Melhoramento genético da cana-de-açucar para obtenção de cana energia

Abstract

Resumo: A busca por fontes alternativas de energia limpa tem sido uma constante nos últimos anos. Dentre essas fontes, a utilização de materiais lignocelulósicos para a geração de etanol de segunda geração e combustão para co-geração de energia elétrica apareceu como uma das soluções mais promissoras. A cana-de-açúcar é uma das culturas agrícolas mais eficientes na conversão de energia solar em energia química e os melhoristas, desde o princípio, vêm explorando a ampla variabilidade genética presente no complexo Saccharum. Os tradicionais programas de melhoramento genético têm voltado suas atenções majoritariamente ao desenvolvimento de cultivares para a maior produção de açúcar e etanol. No entanto, recentemente, diversos estudos vêm sendo desenvolvidos, visando avaliar o seu desempenho e otimizar o seu potencial energético a partir de cultivares com maior teor de fibra e elevada produção de biomassa. Com a nova demanda energética, a Rede Interuniversitária para o Desenvolvimento do Setor Sucroenergético (RIDESA) iniciou um programa de seleção de cultivares cana energia e vem realizando hibridações envolvendo acessos de Saccharum spontaneum, Saccharum robustum e as variedades cultivadas atualmente (Saccharum spp.). Visando contribuir com a nova linha de pesquisa da RIDESA, o objetivo desse trabalho foi avaliar a diversidade genética entre 50 genitores potenciais para obtenção de cana energia, selecionar os melhores cruzamentos (famílias) e os clones promissores presentes na população segregante, além de definir as estratégias a serem adotadas na avaliação e seleção das famílias. A caracterização dos 50 genótipos ocorreu no Banco Ativo de Germoplasma de Cana-de-açúcar, localizado na Serra do Ouro, município de Murici, AL e pertencente a Universidade Federal de Alagoas. A análise de diversidade e o coeficiente de parentesco entre os genótipos permitiu a identificação de dois grupos heteróticos (G1 e G2) com genitores potenciais para obtenção de cultivares cana energia. O grupo G1 foi formado por 13 genótipos que apresentam elevado teor de fibra, baixo teor de sacarose e descendem de Saccharum spontaneum e Saccharum robustum. No grupo G2 a maioria dos 37 genótipos são cultivares modernas (Saccharum spp.) desenvolvidas pela RIDESA. Após a realização de hibridações envolvendo esses genótipos, foram obtidas 50 famílias de irmãos completos. Essas famílias foram avaliadas na Estação de Pesquisa da Universidade Federal do Paraná, localizada no município de Paranavaí, PR. Após a coleta de dados dos caracteres de produção: tonelada de cana por hectare (TCH), tonelada de fibra por hectare (TFH), tonelada de lignina por hectare (TLH) e tonelada de sacarose por hectare (TSH), além dos componentes da produção: número médio de colmos (NC), peso médio de colmos (PMC), diâmetro de colmo (DC), altura de colmo (AC), teor de fibra (FIB), pol percento cana ou teor de sacarose aparente (PC) e teor de lignina (LIG), foi possível identificar via análise de trilha, que a seleção das famílias de cana energia deve ser realizada com base TCH, que pode ser estimado via NC e PMC, pois esses dois componentes de produção são os principais responsáveis pela determinação da TCH, TFH e TLH. Após a avaliação e ordenamento das famílias para TCH, TFH e TSH, foram selecionados as 22 famílias com as maiores médias genotípicas para esses caracteres. Nessas famílias foram selecionados 199 clones, muitos deles com elevado teor de fibra (>16%) associado a um bom teor de sacarose (>12%), além de clones com teor de fibra próximo de 20% e baixo teor de sacarose, assim como clones que apresentam os mesmos teores de fibra (12%) e sacarose (13%) das cultivares atuais. Também foi possível identificar os genitores de maior destaque do grupo G1, sendo eles: KRAKATAU, IM76-228, IM76-229 e US85-1008, assim como os melhores genitores do grupo G2: RB867515 e RB93509. A seleção desses genitores é recomendada com base na avaliação do desempenho de suas progênies. No entanto, recomenda-se a introdução de novos acessos de S. spontaneum e S. robustum, de forma a ampliar a variabilidade genética presente no grupo G1 e também fazer uso de outras cultivares e clones modernos desenvolvidos pela RIDESA e que não foram avaliados nesse trabalho. Para o sucesso na obtenção de cultivares cana energia é necessário realizar o melhoramento das populações heteróticas (G1 e G2) a partir de hibridações entre os melhores genitores dentro de cada grupo, assim como realizar cruzamentos interpopulacionais visando explorar os desvios de dominância. Portanto, o uso da seleção recorrente recíproca (SRR) e/ou da seleção recorrente recíproca individual com famílias endogâmicas (SRRI-S1) na condução do programa de melhoramento genético da cana energia irá alavancar os ganhos genéticos por ciclo de recombinação. Palavras-chave: Saccharum, Bioenergia, Melhoramento genético, Cana energia

Abstract: The search for alternative sources of clean energy has been constant in recent years in Brazil and worldwide. Among these sources, the use of lignocellulosic materials for the generation of second-generation ethanol and co-combustion for electricity generation appear as one of the most promising solutions. The sugarcane is one of the most efficient crops in converting solar energy into chemical energy and breeders, from the beginning, have been exploring the wide genetic variability present in the Saccharum complex. Traditional breeding programs have focused their attention mainly to the development of cultivars for increased production of sugar and ethanol. However, recently, several studies have been conducted with cane sugar, to evaluate its performance and optimize its energy potential from cultivars with higher fiber content and high biomass production. With the new energy demand, the Interuniversity Network for the Development of Sugarcane Industry (RIDESA) initiated a program of energy sugarcane cultivar selection and has been performing hybridization with bouts of Saccharum spontaneum, Saccharum robustum and currently cultivated varieties (Saccharum spp.). Aiming to contribute to the new line of research RIDESA, the aim of this study was to evaluate the genetic diversity among 50 potential parents for obtaining energy cane, selecting the best families and promising clones present in segregating population, and defines the strategies to be adopted in the evaluation and selection of families. Evaluation of 50 genotypes present in the Active Germplasm Bank of Sugarcane, located in the Serra do Ouro, municipality of Murici, AL and owned by Federal University of Alagoas, allowed the identification of two heterotic groups (G1 and G2) with potential parents for obtaining energy cane cultivars. The G1 group consisted of 13 genotypes that have high fiber, low sucrose content and descended from Saccharum spontaneum and Saccharum robustum. G2 most 37 genotypes are modern cultivars (Saccharum spp.) Developed by RIDESA. After performing hybridization with these genotypes, 50 full-sib families were obtained. These families were evaluated at the Federal University of Paraná Research Station, located in the municipality of Paranavaí, PR. After collecting data for yield: ton of cane per hectare (TCH), tons of fiber per acre (TFH), lignin ton per hectare (TLH) and tons of sucrose per hectare (TSH), in addition to the components of the production: average number of culms (NC), stem diameter (DC), stem height (AC), fiber content (FIB), sucrose content (PC) and lignin content (LIG), was identified via analysis track, the selection of families cane energy should be made based on the character ton of cane per hectare (TCH), which can be estimated via average number of stems (NC) and mean weight of stem (PMC), because these two components of production are primarily responsible for determining the productivity of sugarcane (TCH), fiber (TFH) and lignin (TLH). After the evaluation and ranking of families for the following characters of production: TCH, TFH and TSH and 22 families were selected the highest genotypic averages for these characters. 199 clones in these families, many with high fiber content (> 16%) associated with a good sucrose content (> 12%), clones with fiber content around 20% and low sucrose content were selected as clones Where the same fiber content (12%) and sucrose (13%) of current cultivars. It was also possible to identify the most outstanding parents of G1, namely: KRAKATAU, IM76-228, IM76-229 US85-1008 and, like the best parents in G2: RB867515 and RB93509. The selection of these parents is recommended based on the evaluation of the performance of their progeny. However, the introduction of new accesses and S. spontaneum and S. robustum, in order to amplify the genetic variability present in G1 and also make use of other modern and cultivars developed by RIDESA clones that were not evaluated, it is recommended that work. For success in obtaining energy cane cultivars should seek to achieve the improvement of heterotic populations (G1 and G2) from crosses between the best parents within each group, as well as performing interpopulation crosses for exploring the dominance deviations. Therefore, the use of reciprocal recurrent selection (RRS) and / or the individual reciprocal recurrent selection with inbred families (SRRI-S1) in conducting the energy sugarcane breeding program can leverage the genetic gain per cycle of recombination. Keywords: Saccharum, Bioenergy, Crop breeding, Energy cane