Água Água Oxigênio Oxigênio Temperatura Temperatura Luz Luz É uma característica da semente

É uma característica do ambiente DORMÊNCIA Quiescência germinação não ocorre sob condições não favoráveis Água Água Oxigênio Oxigênio Temperatura Temperatura Luz Luz É uma característica do ambiente

DORMÊNCIA Tem função ecológica Permite que a semente “reconheça” se o ambiente é favorável à germinação e sobrevivência Evita germinação ainda na planta-mãe Sincroniza a germinação com ambientes e clima favoráveis Distribui a germinação ao longo do tempo O tipo de dormência está intimamente vinculado com o habitat da espécie e às condições ambientais na época da dispersão

Muitas espécies florestais possuem sementes dormentes DORMÊNCIA Muitas espécies florestais possuem sementes dormentes Processo complexo e com muitas interações => muitos aspectos ainda precisam ser esclarecidos Classificação de 60 espécies de interesse madeireiro ocorrendo em floresta primária de terra-firme perto de Manaus 1 1. FERRAZ et al. 2004. Acta Amazonica. 34 (4) 621-633

DORMÊNCIA Pode ser classificada por três aspectos: Primária Secundária 1. Momento Endógena Exógena 2. Local Física Química Mecânica Fisiológica Morfológica 3. Causa

DORMÊNCIA FÍSICA Causa: Impermeabilidade do tegumento à água Relativamente comum em muitas espécies florestais Superação: Tornar o tegumento permeável á água Escarificação química Escarificação mecânica

DORMÊNCIA QUÍMICA Causa: presença de compostos químicos (ABA, taninos, alcalóides, etc) que inibem o metabolismo necessário à germinação Superação: pode-se lavar as sementes em água corrente

DORMÊNCIA MECÂNICA Causa: estruturas externas ao embrião impedem mecanicamente sua expansão e, consequentemente, sua protrusão Pode ser confundida com dormência física, porém as sementes conseguem embeber Superação: enfraquecer a resistência mecânica do tegumento

DORMÊNCIA MECÂNICA Tratamentos para superar a dormência mecânica do tegumento permeável a água em Eugenia stipitata 1 1. Anjos.1998. Morfologia e fisiologia da germinação de aracá-boi (Eugenia stipitata spp. sororia McVaugh - Myrtaceae) - uma frutífera nativa da Amazônia Ocidental." Dissertação PPG Botânica INPA / UA Manaus-AM 67p.

Regeneração das sementes de Eugenia stipitata após o corte 1 1. Anjos.1998. Morfologia e fisiologia da germinação de aracá-boi (Eugenia stipitata spp. sororia McVaugh - Myrtaceae) - uma frutífera nativa da Amazônia Ocidental." Dissertação PPG Botânica INPA / UA Manaus-AM 67p.

DORMÊNCIA FISIOLÓGICA Causa: processos fisiológicos no embrião que bloqueiam a germinação Superação: permitir que os eventos fisiológicos para germinação ocorram, pode ser: Pré-esfriamento Pré-aquecimento Armazenamento em locais secos Irrigação do substrato com Nitrato de Potássio (KNO3) Irrigação do substrato com ácido giberélico (GA3) Germinação sob baixas temperaturas Luz

DORMÊNCIA MORFOLÓGICA Causa: sementes dispersas com embrião ainda imaturo Superação: permitir que o embrião termine seu desenvolvimento e alcance a maturidade Deve-se atentar ao ambiente de armazenamento, pois, sementes recalcitrantes tropicais, podem perder a viabilidade em temperaturas < 15°C

CONDUÇÃO DO TESTE DE GERMINAÇÃO

CONDUÇÃO DO TESTE DE GERMINAÇÃO AVALIAÇÃO DO TESTE Devem ser reduzida ao máximo para evitar danos às plântulas e poupar trabalho As RAS sugerem apenas duas: Primeira contagem e Contagem final Caso a espécie tenha germinação demorada, faz-se contagens intermediárias

CONDUÇÃO DO TESTE DE GERMINAÇÃO IRRIGAÇÃO DO SUBSTRATO Fica a critério do analista, porém deve ser evitada para não causar diferenças entre as repetições DURAÇÃO DO TESTE Deve permitir que o lote expresse seu potencial germinativo máximo Caso a germinação não seja concluída em até 2 meses as RAS recomendam que seja realizado teste de viabilidade, como tetrazólio

2 meses Tempo de germinação no viveiro de 53 espécies (Critério plântula) 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 Dias Caesalpinia ferrea Sloanea Dipteryx Protium robustum Pterocarpus Pseudopiptadenia Peltogyne Swietenia Ceiba Cedrela Copaifera Rinorea Carapa Hevea Protium Iryanthera Conceveiba Clarisia Gustavia Calophyllum Diplotropis Sextonia Pourouma Eschweilera Brosimum Laetia Pouteria Scleronema Catostemma Licania Aniba Guatteria Buchenavia Couepia Guarea Aldina Swartzia Lecythis Onychopetulan Socratea Duckeodendron 2 meses

Semente Germinada Não Germinada Plântula Normal Plântula Anormal Dura INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS Semente Germinada Não Germinada Plântula Normal Plântula Anormal Dura Dormente Morta Plântula com determinados defeitos nos cotilédones ou primeiras folhas são classificadas como ANORMAIS... Será que esses danos prejudicaria o desenvolvimento de uma árvore com ciclo de vida tão longo???

INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS Caso seja possível observar que uma semente, mesmo que classificada como morta no momento da avaliação, produziu qualquer parte de uma plântula (por exemplo, a ponta da raiz primária), deve ser contada como plântula anormal e não como semente morta.

INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS Para testes com unidade-semente múltipla, somente uma plântula normal por unidade é contada para determinar a porcentagem de germinação. Se uma quantidade expressiva de sementes duras ou dormentes forem encontradas => refazer o teste com um método para promover a germinação

CÁLCULOS E INFORMAÇÃO DOS RESULTADOS Resultados expressos em porcentagem calculados pela média de 4 repetições de 100 sementes Sub-repetições de 50 ou 25 sementes devem ser agrupadas Sementes com amostras formadas por peso => determina-se o número de plântulas formadas pelo peso de sementes No Boletim de Análise de Sementes devem ser informadas todas as informações sobre o teste, como Substrato, temperatura, métodos para promover germinação, resultados, etc

CONSDERAÇÕES FINAIS A aplicabilidade da atual versão das RAS para a certificação das sementes de todas as espécies florestais não é possível A quantidade de sementes para o teste de germinação precisa ser revista para muitas espécies Há necessidade também de entrar em consenso sobre os diferentes tipos de germinação e em seguida definir as respectivas estruturas essenciais

Tempo para 1a contagem e contagem final ≠ início e final da germinação CONSDERAÇÕES FINAIS Necessitamos urgente... Definição morfológica de “Plântulas normais” Temperatura ótima de germinação Tempo para 1a contagem e contagem final ≠ início e final da germinação Substratos e recipientes que causam menos anormalidades Tratamentos pré-germinativos para que a germinação termina no prazo de oito semanas. Métodos indiretos de germinação

Sementes de espécies florestais pode ser usadas para: CONSDERAÇÕES FINAIS Sementes de espécies florestais pode ser usadas para: plantios florestais restauração ambiental repor população de espécies raras ou em extinção pesquisas científicas bijuterias Será que todas essas sementes precisam ser avaliadas pelo mesmo criterioso teste???

AGRADECIMENTOS Dra Isolde D. K. Ferraz por algumas imagens, discussões e compartilhamento de seus conhecimentos e experiência

Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia PELA ATENÇÃO, OBRIGADO! Geângelo Petene Calvi Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia gpcalvi@yahoo.com.br