Nome do Projeto
Produção e Tecnologia de Sementes: do vigor a produtividade de cultivos anuais
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
28/08/2023 - 28/08/2027
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
As altas produtividades de plantas anuais produtoras de grãos possuem estreita relação com à qualidade da semente e às boas práticas produção. A qualidade da semente é determinada pelo ambiente do campo de multiplicação e pela pós-colheita. Estudar a influência de condições ambientais de multiplicação de sementes, o manejo pré e pós-colheita de sementes no crescimento e no desenvolvimento de plantas, caracterizando alguns eventos ecofisiológicos relacionados ao vigor com reflexo no crescimento e na produtividade. Serão realizados diferentes experimentos em condições de meio e de manejo. Para avaliação da resposta das sementes e plantas de diferentes espécies cultivadas serão utilizadas avaliações de ordem fisiológica e bioquímica, de qualidade física e fisiológica de sementes, vigor, crescimento e atributos da germinação, crescimento e partição de assimilados. Além destas, serão determinados o rendimento de sementes e atributos do rendimento de grãos em resposta a utilização de sementes dispostas e/ou produzidas em diferentes condições de ambiente.

Objetivo Geral

Estudar a influência de condições ambientais de multiplicação de sementes, o manejo pré e pós-colheita de sementes no crescimento e no desenvolvimento de plantas, caracterizando alguns eventos ecofisiológicos relacionados ao vigor com reflexo no crescimento e na produtividade.

Justificativa

Diversos são os fatores envolvidos no aumento da produtividade, entre eles Aumonde et al. (2017) relatam a elevação da produtividade pelo posicionamento estratégico de cultivares em microclimas mais favoráveis ao desenvolvimento do cultivo, a melhor utilização de áreas subutilizadas ou menos propensas ao cultivo, assim como, o tratamento de sementes com vistas a sua proteção e proteção da plântula no inicio do desenvolvimento em campo, o emprego de cultivares de maior potencial de desempenho, de rendimento e a expansão das áreas de cultivo para novas fronteiras agrícolas (GEORGE, 2011; PESSAKLI, 2011).
A produção de cultivos anuais colabora significativamente para a economia brasileira. Na produção destes cultivos, a qualidade da semente é primordial, sendo esta, influenciada por diferentes situações de meio ambiente e de manejo. Os benefícios da qualidade de sementes já foram descritos para diferentes cultivos, entre eles para soja, trigo, milho, cevada, centeio, arroz, milho (AUMONDE et al., 2017) e para hortaliças (PESKE et al., 2012; CARAVALHO & NAKAGAWA, 2012).
Espécies como, o trigo (Triticum aestivum L.), a soja, o milho, a cevada e o feijão são nutricionalmente, economicamente e/ou socialmente importantes no contexto da produção agrícola brasileira (MOTTA & MAIA, 1999; SLEPER & POEHLMAN, 2006; LONDERO et al., 2008). Os cultivos anuais podem ser influenciados por fatores bióticos e abióticos. A restrição hídrica constitui situação desfavorável comum à produção de diversas culturas e pode apresentar impacto negativo no crescimento e no desenvolvimento das plantas. Esta condição pode ocasionar o fechamento estomático, a redução na taxa de assimilação de CO2 e produção de carboidratos, além de acelerar a senescência e a abscisão foliar, reduzir o desenvolvimento celular e afetar a partição adequada de assimilados (TAIZ & ZEIGER, 2013).
Quando aliada às altas temperaturas, pode encurtar o ciclo das plantas, aumentar a atividade respiratória e reduzir o índice de troca de CO2 (LOPES & LIMA, 2015), promover o aumento na formação de espécies reativas de oxigênio resultando em estresse oxidativo (DAMATTA et al., 2003; SHAO et al., 2008), ocasionando modificação de atributos fisiológicos e bioquímicos em sementes. A temperatura afeta a velocidade e percentagem de germinação por influenciar principalmente na absorção de água pela semente, nos demais processos bioquímicos e fisiológicos que determinam à germinação (CARVALHO & NAKAGAWA 2012; TAIZ & ZEIGER, 2013). O efeito de altas temperaturas sobre o vigor da semente pode ser relacionado à redução da hidrólise de reservas para a plântula e a perda de carboidratos pelo processo respiratório. Segundo Melo et al. (2004), o aumento da temperatura resulta em altas taxas de respiração e de acordo com Peske et al. (2012) temperaturas elevadas durante o processo germinativo resultam na perda de carbono pela alteração do processo respiratório.
Outro fator ambiental que pode modificar a qualidade da semente é o encharcamento do solo em áreas de várzea. No Brasil, os solos de várzea agregam 33 milhões de hectares e são dotadas de solos aluviais ou hidromórficos que dispõe frequentemente, de elevada matéria orgânica e fertilidade. Estas áreas podem temporariamente, ser inundadas pelo excesso de chuvas que é associado à deficiência de drenagem e a elevação do nível do lençol freático (LOPES et al., 1988).
O excesso umidade no solo afeta a fisiologia, a morfologia e a produtividade de plantas (KOZLOWSKI, 1997). Além disso, poderá afetar o crescimento da parte aérea e de raízes, senescência foliar e diminuir a disponibilidade de O2, resultando em reduções de produtividade e mortalidade de plantas, causando alterações na absorção de nutrientes, na translocação de fotoassimilados e na produção de biomassa (PEZESHKI, 2001). Plantas que se desenvolvem nessas condições têm o crescimento vegetativo e a fase reprodutiva, afetados negativamente, podendo resultar na paralisação do crescimento vegetal (ALVES et al., 2002).
Em decorrência do alagamento, pode ocorrer o aumento da taxa de alongamento foliar (MOMMER & VISSER, 2005), o incremento no acúmulo de compostos, a exemplo de carboidratos e açúcares (SAIRAM et al., 2009), de proteínas específicas (ZABALZA et al., 2008) e a elevação da atividade das enzimas do sistema antioxidante de defesa (SHAO et al., 2008). Contudo, algumas cultivares podem apresentar tolerância à hipoxia, o que em parte, se relaciona a resposta diferencial de diferentes mecanismos bioquímicos e fisiológicos (DANTAS et al., 2001).
Por outro lado, a disposição das plantas e as populações inadequadas podem resultar no aumento do autossombreamento de parte das folhas e reduzir a eficiência da produção de sementes de alta qualidade. O autossombreamento reduz a radiação solar que atinge as folhas e reflete na diminuição da quantidade de radiação absorvida pelo aparato fotossintético. Isso tende a reduzir a conversão de energia luminosa em energia química e pode afetar variáveis fisiológicas de crescimento e desenvolvimento em situações adaptativas e de manejo.
O tratamento de sementes possibilita proteção da semente e da plântula no inicio do desenvolvimento, protegendo a semente quanto a sua qualidade fisiológica e auxiliando na expressão seu máximo potencial com ação no crescimento e no rendimendo das plantas por unidade de área. Diversas culturas tem apresentado aumento no desempenho produtivo quando empregado o tratamento de sementes, sendo que Silvana et al. (2019) constataram que o tratamento de sementes de milho influencia positivamente na produtividade; Rossman et al. (2018) verificaram ação positiva do tratamento de sementes indiferentemente ao ambiente e ao produto utilizado; Beres et al. (2016) observaram que a estabilidade e produtividade geral de uma lavoura de trigo com baixa taxa de semeadura apresentou resultados positivos do tratamento de sementes.
O tratamento de sementes pode ser realizado dentro da unidade de beneficamento em larga escala e por pessoa capacitada para este fim, consistindo forma precisa de aplicação de produtos para proteção das sementes, a partir de procedimentos corretos e do emprego do volume e da dose adequados de calda e do produto, de forma segura ao operador ao produtor rural, com reduzido risco ambiental, favorecendo a sustentabilidade do agroecossistema (AUMONDE et al., 2017; PESKE el al., 2019).
Neste sentido, fatores ambientais e práticas culturais de manejo podem afetar a composição química das sementes (VEIGA et al., 2010), bem como, alterar seu desempenho fisiológico. A qualidade fisiológica representa a capacidade da semente em desempenhar funções vitais de germinação, vigor e longevidade (BEWLEY et al., 2013). Enquanto, o vigor compreende um conjunto de características da semente que determinam o potencial para a emergência e o rápido desenvolvimento de plântulas normais, sob ampla diversidade de condições de ambiente (MARCOS FILHO, 2015).
Tanto o vigor quanto o potencial de armazenamento da semente são influenciadas pelos teores de compostos de reserva presentes e, de modo geral, quanto maior o teor de reservas, maior o vigor das plântulas originadas (CARVALHO & NAKAGAWA, 2012). No caso de espécies florestais, a expressão do vigor pode ser influenciada pela composição do substrato.
O substrato permite o estabelecimento da planta proporcionando o crescimento do sistema radicular e da parte aérea, devendo apresentar adequada porosidade, capacidade de retenção de água e fornecimento de nutrientes (STURION et al., 2000). Diferentes materiais ou composições de substratos possuem diferentes efeitos sobre a emergência de plântulas, fase crítica do ciclo de desenvolvimento vegetal e que constitui estádio decisivo para o adequado estabelecimento dos indivíduos a campo, devido à elevada vulnerabilidade a estresses ambientais (CASTRO et al., 2004).
A determinação do teor de pigmentos fotossintéticos foliares representa importante ferramenta para a avaliação do nível de estresse ocasionado por fatores ambientais adversos e para a distinção entre tratamentos (BUCHANAN et al., 2000). Enquanto, a partir da avaliação de taxas fotossintéticas é possível avaliar o montante de fotoassimilados produzidos nos órgãos fonte (MARENCO & LOPES, 2007) e a partir da análise da fluorescência transiente da clorofila a, determinar o nível de estresse (MARTINAZZO et al., 2012). Aliado a isso, a análise de crescimento que consiste na avaliação da produção e distribuição de carbono entre os diferentes órgãos do vegetal sendo reflexo da interação entre genótipo e ambiente, é método acessível, preciso e utilizado com a finalidade de avaliar o comportamento vegetal em diferentes condições de meio e manejo, permitindo a inferência da contribuição dos diferentes processos fisiológicos sobre o desempenho vegetal (AUMONDE et al., 2013) e consiste no primeiro passo para a interpretação e a análise de produção primária e possibilitar a avaliação da capacidade competitiva entre plantas (LOPES & LIMA, 2015).

Metodologia

Os cultivares utilizados serão de trigo, soja, milho, feijão, canola, cevada, girassol e centeio.
I - Caracterização inicial cultivares de cultivos anuais produtores de sementes em relação a diferentes condições hídricas e térmicas Os experimentos serão estabelecidos separadamente para cada material. Para a avaliação das plantas nas condições hídricas e térmicas: as sementes serão dispostas para germinação em rolos de papel e/ou bandejas de polietileno preto, contendo como substrato solo previamente corrigido. a) Serão adotadas quatro condições hídricas do substrato papel/solo acrescidas da condição adequada de umidade do substrato em laboratório (2,5 vezes a massa do papel seco)/umidade adequada de solo. b) Para a avaliação das plantas nas diferentes condições térmicas: serão adotadas cinco condições térmicas. Será adotada a temperatura ótima para cada espécie acrescida de duas temperaturas altas e mais duas temperaturas baixas. Serão avaliados os seguintes atributos: Emergência de plântulas; Velocidade de emergência e índice de velocidade de emergência; Comprimento de parte aérea e radicular de plântulas; Massa seca de plântulas. II - Expressão do vigor, peróxido de hidrogênio, peroxidação de lipídeos, metabolismo enzimático antioxidante, composição química enzimas hidrolíticas em cultivos anuais sob influência de ambientes: Serão avaliados os seguintes atributos: Emergência de plântulas em substrato; Velocidade de emergência e índice de velocidade de emergência; Comprimento de parte aérea e radicular de plântulas; Massa seca de plântulas; Teor de clorofila a, b e total; Índice de clorofila; Determinação da atividade das enzimas antioxidantes; enzimas fosfatase ácida e α-amilase; Determinação do conteúdo de H2O2 e peroxidação de lipídeos; trocas gasosas, composição química e flouorescencia da clorofila. III - Avaliação de crescimento, partição de assimilados, atributos de rendimento produtivo durante o ciclo de desenvolvimento de cultivos anuais em diferentes condições hídricas e térmicas: Os cultivares utilizados serão o trigo, soja, milho, feijão, canola, girassol, cevada e centeio. Os experimentos serão estabelecidos separadamente para cada material, durante o ciclo de desenvolvimento. A partir dos experimentos do item I e II serão determinados os períodos de encharcamento e selecionados quatro cultivares com melhor desempenho e mais quatro de desempenho inferior (suscetível) às condições térmicas e hídricas. Cada espécie será submetida, em experimentos separados, às seguintes condições: a) temperatura ótima para a espécie acrescida de duas temperaturas superiores e duas temperaturas inferiores; b) condição hídrica adequada acrescida de mais quatro restrições hídricas; c) condição hídrica adequada acrescida de quatro períodos de encharcamento do solo. Serão avaliados os seguintes atributos: Amido, açúcares solúveis, proteína solúvel, teores de clorofila a, b e total, peróxido e peroxidação de lipídeos, trocas gasosas, fluorescência da clorofila a e atividade de enzimas antioxidantes; Análise de crescimento e partição de assimilados; Adaptabilidade e estabilidade; IV - Avaliação em campo de atributos de rendimento produtivo, qualidade física e qualidade física e fisiológica das sementes produzidas por diferentes cultivos em diferentes locais e ambientes: Os experimentos serão estabelecidos separadamente para cada material, serão utilizados cultivares selecionados a partir dos itens I, II e III. Serão utilizados oito materiais sendo: a) quatro cultivares com indicativo de melhor resposta e mais quatro com indicativo de desempenho superior inferior quanto às condições térmicas; b) quatro cultivares com indicativo de melhor resposta e mais quatro com indicativo de desempenho superior inferior quanto às condições hídricas. A semeadura será efetuada em campo, em ambientes de probabilidade de ocorrência do estresse conforme estudo prévio. Serão avaliados os seguintes atributos: Número de espigas/espiguetas/vagens e sementes por estrutura e por planta; Rendimento por área; Massa de mil sementes; Peso hectolitrico;Tamanho da semente;Teste de germinação; Velocidade de germinação e índice de velocidade de germinação; Massa seca de plântulas, emergência e índice de velocidade de emergência, composição química e atividade enzimática: serão determinados conforme metodologias descritas nos itens I e II. Envelhecimento acelerado. V – Vigor, semeadura, adubação química e a avaliação de atributos do rendimento produtivo de cultivos em diferentes ambientes de cultivo: Vigor: serão usadas sementes dos níveis de vigor alto, médio e baixo e cultivares de cada cultivo. Para isso serão obtidos lotes com germinação e vigor, “originais” dos campos de produção. Profundidade de semeadura: serão empregadas cinco profundidades de semeadura em associação a três níveis de vigor: alto, médio e baixo. Velocidade de semeadura: serão empregadas cinco velocidades de semeadura (adequada + quatro velocidades – duas acima do recomendado e duas abaixo do recomendado) em associação ao uso de sementes dos níveis de vigor: alto, médio e baixo. Condição hídrica: serão empregadas sementes de três níveis de vigor (alto, médio e baixo) em associação a quatro condições hídricas (condição adequada acrescida de duas três condições inadequadas). Aplicação de fertilizantes e reguladores de crescimento: considerando que a produção de sementes visa a o alto desempenho da planta originária e que para isso o objetivo principal é a qualidade da semente, os fertilizantes serão aplicados, em experimentos separados, em três estádios: vegetativo, reprodutivo e na “maturação” das sementes. Serão empregadas cinco doses de cada fertilizante: recomendado para produção de grãos acrescida de quatro doses acima do recomendado. Serão avaliados os seguintes atributos: Emergência e índice de velocidade de emergência: conforme proposto no item II; Número de plantas por metro linear: obtido por contagem direta; Número de espigas/vagens e sementes por estrutura e por planta, Rendimento por área, Massa de mil sementes, Peso hectolitrico, Tamanho da semente: determinados conforme metodologias descritas no item IV. VI - Avaliação de práticas de pré-colheita, pós-colheita e deterioração de sementes na produção de sementes de alta qualidade: a) Dessecação pré-colheita: será estudado o efeito da prática da dessecação em pré-colheita. A dessecação será balizada no ponto de maturidade fisiológica da semente. Serão empregados cinco estádios de dessecação. b) Dano na colheita: as sementes serão colhidas em campo de produção. Serão utilizados três métodos de colheita/sistema de trilha. Ocorrerão avaliações durante o armazenamento das sementes. c) Secagem, beneficiamento e armazenamento: serão coletadas sementes de quatro cultivares colhidas com quatro umidades de colheita. Após cada equipamento do fluxograma da unidade de beneficiamento, as sementes serão coletadas e terão sua qualidade avaliada. Posteriormente, as sementes serão submetidas ao armazenamento (controlado e não controlado). Serão efetuadas amostragens de sementes que terão sua qualidade avaliada, a intervalos regulares de tempo. Serão avaliados os seguintes atributos: Número de espigas/vagens e sementes por estrutura e por planta, Rendimento por área, Massa de mil sementes, Peso hectolitrico, Tamanho da semente; Germinação, Massa seca de plântulas, emergência e índice de velocidade de emergência, composição química e atividade enzimática; O envelhecimento acelerado; Dano mecânico; Viabilidade e vigor; Tamanho das sementes; III. VII – Estudo da eficiência da produção de sementes e posicionamento estratégico visando à produção de sementes de alta qualidade: a) Eficiência: serão coletados dados de rendimento e de qualidade de sementes ao longo da produção, beneficiamento, armazenamento e disponibilização das sementes. b) Posicionamento: será efetuado a partir do índice fenotípico de vigor, baseado em avaliações físicas e fisiológicas das sementes. Os materiais serão posicionados para a produção de sementes de alta qualidade. c) Produção: serão conduzidos experimentos, separadamente, envolvendo densidade populacional e época de semeadura. VIII – Avaliação do tratamento de sementes e de temperaturas: Os experimentos serão conduzidos visando avaliar: a) Temperaturas: as sementes serão submetidas à temperatura de germinação; b) Tratamento de sementes: no tratamento de sementes serão utilizados produtos sintéticos - químicos, extratos e produtos naturais. As doses/concentrações serão determinadas a partir de testes prévios. Serão avaliados os seguintes atributos: Germinação, Massa seca de plântulas, emergência e índice de velocidade de emergência, composição química, teores de clorofila, atividade enzimática, atributos do crescimento e do vigorIX – Caracterização ecofisiológica do crescimento de plantas, da qualidade física e do desempenho fisiológico de sementes: Experimentos serão desenvolvidos com o objetivo de caracterizar ecofisiologicamente o desempenho de plantas e de sementes em diferentes condições de meio e de manejo. Procedimentos estatísticos: Os dados obtidos serão submetidos as pressuposições do modelo estatístico onde serão determinadas as análises descritivas de posição e e dispersão, bem como, a análise de variância a 5% de probabilidade com a finalidade de identificar a variabilidade dos tratamentos. Com intuito de identificar as tendências de associação dos caracteres será procedido a correlação linear, canônica, e análise de trilha. Os experimentos que objetivam evidenciar os efeitos diferenciais da interação serão submetidos as análises de estratificação de ambientes, estabilidade ou previsibilidade, adaptabilidade por modelos lineares generalizados, modelos mistos inferência bayesiana e tendências multicárater bem como análises multivariadas. Dados de crescimento serão analisados segundo disposto em Lopes & Lima (2015).

Indicadores, Metas e Resultados

Indicadores e Metas (2023 a 2028)
Ao final do primeiro ano:
a) Tipificação cultivares quanto à resposta ao déficit e/ou excesso hídrico, as altas temperaturas e as condições de manejo;
b) Analise da performance fisiológica de sementes e de plântulas quanto à composição química, crescimento inicial, processo de retomada do crescimento do embrião e expressão do vigor;
Ao final do segundo ano:
c) Definição da influência das temperaturas e das condições hídricas no metabolismo enzimático hidrolítico e antioxidante das plantas sob diferentes condições de meio e de manejo;
d) Avaliação do crescimento e a partição de assimilados, a concentração de clorofila, as trocas gasosas, a fluorescência transiente da clorofila a e atributos produtividade;
Ao final do terceiro ano:
e) Comparação de atributos de crescimento e de produtividade nas situações de meio e de manejo;
f) Estabelecimento de possíveis relações entre aspectos ecofisiológicos com o rendimento, qualidade de sementes e crescimento de plantas;
Ao final do quarto ano:
g) Estudo da influência da qualidade da semente, plantabilidade e qualidade da semeadura e de diferentes manejos em campos de produção de sementes.
h) Avaliação de práticas de colheita e de pós-colheita visando à produção de sementes de alta qualidade.

Resultados esperados:
A determinação da influência de condições ambientais de multiplicação de sementes, do manejo pré e pós-colheita de sementes no crescimento, desenvolvimento de plantas e na produtividade.
A caracterização da aspectos ecofisiológicos relacionados ao vigor com ação no crescimento e na produtividade de cultivos produtores de grãos.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
BENHUR SCHWARTZ BARBOSA
BIANCA SCHWARTZ BARBOSA
CARIANE PEDROSO DA ROSA
CAROLINA DILLI KRÜGER
EMANUELA GARBIN MARTINAZZO
GISELLI LACERDA CAMILO
HELENE JARDIM PEDO
INAE PEREIRA RAMOS
INDIANARA GUILHERMINA KLUMB
LEANDRO JOSÉ DE OLIVEIRA VON HAUSEN
TIAGO PEDO4
TIAGO ZANATTA AUMONDE4
VITOR MATEUS KOLESNY

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