Armazenabilidade de sementes de milho-doce: alterações físicas, fisiológicas, bioquímicas e classificação por espectroscopia no infravermelho próximo

Abstract

Estudos sobre as alterações durante a deterioração de sementes de milho-doce são necessários para o fornecimento de informações que auxiliem na definição de estratégias adequadas para conservação da sua qualidade até o momento do plantio. Além disso, técnicas que englobam algoritmos de aprendizado de máquina podem possibilitar a avaliação da qualidade dessas sementes no decorrer do envelhecimento de forma rápida e menos subjetiva. Sendo assim, os objetivos do presente trabalho foram: i) avaliar e associar as alterações físicas, fisiológicas e bioquímicas em sementes de milho-doce submetidas ao envelhecimento natural (armazenamento) e artificial; ii) analisar o potencial da espectroscopia FT-NIR para classificar as sementes quanto à germinação e ao vigor. Sementes das cultivares Doce Cristal e Superdoce foram analisadas aos 0, 3, 6, 9 e 12 meses de armazenamento, em câmara fria (CF; 10 °C ± 2,6 e 56% ± 5,3 de UR) e ambiente não controlado (AMB; 23,5 °C ± 1,8 e 64% ± 6,2 de UR) (ensaio I), e após serem submetidas ao envelhecimento artificial (EA; 41 °C e 100% de UR) por 24, 48, 72 e 96 horas (ensaio II). Foram avaliadas a qualidade física e fisiológica das sementes e as alterações bioquímicas. Utilizou-se o delineamento inteiramente casualizado. Os dados do ensaio I foram analisados em esquema de parcelas subdivididas. As médias obtidas durante o armazenamento foram comparadas com as das sementes não armazenadas pelo teste de Dunnett. Os dados referentes aos períodos de envelhecimento natural (ensaio I) e artificial (ensaio II) foram submetidos à análise de regressão. Realizou-se a análise de agrupamento hierárquico a partir das distâncias generalizadas de Mahalanobis entre as porcentagens de germinação obtidas durante diferentes períodos de armazenamento em CF e AMB e após o EA. Ainda, foi realizada a análise de componentes principais com os dados obtidos no estudo das alterações físicas, fisiológicas e bioquímicas. Também foram coletados os dados espectrais no FT-NIR. Os espectros foram obtidos de sementes individuais que, posteriormente, foram submetidas a testes de germinação e vigor para sua distinção em classes de qualidade fisiológica. No estudo da classificação da qualidade das sementes por meio de FT-NIR, os dados obtidos no ensaio I e II foram analisados juntos. Os espectros foram rotulados de acordo com as classes definidas e nomeadas em ordem decrescente aos níveis de germinação e vigor das sementes. Os modelos preditivos foram obtidos com o classificador PLS-DA. Previamente à construção dos modelos de classificação, os espectros foram submetidos ao pré-processamento pela primeira e segunda derivada de Savitzky-Golay. Verificou-se reduções na qualidade fisiológica, nas atividades das enzimas antioxidantes, bem como nos teores de proteína e açúcares solúveis totais durante o envelhecimento natural e artificial. Houve diferença entre os ambientes de armazenamento, CF e AMB, em relação à germinação e ao vigor, aos 12 e a partir dos seis meses, respectivamente. O armazenamento em AMB provocou maiores alterações fisiológicas e bioquímicas nas sementes, evidenciando que esse ambiente é inadequado para acondicionar sementes de milho-doce por longo prazo. Porém, não ocorreram diferenças expressivas nas alterações físicas das sementes entre ambos os ambientes de armazenamento. A predição da armazenabilidade das sementes de milho-doce em condição de CF pode ser realizada com base no EA (41°C e 100% de UR) por 24 horas, sendo a germinação das sementes obtidas nesse tratamento similar as encontradas nos primeiros nove meses de armazenamento. Por sua vez, a germinação das sementes armazenadas em AMB por nove meses pode ser estimada com base no EA por 48 horas. A atividade das enzimas peroxidases (APX e POX) está associada com o vigor das sementes de milho-doce. Os modelos construídos para avaliação da qualidade das sementes por meio da espectroscopia FT-NIR alcançaram altas métricas de desempenho. Assim, essa técnica apresenta potencial para classificar sementes de milho-doce quanto à germinação e ao vigor. Palavras-chave: análise bioquímica; deterioração; espectroscopia FT-NIR; vigor.Studies on changes during sweet corn seed deterioration are necessary to provide information that helps define appropriate strategies for preserving their quality until planting. In addition, techniques that include machine learning algorithms can enable the evaluation of the quality of these seeds during aging in a fast and less subjective way. Therefore, the objectives of this study were: i) to evaluate and associate the physical, physiological and biochemical changes in sweet corn seeds subjected to natural (storage) and artificial aging; ii) to analyze the potential of FT-NIR spectroscopy to classify seeds according to germination and vigor. Seeds of the Doce Cristal and Superdoce cultivars were analyzed at 0, 3, 6, 9 and 12 months of storage in a cold chamber (CF; 10 °C ± 2.6 and 56% ± 5.3 RH) and uncontrolled environment (AMB; 23.5 °C ± 1.8 and 64% ± 6.2 RH) (assay I), and after being subjected to artificial aging (EA; 41 °C and 100% RH) for 24, 48, 72 and 96 hours (assay II). The physical and physiological quality of the seeds and the biochemical changes were evaluated. A completely randomized design was used. Data from assay I were analyzed in a split-plot scheme. The means obtained during storage were compared with those of the non-stored seeds using the Dunnett test. Data related to the natural (assay I) and artificial (assay II) aging periods were subjected to regression analysis. Hierarchical cluster analysis was performed based on the generalized Mahalanobis distances between the germination percentages obtained during different storage periods in CF and AMB and after EA. Principal component analysis was also performed with the data obtained in the study of physical, physiological and biochemical changes. Spectral data were also collected using FT- NIR. Spectra were obtained from individual seeds that were subsequently subjected to germination and vigor tests to distinguish them into physiological quality classes. In the study of seed quality classification by FT-NIR, data obtained in assay I and II were analyzed together. Spectra were labeled according to the defined classes and named in decreasing order according to seed germination and vigor levels. Predictive models were obtained using the PLS-DA classifier. Prior to the construction of the classification models, the spectra were subjected to pre-processing using the first and second derivatives of Savitzky-Golay. Reductions in physiological quality, antioxidant enzyme activities, and total protein and soluble sugar contents were observed during natural and artificial aging. There were differences between the storage environments, CF and AMB, in relation to germination and vigor, at 12 and after six months, respectively. Storage in AMB caused greater physiological and biochemical changes in the seeds, evidencing that this environment is inadequate for long-term storage of sweet corn seeds. However, there were no significant differences in the physical changes of the seeds between both storage environments. The prediction of the storability of sweet corn seeds under CF conditions can be performed based on the EA (41°C and 100% RH) for 24 hours, and the germination of the seeds obtained in this treatment was similar to that found in the first nine months of storage. In turn, the germination of seeds stored in AMB for nine months can be estimated based on the EA for 48 hours. The activity of peroxidase enzymes (APX and POX) is associated with the vigor of sweet corn seeds. The models built to evaluate seed quality through FT-NIR spectroscopy achieved high performance metrics. Thus, this technique has the potential to classify sweet corn seeds according to germination and vigor. Keywords: biochemical analysis; deterioration; FT-NIR spectroscopy; vigor.