As combinações híbridas são obtidas a partir do cruzamento entre dois genitores geneticamente diferentes. No caso do milho existem vários tipos de híbridos. De acordo com Paterniani (2001) os principais tipos de híbridos são:
Híbrido simples: obtido a partir do cruzamento entre duas linhas puras (Linha A x Linha B). As principais características são alta uniformidade e produtividade, no entanto os custos de produção de sementes são elevados porque a linhagem utilizada como fêmea apresenta baixo rendimento.
Híbrido triplo: obtido pelo cruzamento de um híbrido simples (A x B) com uma terceira linhagem (C). A linhagem masculina deve ser suficientemente vigorosa para permitir o plantio intercalado com a linhagem fêmea e garantir oferta de pólen adequada para fertilização e produção de sementes.
Híbrido duplo: obtido a partir de um cruzamento entre dois híbridos simples (A x B) X (C x D). A sua produção envolve quatro linhagens e, consequentemente, este híbrido mostra maior variabilidade genética, menor vulnerabilidade e uniformidade de plantas. As sementes apresentam menor custo de produção.
Híbridos intervarietais: obtido a partir do cruzamento entre duas variedades. Apresentam a vantagem de utilizar a heterose sem o uso de linhagens puras, são mais rústicas e são indicadas para plantios sob condições adversas de ambiente.
A heterose é a expressão genética das diferenças de desenvolvimento de híbridos e seus respectivos pais (Paterniani, 2001), ou seja, os híbridos F1 apresentam desempenho superior em relação a seus genitores.
Vários tipos de híbridos podem ser sintetizados, no entanto, a combinação genética dos mesmos apresenta variações. Os híbridos simples permitem a formação de apenas uma combinação gênica, os híbridos triplos duas combinações, os híbridos duplos quatro
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combinações e os híbridos de intervarietais possibilitam uma infinita combinação gênica, permitindo a conservação de alelos importantes que conferem adaptação aos distintos ambientes, tolerância a estresses, além de assegurar a conservação dos recursos genéticos.
A diversidade genética do milho é crucial para manter a capacidade natural de responder as mudanças climáticas e a todos os tipos de estresses bióticos e abióticos. A diversidade genética necessária a esta manutenção é visualizada nas variedades crioulas. O cruzamento de variedades locais com melhoradas é uma estratégia para conservar a variabilidade, obtendo-se novas variedades, nas quais são mantidas as características favoráveis das variedades melhoradas e incorporados alelos favoráveis oriundos das variedades locais. Por outro lado, a existência de diversidade genética para determinados caracteres morfológicos e fisiológicos proporciona uma oportunidade de estudos sobre a heterose e subsidia programas de melhoramento na identificação de variedades com boa capacidade de combinação (MACHADO et al., 2008).
Partindo disso, o estudo da divergência e das relações genéticas para os caracteres relacionados à qualidade fisiológica visa dar suporte às estratégias de seleção, não apenas para melhorias nos atributos agronômicos mas também para os atributos de qualidade fisiológica de sementes (CARDOSO et al., 2009).
A divergência genética entre um grupo de progenitores tem sido avaliada com o objetivo de identificar as combinações híbridas de maior efeito heterótico e maior heterozigose, de tal forma que em gerações segregantes, se tenha maior possibilidade de recuperação de genótipos superiores. A utilização de técnicas multivariadas é a alternativa para isso, pois permite combinar as múltiplas informações contidas na unidade experimental, de modo que seja possível executar uma seleção com base em um complexo de variáveis, possibilitando ainda, discriminar materiais mais promissores sob vários contextos (CRUZ; REGAZZI, 1994).
A avaliação da divergência genética através de técnicas multivariadas, realizadas a priori em populações estudadas evitaria a realização de muitos cruzamentos, o que reduziria os custos e melhoraria a precisão das avaliações (GARBUGLIO; ARAÚJO, 2004). O agrupamento pode ser realizado através de técnicas de análise multivariada como a análise de componentes principais, análise de agrupamento, distância de similaridade entre outras (NETTO et al., 2002).
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Souza e Sorrells (1991) avaliaram a distância genética entre cultivares de aveia através de 13 caracteres quantitativos, eles concluíram que o agrupamento por morfologia poderia ser uma ferramenta valiosa para a identificação de genótipos com caracteres similares. Andrade et al. (2002), caracterizaram e avaliaram a coleção de genótipos de milho do Banco de Germoplasma da Embrapa Milho e Sorgo, e obtiveram agrupamentos de acordo com o tipo de endosperma a partir da avaliação de diversos caracteres morfológicos. Estes resultados permitiram a seleção de acessos tanto para o melhoramento genéticos como para a formação de novos compostos. O agrupamento de genótipos induz a possíveis cruzamentos dentro do grupo com mais chance de obtenção de bons resultados.
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CAPÍTULO 2
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DIVERSIDADE GENÉTICA PARA QUALIDADE FISIOLÓGICA DE SEMENTES PRODUZIDAS POR CRUZAMENTOS
INTERVARIETAIS DE MILHO RESUMO
A qualidade fisiológica tem sua base no genótipo e podem ser acompanhada desde as primeiras etapas de seleção através do estudo da divergência genética, que pode ser obtida com testes de viabilidade e vigor. A indicação dos genótipos que apresentam maior qualidade fisiológica é importante aos programas de melhoramento, escolha de genótipos pelos próprios agricultores e para garantir a conservação dos recursos genéticos. O objetivo deste capítulo foi avaliar a contribuição genética dos parentais para qualidade fisiológica de sementes de cruzamentos intervarietais. Os cruzamentos foram realizados em São Miguel do Oeste. As sementes dos parentais e dos híbridos foram submetidas à avaliações de viabilidade, pelo teste de germinação, e vigor pelo índice de velocidade de germinação, teste de envelhecimento acelerado, teste de frio, emergência a campo e condutividade elétrica. As sementes dos cruzamentos intervarietais são viáveis e apresentam heterose em relação aos parentais. Houve efeito recíproco em alguns híbridos, indicando que o parental Pixurum 05 deve ser utilizado como genitor feminino para obtenção de sementes de melhor qualidade fisiológica. O teste de envelhecimento acelerado foi a variável que mais contribuiu para a diversidade genética. As variáveis canônicas indicaram que os híbridos 9 (Pixurum 05 x MPA 01), 11 (MPA 01 x AS1565), 13 (MPA 01 x SJC 5886), 20 (SJC 5886 x Pixurum 05) e 23 (Fundacep 35 x SCS 154 Fortuna) foram os melhores cruzamentos para a produção de sementes de melhor qualidade.
ABSTRACT
The quality has its physiological basis of genotype and may be accompanied from the first stages of selection through the study of genetic diversity, which can be obtained with tests of viability and vigor. The indication of genotypes that are more physiological quality is important to breeding programs, selection of genotypes by farmers themselves and to ensure the conservation of genetic resources. Therefore, the objective of this chapter was to evaluate the genetic contribution to the parental seed quality crosses intervarietal. The
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crosses were performed in Sao Miguel do Oeste. The seeds of parents and hybrids were submitted assessment of viability, using germination test, and vigor, through germination index, accelerated aging test, cold test, field emergence and electrical conductivity. The seeds of the crosses intervarietal are viable and exhibit heterosis in relation to the parents. There was a reciprocal effect on some hybrids, indicating that the parental Pixurum 05 must be used as the female parent to obtain better seed physiological quality. The accelerated aging test was the variable that most contributed to the genetic diversity. The canonical variables indicated that hybrids 9 (Pixurum 05 x MPA 01), 11 (MPA 01 x AS1565), 13 (MPA 01 x SJC 5886), 20 (SJC 5886 x Pixurum 05) e 23 (Fundacep 35 x SCS 154 Fortuna) were the best crosses to seed production of better quality.
2.1. INTRODUÇÃO
A competitividade no setor de sementes tem levado as empresas produtoras a investirem e adotarem padrões de qualidade de sementes mais rígidos. No melhoramento genético, o principal efeito esperado é o aumento no rendimento (GOMES et al., 2000). No entanto, as bases da heterose para qualidade de sementes também devem ser considerados. A qualidade de sementes pode ser definida como o somatório dos atributos genéticos, físicos, fisiológicos e sanitários, que afetam a capacidade da semente realizar funções vitais, que se caracterizam pela germinação, vigor e longevidade (MOTERLE et al., 2011).
A qualidade fisiológica tem sua base no genótipo, o qual deve ser acompanhado desde as etapas de seleção, com testes de vigor durante o processo de melhoramento genético (MARCOS FILHO, 1999). Aos programas de melhoramento cabe o desafio de obter novas cultivares, com características específicas, de produtividade e obtenção de sementes com qualidade preservadas. Apesar do evidente efeito do ambiente sobre a qualidade das sementes, o máximo potencial de sementes, como germinação, emergência e vigor de plântulas, é controlado geneticamente (PRETE; GUERRA, 1999) e pode ser manipulado pelo melhorista, explorando a variabilidade genética dos cultivos de uma espécie ou dentro de linhagens (GONDIM et al., 2006).
Apesar disso existem poucos estudos que associem os efeitos genéticos à qualidade de sementes. Gomes et al. (2000), observaram ganho genético na qualidade fisiológica de sementes durante o processo de melhoramento de milho, onde os dados de germinação e vigor
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indicaram, de maneira geral, superioridade dos híbridos em relação às linhagens quanto à qualidade fisiológica, a heterose para o parâmetro germinação variou entre -6,3% a 8,4% indicando que houve heterose para esta característica. Reis et al. (2011), em trabalho com 14 genótipos de milho doce, observaram o efeito da heterose na qualidade de semente, ou seja, as sementes hibridas apresentaram heterose variável de 4,39% a 15,62% para a variável germinação e uma variação de - 27,5% a 16,67% de heterose para o vigor em relação aos seus parentais. É possível buscar no melhoramento características que possibilitem maior qualidade fisiológica das sementes, como maior vigor e melhor desempenho, e com isso, uniformidade na emergência para a produção de plantas sob condições de campo (PEREIRA et al., 2008). Mertz et al. (2009), afirmam que as características referentes à qualidade fisiológica das sementes são herdadas geneticamente de seus progenitores, assim diferentes variedades de uma mesma espécie podem apresentar variação quanto ao vigor, germinação e emergência de campo.
A qualidade das sementes pode ser investigada precocemente, com base na divergência genética entre os genitores, que pode ser obtida de forma antecipada baseado em características agronômicas, morfológicas, de qualidade nutricional, fisiológicas e moleculares, as quais são quantificadas em medida de dissimilaridade por meio de técnicas de análise multivariada, que permitem expressar grau de diversidade genética entre os genitores analisados (CRUZ et al., 2004).
Diante dos poucos trabalhos que avaliam os efeitos genéticos na qualidade fisiológica em sementes de milho e, da grande diversidade genética observada em variedades de polinização aberta, objetivou-se avaliar a contribuição genética dos parentais para características de qualidade fisiológica em sementes obtidas dos cruzamentos intervarietais de milho.
1.2.MATERIAL E MÉTODOS
O campo de produção de sementes foi instalado na unidade experimental da Cooperativa Oestebio, de São Miguel do Oeste/SC e as análises fisiológicas foram realizadas no Laboratório de Análise de Sementes da Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC.
Os 28 tratamentos avaliados foram compostos por: 8 genitores: um hibrido simples convencional (AS1565), quatro variedades de polinização aberta (SCS 155 Catarina, SCS 154 Fortuna, Fundacep 35 e BRS 4150) e três variedades crioulas (Pixurum 05, MPA 01 e SJC
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5886), e, 10 cruzamentos intervarietais que estão descritos na Tabela 1. A produtividade e o conhecimento destas variedades pelos camponeses foram critérios que determinaram a escolha destas para compor os cruzamentos.
Tabela 1.2. Cruzamentos intervarietais de milho e seus recíprocos para determinação da contribuição genética para qualidade fisiológica das sementes.
Tratamento Híbrido Intervarietal*
1 Pixurum 05** 2 MPA 01** 3 SCS 155 Catarina** 4 SCS 154 Fortuna** 5 Fundacep 35** 6 AS1565** 7 SJC5886** 8 BRS4150** 9 MPA 01 x Pixurum 05 10 Pixurum 05 x MPA 01 11 MPA 01 x AS1565 12 AS1565 x MPA 01 13 MPA 01 x SJC 5886 14 SJC 5886 x MPA 01 15 Pixurum 05 x SCS 155 Catarina 16 SCS 155 Catarina x Pixurum 05 17 Pixurum 05 x AS1565 18 AS1565 x Pixurum 05 19 Pixurum 05 x SJC 5886 20 SJC 5886 x Pixurum 05 21 Pixurum 05 x BRS 4150 22 BRS 4150 x Pixurum 05 23 Fundacep 35 x SCS 154 Fortuna 24 SCS 154 Fortuna x Fundacep 35 25 Fundacep 35 x AS 1565 26 AS1565 x Fundacep 35 27 AS1565 x SCS 154 Fortuna 28 SCS 154 Fortuna x AS1565
*O nome que aparece primeiro é o genótipo utilizado como parental feminino. ** Parentais.
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Para a obtenção dos genótipos realizou-se polinização forçada, fertilizando-se 20 plantas com pólen oriundo de outros 20 indivíduos. A obtenção do pólen e a fertilização das plantas foram realizadas no mesmo dia para que não houvesse inviabilização dos grãos pólen. Para o controle das plantas ruderais utilizou-se método químico com a utilização de dessecante. Foi realizada adubação orgânica no momento do plantio e aplicou-se nitrogênio em cobertura de acordo com a recomendação para a espécie. A condução do experimento a campo foi realizada com auxílio de equipe técnica qualificada, integrantes da Cooperativa Oestebio, os quais foram parceiros efetivos na condução das atividades no momento da implantação da área experimental até a colheita e beneficiamento das parcelas.
Após a identificação do ponto de maturidade fisiológica, caracterizada pelo ponto preto na extremidade da semente, foi realizado o monitoramento semanal do percentual de umidade nas sementes, com determinador de umidade Motomco, modelo 919ES. Quando as sementes atingiram aproximadamente 18% de umidade foi realizada a colheita das espigas. Estas foram debulhadas manualmente e as sementes foram secas sobre sacos de papel em ambiente aberto sob a sombra, até atingirem um grau de umidade de aproximadamente 13%, observado no determinador de umidade.
Uma amostra representativa de sementes (em torno de 1 Kg) oriundas de cada parental e dos cruzamentos produzidos a campo foi reduzida em laboratório para obtenção da amostra de trabalho. A amostra de trabalho foi obtida através da passagem das sementes no homogeneizador tipo Gamet até a obtenção de 4 repetições de 250 g, as quais foram utilizadas para realizar todas as análises fisiológicas, com exceção da determinação do teor de umidade, o qual foi feito com 2 repetições, conforme determinação das Regras para Análise de Sementes - RAS (BRASIL, 2009). A determinação de umidade pelo método de estufa 105°C ± 3°C foi realizado para identificar o percentual exato de umidade no momento do armazenamento. Posteriormente as amostras foram acondicionadas em saco plástico e armazenadas em geladeira. A qualidade fisiológica foi avaliada por meio dos seguintes testes:
Teste de germinação: foram utilizadas oito repetições de 50 sementes dispostas sobre folhas de papel germitest como substrato. Essas folhas foram previamente umedecidas com água destilada, na quantidade de duas vezes e meia o peso do papel seco. Após a semeadura, os rolos de papel foram colocados em germinador tipo
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Magensdorf à temperatura de 25 ºC. A primeira contagem foi realizada no 5º dia e a contagem final aos 7 dias (BRASIL, 2009).
Índice de velocidade de germinação: realizou-se a contagem diária das sementes germinadas, a partir do quarto dia após a semeadura, considerando as plântulas normais, ou seja, que apresentaram todas as estruturas essenciais para o desenvolvimento de uma nova planta. Posteriormente, foi determinado o índice de velocidade de germinação por meio da expressão proposta por Edmond e Drapala (1958):
M = (N1 x G1) + (N2 x G2) + ... + (Nn x Gn), G1 + G2 + ... + Gn
Onde: M: número médio de dias para germinação; N1: número de dias para a primeira avaliação;G1: número de sementes germinadas na primeira avaliação; Nn: número de dias para a última avaliação; Gn: número de sementes germinadas na última avaliação.
Condutividade elétrica: as 4 repetições de 50 sementes, com massa conhecida, foram colocadas em copos plásticos com 75mL de água destilada e levadas ao germinador tipo Magensdorf a temperatura de 25ºC. As leituras de condutividade elétrica da solução foram realizadas nos tempos 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 e 24 horas. A cada tempo as amostras foram retiradas da câmara e efetuou-se as leituras em condutivímetro digital portátil modelo MB-11P-Marte. O valor da condutividade em μS/cm-1
foi dividido pela massa inicial de sementes obtida de cada repetição e os valores médios foram calculados e expressos em μS/cm-1/g-1 de semente (VIEIRA; CARVALHO, 1994).
Emergência a campo: o teste foi realizado em São Miguel do Oeste/SC. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados, totalizando 28 tratamentos, com 4 repetições de 50 sementes. As sementes foram semeadas em sulcos de 4,0 metros de comprimento, aproximadamente 2,0 cm de profundidade e o espaçamento entre linhas foi de 0,4 metro. A contagem das plântulas germinadas foi efetuada aos 14 dias após a semeadura com expressão dos resultados em percentagem (NAKAGAWA, 1994).
Envelhecimento acelerado: as sementes foram colocadas para envelhecer em caixas plásticas tipo gerbox, contendo 40 mL de água destilada, sobre uma tela de aço inoxidável as sementes foram colocadas em uma única camada distribuídas de forma uniforme. A temperatura utilizada foi a de 45ºC por um tempo de 72 horas (MARCOS FILHO, 2005). Após esse período de envelhecimento as sementes foram colocadas para germinar, e avaliou-se as plântulas normais após 5 dias
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no germinador, conforme o descrito nas Regras para Análise de Sementes (BRASIL, 2009).
Teste de frio: as sementes foram distribuídas em papel Germitest, umedecidos com água destilada conforme o método de germinação, e manteve-se os rolos umedecidos à temperatura de 10°C por sete dias. A seguir foram colocados em germinador tipo Magensdorf a 25°C. A contagem das plântulas normais foi realizada no 5º dia e os resultados expressos em percentagem.
A avaliação dos genitores e as combinações foi realizada através do cálculo da estimativa da heterose (%), comparando-se cada cruzamento com a média de seus pais, por meio da expressão: Heterose (%) = Média do híbrido – Média dos Pais x100
Média dos Pais
Os resultados obtidos em percentagem foram transformados em arco de seno √% e realizou-se posterior analise de variância e teste de Skott Knott para separação de médias e comparação entre os genitores e combinações dos cruzamentos. A análise de multivariada foi administrada usando técnica da variável canônica. A avaliação da contribuição das características para variação total utilizou a distância generalizada de Mahalanobis (D2) como medida de dissimilaridade, seguindo a metodologia de Singh (1981). A análise estatística foi executada utilizando o programa Genes.
1.3.RESULTADOS E DISCUSSÕES
A umidade média das sementes no momento do armazenamento foi de 12,3%, com variação entre 11,2 a 13,5%. O percentual de germinação foi variável entre os genótipos e cruzamentos, com no mínimo de 90%. Dentre os parentais quatro genótipos apresentaram 98% de germinação: Pixurum 05, MPA 01, AS1565 e BRS 4150, sendo superiores aos demais. O maior percentual de germinação foi obtido nas sementes provenientes do cruzamento 19 (Pixurum 05 x SJC 5886) em relação aos demais (Tabela 2).
A heterose em relação à média dos pais, para o teste de germinação, variou de -8,16% (cruzamento 9 MPA 01 x Pixurum 05) a 5,32% (cruzamento 19 Pixurum 05 x SJC 5886). Esses resultados indicam que existe heterose para a viabilidade das sementes, o qual se assemelha a outros trabalhos, como Gomes et al. (2000), em trabalho com milho obtiveram estimativas de heterose que variaram de -6,3 a 8,4% para a viabilidade. No entanto, difere de Reis et al. (2011), onde ao
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avaliar 14 genótipos de milho verde, observaram variação de 4,39 e 15,62% na estimativa da heterose nas sementes híbridas em relação aos seus parentais nos testes de germinação. No entanto, os resultados obtidos no presente estudo, permitem indicar a possibilidade de obter sementes híbridas mais vigorosas e capazes de estabelecer plantios formados por plantas normais.
Apesar da estimativa da heterose para o cruzamento 13 MPA 01 x SJC 5886 ter sido negativa, ou seja, -2,13% quando se considerou o respectivo recíproco, a estimativa da heterose foi de 2,13%. O efeito do recíproco também foi observado nos cruzamentos 9 (MPA 01 x Pixurum 05), 17 (Pixurum 05 x AS1565), 23 (Fundacep 35 x SCS 154 Fortuna) e no 25 (Fundacep 35 x AS1565) (Tabela 2). Esses resultados sugerem que a escolha do parental feminino e masculino tem grande importância na obtenção de sementes viáveis. Estes resultados corroboram com outros trabalhos que avaliaram heterose para qualidade de sementes e observaram o efeito do cruzamento recíproco. Gomes et al. (2000), avaliando o efeito da heterose na qualidade de sementes em 30 cruzamentos de milho observaram o efeito do recíproco em 6 cruzamentos avaliados, evidenciando a importância da escolha do parental para a instalação de campos de produção de sementes híbridas de milho, visando a obtenção de sementes com alto potencial germinativo.
No teste de emergência a campo os genótipos utilizados como parentais apresentaram variação no percentual de emergência entre 88 a 97%. Entre os cruzamentos, o percentual de emergência apresentou variação entre 82 a 96%, mas não houve diferença significativa entre os genótipos. Comparando-se o teste de emergência a campo com o teste de germinação em laboratório, foi observado que 15 genótipos (4, 9,12, 13,15, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24, 26, 27 e 28) apresentaram o mesmo comportamento em ambos os testes (Tabela 2). Esta relação é importante uma vez que a emergência de plântulas é indicativo da eficiência dos testes para avaliação do potencial fisiológicos dos lotes de sementes (MARCOS FILHO, 1999).
Os demais genótipos (3 e 7), apresentaram maior percentual de emergência em campo comparativamente a germinação em laboratório evidenciando a diversidade genética e adaptabilidade ao ambiente dessas sementes, ou seja, a interação genótipo x ambiente ocorreu de forma positiva, no entanto estes genótipos devem ser avaliados em relação a outros fatores para confirmar esta interação.
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Tabela 2.2. Umidade (U), percentual de germinação (G) e heterose (H), índice de velocidade de germinação (IVG) e emergência a campo (EC) dos parentais, cruzamentos e recíprocos de milho (Zea mays, L.)
Tratamento* U G IVG EC % M % H % dias % 1 12,2 98 bA - 3,53 d 88 aB 2 12,3 98 bA - 3,76 c 94 aB 3 12,6 90 fB - 4,07 b 94 aA 4 11,9 96 cA - 3,69 c 97 aA 5 12,4 96 cA - 4,12 b 91 aB 6 12,2 98 bA - 3,69 c 92 aB 7 12,3 90 fB - 3,78 c 95 aA 8 13,2 98 bA - 3,83 c 89 aB 9 12,9 90 fA -8,16 3,61 d 91 aA 10 13,3 94 dA -4,08 3,56 d 85 aB