RESUMO

The cryopreservation of plant germplasm at ultralow temperatures is an alternative technique for the long-term storage of seeds of the genus Coffea sp. However, for this technique to be successful, cell integrity must be maintained at all stages of the process on the basis of scientific research. The present study investigated validated cryopreservation protocols for Coffea arabica L. seeds and evaluate the effects on the physiological and biochemical characteristics of the seeds at each stage of the process. Seeds were dried on silica gel or with saturated saline solution, precooled or not in a biofreezer, immersed in nitrogen, and reheated in a water bath. After each of these steps, the physiological and biochemical quality of the seeds was determined. Pre-cooling is a step that can be dispensed with in the cryopreservation of Coffea arabica seeds, direct immersion in liquid nitrogen being more indicated. Coffea arabica L. seeds tolerate cryopreservation after rapid drying in silica gel up to water contents of 17 or 20% (wb), with greater survival at 17%. The enzyme activities of catalase, polyphenol oxidase and peroxidase are indicators of the quality of C. arabica L. seeds subjected to cryopreservation.

A criopreservação de germoplasma vegetal em temperaturas ultrabaixas é uma alternativa para o armazenamento em longo prazo de sementes do gênero Coffea sp. Entretanto, para que essa técnica apresente sucesso, a realização de pesquisas que garantam a manutenção da integridade celular em todas as etapas do processo é de fundamental importância. O objetivo com o presente trabalho foi investigar protocolos de criopreservação validados para sementes de Coffea arabica L., avaliando separadamente, os efeitos sobre as características fisiológicas e bioquímicas das sementes, em cada etapa do processo. As sementes foram secadas em sílica gel ou em solução salina saturada, submetidas ou não ao pré-resfriamento em biocongelador, em seguida imersas no nitrogênio e reaquecidas em banho-maria. Após cada uma dessas etapas, a qualidade fisiológica e bioquímica das sementes foi determinada. O pré-resfriamento é uma etapa que pode ser dispensada na criopreservação de sementes de Coffea arabica, sendo mais indicada a imersão direta em nitrogênio líquido. Sementes de Coffea arabica L. toleram a criopreservação após secagem rápida em sílica gel até teores de água de 17 ou 20% (wb), com maior sobrevivência a 17%. A atividade das enzimas catalase, polifenoloxidase e peroxidase são indicadoras da qualidade de sementes de Coffea arabica L. submetidas à criopreservação.

Assuntos

RESUMO

ABSTRACT Preservation of the quality of coffee seeds is hindered by their intermediate behavior in storage. However, long-term storage at sub zero temperatures may be achieved by adjusting the water content of the seeds. The aim of this study was to evaluate the tolerance of coffee seeds to freezing, in relation to physiological and enzymatic modifications. Coffee seeds were dried in two manners, rapid and slow, to water contents of interest, 0.67, 0.43, 0.25, 0.18, 0.11, and 0.05 g H2O g-¹ dw (dry basis). After drying, the seeds were stored at a temperature of -20 ºC and of 86 ºC for 24 hours and for 12 months, and then compared to seeds in cold storage at 10 ºC. The seeds were evaluated through calculation of percentage of normal seedlings, percentage of seedlings with expanded cotyledonary leaves, dry matter of roots and of hypocotyls, and viability of embryos in the tetrazolium test. Expression of the enzymes superoxide dismutase, catalase, and peroxidase were evaluated by means of electrophoretic analysis. Only seeds dried more slowly to 0.18 g H2O g-1 dw present relative tolerance to storing at -20 °C for 12 months. Coffee seeds do not tolerate storage at a temperature of -86 ºC for 12 months. Water contents below 0.11g H2O g-¹ dw and above 0.43 g H2O g-¹ dw hurt the physiological quality of coffee seeds, regardless of the type of drying, temperature, and storage period. Coffee seed embryos are more tolerant to desiccation and to freezing compared to whole seeds, especially when the seeds are dried to 0.05 g H2O g-¹ dw. The catalase enzyme can be used as a biochemical marker to study tolerance to freezing in coffee seeds.

RESUMO A preservação da qualidade de sementes de café é dificultada pelo comportamento intermediário no armazenamento. Porém, a conservação a longo prazo em temperaturas subzero pode ser conseguido com o ajuste do teor de água das sementes. Objetivou-se neste trabalho avaliar a tolerância de sementes de café ao congelamento, com relação às modificações fisiológicas e enzimáticas. As sementes foram submetidas a dois tipos de secagem, rápida e lenta, até os teores de água de interesse, de 0,67, 0,43, 0,25, 0,18, 0,11, 0,05 g H2O g-¹ dw (base seca). Após secagem, as sementes foram armazenadas em temperatura de -20 e de -86 ºC, por 24 horas e por 12 meses, sendo comparadas às sementes armazenadas em câmara fria a 10 ºC. As sementes foram avaliadas pela porcentagem de plântulas normais, plântulas com folhas cotiledonares expandidas, matéria seca de raízes e de hipocótilos e viabilidade dos embriões no teste de tetrazólio. A expressão das enzimas superóxido dismutase, catalase e peroxidase foi avaliada por meio de análise eletroforética. Apenas as sementes secadas lentamente até 0,18 g H2O g-¹ dw apresentam relativa tolerância ao armazenamento a -20 °C por 12 meses. Sementes de café não toleram o armazenamento à temperatura de -86 ºC por 12 meses. Umidades abaixo de 0,11g H2O g-¹ dw e acima de 0,43 g H2O g-¹ dw são prejudiciais à qualidade fisiológica das sementes de café, independentemente do tipo de secagem, temperatura e período de armazenamento. Embriões de sementes de café são mais tolerantes à dessecação e ao congelamento quando comparado às sementes inteiras, principalmente quando as sementes são secadas até 0,05 g H2O g-¹ dw. A enzima catalase pode ser usada como um marcador bioquímico para estudar a tolerância de sementes de café ao congelamento.