Conheça os tipos de sementes e os fatores que afetam a germinação

Texto escrito em parceria com Grupo de Estudos em Tecnologia e Produção de Sementes da Universidade Federal de Viçosa. Um dos autores é Daniel Teixeira Pinheiro, engenheiro agrônomo, mestre e doutor em fitotecnia pela UFV. Atualmente é Pesquisador Associado junto ICAA/CUS/UFMT, onde atua em projetos de Pesquisa e Extensão (Projeto AgriSciences). E a Co-autora, Júlia Martins Soares é engenheira Agrônoma, mestranda em fitotecnia pela UFV com ênfase em Tecnologia e Produção de Sementes. Atualmente conduz pesquisas visando a predição da qualidade de sementes por meio de análises de imagens e espectroscopia no infravermelho.

A semente é um organismo vivo com características físicas e comportamentais por vezes complexas e sempre fantásticas.

A forma com que as estruturas interagem e respondem ao meio depende de diversos fatores, isso porque a variabilidade das sementes é enorme, e pode ser descrita pelas diferenças em estruturas, tipos de reserva, maturação fisiológica, germinação e outros fatores.

Para entender melhor sobre o assunto, preparamos este texto explicando as principais características de cada tipo de semente (inclusive as certificadas) e os principais fatores relacionados à germinação. Vamos lá?

Afinal, o que é uma semente?

Embora seja comum associar semente, grão e cereal como um mesmo tipo de alimento, eles possuem propriedades individuais:

• Semente: é definida como o óvulo maduro que contém um embrião em estado latente. Isso quer dizer que ela tem a função biológica de gerar novas plantas. Sua qualidade é medida por seu estado fisiológico, sanitário, físico e genético, que indica a capacidade de germinação e desenvolvimento de plântulas fortes, saudáveis e completas, ou seja, com suas estruturas essenciais.
• Grão: não é usado como material de propagação. Grão é o produto destinado à alimentação, produção de farelo, ração, óleo e matéria prima para indústria. Portanto, sua qualidade está associada à aparência e às propriedades físico-químicas de interesse nutricional e industrial.
• Cereal: é qualquer fruto ou semente comestível da família das gramíneas ou poáceas que são colhidas secas e utilizadas como alimento. Entre as principais culturas estão o arroz, trigo, cevada, centeio, milheto, sorgo e aveia.

Estrutura da semente

Toda semente é construída basicamente por um embrião, um tecido de reserva e uma camada protetora.

• Embrião: É a parte da semente que dará origem à planta. É constituído pelo eixo embrionário e pelo(s) cotilédone(s).
• Tecido de reserva: Em sementes albuminosas (ex.: milho) se refere ao endosperma. Em sementes exalbuminosas (ex.: soja) se refere aos cotilédones. Quanto ao número de cotilédones, as sementes podem ser classificadas como monocotiledôneas (um cotilédone; ex.: milho) ou dicotiledôneas (dois cotilédones; ex.: soja).
• Camada protetora: se refere ao tegumento, popularmente chamado de “casca”. É a estrutura que envolve a semente e suas principais funções estão relacionadas à proteção do embrião e controle de entrada de água. A figura abaixo ilustra diferentes tipos de sementes com suas estruturas:

Tipos de reserva das sementes

As sementes podem ser classificadas de acordo com a composição química de suas reservas:

Longevidade e armazenamento da semente

A tolerância ao armazenamento varia entre espécies e até mesmo entre cultivares. Está relacionada à capacidade de tolerar a dessecação, sem que se perca de maneira significativa a viabilidade quando reidratada. Com base nesse comportamento, as sementes podem ser classificadas como:

• Ortodoxas: toleram a dessecação a níveis muito baixos de umidade (5 a 7%) e baixas temperaturas, sem perda significativa na qualidade fisiológica. Nessas condições, as sementes toleram períodos estendidos de armazenamento. Exemplos: soja, milho, trigo, aveia, etc.
• Recalcitrantes: são sensíveis à perda de água e a alta desidratação pode levar à morte da semente. Sementes desta categoria não toleram ou toleram períodos curtos de armazenamento. Exemplos: cacau, ingá, seringueira, etc.

Germinação das sementes

O processo de desenvolvimento de uma semente, desde a sua formação até a maturidade fisiológica, é complexo e envolve diversos eventos metabólicos, que incluem divisões celulares, diferenciação de tecidos, acúmulo de reservas e perda de água.

Considerando o conceito de germinação, existem diferentes critérios que definem se a semente germinou ou não.

Do ponto de vista biológico/fisiológico, a germinação ocorre “a partir da embebição, culminando na protrusão da raiz primária”.

Por outro lado, do ponto de vista tecnológico/agronômico, considera-se “não somente a protrusão radicular, mas o desenvolvimento de uma plântula normal”.

Essa diferença de critério se dá devido a importância, do ponto de vista agronômico, de se obter sementes que possuem uma capacidade de desenvolver plantas vigorosas e produtivas no campo.

No entanto, de uma maneira generalista e independente do critério adotado, pode-se considerar a germinação como uma “sucessão de eventos que culminam na transformação do embrião em uma planta”.

Repouso fisiológico

Logo após a maturidade fisiológica, a semente passa por um período de latência ou repouso fisiológico, que pode ser classificado como quiescência (repouso fisiológico devido a uma limitação do ambiente, como a água) ou dormência (repouso fisiológico mesmo sob condições favoráveis do ambiente, causado por fatores intrínsecos da semente).

Após superado o período de latência da semente (seja ela quiescente ou dormente), o processo de germinação pode ocorrer.

Principais fatores que afetam a germinação de sementes

São diversos os fatores que afetam a porcentagem, a velocidade e a uniformidade de germinação de uma população ou lote de sementes. Esses fatores são divididos em intrínsecos/internos e extrínsecos/externos.

Fatores intrínsecos

De maneira geral, os principais fatores intrínsecos das sementes que afetam a germinação são:

• Viabilidade: capacidade que uma semente quiescente tem de germinar sob condição favorável do ambiente);
• Dormência: considerada como uma “ausência temporária de germinação sob condições favoráveis”. Dessa forma, uma semente dormente pode ser considerada viva, mas não viável.
• Germinação e vigor: germinação está relacionada ao potencial fisiológico máximo do lote e vigor a um somatório de características que definem a qualidade das sementes sob situações adversas. Ambos constituem a qualidade fisiológica da semente e são afetados principalmente pela deterioração.
• Longevidade: período de tempo que a semente se mantém viva quando armazenada após a colheita. É afetada principalmente pelas condições de armazenamento, grau de umidade da semente e genótipo.
• Maturidade fisiológica: as sementes têm sua capacidade germinativa máxima próxima à sua maturidade fisiológica, coincidindo geralmente com seu máximo acúmulo de matéria seca. Portanto, é importante que a colheita seja feita o mais próximo possível desse ponto.
• Sanidade: a presença de pragas e microrganismos patogênicos (sobretudo fungos), pode reduzir drasticamente sua qualidade fisiológica da semente. Além disso, uma semente contaminada pode servir de veículo para transporte desses patógenos a áreas indenes.
• Morfologia e estrutura: a má formação do embrião e/ou a presença de injúrias externas e internas como trincas, amassamento e outros danos físicos, afetam diretamente a germinação. A detecção dessas anomalias e danos, por exemplo pelo teste de raios-X se torna interessante.
• Genótipo: sementes de diferentes espécies e/ou genótipos terão uma longevidade e capacidade germinativa naturalmente superior a outras, dependendo da sua estrutura morfológica, dos seus mecanismos fisiológicos e bioquímicos, da tolerância à dessecação, da constituição química e de diversos outros fatores.

Fatores extrínsecos

Os fatores extrínsecos que afetam a germinação se referem aos fatores do ambiente, como água, temperatura e oxigênio.

A luz não tem sido incluída como fator essencial para a germinação de sementes pelo simples fato de ser considerada um agente de superação de dormência. Ou seja, a germinação propriamente dita poderá ocorrer tanto em presença quanto em ausência de luz, desde que os mecanismos de bloqueio (quando presentes) estejam desativados.

• Água: É essencial durante a germinação de sementes, sendo crucial para a manutenção da integridade de membranas, retomada de atividades metabólicas, transporte de reservas, difusão de oxigênio nas células e diversas outras funções vitais. A absorção de água por sementes albuminosas e exalbuminosas durante a germinação evolui de acordo com um padrão trifásico proposto por Bewley e Black, ilustrado abaixo:

De maneira geral, a Fase I se caracteriza por uma rápida transferência de água do meio externo para o interior da semente. Isso ocorre através de um processo unicamente físico, devido à diferença de potencial entre o meio interno e externo. Nessa fase, há aumento acentuado da atividade respiratória, ativação de enzimas, síntese de proteínas e diversos outros eventos celulares relacionados ao início do processo germinativo.

A Fase II se caracteriza pela redução drástica da velocidade de absorção de água e da intensidade da atividade respiratória. É caracterizada pelo amolecimento do tegumento e por atividades bioquímicas preparatórias, como a síntese de enzimas e ácidos nucleicos, recuperação da integridade celular, reparo de mitocôndrias, dentre outras.

A Fase III se caracteriza pela retomada do crescimento embrionário de maneira visível, evidenciado pela protrusão da raiz primária. Após a protrusão radicular, há uma alta demanda de água para ocorrência dos eventos relacionados ao desenvolvimento das plântulas, como as divisões e alongamentos celulares, síntese e diferenciação de tecidos. O início dessa fase caracteriza também a intolerância à dessecação. Portanto, nessa fase é imprescindível que haja água o suficiente para desenvolvimento da plântula. Essa etapa algumas vezes é considerada erroneamente como o início do processo germinativo. Conforme visto, a germinação se inicia com a embebição de água pela semente (Fase I) e engloba as demais fases (II e III). Desta forma, o surgimento de uma plântula na superfície do solo se refere à emergência de uma plântula formada a partir do desencadeamento do processo germinativo iniciado anteriormente, de maneira não visível. Além disso, é importante ressaltar que o início da Fase III não caracteriza uma pausa das Fases I e II, podendo a semente apresentar de maneira simultânea as três fases. A duração de cada fase está relacionada não somente à espécie, mas também ao ambiente (umidade e temperatura), à viabilidade, integridade física e qualidade fisiológica do lote. O esquema abaixo ilustra diferentes situações de semeadura direta no solo. Em geral, a faixa de umidade do solo entre 70 e 100% (-0,001 a -0,05 MPa para a maioria dos solos de textura média) da capacidade de campo (CC) permite a maximização da porcentagem e da velocidade de germinação. Considerando uma situação de escassez hídrica, há uma redução tanto da porcentagem quanto da velocidade de germinação até o ponto de murcha permanente (PMP), onde essa germinação se torna nula (-1,1 MPa para a maior parte dos solos de textura média).

Por outro lado, o excesso de água acarretará em uma redução de oxigênio no solo, contribuindo para a redução da porcentagem e velocidade de germinação. Portanto, esse esquema ilustra de maneira clara e prática a importância da manutenção de níveis adequados da umidade do solo para uma germinação alta, rápida e uniforme das sementes no campo.

• Temperatura: Está diretamente relacionada ao processo respiratório e diversos eventos celulares importantes, contribuindo diretamente para a otimização do processo germinativo. As temperaturas na germinação são divididas em ótimas, mínimas, máximas e letais, conforme a adaptação das sementes no ambiente em que se encontram. Em geral, na ausência de outros fatores limitantes, a germinação ocorre sob limites amplos de temperatura. Conforme ilustrado no esquema acima, para a maioria das espécies agrícolas, a germinação é ótima (aliando alta porcentagem e velocidade de germinação) entre 20 e 30 oC. Em situações de altas temperaturas e desconsiderando parâmetros relacionados à dormência (como a dureza tegumentar), há uma redução da viscosidade e aumento da energia cinética da água, acelerando os processos de embebição e reações metabólicas. No entanto, esse aumento na temperatura acarreta em maiores taxas respiratórias e aceleram o processo de deterioração, reduzindo tanto o vigor quanto a germinação das sementes. Por outro lado, baixas temperaturas reduzem a energia cinética da água e a velocidade de embebição das sementes e, consequentemente, a velocidade de germinação. Esse decréscimo na velocidade de germinação aumenta a exposição das sementes a fatores adversos do ambiente e pode contribuir para a redução do vigor. No entanto, para muitas espécies, a redução na velocidade de embebição sob baixas temperaturas afeta pouco a porcentagem final de germinação. Quando o ambiente atinge as temperaturas letais mínimas (geralmente em torno de 5ºC) e máximas (geralmente em torno de 40ºC), a germinação se torna nula devido a morte da semente. Em síntese, cada espécie tem sua(s) temperatura(s) considerada(s) ideal(is) para uma máxima germinação. Há também algumas espécies que possuem dormência, como as braquiárias (Urochloa sp.) requerem temperaturas alternadas durante o dia.

• Oxigênio: Conforme já citado, o processo respiratório aumenta consideravelmente durante a germinação de uma semente. Neste sentido, o oxigênio é essencial para a germinação, pois é o responsável pela oxidação dos materiais de reserva e consequente suprimento de energia para o desenvolvimento do embrião. Em condições atmosféricas normais, o ar é composto de aproximadamente 20% de oxigênio (O2); 0,03% de gás carbônico (CO2) e 80% de gases nitrogenados . Considerando que a maioria das espécies não exige concentrações superiores a 10% de O2, este dificilmente será um fator limitante durante a germinação. No entanto, se as concentrações de O2 são reduzidas significativamente (como em situações hipóxicas e/ou anóxicas), a germinação da maioria das sementes será afetada. Portanto, conforme citado anteriormente, as sementes não germinarão se o meio estiver excessivamente úmido ou se por qualquer outro motivo (como a dureza tegumentar), as condições limitarem o suprimento de O2 nas células.