CENTRO UNIVERSITÁRIO DINÂMICA DAS CATARATAS
CURSO DE ENGENHARIA AGRONÔMICA
Missão: “Formar Profissionais capacitados, socialmente responsáveis e aptos a
promoverem as transformações futuras”
CAPACIDADE COMBINATÓRIA E HETEROSE EM
CRUZAMENTOS DIALÉLICOS DE SOJA
JOSÉ RICARDO BAGATELI
Foz do Iguaçu - PR
2013
CAPACIDADE COMBINATÓRIA E HETEROSE EM
CRUZAMENTOS DIALÉLICOS DE SOJA
Trabalho Final de Graduação
apresentado à banca examinadora do Centro Universitário Dinâmica das Cataratas (UDC), como requisito para obtenção do grau de Engenheiro Agrônomo.
Profº Orientador: Engº Agrº Me. Herbert Nacke
Foz do Iguaçu – PR 2013
CENTRO UNIVERSITÁRIO DINÂMICA DAS CATARATAS
CAPACIDADE COMBINATÓRIA E HETEROSE EM CRUZAMENTOS DIALÉLICOS DE SOJA
TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO AGRÔNOMO
Acadêmico: José Ricardo Bagateli
Orientador: Engº Agrº Me. Herbert Nacke
Co-orientador: Prof. Me. André Luiz da Silva
Nota Final
Banca Examinadora:
Prof. Me. Luiz Gustavo Eckhardt
Prof. Me. Antônio Machado Felisberto Júnior
A Eli Cristina, presente de Deus em minha vida. Sem você nada seria possível!
AGRADECIMENTOS
A Deus, por tudo.A minha família, razão de tudo.
A empresa Sementes Iruña, por entender que o patrimônio mais valioso são seus colaboradores, por saber que quando eles crescem, a empresa cresce muito mais. A Família Poland, pelo exemplo de união, trabalho, honestidade e humildade.
Ao Eng. Agr. Alexandre Poland, por apoiar e participar deste desafio. Por me mostrar que não há conquistas fáceis, que são as estradas sinuosas que levam ao caminho certo.
Ao Dr. Claiton Rodrigues, pelo exemplo da busca do conhecimento e amizade. Aos Doutores Ubirajara Vieira Moreira, Marcelo Fernandes de Oliveira, Carlos Arrabal e Ricardo Abdelnoor, pesquisadores do Programa de Melhoramento da Embrapa Soja, pela amizade e pelos valiosos ensinamentos na área da genética. Ao professor Herbert Nacke, pela incondicional transferência de conhecimento, pela paciência, orientação e amizade.
Ao Professor André Luiz da Silva, pela co-orientação, amizade e por acreditar em meu potencial.
As Doutoras Joselaine Viganó e Vanessa M. Pereira e Silva, pelo grande apoio na elaboração deste trabalho.
Ao professor Martin Engler, coordenador da agronomia, pela sua disposição em ajudar-me nas diversas vezes que necessitei.
A todos os professores e colaboradores do curso de agronomia do Centro Universitário da UDC.
Aos colegas de classe, Engenheiros Agrônomos Jonathan Menegatti, Fabiano Bortolini, Eder Feliciano, Dario München, Guilherme Maggi, Freddy Barylski, Jeferson Santiago e Marcio Adreano, pelo companheirismo, amizade, cumplicidade, e pelos momentos de descontração que repartimos.
Aos colegas de trabalho da empresa Sementes Iruña.
A todos que de uma maneira ou outra colaboraram e fizeram deste uma realidade.
EPÍGRAFE
“Muitas coisas não ousamos empreender por parecerem difíceis, entretanto, são difíceis porque não ousamos empreendê-las.” Sêneca
“Há um tempo em que é preciso abandonar as roupas usadas, que já têm a forma do nosso corpo, e esquecer os nossos caminhos, que nos levam sempre aos mesmos lugares. É o tempo da travessia: e, se não ousarmos fazê-la, teremos ficado, para sempre, à margem de nós mesmos.” Fernando Pessoa
“Não sei onde posso chegar. Só sei que não paro até descobrir.” José Ricardo Bagateli
Tabela 1 – Esquema de um dialelo circulante entre cinco genitores...25 Tabela 2 – Esquema de um dialelo desbalanceado envolvendo 4 genitores...26 Tabela 3 – Esquema de um dialelo incompleto entre cinco genitores, com a perda de uma combinação híbrida entre as possíveis...27 Tabela 4 – Esquema de um dialelo parcial 3x4, envolvendo apenas os F1´s...27
Tabela 5 – Esquema de um dialelo 3x4, incluindo genitores e F1´s...27
Tabela 6 – Esquema de um dialelo parcial envolvendo combinações híbridas e genitores de dois grupos...28 Tabela 7 – Esquema da análise de variância de um dialelo parcial com a decomposição da soma de quadrados de cruzamentos em soma de quadrados associadas aos efeitos da capacidade combinatória...29 Tabela 8 – Esquema da análise de variância de um dialelo parcial com a decomposição da soma de quadrados de tratamentos em soma de quadrados associadas aos efeitos da capacidade combinatória...29 Tabela 9 – Esquema da análise de variância baseado num dialelo parcial envolvendo genitores de dois grupos (G1 e G2) e suas combinações híbridas...32 Tabela 10 – Procedência, agrupamento e características das oito cultivares utilizadas como genitores nos cruzamentos dialélicos...34 Tabela 11 – Esquema do dialelo parcial, sendo oito genitores e quinze híbridos F1’s...34
Tabela 12 – Dados relativos à análise química do solo...37 Tabela 13 – Tratos culturais realizados durante a condução do experimento...38 Tabela 14 – Estimativa de correlações genotípicas entre as variáveis estudadas na análise dialélica entre oito genitores de soja, em esquema de dialelo parcial...40 Tabela 15 – Resumo da análise de variância entre oito genitores de soja, num dialelo parcial sem inclusão de recíprocos...41 Tabela 16 – Médias obtidas na avaliação dos oito genitores e dos 15 híbridos de soja, num dialelo parcial, sem inclusão de recíprocos, entre os grupos 1 e 2...42 Tabela 17 – Resumo da análise dialélica dos grupos 1 e 2 (G1 e G2) e suas
combinações híbridas, num dialelo parcial entre oito genitores de soja...45 Tabela 18 – Estimativas dos efeitos da capacidade geral de combinação (CGC) (g ˆi) entre genitores de soja, relativos aos grupos 1 (CGC1) e 2 (CGC2)...47
Tabela 19 – Estimativas dos efeitos (sˆij)da capacidade específica de combinação (CEC) entre genitores dos grupos 1 e 2...48 Tabela 20 – Resumo das análises de variância, adaptada a dialelos parciais, entre genitores do grupo 1 e 2 (G1 e G2) e desdobramento da heterose de suas
combinações híbridas...50 Tabela 21 – Valores da heterose (h) em relação às médias dos genitores do grupo 1 e 2, resultante dos cruzamentos entre oito cultivares de soja, num dialelo parcial...52 Tabela 22 – Estimativa dos efeitos de variedades (vi e vj) e da heterose varietal (hi e
BAGATELI, José Ricardo. Capacidade combinatória e Heterose em cruzamentos dialélicos de soja. Foz do Iguaçu, 2013. Trabalho Final de Graduação – Centro Universitário Dinâmica das Cataratas.
RESUMO
A soja é uma das culturas de maior importância econômica do mundo. Esta planta é originária da China, onde é cultivada por milênios como alimento, sendo rica em proteína e óleo. Um dos maiores desafios dos programas de melhoramento da soja consiste em disponibilizar aos agricultores, cultivares com ampla adaptabilidade e com produtividade superior às já existentes no mercado. Contudo, a primeira dificuldade encontrada pelo melhorista é a identificação dos genitores a serem usados nas hibridações. Este trabalho objetivou determinar a capacidade geral (CGC) e a específica de combinação (CEC), indicar os melhores genitores para gerar populações segregantes e selecionar as melhores combinações híbridas para serem avançadas, por meio de cruzamentos envolvendo dois grupos de genitores de soja cruzados em dialelo parcial. Foram avaliados os caracteres: número de legumes por planta (NLP); número de sementes por planta (NSP); número de sementes por legume (NSL); peso de cem sementes (PCS); produção de sementes por planta (PP); número de internódios (NIP); altura de planta (AP) e índice de acamamento (IA). Os resultados demonstraram a predominância de efeitos gênicos aditivos para NSL, PP, AP, NIP e IA. Já para NLP, NSP e P100 predominaram-se os efeitos de dominância expressos pela superioridade da CEC. Para as características NLP, NSP, PP e P100, os genitores P3 e P7 foram os que mais contribuíram para o aumento da produtividade, indicando-se os mesmos para cruzamentos com o objetivo de aumento da produção. Os híbridos resultantes dos cruzamentos entre os genitores P3xP6 e P3xP4 tendem a serem mais promissores para as características relacionadas à PP e menor IA, por apresentarem elevado efeito de heterose e alta CEC, associada à elevada CGC apresentada pelo genitor P3. Estes híbridos deverão ser avançados dentro do programa de melhoramento genético da soja. .
Palavras-Chave: melhoramento genético, Glycine max (L) Merril, análise dialélica,
ABSTRACT
Soybean is one of the most economically important crops in the world. This plant is originally from China, where it is cultivated for millennia as food, being rich in protein and oil. One of the greatest challenges of soybean breeding programs is provide, to farmers, cultivars with wide adaptability and higher productivity than the existing in market. However, the first difficulty encountered by the breeder is the identification of parents to be used in hybridizations. This study aimed determine the general capacity (GCC) and specific capacity of combination (SCC), indicate the parents to generate segregating populations and select the best hybrid combinations to be advanced, by means of crosses involving two groups of soybean parents crossed in partial diallel. The characters evaluated were: number of legumes per plant (NLP), number of seeds per plant (NSP), number of seeds per legume (NSL), weight of hundred seeds (W100), seed yield per plant (YP), internodes number (NIP), plant height (PH) and layering index (LI). The results demonstrated the predominance of additive gene effects for NSL, YP, PH, NIP and LI. For NLP, NSP and W100, predominated the effects of dominance expressed by the superiority of SCC. For the characteristics NLP, NSP, YP and W100, the parents P3 and P7 were the main contributors to the productivity increase, indicating these for crossings aiming the increase of production. Hybrids resulting from crosses between the parents P3xP6 and P3xP4, tend to be most promising for characteristics related to YP and lower LI, by present high heterosis effect and high SCC, associated with high GCC presented by P3 parent . These hybrids should be advanced in soybean breeding programs.
Keywords: crop breeding, Glycine max (L) Merril, diallel analysis, general capacity
2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 13
2.1 A SOJA ... 13
2.1.1 Histórico... 13
2.1.2 Importância econômica ... 15
2.2 MELHORAMENTO GENÉTICO... 15
2.2.1 Melhoramento de soja no Brasil... 17
2.2.2 Hibridação da soja... 18
2.3 SELEÇÃO DE GENITORES... 19
2.4 CAPACIDADE GERAL DE COMBINAÇÃO... 21
2.5 CAPACIDADE ESPECÍFICA DE COMBINAÇÃO... 22
2.6 ANÁLISE DIALÉLICA ... 23
2.7 CRUZAMENTOS DIALÉLICOS... 24
2.7.1 Dialelos balanceados (completos ou de meia tabela)... 25
2.7.2 Dialelos circulantes ... 25
2.7.3 Dialelos desbalanceados ... 26
2.7.4 Dialelos incompletos ... 26
2.7.5 Dialelos parciais... 27
2.8 MODELO DE GRIFFING (1956), ADAPTADO A DIALELOS PARCIAIS.... 28
2.9 HETEROSE... 30
2.10 MODELO DE GARDNER E EBERHART (1966), ADAPTADO A DIALELOS PARCIAIS PARA ESTUDO DA HETEROSE... 32
3 MATERIAL E MÉTODOS... 33
3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO... 33
3.2 CARACTERISTICAS E AGRUPAMENTO DOS GENITORES ... 33
3.3 PURIFICAÇÃO GENÉTICA DAS SEMENTES... 34
3.4 SEMEADURA DOS BLOCOS DE CRUZAMENTOS ... 35
3.5 HIBRIDAÇÕES ARTIFICIAIS ... 35
3.6 COLHEITA DAS SEMENTES F1´S E GENITORES... 36
3.7 SEMEADURA A CAMPO ... 37
3.8 DELINEAMENTO EXPERIMENTAL... 38
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO... 40
4.1 CORRELAÇÕES ENTRE CARACTERES RELACIONADOS À PRODUTIVIDADE ... 40
4.2 ANÁLISE DE VARIÂNCIA... 40
4.3 MÉDIAS DOS GRUPOS DE GENITORES E F1´s... 41
4.4 CAPACIDADE GERAL E ESPECÍFICA DE COMBINAÇÃO... 43
4.4.1 Desdobramento dos efeitos da capacidade geral e específica de combinação... 43
4.5 ESTIMATIVAS DA CAPACIDADE GERAL DE COMBINAÇÃO... 46
4.6 ESTIMATIVAS DA CAPACIDADE ESPECÍFICA DE COMBINAÇÃO... 47
4.6.1 Decomposição dos efeitos da heterose... 49
4.7 ESTIMATIVAS DOS EFEITOS DE VARIEDADES E DA HETEROSE VARIETAL... 53
5 CONCLUSÃO... 55
1 INTRODUÇÃO
A soja [Glycine max (L.) Merrill] é considerada uma das culturas de maior importância econômica do mundo. É originária da China, onde é cultivada por milênios como alimento, sendo rica em proteína e óleo.
No Brasil a soja é cultivada em uma grande diversidade de ambientes, desde as altas até as baixas latitudes. A difusão desta cultura para todas as regiões do país ocorreu, principalmente, devido ao melhoramento genético. Ano a ano, cultivares adaptadas, com maior sanidade, estabilidade e potencial produtivo vem sendo incorporadas ao mercado, propiciando assim, enormes ganhos genéticos. Em virtude disto, o grande desafio dos melhoristas de soja hoje em dia, consiste em disponibilizar, permanentemente aos agricultores, cultivares superiores às já existentes no mercado.
No melhoramento da soja, a escolha dos genitores a serem cruzados, é muitas vezes, uma etapa de difícil execução, devido à existência de um grande numero de genitores em potencial, o que dificulta a identificação dos melhores. Para resolver este problema os melhoristas baseiam-se em informações importantes, tais como sua superioridade agronômica, sua diversidade genética, sua capacidade de combinação e seu comportamento per se.
Uma vez eleitos, os genitores são cruzados artificialmente para a obtenção de populações segregantes, devendo ser levadas, através da autofecundação, a certo nível de homozigose para sua posterior avaliação. Nesta etapa, o avanço de gerações de endogamia tem como desvantagens o aumento do número de anos de cada ciclo do programa de melhoramento e, consequentemente, forte demanda adicional de recursos humanos e financeiros.
Essas limitações poderiam ser contornadas pela eficaz escolha dos genitores mais promissores, identificando, logo nas gerações iniciais de endogamia, sua capacidade de doar alelos de interesse, de maneira que somente estes genótipos selecionados seriam hibridados e sua descendência avançada até originar linhagens superiores. Essa estratégia consegue ir eliminando ou reduzindo, já em gerações precoces, problemas de incompatibilidade híbrida e diferenças na capacidade de combinação que levam à ocorrência de cruzamentos inferiores.
Contudo, ainda são poucas as informações sobre o comportamento das plantas de soja nas gerações iniciais. Isso ocorre, principalmente, devido à
dificuldade de realização dos cruzamentos, a limitada quantidade de sementes colhidas nas plantas F1´s, o que muitas vezes inviabiliza o estudo nas gerações
iniciais, há ainda o trabalho despendido com as avaliações.
Para contornar este problema, alguns testes visando encontrar possíveis genitores que possuam melhor capacidade de transferência de alelos favoráveis à sua prole, podem ser aplicados nas gerações iniciais. Uma maneira de se testar os genitores é através do uso dos cruzamentos dialélicos, que têm por finalidade, estimar a Capacidade Geral de Combinação (CGC) e a Capacidade Específica de Combinação (CEC) entre os genitores.
A CGC refere-se ao desempenho médio de cultivares em combinações híbridas, ao passo que a CEC é usada para designar aqueles casos em que certas combinações híbridas são melhores ou piores que o esperado, com base no desempenho médio dos genitores envolvidos. A CGC está associada a genes de efeitos principalmente aditivos, além dos efeitos epistáticos aditivos versus aditivos. Por sua vez, a CEC depende, basicamente, de genes com efeitos dominantes e de vários tipos de interações.
Em programas de melhoramento da soja, geralmente não há interesse em avaliar todas as possíveis combinações em um dialelo completo, principalmente devido à grande dificuldade de se obter um número suficiente de sementes híbridas e do interesse em combinar caracteres que se encontram em genitores distintos. Assim, a utilização de dialelos parciais apresenta-se como uma alternativa promissora. Neste caso, são utilizados os modelos, adaptados a dialelos parciais, propostos por Miranda Filho e Geraldi (1984), e Geraldi e Miranda Filho (1988).
Diante do exposto, realizou-se este trabalho com o objetivo de determinar a CGC e CEC, com a finalidade de indicar os melhores genitores para gerar populações segregantes, e selecionar as melhores combinações híbridas para serem avançadas, dentro de um programa de melhoramento genético de soja.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 A SOJA
A soja [(Glycine max (L.) Merrill)] é a mais importante oleaginosa no mundo, cujos teores de óleo e proteína nos grãos podem ultrapassar 20% e 40% respectivamente. Entre suas principais utilidades está o suprimento da demanda mundial de óleos vegetais e, a produção de ração utilizada para a alimentação de bovinos, suínos e aves. A soja que hoje é cultivada é muito diferente dos ancestrais que lhe deram origem: espécies de plantas rasteiras que se desenvolviam na costa leste da Ásia, principalmente ao longo do Rio Amarelo, na China. Sua evolução começou com o aparecimento de plantas oriundas de cruzamentos naturais, entre duas espécies de soja selvagem, que foram domesticadas e melhoradas por cientistas da antiga China. Sua importância na dieta alimentar da antiga civilização chinesa era tal, que a soja, juntamente com o trigo, o arroz, o centeio e o milheto, eram considerados sagrados, com direito a cerimoniais ritualísticos na época da semeadura e da colheita (EMBRAPA, 2004).
Para França Neto (2004), a soja é uma das mais importantes fontes de proteína e óleo vegetal, além de ser também uma das mais importantes culturas agrícolas do Brasil. O “complexo soja” é atualmente o maior setor exportador do país, representando mais de 10% do total das exportações. Além disso, tem a maior participação do Produto Interno Bruto (PIB) agrícola e apresenta perspectivas de crescimento contínuo.
2.1.1 Histórico
A soja chegou ao Brasil via Estados Unidos, em 1882. Gustavo Dutra, então professor da Escola de Agronomia da Bahia, realizou os primeiros estudos de avaliação de cultivares introduzidas daquele país. Em 1891, testes de adaptação de cultivares foram realizados no Instituto Agronômico de Campinas (IAC) - SP. Em 1900 e 1901, o IAC promoveu a primeira distribuição de sementes de soja para produtores paulistas e, nessa mesma data, têm-se registro do primeiro cultivo de soja no Rio Grande do Sul, onde a cultura encontrou efetivas condições para se
desenvolver e expandir, dadas as semelhanças climáticas do ecossistema de origem (sul dos EUA) dos materiais genéticos existentes no país, com as condições climáticas predominantes no extremo Sul do Brasil (EMBRAPA, 2004).
Com o estabelecimento do programa oficial de incentivo à triticultura nacional, em meados de 1950, a cultura da soja foi igualmente incentivada, por ser, desde o ponto de vista técnico (leguminosa sucedendo gramínea), quanto econômico (melhor aproveitamento da terra, das máquinas/implementos, da infra-estrutura e da mão de obra), a melhor alternativa de verão para suceder o trigo cultivado no inverno. Até o início da década de 1960, a cultura da soja restringia-se praticamente ao Estado do Rio Grande do Sul, desenvolvendo-se lentamente em outros. A partir de 1968, houve uma significativa expansão das lavouras, principalmente em Santa Catarina, Paraná, São Paulo, Mato Grosso do Sul, Minas Gerais e Goiás (ALLIPRANDINI et al.,1993 citado por BACAXIXI et al., 2011).
Segundo a Embrapa (2004), até 1970 o cultivo mundial de soja restringia-se a regiões de climas temperados e subtropicais, cujas latitudes estavam próximas ou superiores aos 30ºS. Como resultado da pesquisa, o Brasil conseguiu quebrar este paradigma, desenvolvendo germoplasma adaptado às condições tropicais e viabilizando o seu cultivo em qualquer parte do território nacional, transformando, somente no bioma do cerrado, mais de 200 milhões de hectares improdutivos em área potencial para o cultivo da soja e de outros grãos.
Para Almeida et al. (1999), essa expansão foi muito facilitada pelo desenvolvimento de cultivares melhoradas e adaptadas inclusive para zonas equatoriais. Atualmente, cerca de 50% da produção brasileira é colhida nos estados compreendidos em latitudes menores que 20ºS. As regiões situadas em latitudes menores que 10ºS e representam atualmente a área de expansão da soja, especialmente nos estados do Maranhão, Piauí, Tocantins e Pará. É fato conhecido que a expansão da soja nas baixas latitudes foi impulsionada devido ao lançamento de cultivares com melhor adaptação às condições edafoclimáticas dos trópicos.
Instituições de pesquisa passaram a desenvolver programas intensivos de melhoramento genético, visando criação de novas e melhores cultivares. Paralelamente, formaram-se equipes multidisciplinares para suprir a inexistência de resultados de investigações científicas sob condições locais e relacionadas com a cultura. Em consequência, ao longo da última década, inúmeras foram as cultivares introduzidas, selecionadas ou desenvolvidas através de técnicas de hibridação
artificial, que recebem recomendações para cultivo nas mais diversas regiões do Brasil (BACAXIXI et al., 2011).
2.1.2 Importância econômica
O setor agrícola vem demonstrado uma grande dinâmica e eficiência empresarial, traduzida em altos investimentos e uso de modernas tecnologias de produção. A cultura da soja assume um importante papel neste contexto, e atualmente o Brasil é segundo maior produtor e segundo maior exportador mundial desta oleaginosa, cultivando uma área de 27,7 milhões de hectares na safra 2012-2013, apresentado um incremento de 10,7% em relação à safra 2011-2012, representando um recorde na área plantada. A expansão da área plantada nos últimos 10 anos foi de 30,9% e a produção em 178% (CONAB, 2013).
O “Complexo Soja” tem um papel importante no desenvolvimento da economia brasileira. A participação nas exportações do complexo da soja teve um crescimento de 376% em uma década, onde em 2002 era de um total de US$ 6,0 bilhões, em 2012 esta participação sobe para US$ 22,1 bilhões. A soja em grãos atualmente atinge US$ 17,5 bilhões (67%), o farelo US$ 6,6 bilhões (25%) e o óleo US$ 2,0 bilhões (8%). A sojicultura brasileira gera 1,5 milhões de empregos em 17 Estados do País. O crescimento dos setores envolvidos com a soja por meio de investimentos em tecnologias, novas áreas agrícolas e indústrias de processamento de grãos e refino de óleos tem promovido resultados positivos não apenas em volumes operados, mas também na melhoria de vida da população (ABIOVE, 2013).
2.2 MELHORAMENTO GENÉTICO
Borém e Miranda (2005), afirmam que, embora existam diversas definições e conceitos nesta área, o melhoramento de plantas é: “A arte e a ciência, que visam à modificação gênica das plantas para torná-las mais úteis ao homem”.
Ramalho et al. (2012), estimam que entre 10 e 20 mil espécies de plantas são cultivadas pelo homem, dentro de um universo de 350 mil existentes. Destas, cerca de 300 são cultivadas como alimento, e 100 a 150 tem maior importância econômica, sendo apenas 14 (arroz, trigo, milho, cevada, sorgo, cana de açúcar, batata doce, mandioca, soja, feijão, guandu, coco e banana) responsáveis pela
produção de mais de 80% das calorias e 50% da proteína consumidas pelo homem. O melhoramento genético iniciou-se com a domesticação destas espécies.
Segundo Pinto (2009), a fome constitui uma das maiores calamidades que a humanidade enfrenta. À medida que a população mundial aumenta e a área cultivada possui um limite físico para sua expansão, os incrementos de produtividade terão uma maior relevância no aumento da produção de alimentos. Deste modo, entre outras medidas, se busca resolver o problema da fome pela superação dos fatores limitantes ao rendimento agrícola. O Melhoramento Genético tem como prioridade justamente superar os limites de produtividade sob distintas condições ambientais.
Parentoni et al. (2011), comentam que Norman Bourlaug, pai da “Revolução Verde” e prêmio Nobel da Paz em 1970, afirmou que devido ao crescimento populacional, o melhoramento genético das principais culturas terá papel chave para atender a grande demanda de alimentos. De acordo com o relatório da FAO (2009), a expectativa de crescimento populacional é da ordem de 34% até 2050, chegando a 9,1 bilhões de pessoas e, para atender a demanda prevista de alimentos, a produção agrícola deverá crescer 70% no mesmo período.
No melhoramento de plantas autógamas, existem três etapas principais: escolha dos parentais e cruzamentos entre os mesmos para obtenção de genótipos segregantes; avanço das gerações iniciais através de autofecundações naturais e os testes de desempenho agronômico e seleção das linhagens. A etapa intermediária correspondente ao avanço das gerações de endogamia executada de forma rotineira, apresenta como desvantagem o aumento do número de anos de cada ciclo do programa de melhoramento e, a demanda adicional de recursos humanos e financeiros (BORÉM e MIRANDA, 2005; PINTO, 2009).
Essas desvantagens poderiam ser contornadas pela eficiente escolha dos genitores e pela avaliação e seleção dos genótipos promissores logo nas gerações iniciais. Essa estratégia consegue eliminar ou reduzir, precocemente, problemas de incompatibilidade híbrida e diferenças na capacidade de combinação que levem a ocorrência de cruzamentos inferiores (BORÉM e MIRANDA, 2005).
2.2.1 Melhoramento de soja no Brasil
O melhoramento genético da soja é um processo ininterrupto de desenvolvimento de novas cultivares. Os programas de melhoramento estão focados em objetivos gerais e específicos que visam à solução dos problemas (reais ou potenciais) da cultura, frente aos fatores bióticos e abióticos que interferem na sua produção (BORÉM et al., 2009).
Os programas de melhoramento de soja no Brasil vêm demonstrando sua eficiência ao longo dos anos por meio dos incrementos contínuos no potencial produtivo das novas variedades lançadas e, consequentemente, dos aumentos de produtividade em áreas comerciais. Evidentemente, o avanço do potencial produtivo em áreas comerciais é função não só do desenvolvimento de variedades superiores, mas também do nível tecnológico e do investimento dos agricultores. Diminuições e interrupções nos acréscimos anuais de produtividade são eventualmente provocadas pelo aparecimento de restrições sérias ao cultivo da soja, como foi o caso da raça 15 de Cercospora sojina, do cancro da haste e do nematóide de cisto (ARIAS et al., 2000).
Os elevados ganhos produtivos, proporcionados pelo alto desenvolvimento tecnológico na produção brasileira de grãos foram proporcionados pelo melhoramento genético e ciências associadas, como a fitopatologia, entomologia e biotecnologia. No decorrer das últimas décadas, o elevado avanço tecnológico proporcionou melhorias tanto no complexo ambiental, como no potencial genético dos cultivares. Esses avanços se refletiram na evolução da produtividade média da soja no país, que era de 1.713 kg ha-1, no período das safras de 1981 a 1990, passando para 2.179 kg ha-1 nas safras compreendidas entre 1991 a 2000, aumento de 27%, e nas safras 2001 a 2010 passou a 2.633 kg ha-1, outro impressionante aumento de 20%. No início desta década, no ano de 2011, foi possível atingir um novo recorde de produtividade com 3.115 kg ha-1 (CONAB, 2013).
Pípolo et al. (2007), mencionam ainda que, no caso do programa de melhoramento da Embrapa Soja, que tem caráter nacional, os ganhos genéticos médios de produtividade desta cultura estão em 2% ao ano.
2.2.2 Hibridação da soja
As espécies trabalhadas no melhoramento genético são agrupadas em função da frequência e do tipo de polinização. São denominadas alógamas aquelas cuja frequência de polinização cruzada é superior a 95%. Neste grupo está o milho, cebola, cenoura, mandioca, cana de açúcar, uva, mamão, entre outras espécies de importância agrícola. Já as espécies autógamas são aquelas cuja frequência de polinização cruzada é inferior a 5%. Neste grupo está a soja, o arroz, trigo, feijão, alface, tomate, a batata e outras (BORÉM et al., 2009; PINTO 2009; RAMALHO et al., 2012).
Sendo a soja uma espécie autógama, sua flor é hermafrodita e possui os órgãos masculinos e femininos protegidos dentro da corola, o que desfavorece enormemente sua taxa de alogamia (polinização cruzada), sendo esta inferior a 1% (BORÉM et al., 2009).
A autopolinização, que é a transferência do pólen de uma antera para o estigma da mesma flor, ou de outra flor da mesma planta, proporciona a autofecundação. Alguns fenômenos podem favorecer a autopolinização, como a cleistogamia, que ocorre na soja, e constitui-se de grãos de pólen que atingem a maturidade e polinizam o estigma antes da abertura do botão floral. A cleistogamia é responsável pela baixa taxa de alogamia nesta espécie (BORÉM e MIRANDA, 2005).
Segundo Pinto (2009), após a polinização cruzada, natural ou artificial, as plantas F1´s, sob certa heterozigose, se comportam de forma diferente. As
autógamas se autofecundam espontaneamente e as alógamas somente se autofecundarão por interferência do melhorista.
Hibridação é a fusão de gametas geneticamente diferentes, que resulta em indivíduos híbridos heterozigóticos para um ou mais locos. Essa é uma etapa de muito importância no desenvolvimento de novas cultivares, onde, partindo-se do cruzamento de genitores geneticamente divergentes, são desenvolvidas populações com variabilidade genética para a aplicação de métodos apropriados de avaliação e seleção das linhagens superiores. O objetivo da hibridação de plantas autógamas é obter indivíduos inicialmente heterozigóticos, que tenham a possibilidade de reunir as características de interesse, e que por sua vez, através de sucessivas
autofecundações, geram indivíduos homozigóticos para serem selecionados (BORÉM e MIRANDA, 2005).
Na hibridação de espécies autógamas, os genitores são cruzados artificialmente, sendo considerado um procedimento relativamente simples nas espécies com grandes partes florais. A técnica de cruzamento consiste na emasculação da flor a ser utilizada no genitor feminino antes que as anteras iniciem a derriça do pólen. Coleta-se o pólen do genitor masculino que é aplicado sobre o estigma da flor emasculada (BORÉM et al., 2009).
Borém e Miranda (2005), salientam que de maneira geral, a maioria das hibridações artificiais em plantas autógamas envolve cruzamentos apenas entre dois genitores (biparentais). A maior limitação deste tipo de cruzamentos está na variação genética e no potencial de recombinação que são baixos devido ao “pool” gênico, ou seja, a base genética inicialmente restrita e também devido ao posterior processo de autofecundação, que vai restringindo a recombinação genética na medida em que a população tende à homozigose.
O processo de hibridação artificial é utilizado por melhoristas como forma de recombinação gênica entre diferentes genótipos, de modo a expor a variabilidade genética. Sendo assim, recorre-se ao cruzamento de dois ou mais cultivares elites para a obtenção de plantas que reúnam novas e melhores características (PINTO, 2009).
2.3 SELEÇÃO DE GENITORES
O êxito nos programas de melhoramento de soja depende de três fatores fundamentais: a) variabilidade genética; b) seleção de genitores promissores; e c) ajustamento às condições ambientais (CARVALHO et al., 2008).
Atualmente, o emprego da hibridação no melhoramento da soja é o principal método para a obtenção de novas cultivares ou linhagens. Este procedimento objetiva reunir em um mesmo indivíduo, os alelos desejáveis que se encontram em genitores distintos. Por meio do cruzamento entre esses genitores é gerada uma população na qual será praticada a seleção visando à obtenção de linhagens que reúnam os fenótipos desejáveis dos caracteres de interesse. No entanto, o grande número de genitores disponíveis representa uma dificuldade na escolha dos parentais mais promissores num programa de melhoramento. A escolha
desses genitores possibilita ao melhorista, identificar as populações mais segregantes, potencialmente capazes de fornecer progênies superiores, garantindo o êxito do programa (RAMALHO et al., 2012).
Logo, a definição clara dos objetivos do programa de melhoramento é fundamental, sendo imprescindível a escolha criteriosa dos genitores para garantir o êxito do trabalho (BORÉM e MIRANDA, 2005).
Carvalho et al. (2008) recomendam que, na escolha de genitores que serão incluídos nos cruzamentos artificiais para produção de progênies segregantes, pelo menos um genitor possua um ou mais caracteres desejáveis. Ainda assim, antes de iniciar as hibridações artificiais, faz-se necessário também o conhecimento do germoplasma disponível, da capacidade combinatória geral e específica, das diferenças genéticas em cada caráter para cada genitor e a probabilidade de manifestação de genes complementares.
A seleção dos genitores com base em suas características fenotípicas muitas vezes, pode não ser suficiente para determinar se a progênie terá um bom resultado, pois é necessário que os genitores tenham alta capacidade combinatória para que os cruzamentos resultem em recombinações favoráveis (LORENCETTI et al., 2005).
Ramalho et al. (2012), comentam que se o caráter a ser melhorado for de herança qualitativa, ou seja, controlado por poucos genes e portanto, pouco influenciado pelo ambiente, a decisão sobre os genitores é mais fácil. Neste caso, normalmente é realizada a hibridação de uma linhagem portadora do alelo de interesse com outra que apresente boas características agronômicas. Em se tratando de caracteres quantitativos, como é o caso da arquitetura de planta e produtividade de grãos, a escolha dos genitores deve possibilitar a obtenção de populações segregantes com média alta e variabilidade suficiente para o caráter sob seleção.
A alternativa mais empregada de escolha de genitores utilizando apenas o seu próprio desempenho é a média do caráter em questão. Entretanto, este procedimento acarreta na impossibilidade de antever a variabilidade genética no cruzamento (SILVA, 2011; RAMALHO et al., 2012).
O fato de dois pais apresentarem média alta não implica que o híbrido entre eles irá gerar uma população segregante, com variabilidade suficiente para obter sucesso com a seleção. Em contrapartida, alguns estudos mostram que até
mesmo genitores que não apresentam características genotípicas superiores, quando cruzados, podem produzir progênies com potencial elevado (BORÉM e MIRANDA, 2005).
Após a escolha dos parentais e a realização dos cruzamentos, a condução de populações segregantes dará continuidade aos processos de melhoramento clássico, resultando no desenvolvimento de linhas puras. Os métodos mais utilizados de condução de gerações segregantes para plantas autógamas são: a) método populacional (bulk method); b) método genealógico; c) método dos retrocruzamentos; d) método descendente de uma única semente (SSD); e) método dos di-haplóides e f) método da seleção recorrente (BORÉM e MIRANDA, 2005; CARVALHO et al., 2008; RAMALHO et al., 2012).
Por fim, Pinto (2009), afirma que o critério básico para a escolha dos genitores é o bom senso, sendo que o melhorista deve definir previamente o tipo de linhagem desejada para então verificar a probabilidade de obtê-la a partir dos genitores disponíveis, de forma que ocorra uma combinação dos caracteres desejados dos mesmos no hibrido que se pretende.
2.4 CAPACIDADE GERAL DE COMBINAÇÃO
O termo Capacidade de Combinação (CC) foi proposto por Sprague e Tatum (1942), e posteriormente foi desenvolvido por Griffing (1956), que subdividiu em Capacidade Geral de Combinação (CGC) e Capacidade Especifica de Combinação (CEC).
Segundo Pinto (2009), uma forma eficiente de verificar se um genitor apresenta ou não qualidade genética em seus gametas, consiste em comparar o desempenho de sua progênie com o desempenho da progênie de outros parentais. Neste caso os, valores genéticos se expressam em termos de capacidade de combinação.
A Capacidade Geral de Combinação (CGC) refere-se ao comportamento médio de um genitor em cruzamento com os demais do conjunto e reflete o valor genético aditivo do genitor, isto é, reflete a porção de seu genótipo capaz de ser transferida aos seus descendentes, não importando qual seja o outro genitor (PINTO, 2009; CRUZ et al., 2012; RAMALHO et al., 2012).
A importância da CGC na escolha de genitores é maior quando há efeitos genéticos não aditivos, por estarem associados aos efeitos aditivos dos alelos e às ações epistáticas do tipo aditivo (BORÉM e MIRANDA, 2005).
As estimativas dos efeitos da CGC fornecem informações a respeito das potencialidades do parental em gerar combinações favoráveis à formação de genes predominantemente aditivos em seus efeitos. Quanto mais altas forem essas estimativas, positivas ou negativas, determinado genitor será considerado muito superior ou inferior aos demais incluídos no dialelo, e, se próximas de zero, seu comportamento não difere da média geral dos cruzamentos (CRUZ et al., 2012).
Para avaliar a capacidade de combinação entre uma série de genitores potenciais, podem-se utilizar os cruzamentos dialélicos onde o comportamento dos híbridos F1 estimará a capacidade dos genótipos envolvidos (BORÉM e MIRANDA,
2005; CRUZ et al., 2012).
A capacidade de combinação pode ser usada para a escolha de genitores e híbridos potencialmente superiores. Os valores genéticos dos genitores e das combinações híbridas presentes em um dialelo são efetuados sobre a natureza dos efeitos gênicos envolvidos na determinação da característica sob análise, revelando informações importantes para o planejamento de programas de melhoramento quanto à estratégia de seleção e escolha dos seus métodos (RAMALHO et al., 2012).
2.5 CAPACIDADE ESPECÍFICA DE COMBINAÇÃO
A Capacidade Específica de Combinação (CEC) é um termo que se refere ao rendimento médio da progênie de um cruzamento entre dois genitores específicos, e representa o desvio entre tal rendimento e aquele que seria esperado em função da CGC dos genitores envolvidos. A CEC reflete o efeito da interação entre os alelos procedentes de cada genitor (ação de dominância) e o efeito das interações entre os alelos de diferentes locos envolvidos na transmissão do caráter (ação gênica de epistasia) (PINTO, 2009).
Os efeitos da CEC estimados como desvio do comportamento em relação ao que seria esperado com base na CGC são medidas dos efeitos gênicos não aditivos. São desejáveis aquelas combinações híbridas com estimativas de CEC
mais favorável, que envolvam pelo menos um dos genitores que tenha apresentado o mais favorável efeito de CGC (AGUIAR et al., 2004 citado por OLIBONI, 2010).
Miranda Filho e Gorgulho (2001), afirmam ainda que CEC é interpretada como um efeito na expressão do híbrido que é adicional aos efeitos de CGC dos pais, podendo ser positivo ou negativo. Resumidamente, a CEC resulta da interação dos efeitos de CGC dos pais e pode melhorar ou piorar a expressão do híbrido em relação ao efeito esperado com base somente na CGC.
2.6 ANÁLISE DIALÉLICA
Segundo Cruz et al. (2012), o termo dialelo tem sido utilizado para expressar um conjunto de p(p-1)/2 híbridos resultantes do cruzamento entre p genitores (linhagens, variedades, clones, etc.), podendo incluir, além dos genitores, os híbridos e recíprocos e, ou, outras gerações relacionadas como F2´s e
retrocruzamentos.
Ramalho et al. (2012), complementam dizendo que as metodologias de análise dialélica têm por finalidade analisar o delineamento genético, provendo estimativas de parâmetros úteis na seleção de genitores para hibridação e no entendimento dos efeitos genéticos envolvidos na determinação dos caracteres.
A principal restrição dos cruzamentos dialélicos reside no fato de que, quando o número de genitores é grande, o número de combinações híbridas a serem avaliadas tornam-se excessivas (PINTO, 2009; RAMALHO et al., 2012).
Os dialelos são simples de ser utilizados, podendo fornecer informações importantes sobre o estudo de populações, como capacidade combinatória, variância genética e herdabilidade, além de permitirem a escolha dos genitores promissores com base principalmente nos conceitos de capacidade geral de combinação, capacidade específica de combinação e heterose (BORÉM e MIRANDA, 2005; RAMALHO et al., 2012).
Griffing (1956), idealizou quatro possíveis métodos de análise dialélica, que se diferenciam pelo fato de incluir os genitores ou recíprocos ou ambos, os quais foram apresentados por Cruz et al. (2012), e são descritos a seguir:
- Método 1: são incluídos os pais, os híbridos F1´s e os híbridos recíprocos,
- Método 2: são incluídos somente os pais e os híbridos F1´s, totalizando 1/2 n(n+1)
combinações;
- Método 3: são incluídos somente os híbridos F1´s e os recíprocos, totalizando n(n –
1) combinações; e
- Método 4: que inclui somente os híbridos F1´s, com um total de 1/2 n(n–1).
Cada um desses métodos pode ser analisado considerando um modelo fixo ou aleatório. Dependendo da natureza amostral dos genitores e dentre as metodologias de análise dialélica, a proposta por Griffing (1956), permite obter as estimativas da capacidade geral de combinação, além de proporcionar informações sobre a concentração de genes predominantemente aditivos em seus efeitos, proporcionando assim, uma grande utilidade na indicação de genitores a serem utilizados em programas de melhoramento (CRUZ et al., 2012).
2.7 CRUZAMENTOS DIALÉLICOS
Griffing (1956), denominou de sistema de cruzamento dialélico aquele pelo qual um grupo de n genótipos (podendo ser linhagens, híbridos, entre outros) são escolhidos e cruzados entre si. Este procedimento dá origem a um máximo de n2 combinações, sendo estas avaliadas em experimentos com repetições onde as médias de tratamentos, representando as combinações mencionadas, são utilizadas para formar uma tabela dialélica n x n. As n2 combinações podem ser divididas em três grupos: os n genitores, um grupo de 1/2 n(n–1) híbridos e o grupo de 1/2 n(n–1) híbridos.
Segundo Cruz et al. (2012), e Ramalho et al. (2012), as metodologias dos cruzamentos dialélicos têm por finalidade analisar o delineamento genético, provendo estimativas de parâmetros úteis na seleção e na compreensão dos efeitos genéticos envolvidos na determinação dos caracteres.
As duas principais metodologias utilizadas são as propostas por Griffing (1956), pela qual são estimados os efeitos e as somas dos quadrados de efeitos da CGC e CEC e a proposta por Gardner e Eberhart (1966), na qual são avaliados os efeitos da heterose varietal. De maneira geral, na literatura encontra-se que têm sido utilizados vários tipos de cruzamentos dialelos, tais como citam Cruz et al. (2012), e Ramalho et al., (2012).
2.7.1 Dialelos balanceados (completos ou de meia tabela)
Segundo Cruz et al. (2012), e Ramalho et al. (2012), dialelos balanceados são aqueles que incluem os híbridos F1´s entre todos os pares de combinações dos
genitores, podendo incluir seus híbridos recíprocos e em algumas vezes outras gerações relacionadas com as F2´s e retrocruzamentos.
2.7.2 Dialelos circulantes
Nos dialelos circulantes, os genitores são representados no delineamento, por um mesmo número de cruzamentos, porém inferior a n-1 como ocorre nos balanceados. Estes dialelos permitem obter informações sobre os genitores com um número menor de cruzamentos; entretanto, há perda de informações a respeito de certas combinações híbridas, que ficam ausentes (CRUZ et al., 2012).
Ramalho et al. (2012), citam como exemplo, n genitores e s número de combinações híbridas que cada genitor participa, sendo s < n-1 e s ≥ 3 para dialelos que incluam apenas os híbridos e s ≥ 2 quando são incluídos também os genitores. O número total de cruzamentos é fornecido por ns/2. Para se obter todas as combinações necessárias o s deve ser par se n for um valor impar e s deve ser impar se n for par.
Para se identificar as combinações a serem realizadas com cada genitor, calcula-se o número k pela expressão:
2 1 s n k
Nesta situação, as combinações ij a serem obtidas serão identificadas do seguinte modo: i=1, 2, ..., k; j=k+i, k+i+1, ..., k+i-1+s, representado na Tabela 1 a seguir:
Tabela 1 – Esquema de um dialelo circulante entre cinco genitores
Genitor i
Nº genitores a serem cruzados com o genitor i
(k+i) (k+i-1+s) 1 3 4 2 4 5 3 5 6* 4 6* 7* 5 7* 8*
* É evidente que não ocorrem os genitores de nº 6, 7 e 8. Eles correspondem a ordem crescente dos i genitores, ou seja, 6 corresponde ao 1, 7 ao 2 e 8 ao 3. Fonte: Cruz et al., (2012).
Neste exemplo, o número de combinações híbridas é ns/2, ou seja, (5x2)/2=5 e cada genitor seria cruzado com dois outros pois s=2. As combinações híbridas seriam: 1x3, 1x4, 2x4, 2x5 e 3x5 (CRUZ et al., 2012).
2.7.3 Dialelos desbalanceados
Ramalho et al. (2012), descrevem os dialelos desbalanceados como aqueles em que todas as combinações híbridas e também as demais gerações (genitores, recíprocos, etc.) estão representadas, porém em frequência variável em função do número desigual de repetições por tratamento. O esquema de um dialelo desbalanceado é apresentado na Tabela 2 a seguir:
Tabela 2 – Esquema de um dialelo desbalanceado envolvendo 4 genitores
Genitores 1 2 3 4 1 Y11 Y12 Y13 Y14 (r11) (r12) (r13) (r14) 2 Y22 Y23 Y24 (r22) (r23) (r24) 3 Y33 Y34 (r33) (r34) 4 Y44 (r44) (*) os valore entre parênteses referem-se ao número de repetições de cada genitor e de cada cruzamento.
Fonte: Cruz et al., (2012).
2.7.4 Dialelos incompletos
Ramalho et al. (2012), demonstram que são dialelos incompletos aqueles que os genitores são representados por um número variável de cruzamentos. Em geral esse tipo de delineamento ocorre como consequência de perdas de tratamentos durante a condução dos ensaios ou ausência desses por problemas vários, tais como insuficiência de sementes, incompatibilidade de cruzamentos, etc. O esquema de um dialelo incompleto é apresentado na Tabela 3 a seguir:
Tabela 3 – Esquema de um dialelo incompleto entre cinco genitores, com a perda de
uma combinação híbrida entre as possíveis
Genitores 1 2 3 4 5 1 1x1 1x2 1x3 1x4 1x5 2 2x2 * 2x4 2x5 3 3x3 3x4 3x5 4 4x4 4x5 5 5x5 * combinação perdida.
Fonte: Adaptado de Ramalho et al., (2012).
2.7.5 Dialelos parciais
Segundo Pinto (2009), e Ramalho et al. (2012), dialelos parciais são aqueles que envolvem dois grupos de genitores. Este método apresenta a possibilidade de se incluir um maior número de genitores nos cruzamentos.
Cruz et al. (2012), comentam que as metodologias de dialelos parciais distinguem-se pelas gerações avaliadas, sendo mais comum a análise de F1’s ou
F1’s e genitores, e pelas informações genéticas que fornecem. A vantagem de
inclusão dos genitores no dialelo é a possibilidade de estudar tanto a capacidade combinatória quanto o efeito heterótico manifestado nos híbridos.
Cruz et al. (2012), afirmam também que quando o grupo de genitores apresenta desempenho comparável aos de seus respectivos F1´s, de tal forma que
não haja inconvenientes nas avaliações experimentais, estes também são incluídos nas análises dialélicas, por terem a vantagem da possibilidade de se estudar, além da CGC, o efeito heterótico manifestado nos híbridos. As Tabelas 4 e 5 a seguir apresentam os esquemas de dialelos parciais mais utilizados.
Tabela 4 – Esquema de um dialelo parcial 3x4, envolvendo apenas os F1´s
Grupos 1 2 3 4
A A1 A2 A3 A4
B B1 B2 B3 B4
C C1 C2 C3 C4
Fonte: Adaptado de Cruz et al., (2012).
Tabela 5 – Esquema de um dialelo 3x4, incluindo genitores e F1´s
Grupos 1 2 3 4 Genitores
A A1 A2 A3 A4 A0
B B1 B2 B3 B4 B0
C C1 C2 C3 C4 C0
Genitores 01 02 03 04
Segundo Cruz et al. (2012), os modelos mais aplicados em plantas autógamas são os dialelos parciais propostos por Griffing (1956), e Gardner e Eberhart (1966).
Adaptações do modelo de Griffing (1956), e de Gardner e Eberhart (1966), para este tipo de dialelo, têm possibilitado maximizar as informações sobre os grupos estudados com um número menor de cruzamentos do que os requeridos no dialelo balanceado.
No modelo de Griffing (1956), são estimados os efeitos e as somas dos quadrados de efeitos da CGC e CEC; já o de Gardnner e Eberhart (1966), é particularmente útil para se obter informações a respeito da heterose (CRUZ et al., 2012; RAMALHO et al., 2012).
Na literatura especializada são encontradas modificações das metodologias de Griffing (1956), Gardner e Eberhart (1966), adaptadas a dialelos parciais, tais como citam Cruz et al., (2012).
2.8 MODELO DE GRIFFING (1956), ADAPTADO A DIALELOS PARCIAIS
Nestes dialelos são avaliados p genitores de um grupo e q genitores do outro grupo e suas pq combinações híbridas. A Tabela 6, representativa deste esquema é apresentada a seguir.
Tabela 6 – Esquema de um dialelo parcial envolvendo combinações híbridas e
genitores de dois grupos
Grupo 1 Grupo 2 Genitores 1 2 .... q 1 Y11 Y12 .... Y1q Y01 2 Y21 Y22 .... Y2q Y02 .... .... .... .... .... .... P Yp1 Yp2 .... Ypq Y0q Genitores Y01 Y02 .... Y0q
Fonte: Adaptado de Cruz et al., (2012).
Segundo Cruz et al. (2012), o estudo da CGC pode ser realizado por meio de duas alternativas. A primeira consiste em desdobrar a soma dos quadrados dos tratamentos associadas à pq+p+q-1 graus de liberdade, em soma de quadrados de genitores (p+q-1 grau de liberdade), soma de quadrados de cruzamentos (pq-1 grau de liberdade) em soma de quadrados de genitores versus cruzamentos (1 grau de liberdade). Posteriormente, desdobra-se a soma de quadrados de cruzamentos em
somas de quadrados associadas à CGC e CEC. O esquema da análise de variância para esta alternativa é mostrado na Tabela 7 a seguir.
Tabela 7 – Esquema da análise de variância de um dialelo parcial com a
decomposição da soma de quadrados de cruzamentos em soma de quadrados associadas aos efeitos da capacidade combinatória
Fontes de Variação (FV) Graus de Liberdade (GL) Soma de Quadrados (SQ)
Tratamentos pq+p+q-1 SQT Progenitores (P) p+q-1 SQP Grupo 1 (G1) p-1 SQG1 Grupo 2 (G2) q-1 SQG2 G1 versus G2 1 SQG1 versus SQG2 Cruzamentos (C) pq-1 SQC CGC (1) p-1 SGCGC1 CGC (2) q-1 SQCGC2 CEC (p-1)(q-1) SQCEC P versus C 1 SQP versus SQC Resíduo M SQR
Fonte: Adaptado de Cruz et al., (2012).
A segunda alternativa é o desdobramento da soma de quadrados de tratamentos em somas de quadrados associadas aos efeitos da CGC e CEC. A também um grau de liberdade adicional que testa o contraste entre grupos de genitores. O esquema desta análise de variância é apresentado na Tabela 8.
Tabela 8 – Esquema da análise de variância de um dialelo parcial com a
decomposição da soma de quadrados de tratamentos em soma de quadrados associadas aos efeitos da capacidade combinatória
Fontes de Variação (FV) Graus de Liberdade (GL) Soma de Quadrados (SQ)
Tratamentos pq+p+q-1 SQT
CGC (1) p-1 SQCGC1
CGC (2) q-1 SQCGC2
CEC Pq SQCEC
Grupo 1 versus Grupo 2 1 SQG1 versus SQG2
Resíduo M SQR
Fonte: Adaptado de Cruz et al., (2012).
Geraldi e Miranda Filho (1988), adaptaram o modelo proposto por Griffing (1956), onde apresentaram a decomposição da soma de quadrados de tratamentos em soma de quadrados de associadas a Capacidade Combinatória (CC) dos dialelos parciais que incluem genitores, conforme o modelo estatístico:
j i j i i i ij d d g g s Y ( ) ´ 2 1 2 1
Onde:
ij
Y = média do cruzamento envolvendo o i-ésimo genitor do grupo 1 e o j-ésimo
genitor do grupo 2; Yi0= média do i-ésimo genitor do grupo 1 (i = 0, 1, ...p); Yj0=
média do j-ésimo genitor do grupo 2 (j = 0, 1, ...p); = média geral do dialelo;
2 1,d
d = contrastes envolvendo médias dos grupos 1 e 2 e a média geral; g = efeito i
da CGC do i-ésimo genitor do grupo 1; g´ = efeito da CGC do j-ésimo genitor do i grupo 2; s = efeito da CEC; e ij ij = erro experimental médio.
2.9 HETEROSE
Heterose, ou vigor híbrido, é a medida de superioridade dos filhos (híbridos F1´s) em relação à média de seus pais (RAMALHO et al., 2012).
Assim, segundo este autor, matematicamente tem-se:
2 2 1 1 P P F h Em que:
h= heterose, F = média dos híbridos e 1 P1, P2= média dos genitores 1 e 2, respectivamente.
A heterose pode ser também expressa em valores percentuais por meio da expressão: 2 100 (%) 2 1 P P h h
Cruz (2005), salienta ainda que na prática, é interessante calcular também a Heterobeltiose, que se refere à superioridade do F1 em relação ao genitor
mais favorável para o caráter em estudo, conforme a expressão:
x
b F P
h 1 Onde:
b
h = heterobeltiose; F = média dos híbridos e 1 Px= média do genitor mais favorável
(maior ou menor valor), dependendo do interesse do melhorista e do caráter em estudo.
Pinto (2009), completa afirmando que há especial interesse na heterobeltiose pela simples razão de que se há uma linhagem P1 que supere ou
iguale a F1, não há sentido prático em cruzar plantas para produzir uma F1 menos
eficiente do que o melhor parental. A heterose tem sido observada na maioria das espécies, incluindo as autógamas. Ela pode ser observada no aumento da área foliar, na altura de planta, na produtividade, no aumento da taxa fotossintética, no metabolismo celular, no sistema radicular, na precocidade, entre outros fenômenos fisiológicos.
São duas as principais hipóteses da heterose: teoria da dominância e da sobredominância. Na hipótese da dominância a heterose é explicada como o resultado da ação e interação dos genes dominantes favoráveis. Nesta hipótese, os alelos responsáveis pelo vigor são dominantes, enquanto que os recessivos são prejudiciais aos indivíduos. Isso explica o fato de que a autofecundação, que conduz à homozigose em locos dominantes e recessivos, permite o aparecimento de formas recessivas que determinam a depressão existente na população, como ocorre em muitas espécies. Assim, por esta hipótese, a heterozigose não é considerada essencial para a expressão da heterose (BORÉM E MIRANDA, 2005).
Na hipótese de sobredominância admite-se que a heterozigose é fundamental para a manifestação da heterose. Esta hipótese supõe que a existência de alelos diferentes em cada loco produz um efeito conjunto favorável ao indivíduo, de forma que aqueles com maior concentração de locos em heterozigose seriam os mais vigorosos, tornando a identificação de genitores geneticamente divergentes um dos principais objetivos do melhoramento com intuito de utilizar comercialmente seus híbridos (CRUZ, 2005).
Cruz (2005), afirma ainda que a complementação entre locos diferentes deve ser levada em consideração para explicar a heterose. Em trevo, os genótipos A_bb, aaB_ e aabb são responsáveis pelo baixo teor de cianeto, e os genótipos A_B_ pelo alto teor. O cruzamento de indivíduos de baixo teor (aaBB x AAbb) produz F1 com alto teor (AaBb), pela ação conjunta das formas alélicas A e B numa
2.10 MODELO DE GARDNER E EBERHART (1966), ADAPTADO A DIALELOS PARCIAIS PARA ESTUDO DA HETEROSE
Miranda Filho e Geraldi (1984), adaptaram o modelo de Gardner e Eberhart (1966), tornando-o aplicável de dialelos completos ou de meia tabela para estudo da heterose em dialelos parciais que envolvem dois grupos de genitores e seus híbridos.
Segundo Cruz et al. (2012), por meio desta metodologia, a soma dos quadrados de tratamentos é decomposta em somas de quadrados associadas aos efeitos de grupos (G1 e G2), da heterose e do contraste G1 versus G2. Ainda é feito
um detalhamento da heterose manifestada nos híbridos, decompondo sua soma de quadrados em heterose média, heterose atribuída aos vários genótipos dentro de cada grupo e heterose específica. O esquema da análise de variância de um dialelo parcial é apresentado na Tabela 9 a seguir.
Tabela 9 – Esquema da análise de variância baseado num dialelo parcial
envolvendo genitores de dois grupos (G1 e G2) e suas combinações híbridas Fontes de Variação (FV) Graus de Liberdade (GL) Soma de Quadrados (SQ)
Tratamentos pq+p+q-1 SQT Grupo 1 (G1) p-1 SQG1 Grupo 2 (G2) q-1 SQG2 G1 versus G2 1 SQG1 versus SQG2 Heterose (H) Pq SQH H Média 1 SQh H Grupo 1 p-1 SQh1 H Grupo 2 q-1 SQh2 H Específica (p-1)(q-1) SQsij Resíduo M SQR
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
Este trabalho foi realizado nas dependências da empresa Sementes Iruña, em Iruña, departamento do Alto Paraná, Paraguai; situada a 330 m de altitude, 26º10' de latitude Sul e 55º10' de longitude a Oeste de Greenwich.
O solo é de textura argilosa, classificado como Alfisol conforme a classificação americana (Soil Taxonomy), adotada no Paraguai segundo descrito por López, (1995). A atual classificação brasileira de solos o enquadra na classe Latossolo (EMBRAPA, 2005).
O clima predominante nesta região é classificado, segundo Köppen, como Cfa subtropical úmido, mesotérmico, com verões quentes e invernos com geadas ocasionais. As chuvas ocorrem com maior frequência na primavera/verão, sem estação de seca definida. A precipitação média anual oscila entre 1.300 mm a Oeste e 1.900 mm a Leste dessa região, e a temperatura média mensal varia de 17 a 27 °C (LÓPEZ, 1995).
3.2 CARACTERISTICAS E AGRUPAMENTO DOS GENITORES
Escolheram-se como genitores, oito cultivares de soja com perfil agronômico conhecido, recomendadas para cultivo no Paraguai, Argentina e Brasil, provenientes de programas de melhoramento de empresas brasileiras, argentinas e paraguaias.
Os genitores foram separados em dois grupos contrastantes para as características morfoagronômicas: peso de mil sementes, grupo de maturidade relativa, cor da flor, reação ao acamamento e tipo de crescimento, conforme demonstra a Tabela 10. Os dados de referencia destas características foram obtidos através dos informativos disponibilizados pelos seus respectivos obtentores.
Tabela 10 – Procedência, agrupamento e características das oito cultivares
utilizadas como genitores nos cruzamentos dialélicos
Cultivar Obtentor Origem PMS (g) GM Cor da flor RAC TC
Grupo 1
BMX Turbo RR 1Brasmax Brasil 232 5.8 Roxa T I RA518 2Igra Semillas Paraguai 181 5.2 Roxa T I DM6.2i 3Don Mario Argentina 192 6.2 Roxa T I
Grupo 2
BRS 295 RR 4Embrapa Brasil 141 6.5 Branca S D BRS 282 4Embrapa Brasil 137 6.9 Branca S D CD 202 RR 5Coodetec Brasil 160 6.4 Branca MS D TMG 1066 RR 6TMG Brasil 160 6.6 Branca MS D FCEP 58 RR 7Fundacep Brasil 142 6.8 Branca S D PMS= Peso de mil sementes, GM= Grupo maturidade relativa, RAC= Reação ao acamamento, TC= Tipo de crescimento, T= Tolerante, S= Suscetível, MS= Moderadamente suscetível, I= Indeterminado, D= Determinado.
Fonte: 1Brasmax Genética (2012), 2Igra Semillas (2012), 3Don Mario Semillas (2012), 4Embrapa (2012),
5
Coodetec (2012), 6Tropical Melhoramento Genético (2012), 7Fundacep (2012).
O esquema do dialelo parcial seguiu o modelo 2 de Griffing (1956), onde foram incluídos os genitores e os híbridos F1’s, totalizando n(n+1).0,5 combinações;
de acordo com Tabela 11 a seguir.
Tabela 11 – Esquema do dialelo parcial, sendo oito genitores e quinze híbridos F1’s
Genitores Femininos Grupo 2 Masculinos Grupo 1 nº BRS 295 RR BRS 282 CD 202 RR TMG 1066 RR FCEP 58 RR 4 5 6 7 8 BMXTURBO RR 1 1x4 1x5 1x6 1x7 1x8 RA 518 2 2x4 2x5 2x6 2x7 2x8 DM 6.2i 3 3x4 3x5 3x6 3x7 3x8
3.3 PURIFICAÇÃO GENÉTICA DAS SEMENTES
As sementes foram obtidas do programa de multiplicação da empresa Sementes Iruña. Com vistas a garantir a utilização de material genético puro nas hibridações, de modo que não houvesse interferência de contaminantes, procedeu-se a procedeu-semeadura em casa de vegetação, em dois vasos com cinco procedeu-sementes de cada genitor, no mês de janeiro de 2012.
Durante seu desenvolvimento, as plantas foram comparadas com o fenótipo esperado por meio de suas características morfológicas, tais como, cor do hipocótilo, cor da pubescência, cor da flor, formato da folha, tipo de crescimento,
entre outras. As plantas que não apresentaram características específicas da linhagem foram descartadas.
Na maturação, sementes oriundas de uma planta cujo fenótipo correspondeu ao esperado, foram coletadas para dar origem às plantas que seriam hibridadas.
3.4 SEMEADURA DOS BLOCOS DE CRUZAMENTOS
Em maio de 2012 procedeu-se a semeadura, em casa de vegetação, das sementes puras oriundas de uma planta. Utilizaram-se vasos plásticos com capacidade de dez litros, contendo uma mistura de solo (70%), matéria orgânica (30%) e 50 gramas de um fertilizante formulado N:P2O5:K2O na proporção 04:30:10.
A irrigação foi realizada por gotejamento durante todo o ciclo das plantas, mantendo-se o solo em sua capacidade de campo. A iluminação artificial suplementar foi utilizada para aumentar o fotoperíodo em 4 horas dia-1 no período vegetativo e 2 horas dia-1 no florescimento, sendo interrompida no final das atividades de hibridação. A casa de vegetação contou com sistema automático de controle de temperatura, com variação entre 18 e 30ºC.
Foram semeados quatro vasos de cada genitor em quatro épocas de semeadura, distribuídas e intercaladas no tempo (semanalmente), durante o mês de maio de 2012, totalizando 16 vasos e 64 plantas. Este procedimento assegurou que as épocas de florescimento fossem coincidentes, permitindo assim o prolongamento da operação de hibridação a fim de proporcionar a maior quantidade possível de sementes híbridas. Em cada vaso foram colocadas oito sementes de cada genitor e após a emergência, realizou-se o desbaste visando à permanência de quatro plantas por vaso. Os vasos foram dispostos na casa de vegetação de tal forma que todos da mesma época estivessem próximos, formando os blocos de cruzamento por época de semeadura para facilitar a operação.
3.5 HIBRIDAÇÕES ARTIFICIAIS
Em torno de 45 dias após a emergência as plantas apresentaram flores, o que possibilitou, durante os meses de julho e agosto de 2012, o inicio das hibridações. A técnica de hibridação artificial obedeceu a uma sequência de
atividades, pois o pequeno tamanho da flor da soja e sua fragilidade dificultam a emasculação.
Para execução deste trabalho seguiram-se as orientações de Borém et al., (2009). Para tal, foram utilizadas pinças de ponta fina, etiquetas para identificação dos cruzamentos, frascos para armazenar as flores e uma lupa.
Os botões florais emasculados foram escolhidos entre os que se abririam na manhã do dia seguinte ao cruzamento. Desta maneira evitou-se autofecundação. Estes botões são facilmente identificáveis pela coloração das pétalas, visíveis entre as sépalas que as envolvem. Todas as demais flores e botões foram removidos do racemo, com exceção daqueles que foram emasculados.
A emasculação da flor receptora de pólen foi realizada firmando-se delicadamente a flor entre os dedos polegar e indicador, removendo-se o cálice, prendendo-se os lóbulos individualmente com a pinça e puxando-os lentamente para baixo e para os lados. A corola exposta foi presa com a pinça e removida puxando-a lentamente com movimentos laterais. Todas as cinco pétalas e as anteras foram retiradas neste processo. As anteras que não foram removidas desta maneira foram eliminadas com a ponta da pinça.
Para a polinização, a pinça foi inserida entre as carenas da flor doadora de pólen, e o conjunto formado pelo pistilo e coluna das anteras foi removido e pincelado sobre o estigma da flor emasculada, e nele depositado o pólen.
Logo após, uma etiqueta identificando o cruzamento foi colocada no racemo ou no nó mais próximo do cruzamento.
Entre a segunda e terceira semanas após a polinização, os cruzamentos foram examinados, de modo que todas as flores ou legumes que se formaram posteriormente foram eliminados. Os legumes originários dos cruzamentos foram facilmente identificados pela ausência das sépalas.
3.6 COLHEITA DAS SEMENTES F1´S E GENITORES
Por ocasião da maturação procedeu-se coleta dos legumes oriundos da hibridação (sementes híbridas ou F1´s), juntamente com a etiqueta de identificação
dos cruzamentos. Os legumes resultantes da autofecundação (sementes dos genitores) também foram coletados para a semeadura e avaliação do genitor
