UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM RECURSOS GENÉTICOS VEGETAIS
Daniele Nerling
CONTRIBUIÇÃO GENÉTICA PARA QUALIDADE FISIOLÓGICA DE SEMENTES DE VARIEDADES DE
POLINIZAÇÃO ABERTA DE MILHO (Zea mays, L.)
Dissertação submetida ao Programa de Pós Graduação em Recursos Genéticos Vegetais da Universidade Federal de Santa Catarina para a obtenção do Grau de Mestre em Ciências, área de concentração Recursos Genéticos Vegetais.
Orientador: Profa. Dra. Cileide Maria Medeiros Coelho Arruda de Souza Coorientador: Prof. Dr. Rubens Onofre Nodari
Florianópolis 2013
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, quero agradecer a DEUS, por estar sempre comigo, me guiando, me protegendo e me orientando sem que eu perceba.
Quero agradecer aos meus pais Teobaldo e Inês, por nunca terem medido esforços para que eu pudesse concretizar meus objetivos. Aos meus irmãos André, Carla e Alexandra, minha cunhada(os) e sobrinhos por terem me acompanhado mesmo estando longe, por estar sempre torcendo por mais esta conquista.
Ao Elisandro pela parceria, incentivo e compreensão nas ausências e por se alegrar com minhas conquistas.
A minha orientadora, professora Dra. Cileide M. M. Coelho, deixo meu agradecimento especial. Mesmo sem me conhecer, acreditou em meu potencial para desenvolver a pesquisa. Agradeço não apenas pela orientação, ensinamento e conselhos, mas pela inspiração, pela paciência e pela amizade dedicada.
Agradeço a direção do Movimento dos Pequenos Agricultores – MPA e da Cooperativa Oestebio por acreditar no trabalho, pela ajuda financeira, em especial à Charles Reginatto pelo incentivo e apoio.
Aos meus colegas da equipe técnica da Cooperativa Oestebio pelo auxílio nos trabalhos de campo. Aos colegas do laboratório de Sementes da Universidade Federal de Santa Catarina pela colaboração, amizade e momentos de descontração.
À Universidade Federal de Santa Catarina, aos professores e demais colegas do Programa de Pós Graduação em Recursos Genéticos Vegetais.
Ao Anderson, Juan e Marília pelas conversas, alegrias, jornadas de laboratório e estudos, pelo apoio e pela palavra amiga nas horas de desânimo.
Em especial, agradeço a toda minha família, meu suporte, aqueles responsáveis por quem eu sou, e aqueles por quem eu quero ser cada dia melhor.
Meus mais sinceros agradecimentos a todos que de qualquer forma torceram e contribuíram para a conclusão do mestrado. OBRIGADO!
“Talvez eu não tenha conseguido fazer o melhor, mas lutei para que o melhor fosse feito. Não sou o que eu deveria ser, mas sou o que irei ser, e, graças a Deus não sou o que eu era”.
RESUMO
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, tendo como base no seu potencial genético. Identificar a contribuição genética na qualidade fisiológica e no acúmulo de reservas nas sementes é de fundamental importância para os programas de melhoramento, escolha de genótipos pelos próprios agricultores e para garantir a manutenção e conservação dos recursos genéticos. Desta forma, este estudo objetivou determinar a contribuição genética dos genitores na qualidade fisiológica de sementes em cruzamentos intervarietais de milho (Zea mays L.). Os cruzamentos foram realizados em unidade experimental localizada em São Miguel do Oeste. As sementes oriundas dos parentais e cruzamentos foram submetidas as avaliações de viabilidade (germinação), vigor (índice de velocidade de germinação, envelhecimento acelerado, teste de frio, condutividade elétrica e emergência a campo) e de composição química (proteína total, fósforo total, ferro, zinco, carboidratos e amilose). A qualidade fisiológica das sementes crioulas foi evidente neste estudo, a variabilidade genética influenciou o desempenho dos genótipos quanto às respostas fisiológicas e a composição das reservas das sementes. Existe heterose para qualidade fisiológica e composição química das sementes. Os genótipos que apresentaram maiores reservas apresentaram maior percentual de viabilidade e maior vigor. A partir das variáveis canônicas foi possível indicar que os cruzamentos intervarietais: 9 (MPA 01 x Pixurum 05), 11 (MPA 01 x AS1565), 13 (MPA 01 x SJC 5886), 19 (Pixurum 05 x SJC 5886), 20 (SJC 5886 x Pixurum 05) e 23 (Fundacep 35 x SCS 154 Fortuna) como os melhores para a produção de sementes de melhor qualidade fisiológica e composição química. O genótipo Pixurum 05 apresentou as melhores estimativas para qualidade fisiológica de sementes e é indicado para programas de melhoramento para melhoria da qualidade de sementes e composição química.
Palavras-chave: Híbridos intervarietais. Heterose, Qualidade de sementes.
ABSTRACT
The seed quality can be defined as the sum of genetic attributes, physical, physiological and health, affecting the ability of the seed performs vital functions, based on their genetic potential. Identifying the genetic contribution on quality and physiological reserve accumulation in seeds is of fundamental importance for breeding programs, selection of genotypes by farmers themselves and to ensure the maintenance and conservation of genetic resources. Therefore, the objective was determined the genetic contribution of parents in seed quality in crosses intervarietal corn (Zea mays L.). The crosses were performed on experimental unit located in Sao Miguel do Oeste. Seeds from the parents and crosses were submitted assessments of viability (germination), vigor (germination index, accelerated aging, cold test, electrical conductivity and field emergence) and chemical composition (total protein, phosphorus total, iron, zinc, carbohydrates and amylose). The vigor of landraces seeds was evident in this study, the genetic variability influences the performance of genotypes for physiological responses and composition of seed reserves. There heterosis for chemical composition and physiological quality of seeds. The genotypes that had higher reserves showed higher viability and greater force. From these canonical variable indicates that intervarietal crossings 9 (MPA 01 x Pixurum 05), 11 (MPA 01 x AS1565), 13 (MPA 01 x SJC 5886), 19 (Pixurum 05 x SJC 5886), 20 (SJC 5886 x Pixurum 05) e 23 (Fundacep 35 x SCS 154 Fortuna), were best for the seed production better physiological and chemical composition. Genotype Pixurum 05 showed the best estimates for seed quality and is suitable for breeding programs to improve the quality of seeds and chemical composition. Keywords: Intervarietal hybrids. Heterosis, quality seeds
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LISTA DE FIGURAS Capítulo 1
Figura 1.1. Distribuição de tipos de cultivares convencional de milho disponíveis no mercado de sementes do Brasil ...25 Figura 2.1. Estrutura física do grão de milho ...32 Capítulo 2
Figura 1.2. Taxa média de solutos com base na condutividade elétrica (µS/cm/g) nas sementes dos parentais de milho (Zea mays L.)... 51 Figura 2.2. Taxa média de solutos com base na condutividade elétrica (µS/cm/g) nas sementes dos híbridos intervarietais de milho (Zea mays L.),...52 Figura 3.2. Taxa média de solutos com base na condutividade elétrica (µS/cm/g) nas sementes dos híbridos intervarietais de milho (Zea mays L.),... 53 Figura 4.2. Taxa média de solutos com base na condutividade elétrica (µS/cm/g) nas sementes dos híbridos intervarietais de milho (Zea mays L.),...54 Figura 5.2. Contribuição relativa das variáveis para a diversidade, critério de Singh (1981) baseado em D2 de Mahalanobis...57 Figura 6.2. Dispersão gráfica dos genótipos de milho em relação aos eixos representativos das variáveis canônicas relativos a seis variáveis estudadas em milho (Zea mays L.)...60 Capítulo 3
Figura 1.3. Contribuição relativa das variáveis para a diversidade, critério de Singh (1981) baseado em D2 de Mahalanobis. ...89 Figura 2.3. Dispersão gráfica dos genótipos de milho em relação aos eixos representativos das variáveis canônicas (VC1 e VC2) relativos a seis variáveis estudadas em milho (Zea mays L.) com base na composição química de sementes de milho ...92
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LISTA DE TABELAS Capítulo 2
Tabela 1.2. Cruzamentos intervarietais de milho e seus recíprocos para determinação da contribuição genética para qualidade fisiológica das sementes...42 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.)...47 Tabela 3.2. Teste de frio e envelhecimento acelerado em sementes de milho (Zea mays L.) em oito parentais, dez cruzamentos e recíprocos e estimativa de heterose (H) para os híbridos intervarietais ...49 Tabela 4.2. Condutividade elétrica (µS/cm-1/g-1), dos parentais e cruzamentos, e estimativa da heterose dos híbridos intervarietais de milho (Zea mays, L.), após 10 horas de embebição ... 56 Tabela 5.2. Composição de agrupamentos estabelecida pelo método de Singh aplicado à matriz das distâncias generalizadas de Mahalanobis (D2) entre 28 genótipos de milho (Zea mays, L.) com base em avaliações fisiológicas de viabilidade e vigor ... 58 Tabela 6.2. Médias do índice de velocidade de germinação (IVG), percentual de germinação (G), envelhecimento acelerado (EA), emergência em campo (EC) e condutividade elétrica (CE) dos agrupamentos estabelecidos pelo método de Singh ...59 Capítulo 3
Tabela 7.3. Cruzamentos intervarietais de milho e seus recíprocos para determinação da contribuição genética para composição química das sementes ... 75 Tabela 2.3. Percentual de proteína total e fósforo total em sementes de milho de 8 genitores, 10 cruzamentos intervarietais e seus recíprocos e a estimativa da heterose (H) em relação à média dos pais para os híbridos intervarietais... 79
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Tabela 3.3. Teor de carboidrato solúveis e amilose em sementes de milho de 8 genitores, 10 cruzamentos intervarietais e recíprocos e a estimativa da heterose (H) em relação à média dos pais ...84 Tabela 4.3. Teores de ferro e zinco em sementes de milho de 8 genitores, 10 cruzamentos intervarietais e recíprocos e estimativa da heterose (H) em relação a média dos pai ...87 Tabela 5.3. Composição de agrupamentos estabelecida pelo método de Singh aplicado à matriz das distâncias generalizadas de Mahalanobis (D2) entre 28 genótipos de milho com base na composição química das sementes ...90 Tabela 8.3. Médias do teor de fósforo total (FT), zinco (ZN), carboidratos solúveis (CAR), amilose (AMI), ferro (FE), e proteína total (PT) dos agrupamentos estabelecidos pelo método de Singh ...91
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS VPA – Variedades de Polinização Aberta
RAS – Regras para Análise de Sementes IVE – Índice de Velocidade de Emergência IVG – Índice de Velocidade de Germinação lpa – Low Phytic Acid
ppm – Partes por milhão QPM – Quality Protein Maize
15 SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ...17
1.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...23
1.1. Importância econômica do milho...23
1.2.Mercado brasileiro de sementes...24
1.3.Caracterização de sementes crioulas...26
1.4.Caracterização genética de variedades de milho de polinização aberta – VPA...28
1.5.Qualidade de sementes de milho...29
1.6.Composição química e características botânicas das sementes de milho...31
1.7.Divergência genética e combinações híbridas...33
DIVERSIDADE GENÉTICA PARA QUALIDADE FISIOLÓGICA DE SEMENTES PRODUZIDAS POR CRUZAMENTOS INTERVARIETAIS DE MILHO ...39 2.1. INTRODUÇÃO...40 2.2.MATERIAL E MÉTODOS...41 2.3.RESULTADOS E DISCUSSÕES...45 2.4.CONCLUSÕES...62 2.5.REFERÊNCIAS...63
COMPOSIÇÃO E QUALIDADE FISIOLÓGICA DE SEMENTES DE HÍBRIDOS INTERVARIETAIS DE MILHO (Zea mays L.)...71
3.1. INTRODUÇÃO...72 3.2. MATERIAL E MÉTODOS...74 3.3. RESULTADOS E DISCUSSÃO...78 3.4. CONCLUSÕES...93 3.5. REFERÊNCIAS...95 4. CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS ...101 5. REFERÊNCIAS ...103
17 INTRODUÇÃO
O milho (Zea mays L.) é uma das espécies mais cultivadas do mundo. No Brasil sua importância não está apenas na produção de um cereal anual, mas em toda a produção agropecuária, tanto no que diz respeito a fatores econômicos quanto a fatores sociais, pela sua versatilidade de uso e pelos desdobramentos de produção animal e industrial, além de um papel importante na alimentação humana. As estimativas de produção para a safra 2012/2013 são de 74,2 milhões de toneladas (IBGE, 2013). Estima-se que a contribuição do Estado de Santa Catarina para produção nacional será de 4,5%. Da estimativa nacional de milho, 46% é produzido por pequenos agricultores (BRASIL, 2006).
Para os camponeses1 o milho tem papel importante na subsistência familiar, como alimento propriamente dito, na sua inter-relação com outros sistemas produtivos na pequena propriedade, além de ser fonte de renda quando comercializado ao mercado como excedente produtivo.
A transformação iniciada pela Revolução Verde nas décadas de 60 e 70, criou um grande aparato agroindustrial no setor agrícola. O uso sementes híbridas e transgênicas condicionadas a utilização de insumos industriais (fertilizantes e agrotóxicos), mecanização pesada e produção em massa são alguns dos aspectos modificados pela revolução verde na agricultura tradicional praticada pelos camponeses.
Até então os camponeses apresentavam grau relativamente elevado de autonomia, produziam suas sementes, faziam reciclagem de nutrientes para seus cultivos e procuravam garantir a produção de subsistência, a partir dessas mudanças, passaram a ter maior
1 O termo camponês tem uma conotação de concepção de classe, com identidade e dimensionamento próprio de pequenos agricultores, que cultivam de forma agroecológica, em proporções necessárias à sobrevivência da família, comercializando o excedente, com utilização de mão-de-obra exclusivamente familiar e normalmente braçal. Segundo Silva (2011), o camponês é caracterizado pelo modo de viver, pelo modo de se relacionar com os outros grupos sociais e com a natureza, através do uso que se faz dela, expressos pelos hábitos alimentares e comidas típicas, pela cultura, pela música, pelas danças, pela mística e religiosidade, pelo jeito de produzir e de cuidar da terra.
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dependência externa. Neste contexto, no setor de produção de sementes, as variedades tradicionais ou crioulas foram substituídas por cultivares híbridas, melhoradas, transgênicas, com um potencial produtivo elevado, mas dependente de insumos externos e tecnologias intensivas. A substituição das variedades crioulas provocou estreitamento da base genética e a perda de alelos importantes, como os que conferem adaptabilidade e rusticidade. Além disto, a perda de variedades próprias reforçou a posição de dependência dos camponeses frente às empresas de sementes e a necessidade de adotar estratégias de conservação para os recursos genéticos existentes nas comunidades.
Com o grau de dependência externa à propriedade, muitos camponeses passaram a utilizar como sementes a segunda geração de híbridos, trazendo como consequência a redução do potencial produtivo, como reflexo da perda da heterose e o surgimento de plantas suscetíveis a doenças, alta desuniformidade de plantas o que contribuiu para a baixa qualidade das sementes produzidas.
As variedades de polinização aberta - VPAs, incluído as variedades crioulas, apresentam rusticidade, variabilidade genética e adaptabilidade aos sistemas com baixo uso de insumos, além de permitirem a produção própria de semente (SANDRI e TOFANELLI, 2008). No mercado brasileiro de sementes há predomínio de variedades híbridas, no entanto, aproximadamente 13% das cultivares ofertadas são de VPA ou varietais, isso indica que existe mercado consumidor, principalmente para camponeses e agricultores familiares (CRUZ et al., 2011).
Em função dos impactos positivos da produção de sementes crioulas e VPAs, deve ser considerada a qualidade de sementes como um fator muito importante no processo, visto que determina o valor da semente para semeadura e o seu potencial de desempenho sob condições adversas de ambiente, estas características associadas a diversidade genética encontrada nas cultivares crioulas pode contribuir substancialmente para a melhoria dos atributos associados a qualidade de sementes. Assim como as variedades crioulas e VPAs os híbridos intervarietais assumem papel importante na incorporação e resgate de alelos importantes para o aprimoramento do potencial de armazenamento, da tolerância a estresses, do desempenho a campo e principalmente do valor nutricional para a alimentação humana, sendo indispensáveis à conservação on farm dos recursos genéticos vegetais.
Os híbridos intervarietais são obtidos de maneira direta pelos cruzamentos entre duas variedades, apresentam como vantagem a
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heterose, sem a necessidade de obtenção de linhagens, possuem uma maior capacidade de adaptação devido à maior variabilidade genética em relação aos híbridos de linhagens, apresentando-se como alternativa para os camponeses.
A necessidade de manter preservada a diversidade das comunidades locais, impulsionou o desenvolvimento de um programa de melhoramento de milho, que preservasse a variabilidade genética das cultivares tradicionais, mas que ao mesmo tempo fossem aprimorados aspectos relacionados a produção e qualidade de sementes. Diante disso o Movimento dos Pequenos Agricultores – MPA2, em parceria com a Universidade Federal de Santa Catarina iniciou um programa de melhoramento de milho com a produção de híbridos intervarietais. A parceria, além dos aspectos técnicos, possibilitou a aproximação da academia com os camponeses, integrando os conhecimentos científicos e tradicionais com o objetivo maior de manter preservados os recursos genéticos. Diante deste contexto houve a necessidade de desenvolver pesquisas que avaliassem o desempenho produtivo associados a qualidade de sementes dos híbridos intervarietais em desenvolvimento.
Partindo disso foram desenvolvidas duas linhas de pesquisas. Uma delas objetivaria avaliar o desempenho dos híbridos intervarietais em distintos ambientes quanto aos aspectos produtivos. A outra linha de pesquisa deveria explorar aspectos relacionados a qualidade de sementes, através de estudos que avaliassem a contribuição genética dos genitores na qualidade fisiológica das sementes de variedades crioulas e VPAs utilizadas como parentais nos cruzamentos, para utiliza-las como fontes de germoplasma para o melhoramento, mas, principalmente para a conservação dos recursos genéticos.
Diante disso, foi objetivo do presente, determinar a contribuição genética dos parentais na qualidade fisiológica de sementes em cruzamentos intervarietais de milho utilizados no programa de melhoramento de sementes desenvolvido pelos camponeses no oeste de Santa Catarina, através de avaliações de viabilidade, vigor e composição química, bem como indicar quais os melhores híbridos inervaritais para produção de sementes de melhor qualidade fisiológica.
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O Movimento dos Pequenos Agricultores - MPA, é um movimento camponês, de caráter nacional e popular, de massa, autônomo e de luta permanente, constituído por grupos de famílias camponesas. Seu principal objetivo é a produção de comida saudável para as próprias famílias e também para todo o povo brasileiro, garantindo assim, a soberania alimentar do país (MPA, 2013).
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A presente dissertação encontra-se organizada em três capítulos. O capítulo I apresenta uma revisão bibliográfica sobre os principais aspectos relacionados ao cultivo do milho pertinentes a esta pesquisa, tais como importância econômica, mercado de sementes, caraterização de variedades crioulas e de polinização aberta, tipos de híbridos, qualidade de sementes, composição química e características botânicas, além de aspectos relacionados a divergência genética para qualidade de sementes. O capitulo 2 apresenta os resultados de viabilidade e vigor obtidos a partir de avaliações fisiológicas dos parentais e híbridos intervarietais de milho, associando aspectos de diversidade genética para qualidade fisiológica de sementes. No capitulo 3 estão apresentados o comportamento dos híbridos intervarietais e dos parentais quanto a composição química das sementes e sua resposta fisiológica em função das reservas acumuladas. Ao final da dissertação estão apresentados os principais avanços obtidos com a pesquisa, bem como perspectivas de pesquisas futuras para os híbridos intervarietais.
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CAPÍTULO 1
23 1.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. Importância econômica do milho
O milho (Zea mays L.) é uma espécie de origem Mesoamericana e sua domesticação iniciou-se há cerca de 9.000 anos, a partir de seu ancestral selvagem, o teosinto (Zea mays ssp. parviglumis), sendo posteriormente introduzindo em diferentes continentes como o Sul e o Norte da América, Europa, África e Ásia (PRASANNA, 2012).
O milho, em escala mundial, certamente é o cereal de maior importância econômica e social, tem seu consumo assegurado em larga escala, na quase totalidade do globo terrestre. A maioria das populações dos países que cultivam milho, a fazem para atender as suas próprias demandas alimentares sob as mais variadas formas e também para o fornecimento aos animais e comercialização para a indústria.
Na indústria, seus grãos são matéria prima para a obtenção de diversos produtos, tais como: álcool etílico e butílico, acetona, uísque, açúcar, dextrina, glucose, óleos, cerveja, vinagre, farinha grossa e fina, tintas, vernizes, sabão entre outras, principalmente em função da natureza das reservas acumuladas nos grãos. Além disso, é utilizado na alimentação animal sob a forma de grão, ração balanceada e forragem verde (LIMA, 1975).
O milho é cultivado em todos os Estados do Brasil e em quase todas as propriedades agrícolas, tanto na agricultura familiar quanto nas grandes propriedades e está presente em toda cadeia produtiva animal. É uma cultura de grande e diversificada utilização na sociedade moderna e um dos produtos agrícolas de mais ampla distribuição mundial, tanto na produção, quanto no consumo.
A áreacultivada bem como a produtividade média de milho do Brasil oscilou durante os últimos dez anos. Fatores ambientais (La Niña e El Niño) e econômicos (queda dos preços) contribuíram para esta oscilação. A área total cultivada com milho no Brasil, para a safra 2012/2013 deve ser de 14,7 milhões de hectares, a produtividade média nacional esperada para esta safra é de 4.930 kg/ha (CONAB, 2013). Para o Estado de Santa Catarina a produção estimada, para a safra 2012/2013, é de 2,8 milhões de toneladas (IBGE, 2013).
O Estado de Santa Catarina se destaca na criação de aves e suínos, razão pela qual é um grande demandante de milho. Não por acaso a produção deste cereal tem uma relação histórica com a agricultura familiar do sul do Brasil de modo geral e mais intensamente
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observada no Oeste Catarinense, que produz cerca de dois terços da produção estadual de milho (WORDEL FILHO e ELIAS, 2010).
De acordo com o Censo Agropecuário realizado em 2006, independente da quantidade produzida, os 4.367.902 estabelecimentos agropecuários brasileiros, caracterizados como familiares ou pequenos, produzem 46% do milho brasileiro (BRASIL 2009).
Vários motivos levam os camponeses a cultivar o milho, basicamente a subsistência familiar, o consumo intermediário e a destinação comercial. A subsistência familiar está relacionada diretamente a alimentação humana, sob diversas formas: milho verde, pamonha, polenta, canjica, bolos, pão, bolacha, broas, quirera, entre outras. O consumo intermediário pode ser caracterizado pela utilização do milho na alimentação dos animais, que por sua vez também integra a alimentação da família, e, constitui o excedente comercial. O cultivo para fins comerciais tem como principal intuito a geração de renda monetária através da comercialização do milho direta ao mercado como commodity (WORDEL FILHO e ELIAS, 2010).
1.2.Mercado brasileiro de sementes
A semente é considerada o mais importante insumo agrícola, é o meio de sobrevivência para as espécies e de difusão da vida, além da produção de alimentos e matérias primas essenciais a homens e animais. Ela é responsável por conduzir ao campo as características genéticas determinantes do desempenho do cultivar e, ao mesmo tempo contribui para o sucesso do estabelecimento do estande desejado.
O melhoramento do milho no Brasil começa a tomar impulso como atividade a partir da década de 30, com o desenvolvimento de programas para a produção de cultivares e híbridos a partir de populações tropicais, de ciclo tardio e de porte alto de planta (KRUG et al., 1943). As variedades híbridas foram adotadas de forma extensiva desde a metade do século passado. As principais vantagens e elas atribuídas está o alto potencial produtivo e a uniformidade de plantas, no entanto, estes requisitos serão preenchidos se as plantas forem cultivadas sob condições de solo e fertilidade. Este híbridos foram, desenvolvidos para expressar todo o seu potencial genético em ambientes modificados, estando condicionadas a aplicações massivas de fertilizantes químicos e agrotóxicos, além de não serem tolerantes a estresses bióticos e abióticos.
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Entretanto, esta tecnologia não é a mais adequada para todas as propriedades agrícolas, especialmente as pequenas. A grande restrição está no alto custo da semente, a necessidade de investimentos em fertilizantes, para suprir nutricionalmente as plantas e na degradação ambiental causada pela mecanização e contaminação do solo e lençol freático. A substituição e perda das variedades tradicionais, levou os pequenos agricultores, sem condição de acesso a esta tecnologia, a utilizarem como sementes a segunda geração dos híbridos, trazendo como consequência a redução do potencial produtivo e o surgimento de plantas suscetíveis a doenças, além da desuniformidade das mesmas.
Apesar disso, o mercado de sementes de milho híbrido apresentou crescimento nos últimos onze anos (Figura 1.1). A maioria das empresas produz apenas variedades híbridas, algumas apenas híbridos triplos e simples. As variedades de polinização aberta são produzidas principalmente por empresas públicas e por empresas licenciadas a partir de cultivares obtidas por programas públicos de pesquisa (CRUZ et al., 2011).
Figura 1.1. Distribuição de tipos de cultivares convencional de milho disponíveis no mercado de sementes do Brasil (CRUZ et al., 2011).
No mercado de sementes, há predomínio de cultivares híbridas convencionais e transgênicas. Estimativas apontam que para a safra 2012/2013, a área de milho que utiliza sementes transgênicas no país chegou a 12,2 milhões de hectares, 76,1% do total da produção nacional da cultura. Em Santa Catarina, são cultivados 51 mil hectares com
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milho, destes estima-se que 46 mil hectares, ou seja, 90% da área sejam cultivados com variedades transgênicas. (CELERES, 2013).
Para a safra 2012/2013, estão disponíveis no mercado, 479 cultivares de milho, destas, 263 (55% do total) são convencionais e 216 são transgênicas (45% restantes). Com relação a renovação, 93 novas cultivares entraram no mercado este ano e 103 deixaram de ser comercializadas. Das novidades, 87 são cultivares transgênicas e 6 são convencionais. Das que saíram do mercado 42 são transgênicas e 61 são cultivares convencionais (ARAUJO, 2012). Apesar do grande numero de cultivares disponibilizadas no mercado a substituição dos materiais convencionais pelas transgênicas é crescente, apontando a tendência de domínio completo desta tecnologia nas cultivares disponibilizadas aos agricultores.
Partindo do ponto de vista da conservação dos recursos genéticos, observamos a fragilidade e a ameaça à extinção das variedades crioulas frente ao eminente avanço dos transgênicos. Iniciativas que buscam a conservação on farm dos recursos genéticos devem ser ampliadas. De acordo com Clement et al. (2000), a conservação on farm, interessa apenas aos agricultores familiares que dependem dos recursos genéticos para sua reprodução social, para os demais setores ela não é importante, pois não é sinônimo de modernidade e inserção em mercados mundiais, capazes de gerar lucro ao capital. O uso das variedades crioulas pelos camponeses frente ao avanço dos transgênicos caracteriza-se, neste caso, como a ferramenta mais importante na conservação. No entanto, não apenas para a conservação, o uso precisa também trazer respostas concretas às necessidades dos camponeses, como a produção ou características específicas para a sua utilização, neste caso o desenvolvimento de híbridos intervarietais pode atender a esta demanda e ao mesmo tempo manter preservada a diversidade genética.
1.3.Caracterização de sementes crioulas
O termo variedade crioula ou semente crioula é muito amplo e possui vários sinônimos usados no mundo inteiro: landraces, variedades locais, variedades tradiconais, variedades primitivas, variedades dos agricultores, variedades autoctones, entre outras denominações.
Da mesma forma que as variedades crioulas recebem inúmeras denominações existem também uma série de definições que envolvem as variedades crioulas, não sendo possível uma definição única. Para Zeven (1998), a melhor definição foi a de Mansholt´s, publicada em
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1909, que definiu variedade local autóctone como uma variedade com alta capacidade de tolerar estresse biótico e abiótico, resultando em alta estabilidade produtiva e nível intermediário de produtividade sob condições de baixa tecnologia agrícola. De acordo com Shanbao et al. (2009), variedades crioulas estão em constante co-evolução com o ambiente o que lhes confere esta capacidade de tolerar condições adversas.
Para Albarelo et al. (2009) sementes crioulas são diversas espécies que se encontram na natureza e que foram cuidadas, melhoradas e preservadas ao longo do tempo, passando de geração em geração, alimentando os seres humanos e os animais.
Apesar de haverem inúmeras definições, o fato é de que as sementes crioulas fazem parte da vida dos povos desde a descoberta da agricultura. De forma coletiva descobriram técnicas e práticas que foram com eles evoluindo, entre elas o manejo das sementes crioulas. Na história das sementes está também a história da humanidade.
A importância do uso, manejo e conservação das variedades locais é foco de discussão em diversos fóruns internacionais e nacionais. As razões principais para a conservação e manejo das variedades locais são: 1) resistência e adaptação dos cultivos e boa produtividade mesmo em condições climáticas adversas; 2) características sensoriais que agregam valor para comercialização e; 3) simplesmente porque elas são apreciadas pelas famílias (NEGRI, 2003). Além de aspectos adaptativos e genéticos existem outras características intrínsecas à estas sementes e estão relacionadas ao valor cultural, tradicional, religioso e místico dos povos que as cultivam.
Variedades crioulas são frequentemente utilizadas e manejadas pelos camponeses, sendo utilizadas diretamente para a subsistência e sendo componente fundamental nos seus sistemas de cultivo, são pouco exigentes em insumos e ajustados a preservação dos recursos naturais (OGLIARI, 2004; VOGT, 2005). Além disso, são matérias primas básicas em programas de melhoramento, sendo utilizadas no melhoramento das variedades modernas (WOOD e LENNÉ, 1997) como valiosas fontes de características desejáveis. O fato é de que as sementes crioulas continuam sendo um recurso vital para os programas de melhoramento e são amplamente cultivados em ambientes marginais, mesmo assim enfrentam a ameaça de extinção e grande erosão genética (VILLA et al., 2006).
A manutenção das populações locais de milho possibilita o desenvolvimento sustentável no qual busca-se a autonomia dos
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pequenos agricultores, minimizando assim a dependência de insumos provenientes de processos industriais e a otimização no emprego dos recursos naturais (ARAUJO e NASS, 2002).
É necessário incorporar toda a diversidade genética das sementes crioulas em cultivares adaptadas as diversas condições ambientais a que estão inseridos os pequenos agricultores. Dentre estas variedades os híbridos intervarietais assumem papel importante. Além dos aspectos agronômicos e tecnológicos é necessário caracterizar o potencial fisiológico das sementes. A qualidade fisiológica de sementes crioulas foi evidenciada em diversos trabalhos (MIRANDA et al., 2003; DELWING et al., 2007; ROCHA et al., 2009; CATÃO et al., 2010; COELHO et al., 2010). As sementes de genótipos crioulos possuem elevado potencial e qualidade fisiológica, podendo ser empregadas em programas de melhoramento que tenham o objetivo de produzir cultivares que apresentem sementes com elevada qualidade fisiológica. 1.4.Caracterização genética de variedades de milho de polinização aberta – VPA
Uma variedade de polinização aberta – VPA, é constituída por um grupo de indivíduos de polinização cruzada natural, que se distingue geneticamente de outros grupos de indivíduos pertencentes à mesma espécie (BORÉM, 1997).
Para Wordell Filho e Elias (2010), VPAs são compostas por uma mescla estável de indivíduos heterozigótico e homozigotos e se adequam mais aos agricultores com pouco acesso a tecnologia ou que as condições edafoclimáticas não são favoráveis à expressão do potencial genético de híbridos modernos e com estreita base genética, embora isso não seja uma regra.
As VPAs são heterozigóticas, heterogêneas e constituem-se em alternativa ao uso de híbridos (BORÉM, 1997). Em decorrência de sua ampla reserva genética, atribui-se às VPA a capacidade de contornar dificuldades e alterações eco-climáticas inesperadas (KIYUNA, 1994). A possibilidade de fornecimento de sementes aos agricultores com baixo custo e mais adaptadas aos sistemas de produção que empregam baixo aporte de insumos, justifica o uso de VPA, principalmente em condições de cultivo de milho sob baixo investimento (JUNIOR, 2007).
As VPAs são obtidas por sistemas de melhoramento de populações com as quais não há mais a necessidade de realizar cruzamentos controlados, de forma que o agricultor pode adquirir
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sementes em uma safra e poderá em sua própria lavoura colher sementes para a utilização na safra subsequente, devendo para tanto respeitar um isolamento mínimo de 300 m ou através do escalonamento do plantio evitando apenas a coincidência entre o florescimento das lavouras (WORDELL FILHO; ELIAS, 2010).
1.5.Qualidade de sementes de milho
As sementes constituem o centro das alterações evolutivas ou das combinações genéticas planejadas pelo melhorista. Assim, as características reunidas pelo melhorista encontram-se nas sementes e são o mecanismo mais rápido e eficiente de difusão de novos cultivos (MARCOS FILHO 2005).
A abordagem do tema qualidade de sementes, tem sofrido modificações a medida que as pesquisas e o conhecimento no assunto avançam. Vários conceitos resultaram apontando que atributos isolados, como “qualidade física”, “qualidade genética”, “qualidade fisiológica”, não são suficientes para determinar o desempenho de um lote. A expressão “qualidade de sementes” reflete o valor global de um lote de sementes para atender o principal objetivo de sua utilização (MARCOS FILHO, 2005).
Para Popinigis (1977), qualidade de sementes é o conjunto de características que determinam seu valor para semeadura, indicando que o potencial de desempenho das sementes somente pode ser identificado quando é considerada a interação dos atributos de natureza genética, física, fisiológica e sanitária.
a)Atributos genéticos: consiste entre outros, dos atributos de pureza varietal, homogeneidade, potencial de produtividade, resistência a insetos e doenças, precocidade e qualidade do produto.
b)Atributos físicos: compreende a pureza e a condição física da semente. A pureza é caracterizada pela proporção de componentes físicos presentes no lote de sementes, como sementes puras, sementes silvestres, outras sementes cultivadas, e substâncias inertes. A condição física é caracterizada pelo teor de umidade, tamanho, cor, densidade, aparência, injúrias mecânicas e causadas por insetos, infecções por doenças e uniformidade quanto a estas características.
c)Atributos fisiológicos: são caracterizados pela sua capacidade de desempenhar funções vitais, caracterizada pela sua germinação, vigor e longevidade.
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d)Atributos sanitários: compreende a condição da semente quanto a presença e grau de ocorrência de fungos, bactérias, vírus, nematoides e insetos que causam doenças e danos a semente, ou que, são transmitidos pela semente, são capazes de causar doenças e redução na qualidade e na produtividade das lavouras.
Os quatro componentes básicos da qualidade de sementes (genética, física, fisiológica e sanidade) são equivalentes, mas o potencial fisiológico desperta mais atenção nas pesquisas e será o objeto deste estudo.
Antes de definir potencial fisiológico é necessário definir qualidade fisiológica. Segundo Popinigis (1985) qualidade fisiológica da semente é a sua capacidade de desempenhar funções vitais, caracterizadas pela sua germinação, seu vigor e sua longevidade. A alta qualidade da semente reflete-se diretamente na cultura resultante, em termos de uniformidade da população, da ausência de moléstias transmitidas pelas sementes, do alto vigor das plantas e a sua longevidade.
A qualidade fisiológica tem sido um dos aspectos mais pesquisados nos últimos anos em decorrência das sementes estarem sujeitas a uma série de mudanças degenerativas de origem bioquímica, fisiológica e física após sua maturação as quais estão associadas com a redução do vigor (ABDUL-BAKI; ANDERSON, 1972). A qualidade fisiológica das sementes tem sua base no genótipo e que é importante o acompanhamento das etapas de seleção com testes de vigor para o melhoramento genético (MARCOS FILHO, 1999). Ela fornece importantes informações em programas de melhoramento, uma vez que há situações em que o melhoramento genético, em suas diferentes etapas, não é acompanhado da avaliação da qualidade de sementes (GONDIM et al., 2006).
Informações sobre germinação e principalmente vigor de sementes são parâmetros que permitem estimativas seguras do potencial fisiológico das sementes. Este potencial pode assumir vários significados dentre eles o conjunto de aptidões para a manifestação dos processos vitais da semente (MARCOS FILHO, 2005). Existem vários conceitos sobre vigor em sementes, como a soma de todos os atributos da semente que favorecem um rápido e uniforme estabelecimento das plantas em campo (DELOUCHE; CALDWELL, 1960), o estado de boa saúde e robustez natural das sementes que permite a germinação rápida e completa sob uma larga faixa de condições do ambiente (WOODSTOCK, 1965), ou ainda: o nível de energia de que uma
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semente dispõe para realizar as tarefas do processo germinativo (CARVALHO, 1986).
As vantagens do uso de sementes com elevado potencial fisiológico incluem germinação rápida e uniforme, obtenção de plântulas com maior tolerância a adversidades ambientais e maturidade mais uniforme da variedade, o que resulta no aumento da produtividade (BENNETT, 2001).
Existem vários fatores que influenciam o vigor das sementes, dentre eles as condições climáticas durante as etapas de desenvolvimento das sementes, patógenos e insetos, a nutrição da planta mãe, o manejo durante a colheita, a secagem, o beneficiamento, a embalagem, armazenamento e o genótipo (MARCOS FILHO, 2005). Este último, segundo Prete e Guerra (1999), controla o máximo potencial de qualidade das sementes (germinação, emergência e vigor) e as condições ambientais determinam como ele poderá se manifestar. Esse potencial pode ser manipulado pelo melhorista, explorando a variabilidade genética dos cultivares de uma espécie ou dentro de linhagens durante o desenvolvimento de um cultivar. O fato de haver variabilidade no vigor de plântulas indica que esta característica pode ser explorada geneticamente.
O melhorista tem o grande desafio de obter cultivares melhoradas com características específicas, e ao mesmo tempo, sementes de qualidade, o que, muitas vezes, se apresenta como objetivos conflitantes. Tanto o ambiente quanto o genótipo têm importante papel na qualidade de sementes, mas, apesar do evidente e notório efeito das condições de ambiente sobre a qualidade fisiológica das sementes, a importância do genótipo não deve ser negligenciada (PRETE; GUERRA, 1999).
1.6.Composição química e características botânicas das sementes de milho
A composição química das sementes apresenta a mesma variação qualitativa dos componentes encontrados em outros órgãos da planta. O conhecimento da composição química das sementes é fundamental para o estabelecimento de diretrizes visando a sua utilização como fonte de alimentos ou como matérias primas de ampla aplicação industrial, vem crescendo também, a atenção a obtenção de produtos essenciais a manutenção da qualidade de vida, como medicamentos, bebidas e produtos de uso diário. Sob o ponto de vista fisiológico as reservas acumuladas são responsáveis pelo fornecimento de nutrientes e energia
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para a plena manifestação das funções vitais das sementes (MARCOS FILHO, 2005).
Conhecido botanicamente como cariopse, o grão de milho é formado por quatro principais estruturas físicas: endosperma, embrião, pericarpo (casca) e ponta (Figura 2.1.), as quais diferem em composição química e também a organização dentro do grão.
Figura 2.1. Estrutura física do grão de milho. Adaptado pelo autor O endosperma representa aproximadamente 83% do peso seco do grão e concentra 75% da proteína e 98% do total de carboidratos, dos quais 86 a 89% é amido. O embrião, que representa 10-14% do peso do grão, contém aproximadamente 26% da proteína, 83% dos lipídeos e quase a totalidade das vitaminas, minerais e açúcares do grão. O pericarpo, cujo peso equivale a 5 a 6% do peso do grão, concentra 55% das fibras do grão do milho. A ponta é a menor fração, correspondendo a apenas 0,8% do peso do grão, mas concentra 7% das fibras do grão (PAES, 2006).
A composição química das sementes tem relação direta com o vigor, quanto maior o teor de reservas nas sementes maior será o vigor das plântulas originadas (HAMPTON, 1973; CARVALHO; NAKAGAWA, 2000). Esta relação foi avaliada por Eichelberger et al. (2002), em sementes de azevém onde a qualidade fisiológica de sementes correlacionou-se de forma negativa com o teor de aminoácidos e positiva com açúcares solúveis. Ávila et al. (2007) encontrou correlação significativa e positiva entre o teor de isoflavonas totais e
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suas formas glicosil e malonil com o teste de germinação e primeira contagem de germinação em sementes de soja. Henning et al. (2010) em trabalho com soja verificou que sementes de alto vigor possuem maiores teores de proteínas solúveis, amido e açúcares solúveis, e maior capacidade de mobilização de reservas na germinação, resultando em plântulas com melhor desempenho inicial.
1.7.Divergência genética e combinações híbridas
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
