Análise não destrutiva de sementes de maracujazeiro-azedo: classificação via tecnologia de imagens e relações entre características morfoagronômicas dos frutos

Abstract

O maracujazeiro-azedo (Passiflora edulis Sims) possui importância econômica e social para o Brasil, pois o alto valor de produção atual incentiva a busca por novas áreas de cultivos e desenvolvimento de novos materiais genéticos, mais produtivos e adaptados. A avaliação dos frutos é importante para a seleção de caracteres morfológicos e contribui para o melhoramento e potencial produtivo do maracujazeiro. Técnicas alternativas para desenvolvimento de cultivares, como a criação de plantas duplo haploides, se tornam igualmente interessantes. Uma destas estratégias é a busca por embriões haploides, formados ao acaso, em sementes mal formadas ou induzidos por androgênese. Para isso, tecnologias de imagens não destrutivas como radiografia (raios X) e microtomografia computadorizada (microCT) tem potencial aplicação na avaliação das sementes e identificação dos embriões. O objetivo deste trabalho foi caracterizar cinco diferentes classes de sementes utilizando formas de obtenção de imagens não destrutivas, como a radiografia e a microtomografia, e suas relações com características físicas de frutos de maracujazeiro-azedo. Um total de 100 frutos de cada um de três pomares em diferentes municípios de diferentes estados (Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Minas Gerais) foram coletados. Os frutos foram processados individualmente, coletando-se as características físicas e rendimento de polpa de cada fruto. As sementes foram reservadas, classificadas e realizada sua contagem de acordo com as seguintes classes: Classe 1A) sementes chochas; Classe 2B) sementes com defeito na coloração do tegumento; Classe 3C) sementes de tamanho diminuto; Classe 4D) sementes de baixa densidade; e Classe 5E) sementes íntegras. Três sementes de cada local, em cada classe, foram submetidas a análises de microCT e raios X para obtenção de imagens por métodos não destrutivos e, em seguida, as mesmas sementes foram processadas para observação ao fotomicroscópio. Três blocos adicionais, contendo 100 sementes de cada classe, foram submetidos a teste de germinação de acordo com a RAS e os dados associados às informações de análise de imagem por radiografia. Nas imagens de microCT foi possível observar as estruturas externas e internas das sementes; e identificar o endosperma, eixo hipocótilo-radícula e dois cotilédones quando presentes. A técnica de raios X permitiu classificar as sementes em cheias ou vazias, podendo ser visualizado o embrião em algumas sementes cheias. Na fotomicroscopia pode-se confirmar os resultados obtidos nas técnicas não destrutivas e caracterizar as células e tecidos das sementes estudadas. Nas imagens de radiografia foi possível observar estruturas embrionárias. As correlações confirmaram que massa e diâmetros transversais possuem relação com sementes cheias bem formadas. Além disso, a porcentagem de polpa foi correlacionada negativamente com a massa da casca e positivamente com sementes da Classe 5E. As cinco classes de sementes propostas neste trabalho foram caracterizadas por meio das análises não destrutivas. As correlações entre diâmetro, massa dos frutos e rendimento de polpa foram confirmadas. As técnicas de análise de imagem não destrutivas possibilitam a seleção de sementes contendo embriões com desvios de desenvolvimento antes da germinação, que podem reduzir tempo e custos na busca por embriões mal formados e haploides putativos. Palavras-chave: raios X; microCT; Passiflora edulis; melhoramento genético.

The passion fruit (Passiflora edulis Sims) has economic and social importance for Brazil, as its current high production value encourages the search for new cultivation areas and the development of new genetic materials that are more productive and better adapted. Fruit evaluation is important for the selection of morphological traits and contributes to breeding programs and to improving the productive potential of passion fruit. In this context, alternative techniques for cultivar development, such as the production of doubled haploid plants, have become equally relevant. One strategy is the search for haploid embryos, formed at random in malformed seeds or induced by androgenesis. For this purpose, non-destructive imaging technologies such as radiography (X rays) and computed microtomography (microCT) have potential application in seed evaluation and embryo identification. The objective of this study was to characterize five different classes of seeds using non-destructive imaging methods, such as radiography and microtomography, and to relate them to the physical characteristics of passion fruit. A total of 100 fruits were collected from each of three orchards located in cities of different Brazilian states (Rio Grande do Sul, Santa Catarina, and Minas Gerais). The fruits were processed individually, recording physical characteristics and pulp yield for each fruit. The seeds were separated, classified, and counted according to the following classes: Classe 1A) empty seeds; Classe 2B) seeds with defects in tegument coloration; Classe 3C) seeds of reduced size; Classe 4D) seeds of low density; and Classe 5E) intact seeds. Three seeds from each location, within each class, were subjected to microCT and X- ray analyses to obtain images using non-destructive methods; afterward, the same seeds were processed for observation under a light microscope. Three additional sets, containing 100 seeds from each class, were subjected to germination tests according to the RAS, and the data were associated with information obtained from X-ray image analysis. In the microCT images, it was possible to observe the external and internal structures of the seeds and to identify the endosperm, hypocotyl–radicle axis, and two cotyledons when present. The X-ray technique allowed the classification of seeds as filled or empty, and the embryo could be visualized in some filled seeds. Light microscopy confirmed the results obtained with the non-destructive techniques and enabled the characterization of the cells and tissues of the studied seeds. Embryonic structures were also observed in the radiographic images. Correlation analyses confirmed that seed weight and transverse diameters are associated with well-formed seeds. In addition, pulp percentage was negatively correlated with peel weight and positively correlated with Class 5E seeds. The five seed classes proposed in this study were characterized through non-destructive analyses. Correlations among fruit diameter, fruit weight, and pulp yield were confirmed. Non-destructive image analysis techniques allow the selection of seeds containing embryos with developmental deviations prior to germination, which may reduce time and costs in the search for malformed and putative haploid embryos. Keywords: x-rays; microCT; Passiflora edulis; plant breeding.