Caracterização ecofisiológica e agronômica de genótipos de

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI
PRÓ-REITORIA DE ENSINO
ENGENHARIA AGRONÔMICA
CARLOS CÉSAR GOMES JÚNIOR
CARACTERIZAÇÃO ECOFISIOLÓGICA E AGRONÔMICA DE GENÓTIPOS DE
SORGO GRANÍFERO CONTRASTANTES PARA A TOLERÂNCIA A SECA
Sete Lagoas
2015
CARLOS CÉSAR GOMES JÚNIOR
Título do trabalho: Caracterização
ecofisiológica e agronômica de genótipos de
sorgo granífero para tolerância a seca.
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao curso de Engenharia
Agronômica da Universidade Federal de
São João Del Rei campus Sete Lagoas
como requisito parcial para obtenção do
título de Engenheiro Agrônomo.
Área de concentração: Fisiologia
Vegetal
Orientador: Iran Dias Borges
Coorientador: Paulo César Magalhães
Sete Lagoas
2015
CARLOS CÉSAR GOMES JÚNIOR
Título do trabalho: Caracterização
ecofisiológica e agronômica de genótipos de
sorgo
granífero
contrastantes
para
a
tolerância a seca.
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao curso de Engenharia
Agronômica da Universidade Federal
de São João Del Rei campus Sete
Lagoas como requisito parcial para
obtenção
do
título
de
Engenheiro
Agrônomo.
Sete Lagoas, 14 de dezembro de 2015
Banca Examinadora:
_________________________________________________
Édio Luiz Da Costa – Professor (UFSJ)
_________________________________________________
Paulo César Magalhães – Pesquisador (EMBRAPA Milho e Sorgo)
Coorientador
_________________________________________________
Iran Dias Borges – Professor (UFSJ)
Orientador
AGRADECIMENTOS
Agradecer a Deus pela oportunidade e pela sabedoria que ele me concedeu.
Aos meus pais pelo apoio incondicional.
Ao meu orientador, “pai” e amigo Dr. Paulo César Magalhães pelos anos de
ensinamentos, oportunidades e aprendizado.
Ao Gilberto, pela humildade e simplicidade.
Aos amigos da Embrapa pelos ensinamentos nestes anos de convivência, em
especial ao Dr. Thiago, Dra. Alyne, Roniel, Fábio e Márcio.
À Universidade Federal de São João Del Rei pelo ensino.
Aos Professores Iran e Édio pelos ensinamentos.
À Embrapa pela oportunidade e experiência de como é viver dentro de uma empresa
de pesquisa.
A FAPEMIG pela bolsa concedida.
“ Volta teu rosto sempre na direção do sol, e então, as sombras ficarão para trás…”
RESUMO
Mudanças climáticas afetam a geografia das culturas e alterar o quadro
agrícola brasileiro, que em sua maioria ocorre em condições não irrigadas. Nesta
situação, é necessário um maior conhecimento dos fatores biológicos e climáticos
relacionados à tolerância ao déficit hídrico. O objetivo com o trabalho foi estudar e
avaliar os recursos fisiológicos que a planta de sorgo utiliza para uma maior
tolerância à seca. Foram avaliados quatro genótipos de sorgo granífero
contrastantes para a tolerância à seca, sendo dois sensíveis: 9903062 e 9618158, e
dois tolerantes: 9910032 e P898012 testados em duas condições hídricas: irrigado
normal e estressado no florescimento. Os resultados mostraram que o genótipo
9910032 e 9618158 apresentaram melhores características fisiológicas quando
comparado aos outros genótipos, resultando em uma maior produtividade. A
identificação das características ecofisiológicas possibilita um maior entendimento
dos mecanismos envolvidos neste tipo de ambiente.
Palavras-chave: Sorghum bicolor, estresse abiótico, mudanças climáticas.
ABSTRACT
Climate change may affect the geography of crops and change the Brazilian
agricultural framework, which mostly occurs in non-irrigated conditions. In this
situation, a better understanding of the biological and climatic factors related to
tolerance to drought is required. This work aims to study and evaluate the
physiological features that sorghum plant uses for increased tolerance to drought.
We evaluated four contrasting grain sorghum genotypes for drought tolerance, two
sensitive: 9903062 and 9618158, and two tolerant: 9910032 and P898012 tested
under two different conditions: irrigated and stressed at flowering. The results
showed that the genotype 9910032 and 9618158 showed better physiological
characteristics when compared to other genotypes, resulting in greater productivity.
The identification of the ecophysiological features enables a greater understanding of
the mechanisms involved in this type of environment.
Keywords: Sorghum bicolor, abiotic stress, climate change.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Altura média das plantas nas diferentes condições hídricas para os
genótipos de sorgo contrastantes à seca. Janaúba - MG, 2014.
Figura 2. Médias para peso de panícula para genótipos de sorgo contrastantes nas
diferentes condições hídricas para tolerância à seca. Janaúba – MG, 2014.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Médias de clorofila, condutância estomática e relação FV/FM nos
diferentes ambientes para os genótipos de sorgo contrastantes a seca. Janaúba –
MG, 2014.
Tabela 2 – Médias de área foliar, peso de grãos e índice de colheita nos diferentes
ambientes para os genótipos de sorgo contrastantes à seca. Janaúba - MG, 2014.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO……………………………………………………………….....…9
2. OBJETIVOS………………………………………………………………………10
2.1 Objetivo Geral…………………………………………………………………...10
2.2 Objetivo Específico………………………………………………………....….10
3. REFERENCIAL TEÓRICO………………………………………………….…...11
3.1 O cultivo do Sorgo no Brasil………………………………………….………11
3.2 Características Ecofisiológicas do Sorgo………………………….………11
3.3 Seca e Produtividade…………………………………………………………..12
4. MATERIAL E MÉTODOS………………………………………………….…….13
4.1 Localização, adubação e período de realização do experimento…......13
4.2 Montagem do Experimento…………………………………………………..13
4.3 Condução do Experimento…………………………………………………...13
4.4 Avaliações……………………………………………………………………….14
5. DELINEAMENTO EXPERIMENTAL……………………………………….….14
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO………………………………………………..14
7. CONCLUSÃO………………………………………………………………….…18
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………...18
1. INTRODUÇÃO
A ameaça das mudanças climáticas globais tem causado preocupação na
agricultura, uma vez que fatores climáticos indispensáveis para o desenvolvimento
dos cultivos agrícolas serão severamente afetados e certamente comprometerão a
produção e a qualidade alimentar (IPCC, 2007). Desde que a maioria dos cultivos é
produzida em regiões tropicais áridas e semiáridas, caracterizadas por baixa
disponibilidade hídrica, existindo ainda previsões de estações secas mais frequentes
e severas (Easterling et al., 2007), pesquisas que identifiquem as necessidades
adaptativas prioritárias para investimento na agricultura de sequeiro tornam-se
relevantes, até mesmo porque, nessas regiões, vivem famílias que dependem da
agricultura como único meio de sobrevivência (Haile, 2005).
Originário da África tropical, o sorgo (Sorghum bicolor (Moench) L.) é o cereal
mais adaptado à seca, constituindo fonte de alimento para mais de 500 milhões de
pessoas em 98 países, além de matéria-prima para fabricação de etanol (Pennisi,
2009). Mutava et al. (2011) avaliaram alguns traços de moderada a alta
herdabilidade sob déficit hídrico, como conteúdo de clorofilas, temperatura foliar,
fluorescência da clorofila e índice de colheita, em 300 genótipos de sorgo em
condição de campo no Kansas, verificando uma ampla variabilidade de respostas a
depender do material genético utilizado.
O sorgo é uma cultura cujo plantio é recomendado após as culturas de verão.
Dessa forma, o cultivo dessa espécie é sujeito a condições de menor disponibilidade
hídrica decorrente dos períodos de outono e inverno. Esse fato é relacionado com a
grande quantidade de características xerofíticas presentes na planta, que torna essa
espécie tolerante à seca, contudo, apresentando diferenças consideráveis entre os
genótipos (Bibi et al. 2010). Três fatores ambientais, água, luz e temperatura têm
grande efeito no crescimento do sorgo (Jiang et al. 2011). Com relação ao primeiro
fator pode-se dizer que o sorgo requer menos água para desenvolver quando
comparado com outros cereais, sendo que o período mais crítico à falta de água é o
florescimento. Quando comparado com o milho, o sorgo produz mais sob estresse
hídrico (raiz explora melhor o perfil do solo), murcha menos e é capaz de se
recuperar de murchas prolongadas (Farré & Faci 2006).
9
No cenário brasileiro, as condições climáticas da região Norte do Estado de
Minas são propícias para avaliação dos recursos genéticos existentes no campo em
condição de sequeiro, dado à ausência (ou baixa) precipitação e altas temperaturas,
sendo o cultivo em certas épocas possível apenas com irrigação. Vale ressaltar
também que as respostas das plantas ao estresse hídrico observado em condições
de campo são geralmente muito mais complexas do que as medidas sob condições
ambientais controladas, porque outros fatores acompanham o estresse gerado na
planta pela ocorrência do déficit hídrico influenciando a natureza da resposta do
estresse.
Sendo o sorgo uma espécie tolerante a seca, existindo variações no grau
dessa tolerância a depender do genótipo utilizado, buscou-se, nesse trabalho,
identificar potenciais características fisiológicas foliares passíveis de evitar declínio
nos valores de produção em quatro linhagens de sorgo granífero, sendo duas
tolerantes ao estresse gerado pelo déficit hídrico e duas sensíveis.
2. OBJETIVOS
Caracterizar genótipos de sorgo granífero contrastantes a seca em condição
de déficit hídrico e irrigado quanto às características fisiológicas foliares e relacionar
com a produtividade dos genótipos.
10
3. REFERÊNCIAL TEÓRICO
3.1.
O Cultivo do sorgo no Brasil
O sorgo foi introduzido no Brasil no início do século XX, mas desde então
nunca se firmou como uma cultura com características comerciais marcantes. Por
ser identificado como substituto do milho em seus vários usos, o sorgo teve
problema para ser aceito pelos produtores e consumidores como cultura comercial.
Também por ser apresentado como rústico, com sua origem em regiões semiáridas
e áridas, seria resistente à seca e foi introduzido no Nordeste como o produto que
salvaria a produção agropecuária daquela região (Duarte, J.O. 2010).
É uma planta de clima quente, apresentando características xerófilas e
mecanismos eficientes de tolerância à seca. Possui variedades adaptadas a
diferentes zonas climáticas, inclusive às temperadas (frias), desde que nesses locais
ocorra estação estival quente com condições capazes de permitir o desenvolvimento
da cultura. A produtividade do sorgo está relacionada com diversos fatores
integrados (interceptação de radiação pelo dossel, eficiência metabólica, eficiência
de translocação de produtos da fotossíntese para os grãos, capacidade de dreno).
As relações de fonte e dreno dependem de condições ambientais e características
genéticas, e as plantas procuram se adaptar a tais condições apresentando
respostas diferenciadas (Landau, E.C.; Sans, Luiz, M.A. 2010).
3.2.
Características Ecofisiológicas do Sorgo
O sorgo é uma planta C4, de dia curto e com altas taxas fotossintéticas. A
grande maioria dos materiais genéticos de sorgo requerem temperaturas superiores
a 21°C para um bom crescimento e desenvolvimento. A planta de sorgo tolera mais,
o déficit ou excesso de água no solo, do que a maioria dos outros cereais e pode ser
cultivada numa ampla faixa de condições de solo. Durante a fase inicial de
crescimento da cultura, que vai do plantio e germinação até a iniciação da panícula,
é muito importante a rapidez da germinação, emergência e estabelecimento da
plântula, uma vez que a planta é pequena, tem um crescimento inicial lento e um
pobre controle de plantas daninhas nesta fase pode reduzir seriamente o rendimento
de grãos ( Magalhães, P.C. et al. 2010).
11
Diminuição no tamanho dos estômatos é um evento reconhecidamente
importante na regulação das trocas gasosas, uma vez que as folhas com estômatos
menores possuem maior eficiência no uso da água, por apresentarem um menor
tamanho dos poros estomáticos, condicionando assim uma menor perda de água na
transpiração (MELO et al. 2007). Em condições de estresse hídrico pode ocorrer um
acréscimo do número de estômatos, porém com redução significativa do tamanho
(SILVA; ALQUINI; CAVALLET, 2005). Em estudos realizados em sorgo por Lino
(2011), os resultados obtidos mostraram um maior número de estômatos com menor
tamanho.
A temperatura, o déficit de água e as deficiências pelos nutrientes, afetam as
taxas de expansão das folhas, altura da planta e duração da área foliar, sobretudo
nos genótipos sensíveis ao fotoperíodo. Esses efeitos podem ser modificados por
mudanças na duração do dia. A insuficiência de água é uma das causas mais
comuns de redução de área foliar e está relacionada com a expansão das células
(Magalhães, P.C. et al. 2010).
3.3.
Deficit Hídrico e Produtividade
Certamente o ambiente que a planta cresce, em particular o campo,
frequentemente afeta o rendimento da colheita. Dois fatores são de estrema
importância quando se considera os efeitos do déficit hídrico na produtividade: o
estádio fisiológico da planta e o ambiente em que ela está. É necessário selecionar
variedades e híbridos e prover as melhores condições de desenvolvimento para
obter melhores rendimentos (VANDERLIP, 1993).
O florescimento corresponde ao estádio que engloba a polinização,
fertilização, desenvolvimento e maturação do grão. A diferenciação floral do sorgo é
afetada principalmente pelo fotoperíodo e pela temperatura do ar. O período mais
crítico para a planta, onde ela não pode sofrer qualquer tipo de estresse biótico ou
abiótico vai da diferenciação da panícula à diferenciação das espiguetas
(Magalhães, P.C. et al. 2010).
Durães et al. (2005), afirmam que a produtividade depende do número de
grãos polinizados e desenvolvidos e da quantidade de fotoassimilados disponíveis
(fotossíntese). Portanto, atenção deve ser dada para características de plantas que
12
possuem forte relação com o componente do rendimento “número de grãos” e dos
eventos de enchimento pós-polinização.
4. MATERIAL E MÉTODOS
4.1.
Localização, adubação e período de realização do experimento
O experimento foi conduzido em condição de campo na estação experimental
do Gorotuba em Janaúba, Minas Gerais, Brasil (15º47’ S, 43º18’ W e 516 m de
altitude) durante os meses de Abril a Agosto de 2014.
O experimento foi realizado em solo do tipo Latossolo Vermelho Amarelo,
textura média e siltoso e as adubações de base e cobertura foram realizadas de
acordo com a análise do solo, seguindo recomendação para o sorgo no Estado de
Minas Gerais.
4.2.
Montagem do Experimento
Foram utilizados quatro linhagens de sorgo granífero (Sorghum bicolor L.
Moench), sendo duas tolerantes ao estresse gerado pelo déficit hídrico (P898012 e
9910032) e duas sensíveis (9903062 e 9618158), de acordo com o programa de
melhoramento da Embrapa Milho e Sorgo, com duas condições hídricas: sem déficit
hídrico e com déficit hídrico no estádio de florescimento.
As dimensões da parcela experimental foram de 6m x 2m; com 4 fileiras de
plantio, espaçadas de 0,50 m, perfazendo uma área total de 12 m2.
4.3.
Condução do Experimento
As plantas foram irrigadas conforme a demanda hídrica e mantidas na
capacidade de campo até o florescimento, quando então, a irrigação foi suspensa
durante 25 dias para metade do numero de parcelas. O teor de água no solo foi
monitorado diariamente nos períodos da manhã e da tarde (9 e 15 horas), com o
auxílio de um sensor de umidade watermark (tensiômetro) modelo 200SS instalado
no centro das parcelas de cada repetição, na profundidade de 0,2 m.
13
4.4.
Avaliações
Ao final do período de imposição dos tratamentos foram avaliados: a
condutância estomática utilizando um leitor de condutância estomática portátil Leaf
Porometer (Decagon Pullman, USA).
O teor de clorofila utilizando um clorofilômetro portátil Soil plant analysis
development (SPAD) (Minolta SPAD 502 Osaka, Japan).
A fluorescência da clorofila por um fluorímetro portátil Pocket PEA chlorophyll
fluorimeter (Hansatech United Kingdom).
A área foliar por meio de um leitor de área foliar (LI-3100C, Nebraska, USA).
Em seguida, a irrigação foi restabelecida, e mantida na capacidade de campo
até o final do ciclo, quando então, dez plantas foram submetidas à secagem em
estufa com circulação forçada de ar, a 70ºC, durante 72 horas; com base no valor de
biomassa seca obtido foi estimado o índice de colheita seguindo a metodologia
proposta por Durães et al.(2002).
Foi realizado também a medição da altura e o peso médio de panículas em
dez plantas de cada parcela.
5. DELINEAMENTO EXPERIMENTAL
Os tratamentos foram analisados em blocos casualizados, com quatro
linhagens de sorgo (9903062 e 9618158- sensíveis; e P898012 e 9910032 tolerantes), duas condições hídricas (com déficit hídrico e sem déficit hídrico),
totalizando oito tratamentos com quatro repetições.
Os resultados foram submetidos à análise de variância (ANAVA), seguido
pelo teste Skott Knott a 5% de probabilidade.
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados obtidos no final do período de estresse para as variáveis
ecofisiológicas, mostraram que não foram detectadas diferenças estatisticamente
significativas entre os materiais estudados para teor de clorofila (Tabela 1),
demostrando concordância com resultados de Lino (2011). É possível que estes
resultados estejam ligados ao funcionamento do sistema radicular, o qual exclui a
14
necessidade de ajustes em nível de folha, corroborando, assim, os resultados
obtidos no presente estudo.
Porém, para a condutância estomática, os genótipos tolerantes superaram os
sensíveis (Tabela 1).
Souza et al. (2013) observaram em materiais de milho
tolerantes a seca uma maior condutância estomática juntamente com um maior
potencial hídrico foliar, favorecendo um fluxo de CO2 e um resfriamento da folha
pela transpiração.
Para a relação Fv/Fm foi verificado uma superioridade para os genótipos
tolerantes e para o genótipo sensível 9618158, onde não ocorreu perdas na
atividade fotoquímica (danos no fotossistema) (Tabela 1). A relação Fv/Fm é um dos
principais parâmetros utilizados para as avaliações dos danos no sistema
fotossintético, uma vez que a eficiência quântica máxima do fotossistema II indica
quando todos os centros de reação estão abertos (Baker e Rosenqvist, 2004).
Valores acima de 0,70 demonstram que as plantas não estão sofrendo danos no
fotossistema.
Tabela 1 – Médias de clorofila, condutância estomática e relação FV/FM nos diferentes
ambientes para os genótipos de sorgo contrastantes a seca. Janaúba - MG, 2014.
Genótipos
Clorofila
Cond.estomática
Relação FV/FM
U Spad
m mol m-2 s-1
P8980101
40,98 a*
275,83 a
0,70 a
1
9910032
45,85 a
191,29 a
0,74 a
99030622
42,20 a
125,60 b
0,65 b
96181582
47,38 a
107,66 b
0,72 a
*Médias seguidas pela mesma letra não diferem entre si ao nível de 5% pelo teste de
Skott - Knott
1
Genótipos tolerantes à seca
2
Genótipos sensíveis à seca
Na Tabela 2 são apresentados os resultados para área foliar, verificando uma
maior área foliar para os genótipos sensíveis e para o genótipo tolerante P898010, e
uma menor área foliar para o genótipo tolerante 9910032.
Uma menor área foliar resulta em uma menor superfície de transpiração foliar
ajudando na sobrevivência da planta pela manutenção e controle do uso da água
frente ao estresse hídrico (Shao el al., 2008; Souza et al., 2013).
As características de produtividade, peso de grãos e índice de colheita foram
similares, onde os genótipos tolerante 9910032 e sensível 9618158 foram
estatisticamente semelhantes, superando os genótipos tolerante P898012 e sensível
15
9903062 (Tabela 2). Esses resultados discordam parcialmente de Lino (2011) onde
resultados dos materiais tolerantes superaram os matérias sensíveis para as
variáveis de produtividade.
Embora
o
genótipo
9618158
seja
classificado
pelo
programa
de
melhoramento da EMBRAPA Milho e Sorgo como sensível, os resultados
demonstram que o mesmo possui características semelhantes a materiais tolerantes
à seca. Sua produtividade está ligada a relação Fv/Fm, demonstrando ter uma
máxima eficiência do fotossistema II, consequentemente aumentando sua
fotossíntese e resultando em um maior fornecimento de fotoassimilados para os
grãos. Além disso, este genótipo juntamente com o tolerante 9910032 demonstram
superioridade também no índice de colheita.
O índice de colheita demonstra que ocorreu um maior particionamento dos
fotoassimilados para os grãos em relação aos órgãos vegetativos.
Tabela 2 – Médias de área foliar, peso de Grãos e índice de colheita nos diferentes
ambientes para os genótipos de sorgo contrastantes a seca. Janaúba - MG, 2014.
Genótipos
Área Foliar cm²
Peso de grãos
Índice de colheita
kg ha-1
P8980121
1989,87 a*
2080,00 b
0,21 b
99100321
737,61 b
3095,00 a
0,54 a
99030622
2054,56 a
1510,00 b
0,23 b
96181582
1658,20 a
2820,00 a
0,49 a
*Médias seguidas pela mesma letra não diferem entre si ao nível de 5% pelo teste de
Skott - Knott
1
Genótipos tolerantes a seca
2
Genótipos sensíveis a seca
Com a imposição do estresse hídrico, houve uma diminuição na altura de
plantas para os genótipos sensíveis os quais diferem estatisticamente para esta
característica. Para os genótipos tolerantes não ocorreu diferenças estatísticas
(Figura 1). A água é um elemento importante no desenvolvimento da planta e sua
falta limita o seu desenvolvimento vegetativo prejudicando a divisão celular.
16
Altura (cm)
Altura de Planta
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
a
b
a
a
a
a
a
b
IRN
EST
9903062
9618158
9910032
Sensíveis
P898010
Tolerantes
Figura 1. Altura média das plantas nas diferentes condições hídricas para os genótipos de sorgo
contrastantes a seca. Janaúba 2014. Letras minusculas indicam comparações entre níveis de água
dentro de uma mesmo genótipo.
Os resultados obtidos para peso de panícula (Figura 2), mostraram que a
imposição do estresse hídrico, ocorreu uma diminuição do peso, resultados estes
semelhantes aos de Lino (2011). O peso de estruturas de orgãos vegetativos e
reprodutivos, são indicativos de como a planta investe em sua estrutura, nos dando
a noção de partição de assimilados para os diferentes orgãos (Pimentel, 2008).
Peso Panícula
4,00
3,50
aA
aA
Peso (g)
2,50
aB
2,00
1,50
aA
aA
3,00
aB
aB
aB
IRN
EST
1,00
0,50
0,00
9903062
9618158
Sensíveis
9910032
898010
Tolerantes
Figura 2. Médias para peso de panícula nas diferentes condições hídricas para os genótipos de
sorgo contrastantes para tolerância a seca. Letras minusculas comparam genótipos dentro de um
mesmo nível de água. Letras maiúsculas comparam níveis de água dentro de um mesmo genótipo.
17
7. CONCLUSÃO
Os genótipos 9910032 e 9618158 apresentam melhores características
fisiológicas quando comparados aos outros genótipos, resultando em maiores
produtividades.
É necessário estudar também outros atributos da planta, que não foliares, tais
como comprimento e volume de raiz, teores de açúcar no caule, que possam ter um
envolvimento mais ativo nos mecanismos de tolerância ao estresse gerado pelo
déficit hídrico no sorgo.
As características ecofisiológicas demonstraram que podem ser úteis na
caracterização de genótipos contrastantes de sorgo em ambientes de déficit hídrico.
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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