Ozonization of common bean seeds: physiological quality, enzyme activity, field performance and detection of biochemical changes by near infrared spectroscopy

A semente é um dos fatores decisivos para obtenção de altas produtividades. Fato que torna importante a sanitização da semente, visando a obtenção de sementes de elevada qualidade fisiológica, bioquímica e sanitária. O ozônio vem sendo citado como um potente agente sanitizante e estimulador de emergência e rápido crescimento e desenvolvimento inicial. E, acrescido ao fato, o gás ozônio é inócuo e apresenta uma baixa meia vida, fato que contribui para que o uso do gás seja cada vez mais difundido. Vários estudos têm sido feitos avaliando efeito de ozônio sobre a qualidade de sementes, porém poucos ou nenhum foi encontrado, abordando efeitos do gás sobre a qualidade de sementes de feijão comum. Objetivou-se com a presente pesquisa, avaliar o efeito do ozônio sobre a qualidade de lotes de sementes de feijão. Para tal, foram conduzidos dois experimentos em campo e em laboratório. Experimento 1 - Qualidade fisiológica e atividade enzimática em sementes de feijão ozonizadas. Sementes de feijão comum apresentando 95% de germinação foram envelhecidas artificialmente, a fim de se obter quatro lotes. L0h: sementes não envelhecidas; L48h, sementes submetidas ao envelhecimento artificial por 48 h; L60h, sementes envelhecidas artificialmente por 60 h; e L72h, sementes envelhecidas por 72 h. Cada um dos quatro lotes foi exposto a 10 mg L -1 do gás ozônio por 0 (sementes não ozonizadas), 30, 60 e 90 min, totalizando 16 combinações entre lotes e tempos de exposição ao ozônio, com quatro repetições. Foram feitas: i) análises da qualidade fisiológica por meio dos testes de germinação, condutividade elétrica e análise de crescimento de plântulas por meio do software Vigor-S; e ii) análises da atividade enzimática das enzimas CAT, SOD e POX. Os dados obtidos foram inicialmente submetidos a Análise de Variância e posteriormente as médias foram comparadas pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade (Análise Univariada). Posteriormente, realizou-se Análise Multivariada, utilizando-se Análise de Componentes Principais (ACP). Na Análise Multivariada foram consideradas somente as variáveis em que houve efeito significativo devido a interação entre níveis de qualidade fisiológica e tempos de exposição do ozônio, ou devido aos fatores isoladamente, na Análise Univariada. Obteve-se como resultado o efeito do ozônio na qualidade fisiológica e na atividade das enzimas SOD, POX e CAT. O ozônio não afetou a qualidade fisiológica e a atividade enzimática das sementes do lote não envelhecido (L0h). O ozônio teve efeito positivo sobre as sementes do lote 2 expostas por 30 min, com incrementos no percentual de germinação, no comprimento de plântulas, nos índices de vigor e uniformidade e na atividade das enzimas CAT e POX. A exposição ao ozônio por tempo superior a 30 min de lotes de sementes de feijão comum envelhecidos artificialmente por períodos superiores a 48h não contribuiu para o aumento da qualidade das sementes. No segundo experimento, foi avaliada a qualidade fisiológica, o desempenho em campo e detecção de alterações nas sementes por meio da espectroscopia no infravermelho próximo (FT-NIR) em sementes de feijão ozonizadas. Foram utilizados 2 lotes de sementes, sementes não envelhecidas (L0h) e sementes envelhecidas artificialmente por 48 h (L48h). Os lotes de sementes de feijão foram expostos a 0 (sementes não ozonizadas), 10 e 20 mg L -1 do gás ozônio por 30 min, totalizando 6 combinações entre lotes e concentrações de ozônio, com quatro repetições. Foram feitas: i) análises da qualidade fisiológica das sementes; ii) Desempenho em campo de sementes de feijão expostas ao ozônio; e iii) Detecção de alterações nas sementes expostas ao ozônio por espectroscopia no infravermelho próximo (FT-NIR). Os dados obtidos foram inicialmente submetidos a Análise de Variância e posteriormente as médias foram comparadas pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade (Análise Univariada). Posteriormente, realizou-se Análise Multivariada, utilizando-se Análise de Componentes Principais (ACP). Na Análise Multivariada, foram consideradas somente as variáveis em que houve efeito significativo devido a interação entre níveis de qualidade fisiológica e tempos de exposição do ozônio, ou devido aos fatores isoladamente, na Análise Univariada. Os espectros obtidos por meio do FT-NIR foram submetidos ao pré-processamento pelo método de Savitzky-Golay (SG), objetivando-se a redução do ruído dos espectros coletados e aprimoramento dos modelos de classificação. Na sequência, foi feita a análise de PCA com calibração de PLS-DA (análise discriminante de mínimos quadrados parciais) no software R, objetivando-se a criação de modelos de classificação. Obteve-se como resultado o efeito do ozônio sobre a qualidade de sementes de feijão comum. Os resultados da análise multivariada dos da dosfisiológicos combinados aos de desempenho em campo foram similares aos da análise multivariada dos espectros combinados aos dados fisiológicos: i) O ozônio não afetou a qualidade fisiológica das sementes do lote 0h; ii) O ozônio teve efeito positivo nas sementes do lote 48h com incrementos na germinação, emergência, na produtividade, e redução na condutividade elétrica; iii) Ozônio teve seu efeito potencializado quando se elevou a concentração de 10 para 20 mg L -1 . Palavras-chave: Enzimas. Peroxidase. Espectros.The seed is one of the decisive factors for obtaining high productivity. This fact makes seed sanitization important, aiming to obtain seeds of high physiological, biochemical and sanitary quality. Ozone has been cited as a potent sanitizing agent and stimulator of emergence and rapid growth and early development. Ozone gas is innocuous and has a short half-life, a fact that contributes to the widespread use of the gas. Several studies have been carried out evaluating the effect of ozone on seed quality, but few or none were found addressing the effects of the gas on the quality of common bean seeds. The objective of this research was to evaluate the effect of ozone on the quality of bean seed lots. For this, two experiments were conducted in the field and in the laboratory. Experiment 1 - Physiological quality and enzymatic activity in ozonized bean seeds. Conducted from November 2021 to November 2022, at the Post-harvest Laboratory of the Agricultural Products Storage Area, of the Agricultural Engineering Department and at the Seed Research Laboratory of the Agronomy Department, both belonging to the Federal University of Viçosa. 4 seed lots were used: not subjected to the deterioration acceleration process, they belonged to Batch 1 (B0h) and subjected to deterioration acceleration for 48 h (Batch 2 - B48h), 60 h (Batch 3 - B60h) and 72 h (Batch 4 – B72h). Each of the four bean seed lots was exposed to 10 mg L-1 of ozone gas for 0 (non-ozonized seeds), 30, 60 and 90 min, totaling 16 combinations between lots and times of exposure to ozone, with four replications. The following were carried out: i) physiological quality analyzes through germination tests, electrical conductivity and growth analysis in VigorS software; and ii) analyzes of enzymatic activity by determining the content of catalase, superoxide dismutase and peroxidase enzymes. Ozone did not affect the physiological quality and enzymatic activity of seeds from batch 1. Ozone had a positive effect on seeds from batch 2 exposed for 30 min, with increases in germination percentage, seedling length, vigor and uniformity indices and in the levels of CAT and POX enzymes. Exposure to ozone for more than 30 min of common bean seeds Batches exposed to accelerated deterioration for periods longer than 48 h has no positive effects. Experiment 2 - Physiological quality, field performance and detection of changes by near infrared spectroscopy (FT-NIR) in ozonized bean seeds. The laboratory experiment was carried out at the Post-harvest Laboratory of the Agricultural Products Storage Area, at the Agricultural Engineering Department and at the Seed Research Laboratory at the Agronomy Department, both belonging to the Federal University of Viçosa, UFV. The field experiment was conducted at the Teaching, Research and Extension Unit Professor Diogo Alves de Melo, belonging to the UFV. Two lots of seeds not subjected to the deterioration acceleration process were used, belonging to Batch 1 (B0h) and subjected to deterioration acceleration for 48 h (B48h). The bean seed lots were exposed to 0 (non- ozonized seeds), 10 and 20 mg L -1 of ozone gas for 30 min, totaling 6 combinations between lots and ozone concentrations, with four replications. The following were performed: i) physiological quality analyses; ii) Field performance of bean seeds exposed to ozone; and iii) Detection of alterations in bean seeds exposed to ozone by near infrared spectroscopy (FT-NIR). The data obtained were initially submitted to Analysis of Variance and later Tukey's test, at 5% probability (Univariate Analysis). Subsequently, Multivariate Analysis was performed, using Principal Component Analysis (PCA). In the Multivariate Analysis, only the variables in which there was a significant effect due to the interaction between levels of physiological quality and ozone exposure times, or due to the factors alone, in the Univariate Analysis were considered. For statistical analyses, StatPlus 5.0 software (AnalystSoft Inc, Canada) was used. The spectra obtained through FT-NIR and the data obtained from the physiological quality analysis were submitted to pre-treatment by the Savitzky – Golay (SG) method, aiming at reducing the noise of the collected spectra and improving the classification models. Then, the PCA analysis was performed with PLS-DA calibration (partial least squares discriminant analysis) in the R software, with the aim of creating classification models. The effect of ozone on the quality of common bean seeds was obtained as a result. The results of the multivariate analysis of the physiological data combined with the field performance were similar to those of the multivariate analysis of the spectra combined with the physiological data: i) Ozone did not affect the physiological quality and the content of reserve substances of the seeds of Batch 0h; ii) Ozone had a positive effect on seeds from Batch 48h with increases in germination, emergence, productivity, content of reserve substances and reduction in electrical conductivity; iii) Ozone had its effect potentiated when the concentration was increased from 10 to 20 mg L -1 . Keywords: Enzymes. Peroxidase. Spectra.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPE