ebook EDUCGEN - Melhoramento Genético de Plantas para Resistência ao Calor (Altas Temperaturas)

7/30/2019 ebook EDUCGEN - Melhoramento Gentico de Plantas para Resistncia ao Calor (Altas Temperaturas)

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- UESB -

MELHORAMENTO GENTICO VEGETAL

[- RESISTNCIA AO CALOR -]

(Altas Temperaturas)

CROP PLANT RESISTANCE TO HEAT

Prof. Dr. Cludio Lcio Fernandes Amaral

Vitria da Conquista - BA, Brasil.

(2013)

[Os geneticistas vegetais tm alcanadoconsidervel progresso ao melhorarem as espcies

cultivadas para crescerem, desenvolverem e

produzirem sob condies ambientais estressantes,

como altas temperaturas (CALOR). Assim, ganhos

foram rapidamente conseguidos para umas e,

lentamente, para outras.]


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Ficha Catologrfica preparada pela Seo de Catalogao eClassificao da Biblioteca da UESB

Jandira de Souza Leal Rangel, Bibliotecria CRB 5/1056

Amaral, Cludio Lcio Fernandes.

Melhoramento gentico vegetal: resistncia ao calor: altas

temperaturas / Cludio Lcio Fernandes Amaral; Vitria da

Conquista: EDUCGEN-PLANTGEN, UESB, 2013.

109p.: il.

1.Gentica 2.Fitomelhoramento 3. Plantas 4.Condies ambientais

I. Ttulo

CDD - 576.5


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- 3-

Todos os direitos reservados. Nenhuma parte

desta publicao pode ser reproduzida sem

autorizao do Grupo PLANTGEN/UESB-CNPq. Seu

programa educacional, EDUCGEN, destinado a

pessoas de todas as idades, sem distino de nvel

econmico, etnia, gnero, religio, deficincia ou

origem.

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extracts) for translation, reprinting,

reproduction by copying or other technical means.

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PLANTGEN/UESB-CNPq serve people of all ages

regardless of socioeconomic level, race, color,

sex, religion, handicap or origin.


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DEDICATRIA

A meus avs, Margarida (In Memorian) e Jos

(In Memorian) e Jovino e Marieta (In Memorian); A

meus pais, Mrio e ngela; A minha esposa, Mirela;

A meus filhos, Mrio, ngela, Cludio e Maria; A

meus irmos, Adilson e Srgio (In Memorian); A meu

sobrinho Artur. Todos, sem exceo, meus eternos

amores.Dedico !!!


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O estresse ambiental, especialmente, o calor,

reduz de forma bastante significativa os

rendimentos das lavouras, restringindo reas de

plantio, onde espcies comercialmente importantes

poderiam ser cultivadas. As implicaes disto so

enormes, uma vez que toda sociedade afetada

direta ou indiretamente pelo aumento no preo dos

alimentos, com instabilidade no mercado financeiro

e desemprego. Uma soluo para este problema ,

sem dvida alguma, o melhoramento gentico de

plantas para condies ambientais adversas, a

exemplo do calor ou altas temperaturas.


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- 6-REDESIGNING CROPS FOR INCREASED TOLERANCE TO HEAT STRESS


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MELHORAMENTO GENTICO VEGETAL PARA RESISTNCIA A

FATORES ESTRESSANTES BITICOS E ABITICOS: INTRODUO:O QUE ?

O fitomelhoramento a rea da gentica, de

base terica, mas de natureza aplicada, que visa

modificar os caracteres hereditrios das plantas,

objetivando alter-los, tornando-os teis aos

seres humanos. O melhoramento gentico

fundamenta - se em combinar caracteres desejveis

que so oriundos de indivduos promissores, cujas

populaes selecionadas so pertencentes a

espcies iguais ou diferentes, para desenvolver

organismos superiores face s necessidades

impostas por mercados exigentes, as quais

alteram-se no tempo e no espao; o que reflete em

trabalho constante por parte do melhorista e de

toda a sua equipe.


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COMO?Envolve, basicamente, as seguintes etapas,

quais sejam: (a) escolher parentais que daro

origem populao - base, (b) fazer a hibridao

entre eles, (c) proceder com a seleo das

prognies superiores desta populao e (d)

executar sua avaliao em um grande nmero de

ambientes.


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ONDE?Uma das principais dificuldades no

melhoramento gentico vegetal para tolerncia ou

resistncia ao fator estressante pelas plantas a

diversidade de ambientes, pois este componente

pode ser e influenciado por outros, interagindo

ou no com eles, os quais muitas vezes so

incontrolveis, ficando difcil de isol-lo,

contribuindo para a reduo dos ganhos genticos

esperados; sendo que isto afeta a preciso e,

sobretudo, a repetibilidade dos ensaios

experimentais. Assim, tem-se avaliado gentipos em

ambientes estressantes, selecionando aqueles com

rendimento superior aos cultivares de melhor

desempenho nestas condies.Como alternativa a estratgia de melhoramento

no campo, pode-se praticar a seleo em meio

controlado, nas diferentes fases de crescimento e

desenvolvimento das plantas. Em ambiente sob

controle, h possibilidade de isolar o efeito do

estresse, alm de manter constante a intensidade,

freqncia e durao do estresse ao longo das

sucessivas etapas de seleo, o inconveniente a

impossibilidade da ao da seleo natural para

outros fatores que interagem com os mecanismos de

resistncia ao estresse em condies de campo.


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Alguns programas de melhoramento priorizam a

seleo em condies extremas de estresse com o

objetivo de melhorar a facilidade de distino

entre os gentipos tolerantes ou resistentes e os

susceptves. Entretanto, esta estratgia pode

reduzir a variabilidade gentica a ser explorada.

Alm disto, a seleo natural nestas condies

pode desfavorecer caracteres relevantes e

favorecer traos indesejveis, em ambiente deproduo comercial. Alternativamente, pode-se

realizar avaliao dos gentipos em condies de

cultivo sem e com estresse, sendo ainda possvel

neste ltimo, a anlise em ambientes com nveis

gradativos de estresse.


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PARA QUE?Tendo como objetivo adaptar as espcies s

condies de clima e solo no aproveitamento de

insumos agrcolas, acentuando o valor nutritivo

com a maior produtividade por unidade de rea

frente resistncia e / ou tolerncia a fatores

ambientais estressantes, principalmente o calor,

facilitando a colheita mecanizada, o transporte, o

armazenamento e a distribuio com as melhores

caractersticas para o setor agropecurio e

industrial.


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PORQUE?O estresse ambiental, seja ele de natureza

bitica e abitica, o principal fator

responsvel, direta ou indiretamente, pela atual

distribuio das culturas nas vrias regies do

globo terrestre. O rpido aumento da populao

mundial tem exercido enorme presso pela expanso

das reas de cultivo e / ou elevao das taxas de

produtividade das culturas agrcolas de forma a

suprir a crescente demanda por alimentos. Com isto

uma parte significativa das lavouras e pastagens

manejada em condies edafo-climticas

estressantes. Portanto, diante do que foi exposto,

tem-se que programas de melhoramento gentico

vegetal vm direcionando suas atividades para a

resistncia a fatores estressantes biticos e

abiticos, destacando-se entre eles, calor ou

altas temperaturas.


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A anlise de crescimento tem sido usada por

pesquisadores, na tentativa de explicar diferenas

no crescimento de ordem gentica ou resultantes de

variaes do ambiente, constituindo-se em uma

ferramenta eficiente para a identificao de

materiais promissores.

As respostas fisiolgicas das plantas esto

diretamente relacionadas radiao solar e,

fundamentalmente, intensidade luminosa, ambas

ligadas ao processo fotossinttico, que absorvidas

pelas folhas e, transformadas em energia qumica,

iro mediar incorporao e fixao do CO2,

responsvel pelo acmulo de matria seca no

vegetal e que pode ser quantificada por meio da

anlise do crescimento.O fundamento desta anlise baseia-se no fato

de que, praticamente toda a matria orgnica

acumulada ao longo do crescimento e

desenvolvimento da planta, resulta da atividade

fotossinttica. Desta forma, o acmulo de matria

seca dos rgos vegetais pelo incremento em seu

tamanho (volume = largura, comprimento, altura),

quantificados em funo do tempo e do espao, so

utilizados na estimativa de ndices fisiolgicos

relacionados s diferenas de desempenho entre

cultivares.


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Conclui-se que os nveis de tolerncia ou

resistncia de uma cultura agronmica em

particular podem ser expressos qualitativamente,

pela porcentagem de germinao das sementes, bem

como de sobrevivncia das plntulas que cresceram

em meio estressante e, quantitativamente, pela

concentrao de biomassa produzida pelas plantas

adultas, comparadas por suas populaes, umas com

as outras, nas mesmas condies.


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IMPORTNCIA DE ESTUDAR OS NDICES DE PRODUO

A vantagem do uso de ndices que podem ser

comparados dados de experimentos distintos com

ampla variao nas mdias deles.

GERAL

Estes ndices servem como uma ferramenta

eficaz de avaliao da adaptao inter

(Espcies Cultivadas) e intraespecfica

(Variedades) a diferentes condies de cultivo,

uma vez que possibilita identificar diferenas

entre os cultivares, permitindo estabelecerrelaes entre as plantas e o ambiente, atravs da

correlao entre os parmetros bioqumicos,

fisiolgicos e morfolgicos nas plantas e, as

propriedades edafo climticas, do meio.


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ESPECFICO

O estudo dos ndices de produo permite

identificar o componente especfico, dentre, os

quais: nmero, peso e volume dos rgos vegetais

de importncia econmica que esto variando ou no

em funo da exposio ao fator estressante, de

acordo com os objetivos do programa de

melhoramento, bem como gerar hipteses quepermitam aumentar os ganhos em produtividade pelo

uso adequado do mtodo de melhoramento gentico

mais propcio.


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A TEORIA


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DO CAMPO AO LABORATRIO: TRANSFERNCIA DE GENES

DE RESISTNCIA ENTRE ESPCIES CULTIVADAS, VIA

(A) - MELHORAMENTO CONVENCIONAL / TRADICIONAL

OU (B) - BIOTECNLOGICO:O papel do melhoramento de plantas para

tolerncia ou resistncia ao fator estressante,

tanto de natureza bitica, quanto abitica

aumentar a produo agrcola adversidade do

meio.

Se a tolerncia vista como a resistncia a

mudana na produtividade com a intensificao do

estresse, a produo sob condies severas depende

no somente da tolerncia, mas da mxima

produtividade.

Sendo assim, seleciona-se anteriormente

gentipos para alta produtividade em meio no

estressante e, posteriormente, dentre estes, para

elevada tolerncia / resistncia em meio

estressante.

Melhora-se para uso eficiente, quando os

fatores estressantes so estimulantes do

crescimento, desenvolvimento e reproduo das

plantas, como por exemplo gua (Seca, Alagamento

ou Inundao) e nutrientes (Desequilbrio

Nutricional: Deficincia ou Toxicidade Mineral).


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O gentipo superior aquele que produz

satisfatoriamente com o mnimo de recurso

disponibilizado (GENTIPO EFICIENTE). O gentipo

inferior aquele que no produz satisfatoriamente

com o mnimo de recurso disponibilizado

(GENTIPO INEFICIENTE).Por outro lado, se so limitantes, melhora-se

para tolerncia ou resistncia, como por exemplo

Calor, Frio, Salinidade, Metais Pesados, etc.

O gentipo superior aquele que cresce,

desenvolve e produz em nvel economicamente

aceitvel, sob condies de alta intensidade do

fator estressante (GENTIPO TOLERANTE ou

RESISTENTE?). Resistncia ou Tolerncia?

A resistncia diz respeito diminuio da

quantidade de danos nas plantas mantidas sob

condies estressantes, enquanto a tolerncia,

refere-se ao grau com que elas retomam o

crescimento e desenvolvimento aps os danos

causados por fatores abiticos e biticos. A

resistncia reduz a adaptabilidade de

fitopatgenos e pragas, enquanto a tolerncia, o

impacto da ao destes na adaptabilidade das

plantas.


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A primeira envolve mecanismos biolgicos para

evitar, reduzir ou limitar o efeito do fator

estressante sob o crescimento e desenvolvimento

das plantas, bem como na produtividade. A segunda,

aqueles para aliviar os danos provocados pelo

fator estressante nas plantas, sem reduzi-lo,

limit-lo ou evit-lo.

O gentipo inferior aquele que

no cresce, desenvolve e produz

em nvel economicamente aceitvel, sob condies

de alta intensidade do fator estressante

(GENTIPO SUSCEPTVEL).


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Parte CLSSICA:

Melhoramento Convencional / Tradicional:

Screening de Germoplasma Resistente /

Tolerante. Experimento - Teste: Comparao -

Desempenho / Performance Variedades /

Cultivares / Condies Estressantes Meio de

Cultivo / Ambiente Controlado Ciclo de

Seleo Hibridao = Avalio (Campo):

Produtividade / Rendimento + Adaptabilidade e

Estabilidade.


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DURAO, INTENSIDADE E UNIFORMIDADE DO ESTRESSE:

Durao: Ser tal que coincida com os estdios

crticos de desenvolvimento das plantas,

envolvendo caracteres que possam ser modificados

por melhoramento.

Intensidade: Ser severa o bastante para afetar

os traos importantes de produtividade,

permitindo a diferenciao de germoplasma

resistente de susceptvel.

Uniformidade: Ocorrer no tempo e espao de formaque a varincia gentica seja facilmente

observada e o ganho gentico possvel.


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BASE!!!

Princpio da VARIABILIDADE: Os gentipos

respondem distintamente ao

serem expostos aos fatores

estressantes.

Princpio da HERDABILIDADE: As respostas

diferenciadas destes gentipos

so herdadas de uma gerao

para outra, ao longo do tempo e

no espao.

Princpio da SELETIVIDADE: Os gentipos

resistentes podem ser separados

dos susceptveis por suas

caractersticas

diferenciadoras.


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MECANISMO DE RESISTNCIA AO CALOR

As plantas desenvolveram diversos mecanismos

para maximizar sua sobrevivncia em ambientes com

altas temperaturas e evitar condies

desfavorveis. Estes mecanismos so empregados na

coordenao de mudanas no crescimento e

desenvolvimento, resultando em plasticidade

fenotpica, otimizao de recursos e capacidade

para evitar ou tolerar condies menos favorveis.

A tolerncia ao calor, que permite s plantas

sobreviverem a condies adversas de altas

temperaturas, um fenmeno complexo, com

diferentes mecanismos. Destacando-se:

Exposio: Plantas a Fatores Estressantes

(Estmulos Ambientais Adversos) Percepo

(Reconhecimento do Elicitor pelo Receptor Celular)

Converso: Sinais Externos em Internos

Transduo de Sinais (Mensageiros Primrios /

Secundrios) Regulao da Expresso Genotpica

Ativao e / ou Inativao de Genes Gerao


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de Produtos Gnicos Alterao do Perfil

Metablico Modificao Quali - Quantitativa -

Substncias Reguladoras de Crescimento: a) -

Quantidade (Maior Produo) + Qualidade (Melhor

Sensibilidade dos Pontos de Ao Hormonal) =

Ativao / Inativao Diferencial de Genes

Protenas e / ou Enzimas Protetoras: a) Alterao

(GENTICO BIOQUMICO FISIOLGICAS): Parede e

Membrana Celular + Organelas (Espcies Reativas do

Oxignio) Estresse Inico + Osmtico +

Oxidativo Funcionamento da Bomba de Efluxo

(Permitir Transporte Extracelular) e Influxo

(Impedir Transporte Intracelular) de Substncias

Nocivas Compartimentalizao de Agentes Txicos

em Organelas / Vacolos (Ligao a Compostos

Orgnicos = Imobilizao) ou Excluso (Absoro

Seletiva) Ao de Substncias Neutralizadoras

(Componentes Detoxificantes) ou Reparadoras

(Antioxidantes Enzimticos ou No Enzimticos)


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de Danos / Leses Celulares (b) Modificao (MORFO

ANATMICAS) Processos Degenerativos: Apoptose

Variao Fenotpica ( Taxa de Crescimento,

Biomassa) Campo - Avaliao do Novo Germoplasma

Seleo Discriminao (Melhoramento

Convencional / Tradicional): Resistentes x

Susceptveis e / ou Hibridao: Materiais

Superiores Laboratrio - Identificao /

Caracterizao (Biotecnologia): Produo de

Transgnicos: Genes de Tolerncia

Desenvolvimento Varietal.


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ESTRATGIAS DE MELHORAMENTO GENTICO DE PLANTAS

As principais estratgias de melhoramento so:

SELEO e a HIBRIDAO.

Realizar hibridaes e / ou executar selees

para mxima divergncia gentica,

HIBRIDAO: P1 x P2 = F1 (1, 2, 3,...n)

P1 = Parental 1 (Gentipo A), P1 = Parental 2 (Gentipo B), F1 = Hbrido AB.


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Obs.: Transferncia de Genes:

1) - UM GENE OU POUCOS: Introgresso por

Retrocruzamento (Autgamas / Algamas),

2) -MUITO GENES:

AUTGAMAS (Mtodo Pedigree / Bulk),

ALGAMAS - (Tcnica Seleo Recorrente).

SELEO: Melhor Performance / Desempenho

Avaliao: (a) - Fator PRIMRIO:

Produtividade + Adaptabilidade +

Estabilidade. (b) - Fator SECUNDRIO:

Resistncia / Tolerncia - Estresse

Ambiental.


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Expor as prognies a distintos ambientes e

locais de variao dos fatores estressantes

biticos e abiticos. BASE: Valorizar a ao

da seleo natural sob a variabilidade

gentica existente, reforando-a de forma a

potencializ-la com a seleo artificial.

Trazer germoplasma silvestre, semi-domesticadoe /ou domesticado de stios com condies

adversas pela ao de fatores estressantes

biticos e abiticos para locais de cultivo.

BASE:

Gentipos que crescem bem em condies timas decultivo reduzem drasticamente seu potencial

produtivo sob estresse.

Gentipos que crescem bem sob estresse podemmaximizar sua produtividade em condies timas

de cultivo.


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Interao: Gentipo (G) x Ambiente (E).

Obs.: O gentipo ideal seria ento aquele com

nveis mnimos de interao G x E, alta

mdia de produo e desempenho superior na

maioria/em todas as situaes.

Estratgia X - Seleo para adaptao a

determinado tipo de

estresse, seguida de

avaliao em mltiplos

ambientes como forma de

identificar gentipos

superiores.

Estratgia Y - Tolerncia a mltiplos

estresses: avaliao em

mltiplos ambientes.


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No menosprezar o escape como mecanismo dedefesa pela reduo da probabilidade de contato

entre as plantas e os fatores estressantes, de

uma ou outra destas formas:

a) - Ao se utilizar materiais adaptados a locais e

pocas de semeadura desfavorveis a expresso

do estresse bitico ou abitico

b) - Pela adoo de germoplasma com germinao

acelerada de suas sementes e rpida emisso

de plntulas, evitando perodos mais

prolongados ao estresse e seus efeitos

danosos em fase to crtica ao crescimento e

desenvolvimento vegetal.


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Aumentar - Produtividade do Germoplasma

(Resistente / Tolerante: Fator Estressante):

Aproveitar - Variabilidade Gentica do

Material Vegetal.

Deve-se definir a hiptese de nulidade,

selecionar o teste estatstico, escolher o nvel

de significncia, determinar o tamanho da amostra,

estabelecer a distribuio amostral, inferir a

regio de rejeio, realizar o experimento em

campo e/ou laboratrio, obter dados, tomar

decises e extrair concluses.

Fazer Seleo Simultnea:

Ambiente FAVORVEL (No - Estressante):

Produtividade,

Ambiente DESFAVORVEL (Estressante):

Resistncia / Tolerncia.


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Nota - A seleo para produtividade em meio

estressante menos eficiente do que no

no estressante (*PORQUE?), assim deve

selecionar para caractersticas

secundrias associadas s primrias sob

condies favorveis.

*O fator ambiental estressante reduz a varincia

gentica e herdabilidade para produo devido aos

altos valores do erro experimental encontrados

nestes ambientes, limitando o progresso gentico

alcanado via seleo neste meio, fazendo ainda

com que, em geral, gentipos mais adaptados a

condies adversas tenham baixa produtividade

mdia na ausncia do estresse. Esta reduo ser

tanto maior quanto mais intenso for o estresse,

indicando a importncia da escolha de nveis

adequados do fator estressante de forma a permitir

obter erros experimentais dentro de limites

aceitveis. Assim, deve-se buscar meios de reduzir

o erro experimental como por exemplo aumentando o

tamanho da parcela e o nmero de repeties.


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ParteMODERNA:

Biotecnologia:

Clonagem Gnica - Identificar / Caracterizar:

Gene - Estrutural e Funcional,

Engenharia Gentica - Fundir Gene ao Vetor,

Transformao Gentica - Transferir Gene para o

DNA / Alvo,

Cultura de Tecidos - Regenerar o Transformante,

Marcadores Genticos - Separar Transformados de

No - Transformados.


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Transgnicos: A tecnologia transgnica permite a

manipulao gentica do

metabolismo vegetal, de modo que

pode - se inibir/bloquear uma

rota metablica indesejada

(Tecnologia Anti Senso) ou

estimular/criar outra desejada

(Tecnologia Senso).

a) - Anti Senso Bloquear, Diminuir,

Restringir: Ao de Genes p / Carreadores

de Elementos Nocivos,

b) - Senso: Estimular, Promover, Incentivar

Genes p / Substncias Protetoras ou

Fatores Transcripcionais de Componentes

Anti - Estressantes (Ex.: Osmorreguladores

e Antioxidantes).

Seleo: Avaliao: = Melhor Performance /

Desempenho.


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Fator Primrio: Produtividade + Adaptabilidade +

Estabilidade.

Fator Secundrio - Resistncia / Tolerncia:

Estresse Ambiental.

Mapeamento Gentico: QTLs (Buscar: Genes

Candidatos) + Seleo Assistida por Marcadores

Moleculares.


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LANAMENTO DE NOVOS CULTIVARES

a) Via Melhoramento Tradicional: Seleo C/ ou

S/ Hibridao Avaliao Ensaios

Regionais: TESTE DE DISTINGIBILIDADE,

UNIFORMIDADE E ESTABILIDADE + VALOR DE

CULTIVO E USO) / Produo de Sementes.


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b) Via Melhoramento No Tradicional:

Aes

1 - Extrao do Material Gentico,

2 - Identificao e Caracterizao dos Genes,

3 - Obteno dos Vetores,

4 - Manipulao dos DNAs,

5 - Insero do DNA Recombinante nas Clulas - Alvo,

6 - Regenerao dos Transformantes,

7 - Seleo dos Organismos Geneticamente Modificados,

8 - Anlise de Biossegurana dos Produtos

Transgnicos,

9 Formalizao do Novo OGM para a Comisso de

tecnologia Nacional de Biossegurana (CTNBio)

para Autorizao de experimentos de Campo,


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10 Realizao de Estudos de Impacto Ambiental e de

Segurana Alimentar,

11 Requerimento de Liberao s Instituies

Oficiais para a Nova Cultivar Transgnica

com a Produo e Comercializao de

Sementes ou Mudas Fiscalizadas pelo

Ministrio da Agricultura, Pecuria e

Abastecimento (MAPA).


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TIPOS DE CARACTERES POR MTODO DE MELHORAMENTO

a) - CaractersticasMONO / OLIGOGNICAS:

Retrocruzamento: Auto e Algamas.

Para caracteres com alta herdabilidade e com

controle gentico aditivo, faz-se seleo combase no desempenho per se de linhagens.

Nota.: Em linhagens, em se tratando de genes

aditivos faz-se seleo em geraes

precoces e, genes no aditivos, em

geraes avanadas; pois so altamente

homozigotas.


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A PRTICA


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MELHORAMENTO GENTICO VEGETAL PARA RESISTNCIA A

ALTAS TEMPERATURAS:

O estresse ambiental um dos principais

responsveis pela reduo da produtividade das

culturas agrcolas (Figura 1). Este pode ser de

natureza abitica ou bitica.

Os fatores estressantes abiticos so: seca,

calor, alagamento/inundao, frio, salinidade,

desequilbrio nutricional por excassez ou excesso

de nutrientes, metais pesados, etc e, os biticos,

so: fitopatgenos, pragas e ervas daninhas.A sobrevivncia das plantas sob condies

ambientais estressantes, bem como seu crescimento

e desenvolvimento dependem de mecanismos

adaptativos que as permitem evitar ou tolerar os

efeitos adversos.Em programas de melhoramento vegetal

procura - se, via seleo, discriminar gentipos

resistentes dos susceptveis e, por hibridao,

criar novos gentipos desejveis, ao cruzar

parentais com traos superiores complementares.Atualmente, considervel progresso tem sido

feito para melhorar plantas para crescerem,

desenvolverem e produzirem sob condies de altas


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temperaturas. Ganhos tm sido rapidamente

conseguidos para umas espcies e, lentamente para

outras.


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Calor (Altas Temperaturas): (HEATSTRESS)

Na extensa rea geogrfica utilizada para o

cultivo, o calor pode ocorrer em um ou outro

estdio das plantas ao longo do crescimento e

desenvolvimento vegetal. A reduo do rendimento

de diversas culturas, face ocorrncia do dficit

hdrico, tem contribudo para o desequilbrio da

demanda e da oferta de alimentos em todo oplaneta. O calor um fator de natureza abitica e

imprevisvel e, por isto, os efeitos negativos de

sua ocorrncia sobre as espcies agrcolas so de

difcil controle em nvel de manejo, o que torna a

tolerncia gentica das cultivares extremamente

importante para estabilizar a produtividade de

gros, frutas, verduras e legumes nas reas

sujeitas pouca precipitao.


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CARACTERSTICAS DE INTERESSE AGRONMICO DESEMENTES GERMINADAS EM LABORATRIO E PLNTULAS

EMERGIDAS EM CASA DE VEGETAO.

Germinao das Sementes com Plntulas Emergidas:

a retomada do crescimento do embrio, com o

subseqente rompimento do tegumento pela radcula,

conduzindo a plntulas sadias e vigorosas, sob

condies ambientais favorveis.

Considerando-se que a germinao representa

uma etapa fundamental e crtica para a

sobrevivncia da maioria das plantas, o cientista

busca entender este processo para melhor

control-lo, seja interferindo diretamente na sua

ocorrncia, seja prevendo o comportamento

germinativo de populaes. Esta capacidade de

previso de um determinado fenmeno biolgico

passa pela elaborao de modelos que possibilitem

uma quantificao da resposta do sistema vivo a

flutuaes do meio.

O principal problema neste tipo de estudo

decorre exatamente da contnua flutuao de

fatores como a temperatura e gua no ambiente

natural, expondo assim as sementes a um amplo


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espectro de condies do micro-ambiente. Na busca

de modelos de carter mais ou menos geral que

tentem explicar a resposta do sistema a tais

flutuaes, o pesquisador recorre a ensaios em

condies controladas, mais facilmente tratveis

do ponto de vista matemtico e, portanto,

interpretveis.O padro de distribuio da germinao de

sementes tanto em nvel espacial, quanto temporal,

tem um significado adaptativo, mostrando uma

compensao das condies desfavorveis do meio,

como por exemplo: temperatura, umidade,

luminosidade, etc. O atraso na germinao pode

aumentar a probabilidade das plntulas encontrarem

condies favorveis em ambiente mutvel. O

adianto pode permitir o escape ao ataque de

fitopatgenos e pragas, evitando assim doenas por

bactrias, vrus, fungos ou nematides e predaes

por insetos; o que bastante interessante ao

melhorista vegetal.A suspenso ou a reativao do crescimento, em

sincronia com as estaes climticas sugere que

existem sinais do meio que podem ser interpretados

e usados para controlar o metabolismo, tanto no

crescimento, quanto no desenvolvimento vegetal.

Portanto, h uma tendncia de que em ambientes


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homogneos, as sementes germinem de forma uniforme

e, nos heterogneos, de modo desuniforme.Alm da quantidade de sementes que germina ao

longo do tempo, h uma preocupao em expressar

quando a germinao comea, quando termina, quanto

tempo isto dura e quando alcana seu mximo valor

ou seu valor mdio, se uniforme ou sincronizada.

Estas informaes podem ser obtidas por meio de

frmulas que so traduzidas em ndices que

expressam a capacidade do vegetal de germinar,

crescer e se desenvolver em plantas sadias e

vigorosas.


52/109

- 52-

Taxa de Germinao:

(GERMINATION RATE)

Este ndice um bom parmetro para avaliar-se

a rapidez de ocupao de uma espcie em um

determinado nicho ou territrio.

TG (%) = n/N) x 100

G = Taxa de Germinao, N = Nmero Total* de Sementes, n = Nmero Sementes Germinadas.* Sementes Germinadas + No Germinadas.

Se as taxas de germinao so iguais

pode-se pesquisar: TEMPO E VELOCIDADE DE

GERMINAO / EMERGNCIA.


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- 53-

Velocidade de Germinao das Sementes:

(GERMINATION VELOCITY INDEX)



determinado nicho ou territrio. Ele empregado

em trabalhos de pesquisa em laboratrio.

IVG = / (MAGUIRE, 1962)= (N1G1+N2G2+N3G3+ +NnGn) / (G1+G2+G3+...+Gn)]

IVG = ndice de Velocidade de Germinao

(sementes x dias-1), Gi = Nmero de sementes germinadas no dia de

observao. Ni = Nmero de dias contados da semeadura ao dia

de observao.IVG VG; IVG VG

Se as velocidades de germinao so iguais

pode-se pesquisar:Velocidade de Emergncia.


54/109

- 54-

Velocidade de Emergncia:(EMERGENCE VELOCITY INDEX)



determinado nicho ou territrio. Ele utilizado

em trabalhos de pesquisa em casa de vegetao.

IVE = / (MAGUIRE, 1962)= (N1E1+N2E2+N3E3+ +NnEn) / (E1+E2+E3+...+En)]

IVE = ndice de Velocidade de Emergncia

(plntulas x dias-1),

Ei = Nmero de plntulas normais emergidas no

dia de observao.

Ni = Nmero de dias contados da semeadura ao diade observao.

IVE VG; IVE VG


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- 55-

Correlaes

Se IVG for e o T for , IVE ser,

independente se TG for ou .Se IVG for e o T for , IVE ser ,

independente se TG for ou .Se TG =s, IVG =s e T =s, tem que: IVE ser ,

se CUG for .Se TG =s, IVG =s e T =s, tem que: IVE ser ,

se CUG for .

Nota: A percentagem de plntulas normais obtidasnos testes de germinao representa o

mximo que a amostra pode oferecer, uma

vez que o teste conduzido em condies

timas, artificiais e padronizadas para

cada espcie avaliada.


56/109

- 56-

Tempo de Germinao:(AVERAGE GERMINATION TIME)




T = / (EDMOND & DRAPALA, 1958)

= (N1T1+N2T2+N3T3+ +NnTn) / (T1+T2+T3+...+Tn)]

T = Tempo de Germinao (dias),

Ti = Nmero de dias contados da semeadura ao dia

de observao.

Ni = Nmero de sementes germinadas no dia de

observao.

TG 5 dias Sementes de Germinao Rpida, 5 TG 10 Sementes de Germinao

Intermediria, TG 10 dias - Sementes de Germinao Lentas.


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- 57-

Se os tempos de germinao so iguais

pode-se pesquisar: COEFICIENTE DE UNIFORMIDADE DE

GERMINAO.

Coeficiente de Uniformidade de Germinao:(COEFFICIENT OF THE UNIFORMITY OF GERMINATION)

CUG = / 2 Ni (HEYDECKER, 1973)

CUG = Coeficiente de Uniformidade de Germinao

(sementes x dia-2),

Ni = Nmero de sementes germinadas no dia de

observao.

D = Tempo de germinao (dias).

Di = Nmero de dias contados da semeadura ao dia

de observao.


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a) - Germinabilidade concentrada no Tempo: CUG

Uniformidade de Germinao das Sementes.

b) - Germinabilidade espalhada no Tempo: CUG

Uniformidade de Germinao das Sementes.


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- 59-

Freqncia de Germinao:

(RELATIVE FREQUENCY OF GERMINATION)

Fi = Ni / (LABOURIAU & VALADARES, 1976)

Fi = Freqncia de germinao (%),

Ni = Nmero de sementes germinadas em cada dia

de observao.


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- 60-

ndice de Sincronizao:(SYNCHRONIZATION INDEX)




E = .log2fi (LABOURIAU & PACHECO, 1978)

E = ndice de Sincronizao (bits), Fi = Freqncia de germinao.

Obs.:

E Sincronizao (bits),

E Sincronizao (bits).


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- 61-

Energia para Germinao:

EG = NPE / NSCG

EG = Energia para germinao,

NPE = Nmero de plntulas emergentes,

NSCG = Nmero de sementes colocadas para

germinao.


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- 62-

Umidade das Sementes:

Grau de Umidade em BASE SECA:

Ubs(%) = [(MU / MS)] x 100Ubs = [(MU MS / MS)] MU = Massa mida, MS = Massa Seca. Grau de Umidade em BASE MIDA:

Ubu(%) = [MU / (MT*)] x 100*Obs.: MT = MS + MUUbu = [MU - MS] / MU MT = Massa Total, MU = Massa mida, MS = Massa Seca.

PP (%) = [100 (GUI GU

F) /100 GU

F]

PP = Perda de Peso,GUI = Grau de Umidade Inicial,GUF = Grau de Umidade Final.


63/109

- 63-

Nota.: Relao = UbsUbu;UbsUbu

Converso

a)- De base MIDApara SECA:

Ubs(%) = [Ubu / (100 Ubu)] x 100

b)- De base SECApara MIDA:

Ubu(%) = [Ubs / (100 + Ubs)] x 100


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Obteno de Sementes com Diferentes Graus de

Umidade:1)- Determinar: Teor de gua das Sementes (TA)

TA = (Pi Pf)/ Pi x 1002)- Se o TA estiver:

EstiverACIMAdo Grau de Umidade Desejado: Fazer Secagem do Material. Monitoramento:

Verificar: Tempo em Tempo. Como?Pf = Pi (100 TAi) / (100 - TAf)

Estiver BAIXO do Grau de Umidade Desejado:

Fazer Hidratao do Material. Monitoramento:

Verificar: Tempo em Tempo. Como?Pf = Pi (100 TAi) / (100 - TAf)


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- 65-

CARACTERSTICAS RELACIONADAS AO DESEMPENHO DE

PLANTAS ADULTAS NO CAMPO*:

* Tambm em Casa de Vegetao.

ndices Gerais

ndice de Resistncia ao Fator Estressante:( - STRESS RESISTANCE INDEX - )

RFE = PSFE PCFE]

RFE = Resistncia ao Fator Estressante,

PSFE = Produo do Gentipo Especfico em

Condies No Estressantes,

PCFE = Produo do Gentipo Especfico em

Condies Estressantes.


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- 66-

ndice de Tolerncia ao Fator Estressante:( - STRESS TOLERANCE INDEX - )

ITE = [PSFE x PCFE / (PMSFE)2]

ITE = ndice de Tolerncia ao Fator

Estressante,




Condies Estressantes,

PMSFE = Produtividade Mdia de Todos Gentipos

em Condies No Estressantes.


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- 67-

ndice de Susceptibilidade ao Fator Estressante:( - STRESS SUSCEPTIBILITY INDEX - )

ISE = [1 (PCFE / PSFE) / 1 (PMCFE / PMSFE)]

ISE = ndice de Susceptibilidade ao Fator

Estressante, PCFE = Produo do Gentipo Especfico em

Condies Estressantes, PSFE = Produo do Gentipo Especfico em

Condies No Estressantes, PMCFE = Produtividade Mdia de Todos Gentipos

em Condies Estressantes, PMSFE = Produtividade Mdia de Todos Gentipos

em Condies No Estressantes.


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- 68-

Produtividade Mdia (MEAN PRODUCTIVITY):

NON - GEOMETRIC MEAN PRODUCTIVITY

PMNG = (PSFE + PCFE) / 2] (No Geomtrica),

Obs.: H correlao Alta MP e Baixa TFE, isto

acentuado se a diferena entre produtividadeem meio no estressante e estressante

significativa.

GEOMETRIC MEAN PRODUCTIVITYPMG = PSFE x PCFE] (Geomtrica).

Obs.: No h correlao Alta MP, Baixa TFE.


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- 69-

HARMONIC MEANMH = 2(PSFE x PCFE)] / (PSFE x PCFE)

PM = Produtividade Mdia, PSFE = Produo do Gentipo Especfico em

Condies No Estressantes, PCFE = Produo do Gentipo Especfico em



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- 70-

ndice de Produo:( - YIELD INDEX - )

IP = PCFE / PMCFE]


Condies Estressantes, PMCFE = Produtividade Mdia de Todos Gentipos

em Condies Estressantes.


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- 71-

Reduo da Produtividade:

(- % Reduction -)

RP (%) = [(PSFE PCFE) / PSFE] x 100





Tabela 01 - Classificao dos gentipos de certaespcie quanto tolerncia a

determinado fator estressante com

base na reduo da produtividade.

Reduo da Produo(%)

Classificao

0 20 Tolerante (T)20 40 Moderadamente Tolerante (MT)40 60 Moderadamente Sensvel (MS)> 60 Sensvel (S)


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- 72-

Intensidade do Estresse:

IE = 1 (MPCFE / MPSFE)

IE = Intensidade do Estresse.

STRESS INTENSITY

PMCFE = Produtividade Mdia de Todos Gentipos

em Condies Estressantes.

MEAN YIELDS OF ALL GENOTYPES UNDER STRESS

PMSFE = Produtividade Mdia de Todos Gentipos

em Condies No - Estressantes.

MEAN YIELDS OF ALL GENOTYPES UNDER NON-STRESS


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- 73-

ndice de Estabilidade de Produo:

( - YIELD STABILITY INDEX - )

EP = PCFE / PSFE]


Condies Estressantes, PSFE = Produo do Gentipo Especfico em

Condies No Estressantes.


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- 74-

ndice de Qualidade de Mudas:

IQM = MST / [(H / DC) + (MSPA / MSR)]

IQM = ndice de Qualidade de Mudas,

MST = Massa da Matria Seca Total,

H = Altura,

DC = Dimetro do Colo,

MSPA = Massa Seca da Parte rea,

MSR = Massa Seca das Razes.


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- 75-

ndices Especficos

Taxa de Vazamento de Eletrlitos:TVE = (CEI / CEF)x 100]

TVE = Taxa de Vazamento de Eletrlitos,(dSm-1 / mmhoscm-1)

*CEI Condutividade Eltrica Inicial,

(dSm-1 / mmhoscm-1) **CEF = Condutividade Eltrica Inicial.

(dSm-1 / mmhoscm-1)

*Padro / Controle, ** Tratamento.

Nota.:

CEH2O (dSm-1 / mmhoscm-1) = mgL-1 de sal na H2O x 640


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- 76-

Nvel de Injria:

NI* = CEF - CEI]*Obs.: Quantidade de Eletrlitos Liberados.

NI = Nvel de Injria,(dSm-1 / mmhoscm-1)

**CEI Condutividade Eltrica Inicial,(dSm-1 / mmhoscm-1)

**CEF = Condutividade Eltrica Inicial.(dSm-1 / mmhoscm-1)

**Padro / Controle, *** Tratamento.

Nota.:

CEH2O (dSm-1 / mmhoscm-1) = mgL-1 de sal na H2O x 640


77/109

- 77-

ndice de Tolerncia:

IT DL50%Festr = (CEF - CEI) / (100 - CEI) x 100

ITDL50%Festr = ndice de Tolerncia Baseado na

Dose Letal do Fator Estressante, *CEI Condutividade Eltrica Inicial,

(dSm-1 / mmhoscm-1) **CEF = Condutividade Eltrica final.

(dSm-1 / mmhoscm-1) *Padro / Controle, ** Tratamento.

Obs.: DL50% Resistncia, Susceptibilidade, DL50% Resistncia, Susceptibilidade.


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- 78-

Tabela 02 - Repostas das Culturas Agrcolas

Condutividade Eltrica do Solo, gua

e/ou Tecido Vegetal.

Nveisde

Condutividade Eltrica(dSm-1)

Respostasdas

Culturas

0 a 2 EFEITO DA SALINIDADE NASCULTURAS PRATICAMENTEZERO.

2 a 4 APENAS EM CULTURAS MUITOSENSVEIS.

4 a 8 REDUO DA PRODUTIVIDADEEM MUITAS CULTURAS.

8 a 16 PRODUO SATISFATRIASOMENTE EM CULTURASTOLERANTES.

> 16 PRODUO SATISFATRIA EMCULTURAS ALTAMENTERESISTENTES.


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- 79-

Eficincia do Uso de gua:

EUA = BTP / QAUEUA = Eficincia do Uso de gua,

BTP = Biomassa Total Produzida*,

QAU = Quantidade de gua Utilizada.

*Obs.: rgo de Interesse Agronmico.


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- 80-

Uso Eficaz de gua:

UEA = [BTP / (QAU x IC)]

UEA = Uso Eficiente de gua,

BTP = Biomassa Total Produzida*,

QAU = Quantidade de gua Utilizada,

IC = ndice de Colheita.

* Obs.: rgo de Interesse Agronmico.

Nota.: ndice de Colheita = IC = MSO / MST

MSO = Massa Seca do rgo de Interesse

Agronmico*,

* Rendimento do Produto Comercial.

MST = Massa Seca Total**,

** Rendimento Total de Biomassa.


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- 81-

ndice de Suculncia (%):

Reflete o armazenamento de gua na planta.

IS = (MFFT / AFT) x 100

IS = MFFT / MSFT x 100

IS = (MMFFT MSFT) / AFT x 100

MFFT = Massa Fresca Total das Folhas, MSFT = Massa Seca Total das Folhas,

MMFFT = Mxima Massa Fresca Total das Folhas, AFT = rea Foliar Total.

IS + gua na Planta.

IS - gua na Planta. IS AF Transpirao Perda de gua. IS AF Transpirao Perda de gua. Espessura Foliar = IS,

Espessura Foliar = IS.


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- 82-

Razo Superfcie Foliar / Volume Foliar =

+ gua Armazenada / Transpirao, - gua Armazenada / Transpirao.


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- 83-

Reduo Relativa do Crescimento da Parte rea ou

da Subterrnea:

RC = [(1 CPMP / CAMP) x 100]

CPMP = Incremento* do Crescimento na PRESENA

do Fator Estressante,

CAMP = Incremento* do Crescimento na AUSNCIA

do Fator Estressante.

*Obs.: Massa da Matria Seca.


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- 84-

Reduo Relativa da Elongao Radicular:

REDREL = [(1 IPMP / IAMP) x 100]

IPMP = Incremento* do Crescimento na PRESENA

do Fator Estressante,

IAMP = Incremento* do Crescimento na AUSNCIA

do Fator Estressante.

*Obs.: Comprimento das Razes.

Nota.: Anlise no perodo de exposio ao agente

estressor.


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- 85-

Capacidade de Regenerao das Razes:

O potencial de regenerao das razes sob

condies de estresse ambiental reflete a

sobrevivncia das plntulas no campo.

CRR = CR / NERCRR = Capacidade de Regenerao das Razes,CR = Comprimento das Razes,NER = Nmero de Emisso de Novas Razes.

Nota.: Anlise aps o perodo de exposio aoagente estressor.


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- 86-

rea Foliar:

a) Por Massa de Discos:

AFDF = MSF x ADF / MSDF

AFDF = rea do Disco Foliar,

MSF = Massa Seca das Folhas ADF = rea dos Discos Foliares.


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- 87-

b) Por Massa de Retngulos em Folha das Plantas:

AFR = MSF x AR / MSR

AFR = rea Foliar, MSF = Massa Seca das Folhas, MSR = Massa Seca dos Retngulos Foliares, AR = rea dos Retngulos Foliares.


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- 88-

c) Por Massa da Figura em Folha de Papel:

AF = MSF x AF / MSF

MSF = Massa da Folha em Contorno de Papel, AF = rea da Figura, MSF = Massa Seca da Figura.


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- 89-

d) Por Medida do Comprimento do Limbo Foliar:

Y = 0,4322X2,3002

Y = rea Foliar/Folha, X = Comprimento da Nervura Foliar Principal.

AFP = AFF x N

AFP = rea Foliar/Planta. AFF = rea Foliar/Folha, N = Nmero de Folhas de Cada Planta.


90/109

- 90-

Dano: Reduo na qualidade e / ou quantidade da

produo.

[ D% x NF ]ND =

[ P ]

ND = Nvel de Danos p / Adoo de Medidas deControle.

D % = Porcentagem de Danos Equivalente ao Custo

de Controle.

NF = Nvel do Fator Estressante Causador de

Danos / Prejuzos Econmicos.

P = Perda (prejuzo) Causada Produo pelo

Fator Estressante.


91/109


92/109

- 92-

Perda (= Prejuzo): Diminuio em retorno

financeiro por unidade

de rea causada por

fatores nocivos s

culturas agrcolas.

P = (X Y)Np

P = Perda de Produo X = Massa dos rgos No Atacados, Y = Massa dos rgos Atacados, N = Nmero de rgos Amostrados, p = Porcentagem de rgos Atacados.


93/109

- 93-

Efeito do Estresse Ambiental Sobre a

Produtividade:

TFatEst = Psemfatest Pcomfatest

TFatEst = Tolerncia Fator Estressante,

Psemfatest = Produo Meio S / Estresse,

Pcomfatest = Produo Meio C / Estresse.


94/109

- 94-

(Y) = Yp( 1 - S x D )

Y = Produtividade.

ou = Produtividade - S / Estresse = Resistncia,

Produtividade - S / Estresse = Susceptibilidade.

Yp = Potencial* de Produo

*Obs.: Produo sob Condies timas.

S = Sensibilidade ao Fator Estressante:

S = 1 ( 1 Y / Yp ) / D

[( S Y R) ou ( S Y R)]

D = Extenso do Estresse:

D = ( 1 X / Xp )

X = Mdia de Produo (Meio Estressante).

Xp = Mdia de Produo (Meio No - Estressante).


95/109

- 95-

Efeito do Fator Estressante na Produtividade das

Culturas Agrcolas:

Avaliao de Danos por Fatores Ambientais

Estressantes Acometidos s Culturas Agrcolas:

REDPROD (%)= [ (S C) / S] x 100

REDPROD (%)= Reduo da Produtividade,

S = Produo Sem o Fator Estressante

(CONTROLE),

C = Produo Com o Fator Estressante

(TRATAMENTO).


96/109

- 96-

Valor Cultural:

VC (%) = P(%) x TG (%)

P(%) = Grau de Pureza,

TG(%) = Taxa de Germinao.

Nota.:

P(%) = MASP / MAI x

a) - MASP = Massa das Amostras com Sementes Puras,

b) - MAI = Massa da Amostra Inicial.

TG (%) = n/N) x 100 G = Taxa de Germinao, N = Nmero Total* de Sementes, n = Nmero Sementes Germinadas.* Sementes Germinadas + No Germinadas.


97/109

- 97-

O Ganho pelo Melhoramento Gentico Vegetal por

Seleo e/ou Hibridao na Produtividade das

Culturas Agrcolas:

Gp* = [(PVM PNM)]

Gp = Ganho em Produtividade,

PVM = Produtividade da Variedade Melhorada

(t/ha),

PVNM = Produtividade Variedade No Melhorada

(t/ha).

*Obs.: Produtividade Adicional.


98/109

- 98-

O Impacto Econmico da Adoo da Variedade

Melhorada em Substituio Variedade

No Melhorada:

IE = [(Gp x A x V)]

IE = Impacto econmico,

Gp = Ganho em Produtividade (t/ha),

*Obs.: Produtividade Adicional.

A = rea de Cultivo Varietal (ha),

V = Valor da Produo (US$).


99/109

- 99-

Classificao das Cultivares Parte A

Base: Desempenho em meio estressante e no

estressante.

Grupo A Gentipos com boa performance em

ambos ambientes.

Grupo B Gentipos com boa performance em

ambientes no - estressantes.

Grupo C Gentipos com boa performance em

ambientes estressantes.

Grupo D Gentipos com m performance em

ambos ambientes.


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- 100-

Classificao das Cultivares Parte B

Base: Eficincia e resposta reduo do agente

causador do estresse.

1) - Eficientes:

a) No - Responsivas: Alta produtividade emcondio de estresse, no respondendo ao

fornecimento de gua.

b) Responsivas: Alta produtividade em condio de

estresse ou no, respondendo positivamente ao

fornecimento de gua.

2) - Ineficientes:

a) No - Responsivas: Baixa produtividade em

condio de estresse ou no.

b) Responsivas: Em condio de estresse, a

produo abaixo da mdia e, de no

estresse, ela acima da mdia.


101/109

- 101-

Eficincia = Produo (Alto de Nvel de gua)

Mdia (Meio C / Fator

Estressante).

Resposta gua = Produo em Ambiente com Alta

Disponibilidade de gua -

Produo em Ambiente com

Baixa Disponibilidade de gua

/ Nvel Alto de gua - Nvel

Baixo de gua.


102/109

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APOIO:

UESB DCB / LABGENEX e PPGAgro:

UESB


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