RESPOSTA DE SEMENTES DE MILHO À RADIAÇÃO GAMA EM FUNÇÃO DO TEOR DE ÁGUA

I. BIOLOGIA MOLECULAR E FISIOLOGIA DE PLANTAS

RESPOSTA DE SEMENTES DE MILHO À RADIAÇÃO GAMA EM FUNÇÃO DO TEOR DE ÁGUA(¹)

LYDERSON FACIO VICCINI(²), LUIZ SÉRGIO SARAIVA(³) e COSME DAMIÃO CRUZ(³)

RESUMO

O estudo dos fatores que afetam a eficiência da radiação é importante, pois facilita a obtenção de mutantes que possam servir como fonte de variabilidade em programas de melhoramento e de aberrações cromossômicas estruturais para estudos citogenéticos. O presente trabalho foi realizado com o objetivo de investigar a influência do teor de água na resposta de sementes de milho à radiação gama. Verificou-se, nos experimentos realizados, o efeito radiossensibilizador da água, uma vez que, nas sementes com maior teor de umidade, intensificaram-se os danos causados pela radiação. Verificou-se, também, que o aumento dos danos foi diretamente proporcional às doses de radiação.

Termos de indexação: sementes de milho, Zea mays, radiação gama, água.

ABSTRACT

CORN SEED RESPONSE TO GAMMA RADIATION AS A FUNCTION OF WATER CONTENT

The study of the factors that affect the radiation efficiency is important, because it makes easier to get mutants that may be used as source of variability on improvement programs or as structural chromossomic aberrations for cytogenetics studies. The main aim of this research was to investigate the influence of corn seed water content on gamma radiation response. As a rule, the damage caused by radiation was more evident on seeds with higher water content. Also, increased damages were observed with higher radiation doses.

Index terms: corn seeds, Zea mays, gamma radiation, water.

1. INTRODUÇÃO

A utilização de mutações como fonte de variabilidade constitui, desde a primeira metade deste século, ferramenta adicional na busca de variedades agronomicamente desejáveis (Gaul, 1961).

A radiação gama pode ser considerada como um dos principais indutores de mutação e de aberrações cromossômicas estruturais (Pimentel, 1990), sendo seus efeitos influenciados por diversos fatores. Entre esses fatores, podem-se citar as condições de armazenamento após a irradiação (Brock & Franklin, 1966), o teor de água do material a ser submetido à irradiação (Conger & Carabia, 1972), o genótipo dos indivíduos (Killion & Constantin, 1972; Bahl & Gupta, 1982), o modo de exposição do material (Iqbal & Zahur, 1975), a presença de algumas substâncias químicas (Kumar, 1991), a fase do ciclo celular (Gudkov & Grodzinsky, 1982), a dosagem de radiação (Santos, 1993), o grau de ploidia dos cromossomos (Brock, 1980), a temperatura das célu-las (Smith, 1958), o conteúdo de DNA por genoma haplóide (Plewa et al., 1983) e o nível de oxigênio (Bump et al., 1982).

Tendo em vista a influência desses fatores, torna-se necessário estudá-los. A escassez de trabalhos a respeito da influência do teor de água no material biológico sobre a radiossensibilidade, principalmente em sementes de milho, justifica estudo dessa natureza. Neste trabalho, investigou-se a influência da percentagem de água das sementes de duas linhagens de milho na resposta à radiação gama.

2. MATERIAL E MÉTODOS

Realizaram-se dois experimentos, um em condições de laboratório, outro no campo.

Sementes de duas linhagens de milho da Universidade Federal de Viçosa, identificadas por L-25 e L-843, foram colhidas em diferentes dias após a polinização (30, 55, 60 e 100 dias), visando à obtenção de sementes com teores de água variados. As sementes colhidas aos 30, 55, 60 e 100 dias apresentaram, respectivamente, em média, teores próximos a 46,4, 27,2, 25,0 e 14,0% de água.

As sementes foram submetidas à radiação gama, tendo como fonte uma bomba de Co⁶⁰ modelo RDL-60, à temperatura ambiente sob condições normais de oxigênio logo após a colheita, e armazenadas sem secagem, em sacos de papel, por período que variou de 6 a 8 meses, em câmara fria, à temperatura de aproximadamente 12ºC, até a semeadura.

No experimento de laboratório, realizado com a linhagem L-25, após a irradiação e armazenamento, as sementes foram colocadas em placas de Petri contendo um filme de água e, em seguida, mantidas em estufa de cultura à temperatura de aproximadamente 30ºC. Cada tratamento foi constituído por 50 sementes distribuídas em placas de Petri. Considerou-se cada semente como uma repetição. Os caracteres comprimento da radícula e do epicótilo foram avaliados ao terceiro dia do experimento. Realizou-se análise da variância para os dois caracteres, em delineamento inteiramente casualizado, comparando-se as médias pelo teste de Tukey a 5%.

Os tratamentos foram os seguintes: sementes com 46,4% de água - sem radiação (1), com radiação de 150 Gy (2) e de 200 Gy (3); sementes com 27,2% de água - sem radiação (4), com radiação de 200 Gy (5) e de 300 Gy (6); sementes com 25,0% de água - sem radiação (7), com radiação de 200 Gy (8) e de 300 Gy (9); sementes com 14,0% de água - sem radiação (10) e com radiação de 200 Gy (11).

No experimento de campo, desenvolvido com a linhagem L-843 cujas sementes apresentavam os mesmos teores de água descritos anteriormente, procedeu-se à semeadura, utilizando-se delineamento em blocos ao acaso, com quatro repetições e 25 sementes por parcela, constituída de uma linha de 6 m. Realizaram-se anotações sobre o número de plantas aos 10, 20, 30 e 60 dias após a semeadura, empregando-se os mesmos tratamentos listados para a linhagem L-25, acrescidos do tratamento 12, no qual as sementes possuíam 14,0% de água e radiação de 150 Gy. Este último tratamento não foi utilizado em laboratório em função da falta de sementes.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

No quadro 1 é apresentado o resultado da análise da variância do comprimento da radícula e do epicótilo para a linhagem L-25. Verificam-se, para os dois caracteres, diferenças significativas entre os tratamentos (Quadro 2).

Em relação ao caráter comprimento da radícula, nota-se, para as sementes com 46,4% de água, que não houve diferença significativa entre os tratamentos envolvendo sementes sem radiação (tratamento 1), com radiação de 150 Gy (tratamento 2) e de 200 Gy (tratamento 3). Tais sementes foram colhidas 30 dias após a polinização e, provavelmente, não se encontravam fisiologicamente maduras, o que pode ter impedido a detecção do efeito da radiação, uma vez que mesmo o tratamento controle apresentou o comprimento da radícula reduzido, quando comparado às sementes com menores percentagens de água. No caso das sementes com 27,2% de água, colhidas 55 dias após a polinização, o tratamento sem radiação (tratamento 4) diferenciou-se daqueles que foram submetidos aos raios gama (tratamentos 5 e 6), mostrando ser possível detectar o efeito prejudicial da radiação, com esse percentual de água.

No entanto, quando se comparou o comprimento da radícula das sementes com 46,4% de água e com radiação (tratamentos 2 e 3) com o das sementes com 27,2%, também submetidas aos raios gama (tratamentos 5 e 6), não se verificou diferença significativa.

Examinando-se simultaneamente os tratamentos sem radiação (tratamentos 1, 4, 7 e 10), observa-se que a média apresentada pelo tratamento 1 foi bastante inferior às demais, evidenciando o efeito prejudicial causado pela colheita precoce das sementes. Ao analisar o efeito da radiação, observam-se diferenças significativas, quando são comparadas sementes de 27,2% com as de teores de água inferiores (25,0 e 14,0%). À medida que o teor de água diminui, menor é o efeito prejudicial da radiação sobre o crescimento da radícula.

Para o comprimento do epicótilo, nota-se comportamento semelhante ao do comprimento da radícula, ou seja, observa-se, de maneira geral, maior radiossensibilidade de sementes com maior teor de água. As médias revelam diferenças no desenvolvimento do epicótilo das sementes que possuem teor de água igual ou inferior a 27,2% em relação às de 46,4%. Na ausência de radiação, sementes com 27,2% (tratamento 4), 25,0% (tratamento 7) e 14,0% de água (tratamento 10) não diferiram significativamente entre si, mas comportaram-se diferentemente daquelas com 46,4% (tratamento 1), tanto para comprimento do epicótilo quanto da radícula. Em relação ao comprimento da radícula, apenas as sementes com 46,4% de água não mostraram efeito do aumento da dosagem de radiação. Já para as sementes com percentagem de água igual ou inferior a 27,2%, o aumento da dosagem de radiação acentuou os danos causados, revelando maior radiossensibilidade do epicótilo do que da radícula.

Quanto ao comprimento do epicótilo, o tratamento mais drástico, isto é, que revelou maior radiossensibilidade, envolveu sementes com 25,0% de água e radiação de 300 Gy. Já na dose de 200 Gy, o efeito mais drástico foi observado em sementes com o teor mais alto de água (tratamento 3).

Resultados semelhantes aos do presente trabalho foram obtidos por outros autores (Smith, 1958; Conger & Carabia, 1972), que constataram, também, um aumento da radiossensibilidade, mediante o aumento do teor de água da semente. É possível que a água atue como veículo para as interações entre os radicais livres induzidos pela radiação. Segundo Gusman et al., citados por Santos (1993), elevados teores de água aumentam a atividade metabólica e, por isso, intensificam a vulnerabilidade das sementes à radiação, uma vez que a água atua como meio de difusão de mutagênicos físicos e químicos, bem como de radicais livres oriundos do processo de radiação. Além disso, Conger & Carabia (1972) relatam que a água, estando presente no momento da irradiação, pode, ao ser decomposta, formar peróxidos altamente prejudiciais à célula.

Algumas explicações sobre o fato de a radiossensibilidade diferencial (maior ou menor) ser dependente do teor de água da semente têm sido dadas em função da presença ou da ausência de oxigênio. Em sementes de cevada com teores de água inferiores a 13,0%, Conger & Carabia (1972) observaram que o efeito radiossensibilizador do oxigênio pode mascarar o efeito da água, enquanto nas sementes com teor acima de 13,0%, a maior quantidade de água amplia as oportunidades para interação radical-radical ou radical X-H, antes que o efeito do oxigênio possa manifestar-se. Conger et al. (1966) relatam que em sementes embebidas em água rica em oxigênio, as interações oxigênio-radical livre ocorrem ao máximo.

De acordo com Wolff e Sicard, citados por Santos (1993), sementes super-secas (2,0% de água) de cevada são mais radiossensíveis. Conger et al. (1966) sugerem que a água atua controlando as interações radical livre-oxigênio e, por isso, as sementes com percentagem de água muito baixa ou muito alta têm o controle das interações alterado, aumentando, conseqüentemente, a radiossensibilidade do material. Nesta análise, sementes com teores intermediários de água (10,0 a 15,0%) apresentam radiossensibilidade mínima, ao passo que em níveis superiores ou inferiores a esses, a radiossensibilidade é aumentada (Gusman et al., citados por Santos, 1993).

Embora o armazenamento seja, em alguns casos, causador de injúrias em plantas oriundas de sementes expostas à radiação, Conger et al. (1966) relatam que esse efeito foi mais evidente quando as sementes foram hidratadas com nitrogênio, mas muito menos pronunciado quando a hidratação foi realizada com oxigênio, diminuindo o efeito com o aumento do tempo de armazenagem. Wolff & Sicard, citados por Santos (1993), ao analisarem a influência do armazenamento na resposta de sementes de cevada à radiação, não observaram correspondência entre o aumento dos danos causados pela radiação e o acréscimo do tempo de armazenagem.

Salser, citado por Conger et al. (1966), observou decréscimo nas injúrias causadas pela radiação durante o tempo de armazenagem. Dessa forma, no presente trabalho, o armazenamento não parece ser responsável pelos danos causados, pois foi suficientemente longo para impedir a manifestação desse fator.

Em relação ao experimento de campo com a linhagem L-843, no qual se utilizaram sementes com diferentes teores de água, submetidas à radiação gama, os dados de número de plantas aos 10, 20, 30 e 60 dias após a semeadura, constam do quadro 3.

Observa-se que somente as sementes mais secas resistiram à radiação (tratamentos 11 e 12). Quando os teores de água foram iguais ou superiores a 25,0% (tratamentos 2, 3, 5, 6, 8 e 9) na presença de radiação, o número de plantas sobreviventes foi muito pequeno, confirmando que as sementes com teores de água mais elevados apresentam maior radiossensibilidade.

O pequeno número de plantas observado aos 10, 20 e 30 dias após a semeadura (DAS), nos mesmos tratamentos citados anteriormente, não conseguiu sobreviver até aos 60 DAS, evidenciando o efeito drástico dos tratamentos mencionados. Quando o crescimento das plantas foi avaliado aos 30 e 60 DAS, constataram-se tipos diferentes que foram classificados de acordo com os seguintes critérios arbitrários: (a) plantas normais (PN), com o crescimento manifestando as características típicas da linhagem; (b) plantas subnormais (PSN), com porte ligeiramente menor e colmo mais fino; (c) plantas fracas (PF), com altura em torno de 50 cm, e (d) plantas muito fracas (PMF), com altura inferior a 40 cm.

As figuras 1A e 1B mostram, respectivamente, o crescimento das plantas aos 30 e 60 DAS. A radiação prejudicou bastante o crescimento das plantas, pois se constatou maior número de plantas consideradas muito fracas na medida em que foram comparados os tratamentos 10, 11 e 12, cujas sementes possuíam o mesmo teor de água (14,0%), mas diferiam quanto às doses de raios gama: apenas as dos dois últimos foram submetidas à radiação, de 200 e 300 Gy respectivamente. Quando a radiação foi aplicada em sementes com maiores teores de água, não houve planta sobrevivente (tratamentos 2, 3, 5, 6, 8 e 9), confirmando o efeito da água como substância radiossensibilizadora.

Figura 1. Número de plantas da linhagem L-843 classificadas como normais, subnormais, fracas e muito fracas quanto ao parâmetro crescimento, avaliado aos 30 (A) e 60 (B) dias após a semeadura.

Verificou-se, em todos os tratamentos, o efeito prejudicial crescente à medida que se aumentou a dose de radiação. Portanto, este experimento confirma o efeito radiossensibilizador da água, uma vez que todos os tratamentos que envolveram radiação e alto teor de água (acima de 25,0%) foram praticamente letais.

4. CONCLUSÕES

1. O aumento do teor de umidade da semente amplia os danos causados pela radiação, eviden- ciando o efeito radiossensibilizador da água.

2. Em condições de laboratório, para teores de água inferiores a 27,2%, o aumento da dose de radiação acentuou os danos causados ao epicótilo, cuja radiossensibilidade se revelou maior se comparada à da radícula.

3. De modo geral, ao aumento da dose de radiação correspondeu o aumento dos danos.

⁽²) Departamento de Biologia, Universidade Federal de Juiz de Fora, 36036-330 Juiz de Fora (MG).

⁽³)Departamento de Biologia Geral, Universidade Federal de Viçosa, 36571-000 Viçosa (MG).

• BAHL, J.R. & GUPTA, P.K. Chlorophyll mutations in mungbean (Vigna radiata (L.) Wilczek). Theoretical and Applied Genetics, Berlin, 63:23-26, 1982.
• BROCK, R.D. Mutagenesis and crop improvement. In: CARLSON, P. S. Biology of crop productivity, New York, Academic Press, 1980. p.383-409.
• BROCK, R.D. & FRANKLIN, I.R. The effect of desiccation, storage and radiation intensity on mutation rate in tomato pollen. Radiation Botany, Great Britain, 6:171-179, 1966.
• BUMP, E.A.; YU, N.Y. & BROWN, J.M. Radiosensitization of hypoxic tumor cells by depletion of intracellular glutathione. Science, Washington, 217:544-545, 1982.
• CONGER, B.V. & CARABIA, J.V. Modification of the effectiveness of fission neutrons versus 60 CO gamma radiation in barley seeds by oxygen and seed water content. Radiation Botany, Great Britain, 12:411-420, 1972.
• CONGER, B.V.; NILAN, R.A.; KONZAK, C.F. & METTER, S. The influence of seed water content on the oxygen effect in irradiated barley seeds. Radiation Botany, Great Britain, 6:129-144, 1966.
• GAUL, H. Use of induced mutants in seed-propagated species. Mutation and Plant Breeding, Washington, NAS-NRC, 1961. p.206-251.
• GUDKOV, I.N. & GRODZINSKY, D.M. Cell radiosensitivity variation in synchronously-dividing root meristems of Pisum sativum L. and Zea mays L. during the mitotic cycle. Internacional Journal of Radiation Biology, Bristol, 41(4):401-409, 1982.
• IQBAL, J. & ZAHUR, M.S. Effects of acute gamma irradiation and developmental stages on growth and yield of rice plants. Radiation Botany, Great Britain, 15 :231-240, 1975.
• KILLION, D.D. & CONSTANTIN, M.J. Gamma irradiation of corn plants:effects of exposure, exposure rate, and developmental stage on survival, height, and grain yield of two cultivars. Radiation Botany, Great Britain, 12:159-164, 1972.
• KUMAR, G. Modification of radiation induced genetic damage and impaired DNA synthesis by thiourea treatment in Solanum incanum L. Cytologia, Tokyo, 56:117-123, 1991.
• PIMENTEL, M.C.G. Induçăo de aberraçőes cromos-sômicas estruturais em milho (Zea mays L.) por radia-çăo gama Viçosa, 1990. 86p. Dissertaçăo (Mestrado em Genética e Melhoramento) - UFV, 1990.
• PLEWA, M.J.; DOWD, P.A.; SCHY, W.E. & WAGNER, E.D. Induced forward mutation at the yg2 locus and a comparison with the ABCW relationship. Maize Genetics Cooperation Newsletter, Columbia, 57:147-149, 1983.
• SANTOS, M.V.F.D.L. Resposta ŕ radiaçăo gama em sementes de milho (Zea mays L.) sob a influęncia de agentes físicos e químicos Viçosa, 1993. 131p. Dissertaçăo (Mestrado em Genética e Melhoramento) - UFV, 1993.
• SMITH, H.H. Radiation in the production of useful mutations. The Botanical Review, New York, 24(1):1-24, 1958.

⁽¹

) Recebido para publicação em 28 de fevereiro e aceito em 11 de outubro de 1996.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  16 Jun 1999
• Data do Fascículo
  1997

Histórico

• Recebido
  28 Fev 1996
• Aceito
  11 Out 1996