Aspectos fisiológicos, bioquímicos, biofísicos e ultraestruturais associados à criopreservação em sementes de Coffea arabica L.

Abstract

Tolerância à dessecação é a capacidade de recuperar as atividades metabólicas depois da remoção parcial da água celular em sementes, possibilitando sua sobrevivência. A conservação a longo prazo, temperatura em nitrogênio líquido, se mostra economicamente viável em comparação com a conservação de plantas a campo. Pesquisas sobre tolerância à dessecação e métodos de criopreservação contribuem para o entendimento do comportamento destas sementes em relação a sensibilidade, à dessecação e ao resfriamento. Neste contexto, estudos foram realizados objetivando-se investigar os aspectos fisiológicos, bioquímicos, biofísicos e ultraestruturais em sementes de Coffea arabica L. No primeiro estudo, o objetivo foi investigar metodologias de armazenamento em longo prazo, de sementes de café, realizando estudos fisiológicos, bioquímicos e ultraestruturais relacionados com os efeitos da desidratação, pré-resfriamento e reaquecimento após exposição ao nitrogênio líquido. No segundo estudo, foram investigadas as propriedades calorimétricas dos vidroscitoplasmáticos associados a criopreservação. A qualidade fisiológica de sementes de Coffea arabica L. é reduzida à medida que perdem água durante a secagem. O reaquecimento em temperatura de 25 °C ou em banho-maria a 40 °C de sementes de Coffea arabica L. após pré-resfriamento, em taxa de 1°C min-1 até -40 °C, não altera a qualidade fisiológica e o perfil eletroforético das enzimas catalase e superóxido dismutase. As enzimas polifenol oxidase e peroxidase apresentam menor expressão em gel de eletroforese em sementes de Coffea arabica L. reaquecidas em temperatura de 25 °C. do que em banho-maria a 40 °C, após pré-resfriamento, em taxa de 1°C min-1 até -40 °C. Identificou-se que danos nas membranas celulares são menos drásticos nas sementes que são crioarmazenadas após a secagem. Sementes de Coffea arabica L. secadas em sílica gel até 20 ou 17% (bu), pré-resfriadas em biocongelador ou diretamente imersas em nitrogênio líquido, apresentam alta sobrevivência. Em sementes de Coffea arabica L. com teores de água, de (43 e 35% bu) a entalpia de fusão e a porcentagem de água congelável são maiores do que em sementes com teores de água de 20, 17 ou 12% bu. O ponto de fusão da água congelada em sementes hidratadas ocorre em temperaturas inferiores à temperatura de fusão da água pura de 0 ºC. A formação de vidros intracelulares em sementes hidratadas foi detectada em temperaturas de -18 e -22 °C, sementes com 17 e 20% (bu) entre -20 e -23 °C e em sementes crioarmazenadas em -18 °C.

Desiccation tolerance is the ability to recover metabolic activities after the partial removal of cellular water in seeds, allowing their survival. The long-term conservation, temperature in liquid nitrogen, is economically viable compared to the conservation of plants in the field. Research on desiccation tolerance and cryopreservation methods contribute to the understanding of the behavior of these seeds in relation to sensitivity, desiccation and cooling. In this context, studies were carried out with the objective of investigating the physiological, biochemical, biophysical and ultrastructural aspects of Coffea arabica L. seeds. In the first study, the objective was to investigate long-term storage methods of coffee seeds, performing physiological studies, biochemical and ultrastructural studies related to the effects of dehydration, precooling and reheating after exposure to liquid nitrogen. In the second study, the calorimetric properties of the crystalline cytoplasmic agents associated with cryopreservation were investigated. The physiological quality of Coffea arabica L. seeds is reduced as they lose water during drying. Reheating at a temperature of 25 ° C or a 40 ° C water bath of Coffea arabica L. seeds after pre-cooling at a rate of 1 ° C min-1 to -40 ° C does not alter the physiological quality and the electrophoretic profile of the catalase and superoxide dismutase enzymes. The enzymes polyphenol oxidase and peroxidase present lower expression in electrophoresis gel in Coffea arabica L. seeds reheated at 25 ° C. than in a water bath at 40 ° C, after pre-cooling at a rate of 1 ° C min-1 to -40 ° C. Damage to cell membranes has been found to be less drastic in seeds that are cryo-stored after drying. Seeds of Coffea arabica L. dried in silica gel up to 20 or 17% (bu), pre-cooled in a biofreezer or directly immersed in liquid nitrogen, present high survival. In Coffea arabica L. seeds with water contents, (43 and 35% bu) the melting enthalpy and the percentage of freezing water are higher than in seeds with water contents of 20, 17 or 12% bu. The melting point of frozen water in hydrated seeds occurs at temperatures below the melting temperature of pure water of 0 ° C. The formation of intracellular glasses in hydrated seeds was detected at temperatures of -18 and -22 ° C, seeds with 17 and 20% (bu) between -20 and -23 ° C and in cryo-stored seeds at -18 ° C.