O melhoramento genético florestal pode ser considerado como uma ciência relativamente nova, que teve seu maior desenvolvimento mundial a partir de 1950 e, no Brasil, a partir de 1967.
Naquela época, o setor florestal brasileiro vivia uma período de intensa atividade de reflorestamento, alimentada pelos incentivos fiscais do governo, visando a produção de matéria-prima florestal, principalmente para o abastecimento de carvão vegetal para as indústrias siderúrgicas e de madeira para as indústrias de celulose e papel.
De maneira bem simples o melhoramento de plantas consiste em modificar seu patrimônio genético, com a finalidade de obter variedades, ou híbridos, que apresentam maior rendimento, com produtos de alta qualidade e capazes de se a adaptar às condições de um determinado ambiente, além de exibirem resistência às principais pragas e doenças.
Ele tem como base os conhecimentos da área de genética, tratando-se talvez do que poderíamos chamar de genética aplicada, que é uma área do conhecimento que exige a integralização e uso de várias outras disciplinas e campos do conhecimento, como a botânica, taxonomia, genética, citologia, fitopatologia, entomologia, biologia molecular, fisiologia, estatística, entre outras.
Esta ciência apresenta peculiaridades e aspectos próprios, já que as espécies arbóreas são perenes, de ciclo muito longo e com diversidade de sistemas reprodutivos.
Características do Melhoramento Genético Florestal
Embora os objetivos do melhoramento genético de espécies florestais sejam específicos para cada finalidade industrial ou de uso direto da matéria-prima, existem alguns aspectos de interesse comum. Características como incremento volumétrico, forma de fuste, produção de sementes e tolerância às adversidades do meio são fundamentais para todos os setores como ponto de partida para seus objetivos específicos. A variabilidade existente nessas características básicas precisa ser explorada para tornar os empreendimentos florestais mais produtivos e abrangentes em todas as regiões.
O programa de Melhoramento Genético Florestal parte de uma população-base, a partir da qual a seleção será implantada em diferentes intensidades. Essa população selecionada servirá para a produção de sementes ou de mudas clonais, além de servir para a recombinação em novos cruzamentos.
Cruzamentos entre plantas perenes têm sido utilizados para a obtenção de características tecnológicas da madeira e da polpa, as quais apresentam herdabilidade de média a alta magnitude. No entanto, os limites de variabilidade verificados nas espécies tradicionalmente plantadas no Brasil, tornam-se um empecilho para a obtenção de indivíduos que possam dar saltos quantitativos e qualitativos no desempenho industrial.
Propagação vegetativa e cultura de tecidos vegetais
Dentre os métodos mais usados para o Melhoramento Florestal, está a seleção de árvores elites e a sua propagação por meio de clonagem. Plantios clonais oferecem vantagens para a produtividade devido aos seus ganhos genéticos que podem ser aditivos por meio de seleção massal e propagação de indivíduos-elite.
São construídos os jardins clonais, ou minijardins clonais, ou ainda, por micropropagação. Antes do plantio, os clones são submetidos a testes clonais, que consistem em plantá-los em diferentes condições no intuito de confirmar a superioridade existente no material genético.
Os minijardins clonais que utilizam a técnica de miniestaquia apresentam grande contribuição para a produção florestal e, nessa área, o Brasil apresenta-se como destaque mundial. Os minijardins estão cada vez mais evoluídos, permitindo a redução de área para produção inicial, a redução no tamanho das estacas e o incremento na produção.
Já as técnicas de Cultura de Tecidos vêm sendo utilizadas de diferentes formas para o desenvolvimento de cultivares superiores de plantas. De maneira geral, elas são requeridas em determinada etapa dos programas de melhoramento, oferecendo novas alternativas e, muitas vezes, soluções únicas.
A micropropagação é a técnica mais utilizada da Cultura de Tecidos e, talvez, a de maior impacto. Possui ampla aplicação na multiplicação de plantas lenhosas como árvores-elite, possibilitando a obtenção de clones mais produtivos.
A técnica de embriogênese somática também é amplamente empregada, especialmente para o desenvolvimento de propágulos de coníferas, possibilitando a propagação massal de famílias-elite de árvores. Ela oferece potencial para a produção e para o armazenamento de germoplasma de clones, além da propagação de um número ilimitado de plantas.
O melhoramento genético de plantas é a ciência que tem como objetivo aumentar a frequência de bons alelos nas populações dos vegetais, para que sejam desenvolvidas suas qualidades ou para adicionar características que vão desempenhar uma função benéfica à produção agrícola.
Geralmente, a escolha dos alelos favoráveis permite que as espécies de cultivares sejam mais produtivas e resistentes ou tolerantes às pragas, doenças, estresses climáticos e outros.
A atividade é desenvolvida de modo contínuo e pode ser considerada como uma forma ecologicamente responsável de aumento da produção com qualidade além de gerar uma maior variabilidade dos alimentos.
Os programas que são desenvolvidos nesta vertente buscam assegurar a alimentação da população que cresce a cada ano, contribuindo diretamente para a segurança alimentar, saúde e nutrição das pessoas.
O legado de Mendel
O melhoramento genético de plantas começa com a escolha dos genes, que não é uma prática recente, os primeiros agricultores já faziam a seleção de espécies visando uma melhor produção. Porém, os experimentos de Gregor Mendel e suas ervilhas, em 1856, valendo-se da estatística deu um caráter científico a este método dando origem à Genética.
O pai da Genética abriu possibilidades para estudos da manipulação da hereditariedade, melhoramento e desenvolvimento de cultivares.
Hoje, o modo de avaliar e selecionar os genes das plantas conta com métodos não só da Genética, mas também da Biologia Molecular, Agronomia, Eng. Florestal, Bioinformática, Fitopatologia e outras áreas
A interação de Genótipo X Ambiente, do melhoramento de plantas
O genótipo é a constituição genética total de um organismo, ou seja, é a sequência de nucleotídeos do DNA.
Já o fenótipo é a expressão de uma característica, que depende do genótipo e do ambiente, que são as circunstâncias ao redor de um organismo ou grupo de organismos e que afetam o seu crescimento e desenvolvimento.
A interação é baseada na ação que se estabelece entre eles, seja ela recíproca ou de um sobre o outro.
A importância da interação para o melhorista está na identificação do melhor genótipo para cada ambiente específico. O teste da interação do genótipo com o ambiente pode demandar tempo e dinheiro no programa de melhoramento.
Dessa forma, seu trabalho deve ser cuidadoso, porque um genótipo pode não ser adequado para um ambiente, mas pode ter desempenho satisfatório em outro.
Os estudos usam da estatística para comparar as performances dos genótipos em diferentes ambientes. Eles poderiam ser considerados estáveis (com desempenho consistente) ou instáveis (com performance inconsistente).
Porém, não era o suficiente para saber o ganho genético obtido em um ambiente. Esta informação é fundamental para que o melhorista escolha as melhores soluções para as cultivares.
As interações podem ser simples ou cruzadas
A interação simples, também chamada de quantitativa, acontece quando há mudança na magnitude de performance dos genótipos, mas seu ordenamento permanece inalterado em diferentes ambientes. Assim, indicam que as populações são geneticamente heterogêneas e os ambientes homogêneos, ou vice-versa.
Já a interação cruzada, também conhecida como qualitativa, em que há respostas diferenciadas dos genótipos nos diferentes ambientes. Alterando a classificação, sendo importante para manutenção da variabilidade genética e na adaptação de espécies.
Pode ocorrer ausência de interação quando as condições ambientais não alteram o comportamento dos genótipos, afetando o comportamento deles de maneira igual.
Os programas de melhoramento de plantas podem atuar na produção de soja, por exemplo. No Brasil, a planta é produzida em ambientes diversos, com altas ou baixas latitudes, visando muitas vezes à elevação dos teores de proteínas e óleo, por exemplo.
Dessa forma, a sua produtividade depende não só da seleção de genótipos de alto desempenho, mas também, das condições ambientais, capazes de gerar as expressões fenotípicas.
A Interação de Genótipo X Ambiente, faz parte do melhoramento de plantas, ciência busca desenvolver as qualidades dos vegetais ou adicionar características que beneficiem à produção agrícola.
Como funciona um programa de melhoramento de plantas?
O programa de melhoramento genético de plantas precisa ter uma boa estrutura para a realização das atividades. De início, o melhorista deve mapear os problemas que existem na região de produção e definir um objetivo.
Esta etapa é importante porque vai ajudar a direcionar a seleção dos alelos visando solucionar ou minimizar os problemas ou aumentar os ganhos de produtividade.
Entre os objetivos mais comuns estão: o aumento da produtividade, o desenvolvimento de cultivares adaptadas a uma região geográfica, a resistência a doenças ou cultivares com melhor qualidade nutricional.
A outra etapa consiste em conseguir populações bases ou suplementares. Que vão ser as fontes dos alelos favoráveis a serem introduzidos nas populações existentes, gerando uma nova cultivar. As populações bases precisam ter uma variabilidade genética para que se possa encontrar nelas os alelos de interesse.
Uma boa seleção dos alelos das plantas é feita com planejamento e objetivo. Após definir a finalidade do programa, o especialista precisa estar atento ao desenvolvimento das atividades.
Será preciso também ter flexibilidade para incluir novos objetivos e novas ferramentas tecnológicas, principalmente da biologia molecular e bioinformática, que possam gerar eficiência de seleção nas plantas.
Deste modo, compreender o funcionamento da seleção genômica torna-se importante para obter resultados satisfatórios.
Seleção genômica
Genoma é a sequência completa de DNA (ácido desoxirribonucleico) de um organismo, ou seja, o conjunto de todos os genes da grande maioria dos seres vivos.
A ciência que estuda o genoma, ou seja, o sequenciamento e as informações geradas é a Genômica. Ela surgiu para compreender como os genes estão organizados no genoma, sua função, regulação e interação com outros genes.
As pesquisas na área da Genômica e Biologia Molecular possibilitaram identificar os marcadores genéticos dos organismos. Eles são qualquer elemento capaz de diferenciar, prever e caracterizar um indivíduo por meio do seu genótipo e que seja capaz de reproduzir na descendência.
Após a identificação, os marcadores ajudam na identificação de características de interesse, como resistência de doenças, resistência a pragas, estresses hídricos etc.
Eles podem ser de microssatélites (SSR), muito usado em estudos de ancestralidade devido sua alta reprodutibilidade e fácil execução; os SNPs, que detectam mutações e polimorfismos através de alterações de uma única base no genoma; e outros.
Em 2001, o agrônomo e professor de bioinformática, Theodorus Meuwissen, junto a outros pesquisadores se propuseram estimar os efeitos dos marcadores genéticos nos animais. Como resultado, surgiu a seleção genômica ampla, técnica que também é utilizada no Melhoramento genético vegetal.
Seleção Genômica Ampla
Na seleção genômica ampla ocorre o prognóstico dos efeitos genéticos de diversos marcadores genéticos que se encontram dispersos no genoma do organismo. Dessa forma, é possível estimar os efeitos baseados nos dados fenotípicos da população de estimação.
Após esta etapa, eles são testados em uma população de validação e, em seguida, são selecionados aqueles que contenham as informações que explicam a variância genética do caráter estudado. Por fim, a informação é incorporada à etapa de seleção do programa de melhoramento genético vegetal.
O ponto chave da análise destes marcadores é a estimação dos efeitos, uma vez que o número de parâmetros que precisam ser estimados é muito superior ao número de observações fenotípicas disponíveis.
Foto: IAPAR (Instituto Agronômico do Paraná)
No melhoramento genético vegetal é fundamental a escolha de alelos favoráveis que possibilitem o desenvolvimento de cultivares resistentes ou tolerantes às adversidades. A seleção genômica, dessa forma, auxilia na identificação dos marcadores genéticos e possibilita ao melhorista estimar os efeitos em uma população de larga escala.
Métodos de melhoramento genético de plantas
Os métodos de melhoramento genético de plantas são caminhos que o especialista vai utilizar para fazer a seleção dos genes. Eles variam de acordo com o tipo de objetivo, modo de reprodução da planta e população base.
O intuito é gerar a cultivar, um grupo de indivíduos de qualquer gênero ou espécie vegetal superior, determinado pelo seu fenótipo e genótipo. Há variados métodos, podendo ser de linhas puras, multilinhas, híbridos, sintéticos e outros. O maior desafio do melhorista é desenvolver cultivares superiores às que já existem no mercado.
O programa terá boas chances de obter êxito se forem realizadas avaliações fenotípicas periodicamente e se houver cuidado com a manutenção da semente para a distribuição.
Melhoramento genético florestal
O melhoramento genético florestal pode ser considerado como uma ciência relativamente nova, que teve seu maior desenvolvimento mundial a partir de 1950 e, no Brasil, a partir de 1967.
Naquela época, a silvicultura Florestal no Brasil vivia um período de intensa atividade de reflorestamento, alimentada pelos incentivos fiscais do governo. Visando a produção de matéria-prima florestal, principalmente para o abastecimento de carvão vegetal para as indústrias siderúrgicas e de madeira para as indústrias de celulose e papel.
De maneira bem simples o melhoramento de plantas consiste em modificar seu patrimônio genético, com a finalidade de obter variedades, ou híbridos. Estes que apresentam maior rendimento, com produtos de alta qualidade e capazes de se a adaptar às condições de um determinado ambiente, além de exibirem resistência às principais pragas e doenças.
Ele tem como base os conhecimentos da área de genética, tratando-se talvez do que poderíamos chamar de genética aplicada, que é uma área do conhecimento que exige a integralização e uso de várias outras disciplinas e campos do conhecimento. Como a botânica, taxonomia, genética, citologia, fitopatologia, entomologia, biologia molecular, fisiologia, estatística, entre outras.
Esta ciência apresenta peculiaridades e aspectos próprios, já que as espécies arbóreas são perenes, de ciclo muito longo e com diversidade de sistemas reprodutivos.
Características do melhoramento genético florestal
Embora os objetivos do melhoramento genético de espécies florestais sejam específicos para cada finalidade industrial ou de uso direto da matéria-prima, existem alguns aspectos de interesse comum.
Características como incremento volumétrico, forma de fuste, produção de sementes e tolerância às adversidades do meio são fundamentais para todos os setores como ponto de partida para seus objetivos específicos.
A variabilidade existente nessas características básicas precisa ser explorada para tornar os empreendimentos florestais mais produtivos e abrangentes em todas as regiões.
O programa de Melhoramento Genético Florestal parte de uma população-base, a partir da qual a seleção será implantada em diferentes intensidades. Essa população selecionada servirá para a produção de sementes ou de mudas clonais, além de servir para a recombinação em novos cruzamentos.
Cruzamentos entre plantas perenes têm sido utilizados para a obtenção de características tecnológicas da madeira e da polpa, as quais apresentam herdabilidade de média a alta magnitude.
No entanto, os limites de variabilidade verificados nas espécies tradicionalmente plantadas no Brasil, tornam-se um empecilho para a obtenção de indivíduos que possam dar saltos quantitativos e qualitativos no desempenho industrial.
Propagação vegetativa e cultura de tecidos vegetais
Dentre os métodos mais usados para o Melhoramento Florestal, está a seleção de árvores elites e a sua propagação por meio de clonagem. Plantios clonais oferecem vantagens para a produtividade devido aos seus ganhos genéticos que podem ser aditivos por meio de seleção massal e propagação de indivíduos-elite.
São construídos os jardins clonais, ou minijardins clonais, ou ainda, por micropropagação. Antes do plantio, os clones são submetidos a testes clonais, que consistem em plantá-los em diferentes condições no intuito de confirmar a superioridade existente no material genético.
Os minijardins clonais que utilizam a técnica de miniestaquia apresentam grande contribuição para a produção florestal e, nessa área, o Brasil apresenta-se como destaque mundial. Os minijardins estão cada vez mais evoluídos, permitindo a redução de área para produção inicial, a redução no tamanho das estacas e o incremento na produção.
Já as técnicas de Cultura de Tecidos vêm sendo utilizadas de diferentes formas para o desenvolvimento de cultivares superiores de plantas. De maneira geral, elas são requeridas em determinada etapa dos programas de melhoramento, oferecendo novas alternativas e, muitas vezes, soluções únicas.
Deste modo, a micropropagação é a técnica mais utilizada da Cultura de Tecidos e, talvez, a de maior impacto. Possui ampla aplicação na multiplicação de plantas lenhosas como árvores-elite, possibilitando a obtenção de clones mais produtivos.
Portanto, a técnica de embriogênese somática também é amplamente empregada, especialmente para o desenvolvimento de propágulos de coníferas, possibilitando a propagação massal de famílias-elite de árvores.
Ela oferece potencial para a produção e para o armazenamento de germoplasma de clones, além da propagação de um número ilimitado de plantas.
Finalização do programa de melhoramento genético
Após realizar todas as etapas do melhoramento genético de plantas e uma nova cultivar for criada vai ser necessário cadastrá-la no Registro Nacional de Cultivares (RNC). Trata-se de um sistema de controle da produção e comercialização de sementes e mudas do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA).
Este registro exige diversas avaliações necessárias para distinguir a cultivar elaborada de outras que já existem no mercado.
O melhoramento genético pode ser realizado em diferentes culturas, sejam elas agronômicas ou florestais. Vale a pena se aprofundar no assunto realizando cursos de pós-graduação que possibilite ao profissional se especializar de maneira eficiente nas mais variadas técnicas utilizadas.
Pesquisa da Embrapa em parceria com a Universidade Federal de Viçosa (UFV) identificou dois novos genes que potencializam a tolerância da planta ao alumínio na cultura do sorgo. A descoberta brasileira foi contada em artigo publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA (PNAS), da Academia de Ciências dos Estados Unidos da América, por meio do artigo “Variantes repetitivas na região promotora do gene SbMATE protegem as raízes de sorgo dos efeitos tóxicos do alumínio por meio de interações em cis e trans”. Os dois genes identificados potencializam o efeito de um terceiro, chamado SbMATE, que faz com que as plantas tolerem o alumínio tóxico em solos ácidos.
Esses dois genes isolados, chamados de fatores de transcrição, atuam como um sensor: na presença de alumínio, a expressão de ambos é aumentada, exatamente quando a tolerância ao elemento é necessária. Na ausência do elemento químico, a expressão dos dois é reduzida, diminuindo também a expressão do gene SbMATE.
“Acreditamos que isso seja resultado de um mecanismo evolutivo, para evitar a perda de energia, na forma de carbono orgânico, quando não há estresses de alumínio”, esclarece o pesquisador da Embrapa Milho e Sorgo(MG) Jurandir Vieira de Magalhães, que liderou a pesquisa em parceria com a professora Elizabeth Fontes, da Universidade Federal de Viçosa (UFV).
Esse resultado é especialmente importante porque os solos das regiões do Cerrado brasileiro são ácidos, com a presença de alumínio, que danifica o sistema radicular das plantas e reduz a produtividade da lavoura. Além do Brasil, esse problema também é muito comum em regiões tropicais, em grande parte da África e da Ásia.
Mais tolerância à seca
A tolerância das culturas ao alumínio tem relação estreita com a capacidade da planta de tolerar também a seca, pois, quando as raízes das culturas são danificadas pelo alumínio, elas não se aprofundam no solo. Um sistema radicular danificado reduz a capacidade de absorção de água e de nutrientes, o que ocasiona a perda de produtividade nas lavouras. Esse problema é particularmente comum nos períodos de veranico, que ocorrem com frequência na região do Cerrado brasileiro.
“Na Embrapa, inclusive, foi pela identificação de cultivares mais tolerantes à seca que, há mais de 20 anos, os primeiros materiais tolerantes ao alumínio foram identificados pelos pesquisadores Robert Schaffert, no melhoramento de sorgo, e Elton Gama e Ricardo Magnavacca, no melhoramento de milho.”, conta Magalhães.
Avanço no processo de melhoramento
A intensão da pesquisa também foi gerar uma tecnologia que permitisse fazer um diagnóstico molecular da tolerância ao alumínio até mesmo de um banco de germoplasma, com centenas ou até milhares de acessos, facilitando o trabalho do melhorista na identificação de fontes de tolerância.
Esse resultado pode ser utilizado para direcionar os cruzamentos nos programas de melhoramento genético, de forma a facilitar a produção de cultivares tolerantes ao alumínio. “O estudo, no fim, compõe um sistema de informação genética. Agora, com o conhecimento desses genes, fazendo novos ensaios moleculares, podemos indicar ao melhorista, com maior precisão, quais os cruzamentos devem ser feitos para o desenvolvimento de cultivares de sorgo tolerantes ao alumínio para cultivo em solos ácidos.”
Para Magalhães, dois impactos desse trabalho se destacam. “Agora, considerando os novos genes, temos maior poder de predição se um genótipo vai ser tolerante ou sensível ao alumínio, e podemos também maximizar a eficiência do gene SbMATE no aumento da produtividade do sorgo cultivado em solos ácidos”, comemora o cientista.
A descoberta do gene fundamental para a lavoura
De acordo com Magalhães, a pesquisa com tolerância de plantas à toxidez do alumínio na Embrapa já tem várias décadas e, a partir de 2002, os cientistas começaram a investir na clonagem dos genes relacionados à essa característica.
“Um estudo da clonagem, concluído em 2007, resultou na identificação do SbMATE, o primeiro gene de tolerância ao alumínio isolado em sorgo e o segundo identificado em plantas. O trabalho foi realizado pela Embrapa Milho e Sorgo em parceria com a Universidade de Cornell, o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) e a Universidade do Texas A&M”, conta o cientista da Embrapa, lembrando que o resultado foi publicado na revista Nature Genetics.
Com base nesse conhecimento, a equipe da Embrapa Milho e Sorgo realizou uma investigação do efeito desse gene na produtividade de grãos em solos ácidos. “Apesar de já termos isolado o gene SbMATE, nós ainda não havíamos quantificado em detalhes o seu efeito na produção de sorgo cultivado em solos com toxidez de alumínio. Publicamos então um outro artigo em 2016, mostrando que o gene provoca um aumento de produtividade de sorgo de mais de uma tonelada por hectare sob toxidez de alumínio no solo. Concluímos que, para uma condição de cultivo de sorgo em solos de Cerrado, é fundamental ter esse gene na cultura”, declara.
No entanto, os cientistas encontraram, posteriormente, materiais que deveriam ser tolerantes ao alumínio, por causa da ação do gene SbMATE, mas apresentavam menos tolerância do que o esperado, ou era até mesmo sensível ao elemento. “Começou a haver uma certa frustração, pois a técnica funcionava, mas não de forma perfeita como desejávamos. Com isso, levantamos a hipótese de que o gene SbMATE provavelmente não agia sozinho. Talvez ele precisasse de outros genes para controlar a sua expressão, potencializando seu efeito na tolerância ao alumínio”, lembra Magalhães.
Foi justamente esse o teor da descoberta publicada agora na revista PNAS. Na pesquisa, foram identificados dois outros genes que interagem com o gene clonado em 2007 e potencializam a ação daquele na tolerância ao alumínio. “A identificação desses dois novos genes foi um ponto fundamental do trabalho. Explicando de uma forma bem simples, os genes têm uma sequência de DNA, que precede o gene propriamente dito, chamada de região promotora, que controla a expressão gênica. Espera-se que, quanto maior a expressão de um gene, maior deverá ser a quantidade da proteína codificada por esse gene, o que influenciará as diferentes características controladas pelos genes como, por exemplo, a tolerância ao alumínio controlada pelo gene SbMATE.”
Em outras palavras, os genes podem ser mais ou menos expressos, dependendo de variantes presentes nas regiões promotoras. Por exemplo, as células do organismo humano contêm o conjunto completo dos genes do organismo. Entretanto, alguns deles podem estar ligados em certas células e outros desligados, ou podem ocorrer variações na expressão gênica, em determinados tecidos e em certas condições. Isso contribui, entre outras coisas, para diferenciação dos nossos órgãos.
O pesquisador da Embrapa explica que a mesma comparação pode ser feita com os genes de tolerância ao alumínio. O gene SbMATE é muito mais expresso bem na ponta da raiz do que em outras regiões radiculares, e é exatamente o ápice radicular que tem que ser protegido do alumínio para que o sistema radicular se desenvolva bem na presença do metal. (veja a diferença na figura acima)
A Espectroscopia no Infravermelho Próximo, ou NIR (Near-Infrared Spectroscopy, na sigla em inglês), é uma das mais versáteis e promissoras ferramentas do setor agrícola. Seu emprego tem auxiliado a caracterizar material genético de caju, analisar compostos de plantas medicinais e até agilizar a seleção de frutas, aprimorando o controle de qualidade. Todas essas aplicações feitas com velocidade muito maior do que os métodos convencionais.
Uma pessoa bem treinada consegue selecionar uma fruta por segundo, em um centro de embalagem e distribuição de frutas. Utilizando a NIR, é possível ampliar a produtividade de seleção para mais de 50 frutas por segundo.
As frutas seguem em uma esteira e passam pelo aparelho, que capta comprimento de onda e a intensidade da absorção de luz infravermelha. Os resultados são estimados por meio dos espectros captados. De acordo com modelos matemáticos e parâmetros previamente estabelecidos que associam as respostas obtidas a atributos de qualidade, as frutas são rapidamente selecionadas e separadas para diferentes destinações. O método permite a determinação simultânea de vários atributos de qualidade, tais como doçura, acidez, vitaminas, firmeza e, até, compostos funcionais
“Estudos realizados com aplicação de NIR em frutas mostram que se consegue selecionar 70, 80 até 100 frutas por segundo”, diz o pesquisador Ebenezer Silva, da Embrapa Agroindústria Tropical (CE), responsável por estudos que utilizam a técnica para melhorar o controle de qualidade em diversas aplicações agroindustriais.
Silva explica que a técnica tem sido usada na chamada “Indústria 4.0”, ou quarta revolução industrial, para realizar o controle de qualidade em tempo real. As aplicações estão cada vez mais próximas dos consumidores. Existem estudos para embarcar a tecnologia em smartphones. Assim, usando equipamentos NIR do tamanho de um chip, associado ao Big Data armazenado na nuvem, o consumidor poderá selecionar, com uma foto, as melhores frutas em uma gôndola de supermercado. Será possível saber, por exemplo, quão doce e suculento está um melão.
O NIR é capaz de realizar análises de forma rápida, sem destruir as amostras, eliminando a necessidade de realização de testes laboratoriais sofisticados e caros. O pesquisador esclarece, ainda, que é importante investir no desenvolvimento de modelos de calibração, já que esses protocolos podem custar caro. “A tecnologia é cara se vai buscar modelos de fora, porque os modelos são patenteáveis”, salienta.
Método facilita organização de material genético de cajueiro
A técnica NIR está em uso desde 2015 para acelerar a organização do Banco Ativo de Germoplasma do Cajueiro (BAG Caju) da Embrapa, que reúne os exemplares de plantas utilizados no Programa de Melhoramento Genético do Cajueiro. A expectativa é reduzir drasticamente os custos e o tempo de caracterização do banco, bem como facilitar futuras pesquisas com novos usos da planta.
“Seria uma forma de turbinar a caracterização do banco, de investigar aspectos de interesse de cada acesso, mesmo quando só temos uma árvore”, diz a pesquisadora Ana Cecília Ribeiro de Castro, coordenadora do BAG Caju.
O trabalho começou com a construção de um banco de espectros dos pseudofrutos e castanhas. Depois, os pesquisadores correlacionaram o banco de espectros com os dados obtidos em laboratório para determinadas características de interesse. No futuro, a caracterização de acessos do BAG Caju poderá dispensar a necessidade de realização de demorados e dispendiosos testes de bancada nos laboratórios.
“Podemos caracterizar o banco só com a captura dos espectros. Isso leva um tempo, mas é infinitamente mais rápido e ordenado do que analisar fruto a fruto no Laboratório de Pós-colheita”, explica a pesquisadora Ana Cecília Castro. “Quanto mais dados eu tenho, mais fácil será a utilização do acervo para outros fins. Seja a aplicação direta na química, seja para o melhoramento genético. Por isso, a caracterização é uma atividade contínua, que se aprimora com ferramentas analíticas como NIR”, detalha a pesquisadora.
Análise de planta medicinal sem usar reagentes
Outro estudo com NIR realizado na Embrapa resultou em um método para identificar diferentes quimiotipos de macela-da-terra (Egletes viscosa), planta da família do girassol que possui propriedades farmacológicas. O aparelho capta os espectros de luz infravermelha de um pequeno punhado de inflorescências e identifica características da amostra. O procedimento dura poucos minutos e não usa reagentes.
Silva acredita que o modelo desenvolvido para macela-da-terra pode, no futuro, passar por ajustes para utilização na indústria. “É útil para controlar algumas características ou compostos de interesse em alta velocidade e com alta precisão”, afirma.
No caso da macela-da-terra, a composição química do óleo essencial, que é uma característica intrínseca para cada quimiotipo, pôde ser determinada indiretamente por meio de modelos matemáticos aplicados aos espectros de infravermelho de suas inflorescências. No método convencional, seria necessário extrair o óleo, um processo que demora de três a quatro horas, e em seguida analisá-lo em um equipamento de bancada (cromatógrafo gasoso com espectrômetro de massas), processo que poderia demorar mais de uma hora.
Por enquanto, o modelo desenvolvido para macela-da-terra está em uso no laboratório para seleção de material utilizado em um projeto que estuda o potencial da planta para tratamento de problemas gastrintestinais. Mas o protocolo também poderá ser aplicado, futuramente, na indústria para o controle de qualidade da matéria-prima.
O projeto, em curso no Laboratório Multiusuário de Química de Produtos Naturais em Fortaleza (CE), deve avaliar a atividade gastroprotetora dos dois quimiotipos (exemplares que apresentam características químicas diferentes). Pretende, ainda, desenvolver métodos de autenticação botânica dos diferentes tipos da planta para avaliar qual o mais eficiente. “Uma vez que eles realmente apresentem diferença significativa em atividade biológica, será necessário um método que permita a seleção e o controle de qualidade”, explica o pesquisador Kirley Canuto.
O pesquisador acredita que esse tipo de teste rápido é útil para o controle de qualidade na indústria de processamento de plantas aromáticas e medicinais. “Uma mesma planta pode ter diversos quimiotipos, que muitas vezes não são identificáveis a olho nu”, explica o pesquisador. “Por esse motivo, são necessários métodos para garantir que aquele produto contém o quimiotipo que apresente o conjunto de substâncias ativas”, explica.
O programa de melhoramento genético de batata da Embrapa envolve várias vertentes, entre elas pesquisas voltadas ao desenvolvimento de materiais com resistência a determinadas doenças consideradas importantes na cultura. Esse é o caso, por exemplo, da avaliação relacionada à reação de clones avançados de batata à pinta preta, na região do Alto Paranaíba, em Minas Gerais, onde se concentra boa parte da produção no estado.
Iniciado em 2016, a partir do contrato de cooperação técnica firmado entre a Cooperativa Agropecuária do Alto Paranaíba (Coopadap) e a Embrapa Hortaliças (Brasília, DF) os resultados mostrados animaram o pesquisador Valdir Lourenço Júnior, que vem conduzindo os experimentos montados no município mineiro de Rio Paranaíba. “Verificamos que alguns desses clones apresentaram resistência parcial ou tolerância à pinta preta, o que representa um avanço significativo, tendo em vista que a variedade Ágata, desenvolvida na Europa e a mais cultivada no Brasil, é mais suscetível à doença”, explica o pesquisador.
O termo “resistência parcial” deve-se, segundo ele, ao fato de os clones não se mostrarem totalmente resistentes à pinta preta, mas o dano causado pela doença é menor quando comparado com a cultivar Ágata. “Em resumo, a principal vantagem no caso de os nossos clones se tornarem cultivares é a tendência à redução da necessidade de aplicação de fungicidas”, observa Valdir, que chama a atenção para outras ações que têm como pano de fundo o trabalho conjunto com a Coopadap.
Segundo ele, a parceria com a cooperativa não se limita aos experimentos para avaliar a reação de clones de batata à pinta preta. Ele lembra que há outro contrato de cooperação técnica assinado entre as duas instituições para o manejo da podridão-branca em alho e cebola, considerada a mais importante entre as doenças que atingem os cultivos de aliáceas. E do alho e cebola para os trabalhos com a batata, não foi preciso transpor fronteiras.
“As linhas de ação previstas no primeiro contrato foram ampliadas pela inclusão da área plantada com os clones de batata, devido à relevância de seu cultivo para a economia da região, se consideramos a alta produção – acima de 40 toneladas por hectare”.
Clones são materiais de batata geneticamente modificados, selecionados pelo programa de melhoramento de batata (coordenado pela Embrapa Clima Temperado) e avaliados em condições de campo e em casas de vegetação pela Embrapa Hortaliças e pelo Escritório da Embrapa em Canoinhas (SC), integrantes do programa.
Para a identificação de clones resistentes, são instalados experimentos em área disponibilizada por uma instituição parceira, a exemplo do trabalho desenvolvido na região do Alto Paranaíba com a Coopadap: ao se identificar a presença da pinta preta, é quantificada a incidência e severidade, e baseado nessas informações o pesquisador considera com maior resistência o clone que apresentou menores danos.
De acordo com Valdir, o trabalho continua na identificação de outros possíveis clones que podem apresentar a mesma resistência à pinta preta e também a outras doenças da batata como a requeima e a murcha bacteriana. “No caso de confirmação de seu potencial de resistência e características desejáveis para indústria ou mesa uma nova variedade pode ser lançada”.
O programa de melhoramento genético de batata da Embrapa envolve várias vertentes, entre elas pesquisas voltadas ao desenvolvimento de materiais com resistência a determinadas doenças consideradas importantes na cultura. Esse é o caso, por exemplo, da avaliação relacionada à reação de clones avançados de batata à pinta preta, na região do Alto Paranaíba, em Minas Gerais, onde se concentra boa parte da produção no estado.