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Melhoramento e Propagação Vegetativa de Plantas

MELHORAMENTO E PROPAGAÇÃO VEGETATIVA DE PLANTAS (MPVP)

http://dgp.cnpq.br/dgp/espelhogrupo/459681 Pesquisa Em Atividade

Contato:

dilson.bisognin@ufsm.br (55) 3220-8900 Prédio:77 Sala:40 à 60

Apresentação

O Núcleo de Melhoramento e Propagação Vegetativa de Plantas (MPVP) da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) dispõe de infraestrutura de espaço físico e de equipamentos, adquiridos com recursos financeiros oriundos de projetos de desenvolvimento científico e tecnológico, para dar suporte as atividades de ensino, pesquisa e inovação e para melhor qualificar os recursos humanos.

No Núcleo de Melhoramento e Propagação Vegetativa de Plantas são realizadas pesquisas científicas e tecnológicas e de desenvolvimento de tecnologias, produtos ou processos, em conformidade com a Lei 13.243/2016. Os recursos financeiros necessários para a manutenção e ampliação da infraestrutura e para a condução das pesquisas são captados a partir de projetos aprovados por Instituições Públicas, como CNPq, CAPES, FINEP e FAPERGS, e como resultado de Acordos de Parceria com Empresas Privadas.

As pesquisas científicas e tecnológicas realizadas no MPVP são em genética e melhoramento e em propagação vegetativa de plantas. As atividades de pesquisa inicialmente se concentraram em genética e melhoramento de batata, devido ao treinamento e a possibilidade de financiamento junto a instituições públicas de pesquisa e desenvolvimento tecnológico e a consolidação do grupo de pesquisa em Genética e Melhoramento de Batata. Como consequência, os principais projetos de pesquisa e desenvolvimento científico e tecnológico, incluindo o de pesquisador do CNPq, são com a cultura da batata.

A ampliação e modernização da infraestrutura para a pesquisa científica e tecnológica e para o treinamento de recursos humanos possibilitou desenvolver tecnologias inovadoras em propagação vegetativa de espécies anuais e perenes. A consolidação da pesquisa e a utilização de técnicas de produção massal de mudas criou as condições necessárias para o desenvolvimento de métodos e estratégias de melhoramento genético para a propagação vegetativa dessas espécies. O melhoramento para a propagação vegetativa atualmente direciona todas as ações de pesquisa e desenvolvimento científico e tecnológico do Núcleo de Melhoramento e Propagação Vegetativa da Universidade Federal de Santa Maria.


 

Descrição Geral

O sucesso de uma nova cultivar de espécies anuais e perenes propagadas vegetativamente depende, em grande parte, da disponibilidade e facilidade de acesso a mudas de alta qualidade genética e fitossanitária. A disponibilidade e acessibilidade a mudas pode também afetar o custo final de produção, pois é um dos fatores determinantes do mesmo. Também, a produtividade e a qualidade da produção estão diretamente relacionadas com a qualidade das mudas utilizadas. Portanto, o sucesso de um empreendimento agrícola ou silvicultural com espécies propagadas vegetativamente depende de um sistema adequado de produção e distribuição de mudas de comprovada origem genética e com estado fisiológico e fitossanitário adequados.

A implantação de um sistema de produção de mudas de uma determinada espécie requer o atendimento aos procedimentos legais e o desenvolvimento de técnicas de manejo da produção. A legislação brasileira prevê que a certificação de mudas, material de propagação vegetal que tenha a finalidade específica de plantio, somente é possível se proveniente de uma planta básica ou matriz, ou seja, que tenha origem conhecida. Em muitas espécies anuais de propagação vegetativa, como batata (Solanum tuberosum) e morangueiro (Fragaria x ananassa) ou perenes, como erva-mate (Ilex paraguariensis), louro-pardo (Cordia trichotoma), canjerana (Cabralea canjerana), ipê-roxo (Androanthus leptaphylla), grápia (Apuleia leiocarpa) e cabreúva (Myrocarpus frondosus) existe carência de tecnologias e de disponibilidade de mudas de alta qualidade genética e fitossanitária, o que justifica a pesquisa com estas espécies.

A produção de mudas de espécies anuais, como a batata e o morangueiro, depende de algumas técnicas da cultura de tecidos. A cultura de ápices caulinares possibilita a eliminação dos patógenos, principalmente viroses, associados aos propágulos vegetativos que causam a degeneração da cultivar. Propágulos livres de vírus são micropropagados (propagados in vitro) e um grande número de plântulas pode ser produzido. Uma das etapas críticas dessa técnica é a passagem da condição in vitro para a condição ex vitro (aclimatização), pelo fato das plantas cultivadas in vitro estarem em um ambiente livre de qualquer tipo de estresse e apresentarem anatomia, morfologia e fisiologia anormal. A micropropagação, apesar de ser muito utilizada para a propagação de culturas anuais, ainda é uma tecnologia com custos elevados, implicando em altos investimentos pelos produtores.

A produção de mudas de espécies perenes e nativas, como erva-mate, louro-pardo, ipê-roxo, canjerana e grápia, apresenta ainda entraves tecnológicos. Um aspecto importante é que as mudas são produzidas a partir de sementes coletadas de plantas selecionadas. Nesse caso, as plantas da progênie têm uma relação genética de meio-irmãos e, em muitos casos, de baixa qualidade genética, devido à contribuição do genitor masculino não selecionado. Além disso, as mudas apresentam uma grande variabilidade genética, o que é indesejável em plantios comerciais, pelas dificuldades impostas para o manejo das plantas e pela baixa produtividade e qualidade do produto. Portanto, novos povoamentos dessas espécies devem ser estabelecidos com mudas propagadas vegetativamente, por possibilitar a produção massal de mudas altamente uniformes e idênticas geneticamente à planta matriz.

Nesse contexto é importante desenvolver novas tecnologias de multiplicação e produção de mudas de alta qualidade genética e fitossanitária. A qualidade genética depende diretamente da propagação vegetativa e do controle da origem do material propagado. A qualidade fitossanitária está associada à técnica de propagação vegetativa utilizada. Alta qualidade fitossantária é alcançada com a micropropagação, porém é uma técnica ainda muito onerosa, sendo necessário o desenvolvimento de protocolos para aclimatização de plantas que permitam maximizar a sobrevivência das mudas ex vitro e a taxa de multiplicação do material comprovadamente livre de patógenos. A propagação ex vitro, como o uso da miniestaquia de haste juvenil e adulta, permite produzir várias plantas a partir de um indivíduo sadio e manter a qualidade fitossantária. Portanto, a produção de mudas por propagação vegetativa pode ser realizada através de várias técnicas, dentre os quais se destacam a estaquia, a miniestaquia, a microestaquia, a enxertia e a micropropagação. A escolha da técnica depende de vários fatores, como a espécie a ser propagada, os objetivos a serem alcançados e a qualidade e o preço de mercado das mudas produzidas. Além disso, a taxa de multiplicação e a qualidade fitossanitária podem ser maximizadas pela produção de mudas em sistemas de cultivo sem solo.


 

Objetivos

Os objetivos gerais são desenvolver clones de espécies anuais e perenes, adaptados a produção massal de mudas e as condições de cultivo e que atendam às necessidades dos produtores e consumidores.

Os objetivos específicos são:

  • Estudar as bases genéticas e moleculares dos caracteres mais importantes no desenvolvimento de novos clones de espécies anuais e perenes.
  • Desenvolver estratégias de seleção precoce para estes caracteres, visando maximizar o ganho genético e facilitar o desenvolvimento de novos clones.
  • Desenvolver tecnologias para a multiplicação de clones nas diferentes etapas do programa de melhoramento e reduzir os custos de produção de mudas.
  • Formar recursos humanos em nível de graduação e de pós-graduação em melhoramento genético e propagação vegetativa de plantas.

 

Missão

Formar recursos humanos altamente qualificados em melhoramento e propagação vegetativa de plantas.


 

Melhoramento e Propagação

Tanto o melhoramento genético quanto a propagação vegetativa estão direcionados para o treinamento de recursos humanos em nível de graduação e de pós-graduação e no desenvolvimento de novos clones de espécies anuais e perenes propagadas vegetativamente. No melhoramento para a propagação vegetativa, populações segregantes são avaliadas com o objetivo de selecionar clones superiores e também para realizar estudos genéticos e moleculares. Assim, são desenvolvidos novos clones de espécies anuais e perenes e também estratégias de seleção precoce para o principais caracteres de produção e industrialização.

No programa são propagadas cultivares, clones selecionados e também plantas matrizes selecionadas. As atividades realizadas em propagação vegetativa tem como finalidade o desenvolvimento de novas tecnologias e também a produção de mudas para atender as demandas do programa de melhoramento. Os trabalhos de pesquisa científica e tecnológica desenvolvidos em propagação vegetativa são realizados a partir de plantas matrizes selecionadas, fornecedoras dos propágulos vegetativos e, em alguns casos, de sementes. A maioria das plantas matrizes de espécies nativas de interesse silvicultural requer o rejuvenescimento, a fim de fornecer propágulos com competência de enraizamento. O rejuvenescimento é realizado principalmente por estaquia e miniestaquia seriada e, em alguns casos, por micropropagação. A utilização de sementes ou embriões zigóticos se restringe ao melhoramento genético. Neste caso, progênies segregantes são utilizadas para a identificação de genótipos com alta competência ao enraizamento de miniestacas e de clones adaptados as condições de cultivo e superiores para os principais caracteres para a produção e a industrialização. Em alguns destes casos, sementes ou embriões zigóticos são germinados in vitro, micropropagados e aclimatizados.

Plantas micropropagadas e miniestacas enraizadas são utilizadas para a formação dos minijardim clonais para a produção de mudas. Mudas produzidas por miniestaquia de clones selecionados também são utilizadas para formar os minijardins clonais (Figura 1). No minijardim clonal, as mudas são submetidas a poda drástica para formar as minicepas, fornecedoras das miniestacas. As miniestacas são enraizadas em câmara úmida, aclimatizadas em casa de sombra e rustificadas em pleno sol, onde se desenvolvem até o plantio dos experimentos de avaliação de clones em condições de cultivo dos produtores.

Figura 1 – Esquema de propagação utilizado no Núcleo de Melhoramento e Propagação Vegetativa de Plantas da Universidade Federal de Santa Maria para  desenvolver tecnologias de clonagem de espécies anuais e perenes em minijardim clonal.


A utilização de sistemas de cultivo sem solo possibilita aumentar a taxa de multiplicação e, com isso, reduzir os custos de produção de mudas. Isso se deve a eliminação de patógenos radiculares, desde que utilizado material oriundo da cultura de tecidos e substrato inerte, e ao melhor controle sobre a nutrição das plantas, através do uso de solução nutritiva com concentração e quantidade adequada a cada espécie propagada. As principais vantagens atribuídas ao sistema de cultivo sem solo são a maior taxa de multiplicação, a eliminação do risco de contaminação das raízes das plantas por patógenos de solo, a facilidade de manejo e a dispensa de produtos químicos para a desinfestação do solo.

O cultivo em areia como substrato apresenta vantagens adicionais, como o baixo custo, a simplicidade operacional, a redução dos problemas de crescimento e desenvolvimento das raízes e a ampliação do controle da nutrição mineral das culturas. Neste sistema, a água e os nutrientes minerais são fornecidos através da fertirrigação para suprir a demanda das plantas. A utilização de um sistema fechado de cultivo, no qual a solução nutritiva é reutilizada, ainda supera outro sério problema, que é a perda da solução nutritiva para o ambiente.

Considerando a importância do desenvolvimento de novas tecnologias de propagação vegetativa que possam auxiliar o desenvolvimento de clones nas diferentes etapas do programa de melhoramento e reduzir os custos de produção de mudas, o Grupo de Pesquisa em Melhoramento e Propagação Vegetativa de Plantas vem trabalhando no sentido de desenvolver um sistema fechado de cultivo sem solo adaptado para a aclimatização de plântulas, a multiplicação de plantas matrizes e a produção de mudas. O sistema foi inicialmente desenvolvido para atender a demanda das diferentes etapas do programa de melhoramento genético de batata (Figura 2).

Figura 2 – Sistema fechado de cultivo com uso de areia grossa como substrato.

Após a aclimatização, as plantas pré-básicas de batata podem ser plantadas no mesmo sistema para a produção de tubérculos semente ou serem utilizadas como fonte de miniestacas para a produção de mudas (Figura 3). As miniestacas são enraizadas e, após 18-21 dias, estão prontas para serem transplantadas para canteiros maiores, no mesmo sistema fechado de cultivo sem solo, para a produção de tubérculos semente (Figura 4).

Figura 3 – Miniestacas obtidas a partir de plantas aclimatizadas (acima), plantadas no sistema fechado de cultivo sem solo para o enraizamento (meio) e mudas prontas para o plantio (abaixo) para a produção de tubérculos semente.

Como todo o processo é realizado em casa de vegetação protegida contra insetos, os tubérculos semente mantém a mesma qualidade genética e fitossanitária oriundas do cultivo in vitro. Os tubérculos semente são armazenados em condições de temperatura e umidade controladas até o plantio, quando se encontram no estádio fisiológico de plena brotação. Como todo o processo é realizado em casa de vegetação protegida contra insetos, os tubérculos semente mantém a mesma qualidade genética e fitossanitária oriundas do cultivo in vitro. Os tubérculos semente são armazenados em condições de temperatura e umidade controladas até o plantio, quando se encontram no estádio fisiológico de plena brotação.

 

 

Figura 4 – Produção de batata semente em sistema fechado de cultivo com areia como substrato a partir de plantas micropropagadas, minitubérculos e miniestacas enraizadas. Os tubérculos semente são colhidos a partir de 70 dias de cultivo e armazenados em condições de temperatura e umidade controlados.

A produção de mudas de espécies perenes é também realizada em sistema fechado de cultivo sem solo (Figura 2) a partir de uma planta matriz selecionada para caracteres de produtividade e qualidade silvicultural e para produtividade e qualidade das mudas. As plantas matrizes são mantidas no banco de germoplasma, sendo que o processo de produção de mudas é iniciado a partir de miniestacas enraizadas, buscando aproveitar ao máximo a juvenilidade dos propágulos vegetativos e a maior competência ao enraizamento. As miniestacas são produzidas tanto por microcepas mantidas in vitro quanto em casa de vegetação, em micro ou minijardim clonal (Figura 5). Neste caso, a micropropagação é necessária para o rejuvenescimento e para a manutenção da planta matriz e a casa de vegetação para a produção das microestacas para formar o microjardim clonal. Plantas mantidas em casa de vegetação fornecem miniestacas para formar o minijardim clonal.

Figura 5 – Esquema de produção de mudas de espécies anuais e perenes utilizado no Núcleo de Melhoramento e Propagação Vegetativa de Plantas da Universidade Federal de Santa Maria.

Tanto o microjardim quanto o minijardim clonal são mantidos em sistema fechado de cultivo sem solo, que utiliza areia grossa como substrato. As plantas do microjardim e do minijardim clonal são submetidas a poda drástica para formar, respectivamente, as micro e as minicepas que fornecem as microestacas e  ministacas. Tanto as microestacas quanto as miniestacas são enraizadas em câmara úmida, aclimatizadas em casa de sombra e rustificadas em pleno sol, onde se desenvolvem até o plantio em local definitivo.