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Título: Propagation, morphophysiological, and anatomical aspects of Bertholletia excelsa genotypes
Autor: Gonçalves, Elmer Viana
Orientador: Gonçalves, José Francisco de Carvalho
Coorientador: Carvalho, Josiane Celerino de
Costa, Karen Cristina Pires da
Nina Júnior, Adamir da Rocha
Palavras-chave: Brazil nut tree
imbibition curve
seedling production
seed technology
tissue culture
Data do documento: 21-Out-2023
Editor: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
Programa: Ciências de Florestas Tropicais - CFT
Abstract: In recent years, there has been an increasing urgency to recover degraded areas, especially in the Amazon region. This brings to light the interest in using native forest species for this purpose, focusing on the production of quality seeds and seedlings. One of the species that serves this purpose is the Brazil nut tree (Bertholletia excelsa Bonpl.), due to its high plasticity in developing and maintaining itself in different soil and climate conditions, and because of her being endangered, it needs technologies related to the propagation and conservation of genetic material to guarantee its existence. However, the main form of propagation of the species occurs via seeds, which has the limitation of low germination rate, and because it is slow and uneven in the natural environment and in the nursery, mainly due to the integumentary and physiological dormancy of the seed, and fungal contamination. An alternative to this is the in vitro micropropagation of zygotic embryos, which provides a high rate of germination, on a large scale in an aseptic environment. Germination is strongly influenced by genotype, since it is associated with the expression of morphophysiological characteristics of seeds and anatomical leaves. Among the genetic improvement initiatives of the species, some genotypes were generated, of which the 606 and Santa Fé stand out, the first of which stands out due to its characteristics of matrix growth, and the second for the productivity of seeds and fruits. Therefore, this work seeks to identify morphophysiological and anatomical markers that differentiate different genotypes of Brazil nut trees, as well as to investigate more efficient propagation methods for the production of seedlings of the species. For this, seeds of the two genotypes were collected at Amazonas state, and of a wild genotype in the state of Pará, which had their integuments removed, and then were taken to the Laboratory of Plant Physiology and Biochemistry, where their morphophysiological variables were measured, sown in expanded vermiculite, and the zygotic embryos of the 606 and wild genotypes were inoculated in full MS (Murashige Skoog) medium; after the complete seedling, the leaf morphoanatomy was described. As for the morphophysiology, all the genotypes had significant differences, and morphoanatomical differences were also detected in the leaves of the seedlings. Genotype 606 stood out in terms of seed size, germination rate, and parameters involving germination speed. With these variables, it was possible to group the two genotypes in a principal component analysis (PCA), where the variable most associated with Santa Fé was the relative amount of water absorbed, while for genotype 606 it was the percentage of germination. As for the morphoanatomical characteristics of the seedlings leaves, there was a difference in the morphology between the wild genotype, and the cultivated genotypes. These data show significant differences between the genotypes, facilitating the differentiation between them, and allowing choosing, within the conditions of this study, genotype 606 as the most suitable to produce quality seeds and seedlings. The in vitro micropropagation proved to be promising in relation to the decrease in germination time and seedling formation, which there was a decrease of 74 days for the formation of a seedling, for the wild genotype, and 161 days for the 606, when comparing in vivo and in vitro cultivation. Germination morphology between genotypes and propagation forms was different, since the zygotic embryos showed a more intense green color, while in the ex vitro culture, only some portions of the seeds turned green, and moreover, some explants of the wild type did not develop roots, only aerial part. Therefore, for Brazil nut trees, it is possible to use the markers related to seed biometry and germination, as well as the morphology of the leaf blade to identify the wild genotype, the cultivated genotype, and in addition, in vitro micropropagation proved to be a promising method for the production of Brazil nut seedlings in a shorter time than that used in propagation via seeds in vivo.
Resumo: Nos últimos anos, tem havido uma urgência crescente para recuperar áreas degradadas, especialmente na região amazônica. Isso traz à tona o interesse em utilizar espécies florestais nativas para esse fim, com foco na produção de sementes e mudas de qualidade. Uma das espécies que atende a esse propósito é a castanheira-do-brasil (Bertholletia excelsa Bonpl.), devido à sua alta plasticidade em se desenvolver e se manter em diferentes condições de solo e clima, e por estar ameaçada de extinção, necessita de tecnologias relacionadas a propagação e conservação do material genético para garantir sua existência. No entanto, a principal forma de propagação da espécie ocorre via sementes, que tem como limitação a baixa taxa de germinação, e por ser lenta e desigual no ambiente natural e no viveiro, principalmente devido à dormência tegumentar e fisiológica da semente, e contaminação fúngica. Uma alternativa para isso é a micropropagação in vitro de embriões zigóticos, que proporciona alta taxa de germinação, em larga escala em ambiente asséptico. A germinação é fortemente influenciada pelo genótipo, pois está associada à expressão de características morfofisiológicas das sementes e anatômicas foliares. Dentre as iniciativas de melhoramento genético da espécie, foram gerados alguns genótipos, dos quais se destacam o 606 e o Santa Fé, o primeiro se destacando por suas características de crescimento da matriz, e o segundo pela produtividade de sementes e frutos. Portanto, este trabalho busca identificar marcadores morfofisiológicos e anatômicos que diferenciem diferentes genótipos de castanheiras, bem como investigar métodos de propagação mais eficientes para a produção de mudas da espécie. Para isso, sementes dos dois genótipos foram coletadas no estado do Amazonas, e de um genótipo selvagem no estado do Pará, que tiveram seus tegumentos removidos, e então foram levadas ao Laboratório de Fisiologia e Bioquímica Vegetal, onde foram mensuradas suas variáveis morfofisiológicas , semeadas em vermiculita expandida, e os embriões zigóticos dos genótipos 606 e selvagem foram inoculados em meio MS completo (Murashige Skoog); após a plântula completa, foi descrita a morfoanatomia da folha. Quanto à morfofisiologia, todos os genótipos apresentaram diferenças significativas, sendo também detectadas diferenças morfoanatômicas nas folhas das plântulas. O genótipo 606 se destacou quanto ao tamanho da semente, taxa de germinação e parâmetros que envolvem a velocidade de germinação. Com essas variáveis, foi possível agrupar os dois genótipos em uma análise de componentes principais (PCA), onde a variável mais associada a Santa Fé foi a quantidade relativa de água absorvida, enquanto para o genótipo 606 foi a porcentagem de germinação. Quanto às características morfoanatômicas das folhas das plântulas, houve diferença na morfologia entre o genótipo selvagem e os genótipos cultivados. Esses resultados mostram diferenças significativas entre os genótipos, facilitando a diferenciação entre eles, e permitindo escolher, dentro das condições deste estudo, o genótipo 606 como o mais adequado para produzir sementes e mudas de qualidade. A micropropagação in vitro mostrou-se promissora em relação à diminuição do tempo de germinação e formação de plântulas, onde houve um decréscimo de 74 dias para formação de plântula, para o genótipo selvagem, e 161 dias para o 606, quando comparado em cultivo vivo e in vitro. A morfologia da germinação entre os genótipos e as formas de propagação foi diferente, pois os embriões zigóticos apresentaram coloração verde mais intensa, enquanto no cultivo in vivo apenas algumas porções das sementes ficaram verdes e, além disso, alguns explantes selvagens não desenvolveram raízes, somente parte aérea. Portanto, para a castanheira do Brasil, é possível utilizar os marcadores relacionados à biometria e germinação da semente, bem como a morfologia da lâmina foliar para identificar o genótipo selvagem, o genótipo cultivado e, além disso, a micropropagação in vitro provou ser um método promissor para a produção de mudas de castanha-do-brasil em tempo inferior ao utilizado na propagação via sementes in vivo.
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