Desiccation sensitivity from different coffee seed phenological stages

Sensibilidade à dessecação de sementes de café em diferentes estádios fenológicos

Abstracts

Maturity stage and drying method are the factors that most influence coffee seed quality. The objective of this study was to assess the physiological quality and investigate the electrophoretic patterns of catalase and endo-β-mannanase enzymes and heat resistant proteins in coffee seeds harvested at different phenological stages and dried under different conditions. Physiological quality was assessed when the seeds had developed the green, greenish-yellow, cherry, overripe and dry stages after three treatments: no drying, conventional drying and fast drying. After each treatment, the physiological quality of the seeds was assessed using the germination test and electrophoretic patterns of heat resistant proteins and the activity of catalase and endo-β-mannanase enzymes. Seeds harvested at the cherry phenological stage had the best physiological quality, and the drying process reduced quality at the cherry, overripe and dry stages. This reduction was greater under the faster drying process, but at the greenish-yellow stage, seeds had better physiological quality after slow drying. Regarding the results from electrophoretic analysis, endo-β-mannanase and catalase activities increase as the ripeness stages advance; the activity of endo-β-mannanase is directly associated with the deterioration process; the expression of heat resistant proteins increases with maturation process and is associated with seed physiological quality.

Coffea arabica L.; seed drying; physiological quality; protein profile

O estádio de maturação e a secagem são os fatores que mais influenciam a qualidade de sementes de café. O objetivo foi avaliar a qualidade fisiológica e investigar os padrões eletroforéticos das enzimas catalase, endo-β-mananase e das proteínas resistentes ao calor em sementes de café, em diferentes estádios e secadas em diferentes condições. Avaliou-se a qualidade nos estádios verde, verde cana, cereja, passa e seco, após tratamentos de secagem: sem secagem, secagem convencional e secagem rápida. A qualidade fisiológica foi avaliada pelo teste de germinação, padrão eletroforético das proteínas resistentes ao calor e atividade das enzimas catalase e endo-β-mannanase. Sementes colhidas no estádio cereja apresentam melhor qualidade fisiológica e a secagem reduz a qualidade das sementes colhidas nos estádios de maturação cereja, passa e seco. Esta redução foi maior após secagem mais rápida, mas no estádio verde cana as sementes apresentam melhor desempenho fisiológico após secagem lenta. Com relação às análises eletroforéticas, a atividade das enzimas endo-β-mannanase e catalase aumenta quando o processo de maturação avança; a atividade da endo-β-mannanase está diretamente relacionada com o processo de deterioração; a expressão de proteínas resistentes ao calor aumenta com a maturação e está associada à qualidade fisiológica das sementes de café.

Coffea arabica L.; secagem; qualidade fisiológica; perfil proteico

References

• ALFENAS, A.C. (Ed.). Eletroforese de isoenzimas e proteínas afins: fundamentos e aplicações em plantas e microorganismos. Viçosa, MG: UFV, 1998. 574p.
• BERJAK, C. Unifying perspectives of some mechanisms basic to desiccation tolerance across life forms. Seed Science Research, v.16,  p.1-15, 2006.
• BLACKMAN, S.A.; WETTLAUFER, S.H.; OBENDORF, R.L.; LEOPOLD, A.C. Maturation proteins associated with desiccation tolerance in soybean. Plant Physiology, v.96, p.868-874, 1991.
• BRANDÃO JR, D.S.; VIEIRA, M.G.G.C.; HILHORST, H.W.M. Aquisição da tolerância à dessecação nos diferentes estádios de desenvolvimento de sementes de cafeeiro (Coffea arabica L.).  Ciência e Agrotecnologia, v.26, n.4, p.673-681, 2002. http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0101-31222002000200004&script=sci_arttext
• BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Regras para análise de sementes. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Secretaria de Defesa Agropecuária. Brasília: Mapa/ACS, 2009. 395p. http://www.bs.cca.ufsc.br/publicacoes/regras%20analise%20sementes.pdf
• DOWNIE, B.; HILHORST, H.W.M.; BEWLEY, J.D. A new assay for quantifying endo-β-mananase activity using Congo Red dye. Phytochemistry, v.36, p.829-835, 1994.
• ELLIS, R.H.; HONG, T.D.; ROBERTS, E.H. An intermediate category of seed storage behaviour?: II. Effects of provenance. Journal of Experimental Botany, v.42, n.238, p.653-657, 1991.
• FAGAGNA, F. D. Living on a break: cellular senescence as a DNA-damage response. Nature Reviews,  v.8, n.1, p.512-522,2008. http://www.nature.com/nrc/journal/v8/n7/abs/nrc2440.html
• GUIMARÃES, R.M. ; VIEIRA, M.G.G.C. ; FRAGA, A.C. ; PINHO, E.V.R.V.; FERRAZ, V.P. Tolerância à dessecação em sementes de cafeeiro (Coffea arabica L.). Ciência e Agrotecnologia, v.26, p.128-139, 2002. http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0101-31222002000200004&script=sci_arttext
• LEPRINCE, O.; HENDRY G.A.F.; MCKERSIE, B.D. The mechanisms of desiccation tolerance in developing seeds. Seed Science Research, v.3, n.3, p.231-246, 1993. http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract;jsessionid=DCE6FB89E1106B3487C2C8E4CCE04542.journals?fromPage=online&aid=1353464
• MARCOS- FILHO, J. Fisiologia de sementes de plantas cultivadas Piracicaba: FEALQ, 2005. 496p.
• MARRACCINI, P.; ROGERS, W.J.; ALLARD, C.; ANDRÉ, M. L.; CAILLET, V.; LACOSTE, N.; LAUSANNE, F.; MICHAUX, N. Molecular and Biochemical characterization of  endo-β-mannanases from germinating coffee (Coffea arabica) grains. Planta, v.214, p.296-308. 2001.
• PEREIRA, L.F.P.; GALVÃO, R.M.; KOBAYASHI, A.K. Produção de etileno e expressão do gene de ACC-oxidase durante a maturação de frutos de Coffea arabica L. Brazilian Journal Plant Physiology, v.17, n.3, p.283-289, 2005.
• PEZZOPANE, C.G.; MEDINA FILHO, H.P.; BORDIGNON, R.; SIQUEIRA, W.J.; AMBRÓSIO, L.A.; MAZZAFERA, P. Influências Ambientais no Rendimento Intrínseco do Café. Bragantia, v.64, n.1, p.39-50, 2005. http://www.redalyc.org/pdf/908/90864105.pdf
• PEZZOPANE, J.R.M.; PEDRO JÚNIOR, M.J.; THOMAZIELLO, R.A.; CAMARGO, M.B.P.   Escala para avaliação de estádios fenológicos do cafeeiro Arábica. Bragantia, v.62, n.3, p.499-505, 2003. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttex&pid=S0006-87052003000300015
• ROSA, S.D.V.F.; VON PINHO, E.V.R.; VIEIRA, E.S.N.; VEIGA, R.D.; VEIGA, A.D. Enzimas removedoras de radicais livres e proteínas lea associadas à tolerância de sementes milho à alta temperatura de secagem. Revista Brasileira de Sementes, v.27, n.2, p.91-101, 2005. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-31222005000200014
• ROSA, S.D.V.F.; CARVALHO, A.M.; McDONALD, M.B.; VON PINHO, E.R.V.; SILVA, A.P.; VEIGA, A.D. The effect of storage conditions on coffee seed and seedling quality. Seed Science and Technology, v.39, p.151-164. 2011. http://www.ingentaconnect.com/content/ista/sst/2011/00000039/00000001/art00013 
• ROSA, S.D.V.F.; MELO, L.Q; VEIGA, A.D.; OLIVEIRA, S.; SOUZA, C.A.S.; AGUIAR, V.A. Formação de mudas de Coffea arabica L., cv Rubi, utilizando sementes ou frutos em diferentes estádios de desenvolvimento. Ciência e Agrotecnologia, v.31, n.2, p.349-356. 2007. http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1413-70542007000200013&script=sci_arttext
• ROSA, S.D.V.F.; VON PINHO, E.V.R.; CARVALHO, M.G.; VEIGA, R.D. Eficácia do teste de condutividade elétrica para o uso em estudos de danos de secagem em sementes de milho. Revista Brasileira de Sementes, v.22, n.1, p.54-63, 2000.
• SILVA, E.A.A; TOOROP, P.E; AELST, A.C.V.; HILHORST, H.W.M. ABA regulates embryo growth potential and endosperm cap weakening during coffee (Coffea arabica cv. Rubi) seed germination. Planta, v.220, n.2, p.251-261, 2004. http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00425-004-1344-0
• TAIZ, L.; ZEIGER, E. Fisiologia vegetal Porto Alegre: Artmed, 2004. p.449-484.
• TAKAHASHI, A.; OHTANI, N.; HARA, E. Irreversibility of cellular senescence: dual roles of p16^INK4a/Rb-pathway in cell cycle control. Cell Division, v.2, n.10, p.1-5, 2007. http://www.celldiv.com/content/2/1/10
• VEIGA, A.D.; GUIMARÃES, R.M.; ROSA, S.D.V.F.; VON PINHO, E.V.R.; SILVA, L.H.C.; VEIGA, A.D. Armazenabilidade de sementes de cafeeiro em diferentes estádios de maturação e submetidas a diferentes métodos de secagem. Revista Brasileira de Sementes, v.29, n.1, p.83-91, 2007. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-31222007000100012
• VIEIRA, A.R.; OLIVEIRA, J.A.; GUIMARÃES, R.M.; PEREIRA, C.E.; CARVALHO, F.E. Armazenamento de sementes de cafeeiro: ambientes e métodos de secagem. Revista Brasileira de Sementes, v.29, n.1, p.76-82, 2007. http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0101-31222007000100011&script=sci_abstract&tlng=pt
• WOLKERS, W.F.; BOCHICCHIO, A.; SELVAGGI, G.; HOEKSTRA, F.A. Fourier transform infrared microscopy detects changes in protein secondary structure associated with desiccation tolerance in developing maize embryos. Plant Physiology, v.116, n.3, p.1169-1177, 1998. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC35087/

Publication Dates

• Publication in this collection
  01 Apr 2014
• Date of issue
  2014

History

• Accepted
  12 Oct 2013
• Received
  31 May 2013