ANÁLISE DE AGRUPAMENTO APLICADA A MACROSCOPIA PARA SEPARAÇÃO DA MADEIRA DE ESPÉCIES DO GÊNERO SWARTZIA
Camila Barra1 Luiza de Araújo Romeiro1 Tracy Ketlen da Silva França Tavares2 Beatriz Valente1 Manoel Tavares de Paula1 Pedro Luiz Braga Lisboa3 Alisson Reis4 Cláudia Urbinati2
1 Universidade do Estado do Pará 2 Centro de Ciências Naturais e Tecnologia / Universidade do Estado do Pará 3 Departamento de Botânica / Instituto de Pesquisa / Museu Paraense Emílio Goeldi 4 Faculdade de Engenharia Florestal / Campus Universitário de Altamira / Universidade Federal do Pará
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ANÁLISE DE AGRUPAMENTO APLICADA A MACROSCOPIA PARA SEPARAÇÃO DA MADEIRA DE ESPÉCIES DO GÊNERO SWARTZIA
Resumo: As espécies de Swartzia Schreb. possuem potencial madeireiro com boas propriedades tecnológicas e aspecto decorativo atrativo. Entretanto, pouco se conhece sobre suas características anatômicas, importantes para distinção das espécies dentro desse grupo. Objetivou-se realizar um teste preliminar utilizando a Análise de Agrupamento para separar espécies do gênero Swartzia da Xiloteca Walter Alberto Egler do Museu Paraense Emílio Goeldi com base na caracterização macroscópica da madeira. As análises seguiram metodologias tradicionais em anatomia de madeira com um corpo de prova para cada espécie. Após a caracterização macroscópica realizou-se a Análise de Agrupamento, selecionando parâmetros diagnósticos da descrição macroscópica: tipo de parênquima axial e estratificação dos raios. Com base nestas informações gerou-se o dendrograma que separou o gênero em três grupos distintos. No primeiro apenas a estratificação irregular dos raios foi suficiente para agrupar as espécies Swartzia argentea e Swartzia grandifolia. No segundo, a estratificação regular associada ao parênquima em linhas, aliforme de extensão linear confluente agrupou Swartzia arborescens, Swartia apetala, Swartzia brachyrachis, Swartzia discocarpa, Swarizia vaupesiana, Swartzia flaemingii, Swartzia lamellata, Swartzia laurifólia, Swartzia panacoco, Swartzia racemosa e Swartzia recurva a exceção de Swartzia mangabalensis que apresentou parênquima aliforme de extensão losangular confluente. No terceiro, Swartzia acuminata apresentou como característica exclusiva o parênquima em faixas estreitas. Portanto a forma do parênquima axial e estratificação dos raios foram eficientes para a realização da Análise de Agrupamentos das 15 espécies estudadas. Entretanto, a segregação pela Análise de Agrupamento entre os grupos foi eficiente, mas a separação dentro de cada grupo não foi eficaz.
Palavras-chave: Anatomia da madeira, caracterização macroscópica, análise multivariada.
CLUSTER ANALYSIS APPLIED TO MACROSCOPY FOR THE SEGREGATION OF WOOD OF SPECIES OF THE GENUS SWARTZIA
Abstract: The species of Swartzia Schreb. have potential lumber with good technological properties and attractive decorative appearance. However, little is known about their anatomical characteristics, which are important for distinguishing species within this group. The objective of this study was to perform a preliminary test using the Grouping Analysis to separate species of the genus Swartzia from the Walter Alberto Egler wood collection from the Museu Paraense Emílio Goeldi based on the wood macroscopic characterization. The analyzes followed methodologies in wood anatomy with a test specimen for each species. After the macroscopic characterization, Grouping Analysis was performed, selecting diagnostic parameters of the macroscopic description: parenchyma and ray stratification. Based on this information the dendrogram that separated the genus was generated in three groups with different characteristics. In the first one only the irregular stratification of the rays was sufficient to group the species Swartzia argentea and Swartzia grandifolia. In the second, the regular stratigraphy associated with the parenchyma in lines, confluent linear extension alifers grouped Swartzia arborescens, Swarzia apetala, Swartzia brachyrachis, Swartzia discocarpa, Swartzia vaupesiana, Swartzia flaemingii, Swartzia lamellata, Swartzia laurifolia, Swartzia panacoco, Swartzia racemosa and Swartzia recurva with the exception of Swartzia mangabalensis, which showed confluent allangular aliform parenchyma. In the third, Swartzia acuminata presented as an exclusive feature the parenchyma in narrow bands. Therefore, the axial parenchyma and stratification of the rays were efficient for the
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analysis of clusters of the 15 species studied. However, cluster segregation between groups was efficient, but separation within each group was not effective.
Keywords: anatomy of the wood, macroscopic characterization, multivariate analysis.
1. INTRODUÇÃO
O Brasil possui uma biodiversidade vegetal elevada, na qual a Amazônia tem contribuição significativa, abrangendo 25% das florestas remanescentes do planeta e ocupando 60% do território nacional (MEIRELLES e SOUZA, 2015). Nesse cenário, muitas das espécies arbóreas amazônicas são pouco conhecidas e, devido à escassez de pesquisas científicas sobre o conhecimento intrínseco da madeira e de sua utilização, o mercado é restrito a poucas espécies, o que eleva a pressão sobre as mesmas, bem como aumenta seu risco de extinção, conforme CARDOSO et al. (2012).
Das Angiospermas, a família Leguminosae Lindl. é uma das maiores, possuindo grande potencial medicinal, ornamental e madeireiro. Está dividida em três subfamílias: Caesalpinoideae, Mimosoideae e Papilionoideae. A subfamília Papilionoideae contém o gênero Swartzia Schreb. representado por cerca de 180 espécies, com zona de ocorrência nos biomas brasileiros, principalmente na Floresta Amazônica. Representantes também podem ocorrer naturalmente na Caatinga, Cerrado, Mata Atlântica e Pantanal (PINTO, 2013).
As espécies de Swartzia compreendem desde arbustos a árvores de grande porte, tendo como produto de maior valor econômico a madeira. Algumas espécies do grupo também são utilizadas na recuperação de áreas degradadas, ornamentação e seus extrativos servem para produção de fungicida, antimicobacteriano, larvicida, etc (VIANEZ et al., 2012; SANTOS e MELO FILHO, 2013).
De modo geral, a madeira do gênero apresenta lenho com boas propriedades tecnológicas e aspecto decorativo atrativo, sendo por isso empregadas na movelaria de luxo, componentes de instrumentos musicais, objetos torneados, construção civil, dormentes, postes e pilares (REMADE, 2017). RECORDE e HESS (1949) descrevem as madeiras do gênero com cerne e alburno distintos, odor imperceptível, porém com gosto extremamente amargo; quando acabadas apresentam brilho acentuado e, com densidade e durabilidade tipicamente elevadas. De acordo com CONTU (2012), a espécie Swartzia panacoco, uma das mais importantes do grupo em função de suas qualidades tecnológicas, é uma possível substituta para o ébano africano (Dyospiros sp.), sendo por isso conhecida vulgarmente por ébano brasileiro.
Apesar de serem espécies reconhecidas sob o ponto de vista de utilização e propriedades tecnológicas, pouco se sabe a respeito de seus aspectos anatômicos, importantes para a distinção das espécies dentro desse grupo, especialmente quando se fala de comercialização de madeira serrada. O trabalho de maior relevância referente ao grupo é de ANGYALOSSY-ALFONSO e MILLER (2002), que utilizaram a análise de cluster para a separação de 51 espécies de Swartzia, conseguindo separar as mesmas em quatro grandes grupos, baseados em parâmetros anatômicos como parênquima axial e estruturas estratificadas. Os estudos para o grupo estão voltados especialmente, para análise de extrativos com ação medicinal, como é o caso dos antifúngicos, obtidos de cascas de espécies do grupo (FAVRE-GODAL et al., 2015).
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No contexto de taxonomia das espécies, a anatomia da madeira vem sendo adotada como importante ferramenta, não apenas para separação de espécies, mas principalmente para a identificação das mesmas. Para isso, várias técnicas que utilizam parâmetros de valor diagnóstico como, por exemplo, tipo de parênquima axial e a estratificação de raios vêm sendo utilizadas com sucesso. É o caso dos sistemas on line que permitem a identificação por caracterização da madeira, como é possível realizar com o auxílio do XILOVAM do Museu Paraense Emílio Goeldi (HAGE FILHO et al., 2004) e do Inside Wood da Universidade da Carolina do Norte (WHEELER, 2011). Além das tradicionais comparações com material de referência, análises estatísticas multivariadas também vêm sendo utilizadas na separação de grupos de espécies, é o caso da Análise de Agrupamentos, adotada com êxito para classificar grupos distintos no âmbito da madeira (RIBEIRO e BARROS, 2006; LOBÃO et al., 2011).
Segundo REGAZZI (2001) a Análise de Agrupamentos (AA) compreende um procedimento numérico multivariado, baseando-se nos estudos como estrutura classificatória, ou de descoberta de possíveis grupos, para dividir o conjunto de observações em um número de grupos homogêneos, segundo algum critério de homogeneidade, na qual a metodologia básica, as técnicas aglomerativas de agrupamento, é semelhante. Assim, é possível montar um dendrograma, no qual é possível observar as concentrações de indivíduos e/ou até indivíduos únicos que formam um grupo. Com isso, a Análise de Agrupamento estuda todo um conjunto de relações interdependentes, não fazendo distinção entre variáveis dependentes e independentes, isto é, variáveis do tipo causa e efeito, como na regressão.
Nesse contexto, o trabalho objetivou realizar um teste preliminar com o uso da Análise de Agrupamento (AA) para separar espécies do gênero Swartzia da Xiloteca Walter Alberto Egler do Museu Paraense Emílio Goeldi com base na caracterização macroscópica da madeira.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1. Obtenção das amostras
O material para estudo foi obtido na xiloteca Walter Alberto Egler do Museu Paraense Emílio Goeldi (MPEG), no âmbito do projeto Xiloteca Virtual Walter A. Egler - MPEG: informatização a serviço da pesquisa, educação, conservação e comércio – Processo n. 551722/01-0 (LISBOA e URBINATI, 2005), sendo um corpo de prova para cada espécie, constituindo assim um ensaio preliminar (Tabela 1).
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2.2. Preparo dos corpos de prova para caracterização macroscópica
Os corpos de prova tiveram suas dimensões padronizadas em 2cm x 2cm x 2cm, nos planos transversal, longitudinal tangencial e longitudinal radial.
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Em seguida, as amostras tiveram suas superfícies aplainadas com o auxílio de um micrótomo de deslize modelo Reichert, para melhor visualização de suas estruturas anatômicas. A caracterização do lenho das espécies foi realizada a nível macroscópico, com o auxílio de uma lupa conta-fios de 10x de aumento e quando necessário utilizou-se um microscópio estereoscópico modelo Motic Digital Microscope DM 148.
2.3. Descrição macroscópica da madeira e obtenção de imagens
A caracterização macroscópica das espécies estudadas seguiu as recomendações do Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis – IBAMA (CORADIN e MUNIZ, 1992), onde descreveram-se as seguintes características da madeira: Parênquima axial: visibilidade, disposição; Raios: visibilidade, canais secretores radiais, estratificação espelhado; Poros: visibilidade, porosidade, arranjo, agrupamento, conteúdo, linhas vasculares; Camadas de crescimento; canais secretores axiais; máculas medulares; floema incluso. Após a caracterização, imagens digitais foram obtidas na superfície transversal dos corpos de prova, utilizando-se um microscópio estereoscópico modelo Motic Digital Microscope DM 148 e o software Motic Imagens Plus 2.0 ML.
2.4. Tratamento estatístico
Utilizou-se o programa BioStatistics 5.3 (AYRES et al., 2007) para realização do método de Análise de Agrupamentos (AA). Sua aplicação engloba uma variedade de técnicas e algoritmos, sendo que o objetivo é encontrar e separar objetos em grupos similares (VICINI, 2005).
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1. Análise do Agrupamento
Tendo como base as características macroscópicas do tipo de parênquima axial e estratificação dos raios, formulou-se o dendrograma (Figura 1), produto obtido a partir da Análise de Agrupamento (AA), no qual realizou-se o traçado de corte paralelo ao eixo horizontal, conhecido como “Linha Fenon” a 45%, o que permitiu a formação de três grupos (1, 2, 3). Em cada grupo formado, foi necessário muita cautela na identificação pela acentuada semelhança entre as espécies.
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Figura 1: Análise de agrupamento. Dendrograma de similaridade entre as espécies com base nos parâmetros qualitativos.
3.2. Caracterização macroscópica por grupo
No gênero Swartzia a estrutura anatômica do tecido lenhoso é tipicamente caracterizada pela presença de parênquima axial do tipo paratraqueal aliforme, comumente encontrado em outros gêneros da família Leguminosae. Contudo, esse grupo é caracterizado, pela disposição das aletas predominantemente em linhas finas, podendo apresentar variações que vão desde exclusivamente aliformes de aletas finas a aliformes de aletas finas confluentes, ou ainda, apresentar combinações entre ambas, que demostram marcar as camadas de crescimento. Apesar de se encontrar tais variações, o tecido é de modo geral, muito homogêneo e, pode facilmente induzir a troca de espécies dentro do gênero.
No Grupo 1, a estratificação irregular dos raios foi o parâmetro determinante para o agrupamento das espécies S. argentea e S. grandifolia. O Grupo 2, foi formado pela estratificação regular associado ao parênquima axial em linhas, aliforme de extensão linear e confluente característicos das espécies: S. arborescens, S. apetala, S. brachyrachis, S. discocarpa, S. vaupesiana, S. flaemingii, S. lamellata, S. laurifolia, S. panacoco, S. racemosa e S. recurva. Nesse grupo, apenas a espécie S. mangabalensis apresentou um parênquima diferenciado, do tipo aliforme de extensão losangular de aletas estreitas e longas. No Grupo 3, o parênquima axial predominantemente aliforme de extensão linear confluente, formando faixas estreitas, associado aos raios não estratificados, foram fundamentais para a separação de S. acuminata das demais espécies.
O primeiro grupo (Figura 2) formado foi composto por S. argentea (Figura 2A) e S. grandifolia (Figura 2B). As madeiras deste grupo foram caracterizadas pela presença de camadas de crescimento pouco distintas, individualizadas por zonas fibrosas transversais
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mais escuras. Em S. grandiflolia, observou-se eventualmente uma formação atípica de camadas de crescimento caracterizadas pelo maior espaçamento do parênquima axial (Figura 2B – seta amarela). Poros visíveis somente sob lente de 10x, difusos, arranjo com padrão indefinido, predominantemente solitários (90%), a exceção de S. argentea que apresentou poros predominantemente múltiplos de 2 a 3; conteúdo ausente e linhas vasculares retilíneas em secção tangencial. Parênquima axial visível a olho desarmado, sendo predominantemente do tipo aliforme de extensão losangular, confluente, observadas também raras linhas espaçadas de parênquima axial para S. argentea (Figura 2A – seta verde). Já em S. grandifolia o parênquima foi predominantemente aliforme de extensão linear, confluente. Raios visíveis somente sob lente de 10x, exceto na secção tangencial para S. grandifolia que pode ser visualizado a olho nu, estratificados irregularmente. Canais secretores radiais ausentes, espelhado pouco contrastado em secção radial. Canais secretores axiais, máculas medulares e floema incluso, ausentes.
Figura 2: Plano transversal. Aspectos macroscópicos de Swartzia argentea (A) e Swartzia grandifolia (B), mostrando o tipo e disposição do parênquima axial: aliforme de extensão losangular em S. argentea e aliforme com aletas predominantemente linear confluente em S. grandifolia. Seta amarela – camadas de crescimento atípica, demarcada pelo aumento no espaçamento do parênquima axial. Seta verde – raras linhas de parênquima axial observadas em S. argentea. (Barra A = 1 cm; B = 1,5 cm).
Considerando que os parâmetros utilizados foram tipo de parênquima e estratificação dos raios, observou-se que a análise de multivariada considerou apenas a estratificação dos raios para agrupar as espécies desse grupo, uma vez que ambas apresentaram estratificação irregular quando observadas em secção tangencial. De acordo com METCALFE e CHALK (1983), tanto a estratificação dos raios, quanto o parênquima axial são considerados importantes parâmetros diagnósticos para a identificação de uma determinada espécie, pois são considerados resistentes quanto as modificações em função de condições ambientais, o que corrobora PINHEIRO (1999) quando menciona que a formabção estratificada dos raios está mais ligada ao genótipo.
O segundo grupo (Figura 3) foi composto por S. apetala (Figura 3A), S. arborencens (Figura 3B), S. discocarpa (Figura 3C), S. flaemingii (Figura 3D), S. lamellata (Figura 3E), S. laurifolia (Figura 3F), S. panacoco (Figura 3G), S. racemosa (Figura 3H), S. vaupesiana (Figura 3I), S. recurva (Figura 3J), S. brachyrachis (Figura 3K) e S. mangabalensis (Figura 3L). As madeiras deste grupo foram caracterizadas pela presença de camadas de crescimento predominantemente indistintas, a exceção de S. brachyrachis que são
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distintas, individualizadas por zonas fibrosas transversais mais escuras. Já S. lamellata e S. recurva apresentaram camadas de crescimento pouco distintas, sendo a primeira individualizada por zonas fibrosas transversais mais escuras (Figura 3E – seta amarela) e a segunda pela distância entre as linhas de parênquima próximo à região do lenho tardio. Poros visíveis somente sob lente de 10x, a exceção de S. arborescens e S. panacoco que são visíveis a olho nu, difusos, arranjo com padrão indefinido, predominantemente solitários, exceto em S. arborescens, S. vaupesiana e S. racemosa que apresentaram poros múltiplos, com linhas vasculares predominantemente retilíneas, a exceção de S. laurifolia que foram irregulares. Conteúdo ausente, a exceção de S. brachyrachis, S. racemosa e S. recurva que apresentaram, respectivamente, poros raramente obstruídos por tilos e depósito de coloração branca ou esbranquiçada (Figura 3 - seta vermelha). Parênquima axial visível a olho nu, exceto em S. brachyrachis observado somente sob lente de 10x; aliforme de extensão linear, confluente muitas vezes tendendo a formar linhas pela confluência de suas aletas, a exceção de S. mangabalensis que apresentou parênquima predominantemente aliforme de extensão losangular de aletas estreitas e longas, confluentes. Raios visíveis somente sob lente de 10x na secção transversal e a olho nu na secção tangencial, a exceção de S. arborescens, S. brachyrachis, S. mangabalensis e S. panacoco que foram vistos somente sob lente de 10x em ambas as secções, estratificação regular, exceto em S. vaupesiana, S. mangabalensis e S. recurva que apresentaram raios irregularmente estratificados. S. brachyrachis apresentou raios não estratificados; canais secretores radiais ausentes; espelhado pouco contrastado em secção radial. Canais secretores axiais, máculas medulares e floema incluso ausentes.
As descrições macroscópicas do lenho secundário das espécies S. arborescens, S. panacoco e S. recurva são compatíveis com as caracterizações disponíveis no banco de dados do Inside Wood (WHEELER, 2011).
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Figura 3: Plano transversal. Aspectos macroscópicos de S. apetala (A), S. arborencens (B), S. discocarpa (C), S. flaemingii (D), S. lamellata (E), S. laurifolia (F), S. panacoco (G), S. racemosa (H), S. vaupesiana (I), S. recurva (J), S. brachyrachis (K), S. mangabalensis (L), mostrando a predominância do parênquima axial aliforme de extensão linear, confluente, a exceção de S. mangabalensis com parênquima predominantemente aliforme de extensão losangular de aletas estreitas e longas, confluentes. Seta amarela – camadas de crescimento da S. mangabalensis. Seta vermelha (H) – poros de S. racemosa obstruídos por tilos; Seta vermelha (J) - obstrução por depósitos de coloração esbranquiçada de S. recurva; S. brachyrachis (K) - poros raramente obstruídos por tilos e depósito de coloração branca. (Barra A, B, C, D, F, H, I, J, K, L = 1 cm; E, G = 1,5 cm).
Neste grupo o parâmetro diagnóstico determinante para sua separação em relação ao grupo 1 foi a estratificação dos raios, pois todas as espécies (exceto S. brachyrachis) apresentaram a estratificação de forma regular. Internamente o grupo se subdividiu de acordo com o tipo de parênquima, sendo o aliforme de extensão linear presente na maioria das espécies, com a exceção apenas da S. magabalensis que apresentou a disposição de parênquima do tipo aliforme de extensão losangular de aletas estreitas e longas.
O terceiro grupo (Figura 4) constituiu-se apenas de S. acuminata. Essa espécie foi caracterizada pela presença de camadas de crescimento indistintas. Poros visíveis somente sob lente de 10x, difusos, arranjo com padrão indefinido, predominantemente
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múltiplos de 2 a 3, conteúdo ausente, linhas vasculares regulares em secção tangencial. Parênquima axial visível a olho nu, aliforme de extensão linear confluente, formando faixas estreitas. Raios visíveis somente sob lente de 10x em secção transversal e a olho nu em secção tangencial, estratificados regularmente, canais secretores radiais ausentes, espelhado pouco contrastado em secção radial. Canais secretores axiais, máculas medulares e floema incluso ausentes.
Figura 4: Plano transversal. Aspecto macroscópico de Swartzia acuminata que apresentou parênquima axial aliforme de extensão linear confluente em faixas estreitas.
Foi possível verificar que a análise de agrupamento separou a espécie S. acuminata em decorrência do seu tipo de parênquima predominantemente aliforme de extensão linear confluente, porém com a formação em faixas estreitas, sendo esta espécie a única a apresentar este tipo dentre as demais, e a estratificação é regular. O parênquima é suficientemente um parâmetro importante para a diferenciação da madeira entre grupos (famílias e gêneros) (ZENID e CECCANTINI, 2012; CHIMELO et al. 1993). FERREIRA et al. (2004) acrescentam que as características macroscópicas, principalmente o parênquima axial e estratificação dos raios, devem ser consideradas para separar as espécies estudadas, respaldando assim a relevância dos parâmetros diagnósticos utilizados no presente estudo.
A presença de parênquima paratraqueal nas 15 espécies estudadas encaixaram-se no que já foi analisado por WHEELER e BAAS (1991) como o tipo mais usual nas regiões tropicais do que nas temperadas. ALVES e ANGYALOSSY (2002) ratificaram através dos seus estudos de anatomia da madeira da flora arbórea de várias regiões brasileiras que o parênquima paratraqueal é comum em latitudes menores.
4. CONCLUSÃO
A forma do parênquima axial e estratificação dos raios foram eficientes para a realização da Análise de Agrupamentos das 15 espécies estudadas.
A segregação pela Análise de Agrupamento entre os grupos foi eficiente, porém a separação dentro de cada grupo não foi eficaz.
É necessário adicionar outros parâmetros anatômicos para a realização de um agrupamento mais eficaz.
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5. AGRADECIMENTOS
Ao Laboratório Multiusuário de Engenharia Florestal da Universidade do Estado do Pará e ao Museu Paraense Emílio Goeldi, pelo apoio no desenvolvimento das atividades.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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