ABSTRACT. The aim of this study was to evaluate the physiological and biochemical changes related to desiccation tolerance loss in millet seeds. The studied points of the germination process were determined according to the seed imbibition curve of the millet hybrid ADRF6010: control (0h), 3h of imbibition, 1 and 3 mm radicle. The seeds were dried on silica gel for 72h at 20°C, followed by pre-humidification at 25°C for 24h. Seed physiological quality was evaluated by electrical conductivity and a germination test, and seed vigor was evaluated with a first germination count and a germination speed index. The experiment was performed in a completely randomized design, and means were compared by the Scott-Knott test at a 5% probability. The enzymatic systems of superoxide dismutase, catalase, peroxidase, and α-amylase, as well as the expression of heat-resistant proteins were evaluated. Enzymatic activity was quantified with the ImageJ® software. Millet seeds lost desiccation tolerance when the radicle reached 1 mm in length. According to enzymatic standards, peroxidase and α-amylase activity, as well as heat-resistant protein activity, were related to desiccation tolerance loss in millet 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.

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 criopreservação é uma opção viável para a conservação de germoplasma de café. Entretanto, para que essa técnica apresente total sucesso é de fundamental importância realizar pesquisas que garantam a manutenção da integridade celular antes e após a imersão em NL. Portanto, o objetivo neste estudo foi investigar o teor de água, velocidade e temperatura final de resfriamento mais adequados para criopreservar sementes de Coffea arabica L. As sementes foram secadas em sílica gel até teores de água de 5, 10, 15, 20, 30 e 40% bu, submetidas a tratamentos de resfriamento lento nas velocidades -1, -3 e -5 ºC min-1 até às temperaturas finais de -40, -50 e -60 ºC e diretamente imersas em NL. Após armazenamento as sementes foram reaquecidas por dois minutos à 40 ºC. A sobrevivência e a viabilidade de sementes e embriões foram avaliadas por meio do teste de tetrazólio e de germinação. Por meio do teste de tetrazólio, observa-se que embriões excisados das sementes criopreservadas são menos sensíveis à criopreservação quando comparados às sementes inteiras. O teor de água de 20% bu permite maior sobrevivência das sementes de Coffea arabica L., bem como de embriões zigóticos após a criopreservação, dependendo das velocidades e temperaturas finais de pré-resfriamento.

Abstract: Cryopreservation is a viable option for conservation of coffee germplasm. However, for this technique to be completely successful, it is of fundamental importance to carry out studies that ensure maintenance of cell integrity before and after immersion in liquid nitrogen (LN). Therefore, the aim in this study was to investigate the water content, cooling rate, and final temperature most suitable for cryopreservation of Coffea arabica L. seeds. The seeds were dried by silica gel to water contents of 5, 10, 15, 20, 30 and 40 % wb, subjected to slow cooling treatments at speeds of -1, -3 and -5 °C min.-1 to final temperatures of -40, -50 and -60 °C and then directly immersed in LN. After storage, seeds were rewarmed at 40 °C for two minutes. The survival rate and viability of the seeds and embryos were evaluated by the tetrazolium and germination tests. Results of the tetrazolium test indicate that embryos excised from cryopreserved seeds are less sensitive to cryopreservation than whole seeds are. The water content of 20% wb and the use of zygotic embryos led to the highest survival rate of the coffee seeds, depending on the cooling rate and the final temperature of precooling.

O objetivo deste trabalho foi avaliar alterações fisiológicas e bioquímicas em sementes de café submetidas à secagem rápida, em sílica gel, e à secagem lenta, em soluções salinas saturadas. As sementes foram secas até que atingissem os seguintes teores de água: 40, 30, 20, 15, 10 e 5% (base úmida). Após a secagem, uma parte das sementes foi imediatamente avaliada quanto ao desempenho fisiológico e ao perfil de enzimas do processo oxidativo, e outra parte foi avaliada após armazenagem em condição hermética, em câmara fria e seca, por quatro meses. A velocidade de secagem e o teor final de água tiveram efeito significativo sobre a qualidade fisiológica das sementes. Após a secagem rápida em sílica gel, as sementes toleraram teores finais de água mais baixos. No entanto, após a secagem lenta, as sementes com teores finais de água mais elevados apresentaram maior qualidade. O período de armazenamento não afetou a germinação, mas prejudicou o vigor das sementes. A secagem rápida apresenta maior potencial de dano ao endosperma do que aos embriões. O perfil enzimático das sementes de café é afetado pelo teor final de água e pela velocidade de secagem.

The objective of this work was to evaluate the physiological and biochemical changes in coffee seed subjected to rapid drying, in silica gel, or to slow drying in saturated saline solutions. Seeds were dried until they reached the following water contents: 40, 30, 20, 15, 10, and 5% (wet basis). After drying, part of the seeds was immediately evaluated as to their physiological performance and enzymatic profile of the oxidative process, and another part was evaluated after storage, under hermetic conditions, in freeze-drying chamber, for four months. Drying rate and final moisture content had significant effect on seed physiological quality. After rapid drying, in silica gel, seeds tolerated lower final moisture levels. However, after slow drying, seeds with greater water levels showed higher quality. The storage period did not affect germination, but it reduced coffee seed vigor. Rapid drying shows greater damage potential to the endosperm than to the embryos. The enzymatic profile of coffee seed is affected by the final moisture level and the drying rate.