SUITABILITY OF ACCELERATED AGING METHODOLOGY AND STUDIES OF REPEATABILITY AND GENETIC DISSIMILARITY IN Mimosa scabrella BENTH SEEDS.
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/dt10202509251553
Rhayana Maria Schlichting Bareta
Thalia dos Reis Azevedo
Deriky Luan da Silva Oliveira
Paulo Cesar Flôres Júnior
Andressa Vasconcelos Flores
RESUMO
A Mimosa scabrella Benth., conhecida como bracatinga, é uma espécie florestal de rápido crescimento com diversas aplicações. A qualidade das sementes é crucial para o sucesso do reflorestamento, abrangendo aspectos fisiológicos e genéticos. O teste de envelhecimento acelerado é uma ferramenta eficaz para avaliar o vigor das sementes, permitindo a diferenciação de lotes. A qualidade genética é fundamental em programas de melhoramento, onde sementes maiores são presumidas como tendo maiores reservas e, consequentemente, maior chance de sobrevivência sob estresse. O coeficiente de repetibilidade é utilizado para garantir a recorrência de características desejáveis ao longo do tempo, e a dissimilaridade genética assegura a variabilidade dentro dos materiais genéticos disponíveis, buscando maior efeito heterótico. Este trabalho teve como objetivo adequar o teste de envelhecimento acelerado para sementes de 10 matrizes de M. scabrella, determinar o coeficiente de repetibilidade para quatro características biométricas das sementes e avaliar a dissimilaridade genética das matrizes. As sementes foram coletadas de uma população em Curitibanos – SC. Para o envelhecimento acelerado, foram testados 5 tratamentos (0, 24, 48, 72 e 96 horas) a 40°C. No programa GENES, foram avaliados o coeficiente de repetibilidade (r), o coeficiente de determinação (R²) e a dissimilaridade das matrizes. O teste de envelhecimento acelerado, aplicado a 40°C por 72 horas, mostrou-se adequado para diferenciar as matrizes quanto ao vigor das sementes. O coeficiente de repetibilidade foi alto para peso e diâmetro longitudinal, e mediano para diâmetro equatorial e espessura. Para garantir 95% de determinação, são necessárias 18 medições de sementes para todas as características. As matrizes 3 e 7 apresentaram a maior divergência, e a metodologia (distância de Mahalanobis) permitiu a formação de dois grupos pouco dissimilares, indicando baixa variabilidade genética na população.
Palavras-chave: Bracatinga. Vigor. Melhoramento genético. Divergência genética.
ABSTRACT
Mimosa scabrella Benth., commonly known as bracatinga, is a fast-growing forest species with several applications. Seed quality is crucial for the success of reforestation, encompassing both physiological and genetic aspects. The accelerated aging test is an effective tool to assess seed vigor, allowing the differentiation of seed lots. Genetic quality is essential in breeding programs, where larger seeds are presumed to have greater reserves and, consequently, a higher chance of survival under stress. The repeatability coefficient is used to ensure the recurrence of desirable traits over time, while genetic dissimilarity guarantees variability within the available genetic material, seeking greater heterotic effect. This study aimed to adapt the accelerated aging test for seeds from 10 M. scabrella mother trees, determine the repeatability coefficient for four biometric seed traits, and assess the genetic dissimilarity among the mother trees. Seeds were collected from a population in Curitibanos, SC. For the accelerated aging test, five treatments (0, 24, 48, 72, and 96 hours) at 40°C were applied. Using the GENES program, the repeatability coefficient (r), determination coefficient (R²), and genetic dissimilarity among mother trees were evaluated. The accelerated aging test, applied at 40°C for 72 hours, proved suitable for differentiating mother trees in terms of seed vigor. The repeatability coefficient was high for weight and longitudinal diameter, and intermediate for equatorial diameter and thickness. To ensure 95% determination, 18 seed measurements are required for all traits. Mother trees 3 and 7 showed the greatest divergence, and the methodology (Mahalanobis distance) allowed the formation of two slightly dissimilar groups, indicating low genetic variability in the population.
Keywords: Bracatinga. Vigor. Genetic improvement. Genetic divergence.
1. INTRODUÇÃO
Mimosa scabrella Benth., popularmente conhecida como bracatinga, é uma espécie florestal nativa de rápido crescimento, amplamente distribuída no Sul do Brasil e de grande importância econômica e ecológica. Seu uso em reflorestamento energético, recuperação de áreas degradadas e sistemas agroflorestais destaca-se pela capacidade de fixação biológica de nitrogênio e pela contribuição para a ciclagem de nutrientes no solo (LORENZI, 2008; STEENBOCK et al., 2011). O êxito no estabelecimento de povoamentos dessa espécie depende fortemente da qualidade fisiológica e genética das sementes, fatores que influenciam a germinação, a uniformidade das plântulas e a adaptação em campo (WIELEWICKI et al., 2006; ROSA et al., 2012).
A qualidade fisiológica das sementes é frequentemente avaliada por testes de vigor, que permitem identificar diferenças de desempenho entre lotes com germinação semelhante. Entre esses, o teste de envelhecimento acelerado (AA) é amplamente recomendado por sua eficiência em simular condições de estresse e prever a longevidade e o vigor das sementes (MARCOS FILHO, 2005; HAY et al., 2019). Estudos recentes têm reforçado a importância desse método, destacando sua utilidade em programas de conservação ex situ e em bancos de sementes de espécies arbóreas, especialmente frente aos desafios impostos pelas mudanças climáticas (PIRREDDA et al., 2023). No contexto florestal, pesquisas já aplicaram o envelhecimento acelerado com sucesso em espécies como Anadenanthera colubrina (GARCIA; NOGUEIRA; ABREU, 2004), Dalbergia nigra (GUEDES et al., 2011) e Bauhinia forficata (GUARESCHI et al., 2015), demonstrando sua relevância prática na diferenciação de lotes destinados à produção de mudas e à restauração ecológica.
No entanto, a avaliação fisiológica isolada não é suficiente para orientar estratégias de melhoramento e conservação. A análise genética das sementes, por meio da estimativa de repetibilidade, possibilita medir a consistência de características biométricas, permitindo definir o número mínimo de medições necessárias para a predição confiável do valor real de um indivíduo (RESENDE, 2002; NAKAGAWA; SCHIELZETH, 2010). Além disso, o estudo da dissimilaridade genética entre matrizes é essencial para identificar genitores divergentes, evitar cruzamentos endogâmicos e ampliar a variabilidade em populações segregantes, o que é estratégico em programas de melhoramento florestal (VIEIRA et al., 2006; ROVERI NETO; PAULA, 2017). Avanços recentes na genética quantitativa e genômica aplicada a árvores reforçam que a integração entre avaliações fenotípicas (como vigor) e análises genéticas acelera o ganho em programas de melhoramento e fortalece a conservação adaptativa (GRATTAPAGLIA; RESENDE, 2018).
Portanto, a relação entre o teste de envelhecimento acelerado e as análises de repetibilidade e dissimilaridade genética é de complementaridade: o primeiro assegura a seleção de lotes fisiologicamente superiores, enquanto os segundos orientam a escolha de matrizes geneticamente estáveis e divergentes. A integração dessas abordagens fornece suporte técnico para produção de mudas mais vigorosas, manutenção da diversidade genética e direcionamento de programas de silvicultura sustentável da bracatinga e de outras espécies florestais nativas.
Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi adequar a metodologia do teste de envelhecimento acelerado para sementes de Mimosa scabrella Benth. e integrar os resultados fisiológicos com análises genéticas de repetibilidade e dissimilaridade.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Coleta e preparo das sementes
Sementes de Mimosa scabrella Benth. foram coletadas de 10 matrizes localizadas no entorno do Campus de Curitibanos da Universidade Federal de Santa Catarina (27°17’7″ S, 50°32’3″ O, altitude de 987 m) em janeiro de 2016, no início da deiscência dos frutos, quando estes apresentavam coloração marrom-claro. Após a coleta, os frutos foram secos ao sol e as sementes beneficiadas manualmente. Sementes imaturas, deterioradas ou danificadas foram descartadas. O teor de água foi determinado pelo método de estufa a 105°C, e o peso de mil sementes foi calculado para cada matriz, seguindo as recomendações das Regras de Análise de Sementes (BRASIL, 2009). O trabalho foi conduzido no Laboratório de Biotecnologia e Genética da UFSC – Campus de Curitibanos.
2.2 Estudo 1: Adequação da metodologia para teste de envelhecimento acelerado
Para superar a dormência, as sementes foram imersas em água destilada a 80°C e mantidas na mesma água sem aquecimento por 24 horas. Em seguida, as sementes foram semeadas em caixas tipo “gerbox” com tela de alumínio, formando uma camada uniforme e evitando contato com a água adicionada no fundo da caixa (40 mL de água destilada por gerbox). Foram utilizadas quatro repetições de 100 sementes para cada tratamento, conforme as Instruções para Análise de Sementes Florestais (BRASIL, 2013).
O delineamento experimental foi inteiramente casualizado (DIC), em esquema fatorial (10×5), sendo o primeiro fator as 10 matrizes e o segundo fator os cinco períodos de envelhecimento acelerado (0 – testemunha, 24, 48, 72 e 96 horas), todos a 40°C. Os gerbox foram mantidos em câmara de germinação sob temperatura constante de 40°C. Após os períodos de exposição, as sementes envelhecidas (T24, T48, T72 e T96) e não envelhecidas (T0) foram submetidas ao teste de germinação, seguindo as indicações das Instruções para Análise de Sementes Florestais (BRASIL, 2013).
A germinação foi avaliada aos 5 e 10 dias, considerando-se germinada a semente que emitiu raiz primária maior que 2 mm. Sementes mortas e duras também foram analisadas. Os dados foram submetidos à análise de variância (ANOVA), e as médias comparadas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade, utilizando o programa GENES (CRUZ, 2016).
2.3 Estudo 2: Repetibilidade e dissimilaridade genética de características biométricas
Para este estudo, foram utilizadas 100 sementes por matriz, totalizando 1000 sementes. As características biométricas avaliadas foram: peso da semente (PS), diâmetro longitudinal da semente (DLS), diâmetro equatorial da semente (DES) e espessura da semente (ES). As medições foram realizadas com paquímetro digital com precisão de 0,01 mm e balança analítica com precisão de 0,0001 g.
Para a análise de repetibilidade e dissimilaridade genética, os dados foram processados no programa GENES. O coeficiente de repetibilidade (r) e o coeficiente de determinação (R²) foram estimados por meio de quatro métodos estatísticos: análise de variância (ANOVA), componentes principais baseado na matriz de correlações (CPC) e de covariâncias (CPCV), e análise estrutural (AE) baseado na matriz de covariância. A dissimilaridade genética entre as matrizes foi determinada utilizando a distância generalizada de Mahalanobis (D²), e o agrupamento foi realizado pelo método UPGMA, gerando um dendrograma para visualização das relações genéticas entre as matrizes.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1 Estudo 1 As sementes de M. scabrella, após coleta e beneficiamento, apresentaram um peso médio de 16,0 ± 3,19 g por mil sementes e um teor de água médio de 5,43 ± 0,67% (Tabela 1). A análise de variância revelou diferenças significativas na germinação, número de sementes mortas e duras entre os diferentes tempos de envelhecimento acelerado.
Tabela 1 – Teor de água (%) e peso de mil sementes (g) das sementes de Mimosa scabrella Benth., após o beneficiamento, de acordo com as matrizes.
Nos tratamentos iniciais (T24 e T48), com tempos de exposição menores, não foram observadas diferenças estatísticas significativas na germinação em comparação com o tratamento testemunha (T0). Isso indica que tempos inferiores a 72 horas não são eficientes para diferenciar o vigor das sementes de M. scabrella a 40°C.
Após 72 horas de exposição, houve uma queda no potencial germinativo para a maioria das matrizes, embora a inibição completa da germinação só tenha ocorrido após 96 horas para algumas matrizes. Resultados similares foram encontrados por Flávio & Paula (2010) em Dictyoloma vandellianum, onde 72 horas a 45°C foram adequadas. No entanto, Borges et al. (1990) não encontraram diferenças em Cedrella fissilis a 40°C por 96 horas, reforçando que temperaturas mais altas causam maiores danos do que o aumento do período de exposição a temperaturas mais baixas (XING et al., 2023). Ramos et al. (1992) também observaram que 72 horas a 42°C foram suficientes para determinar o vigor de lotes de M. scabrella.
Tabela 2 – Percentual de germinação e de sementes mortas, de Mimosa scabrella Benth. após o teste de envelhecimento acelerado, durante períodos de 0, 24, 48, 72 e 96 horas.
A matriz 6 demonstrou vigor superior, sem diferença estatística entre T0, T24, T48 e T72, indicando maior resistência. As matrizes 4, 7 e 10 também apresentaram alta qualidade fisiológica. A grande amplitude de germinação após 72 horas de envelhecimento (90,75% para matriz 6 e 10,25% para matriz 1) confirma que este período é suficiente para diferenciar a qualidade das sementes a 40°C.
O gráfico de germinação (Figura 1) mostra a tendência de queda entre 48 e 72 horas e a separação das matrizes em dois grupos de vigor. A utilização do teste de envelhecimento para diferenciação de matrizes em espécies da família Fabaceae também foi observada por Moraes (2007) e Guareschi et al. (2015).
Figura 1 – Percentual de germinação das sementes, para cada matriz, após a aplicação do teste, de acordo com o tempo de envelhecimento acelerado.
A complementaridade entre os resultados de germinação e sementes mortas (Tabela 2) confirma que a queda na germinação está ligada à deterioração. Embora o teor de água das sementes tenha apresentado um coeficiente de variação (12%) superior ao recomendado (MARCOS FILHO, 2005), não houve influência negativa na germinação, o que pode ser atribuído ao comportamento de espécies nativas (WIELEWICKI et al., 2006).
3.2 Estudo 2
A análise de variância para as características biométricas revelou diferenças significativas entre as matrizes, indicando a presença de um componente de variância genético significativo (Santos et al., 2010). As médias das características foram de 0,0162 g para peso, 5,14 mm para DLS, 3,75 mm para DES e 1,31 mm para ES, valores consistentes com estudos anteriores sobre M. scabrella (BELLEI, 2017).
Tabela 3 – Estimativa dos coeficientes de repetibilidade (r) e dos coeficientes de determinação (R²) utilizando os métodos de análise de variância (ANOVA), dos componentes principais baseado na matriz de correlação (CPC) e de covariância (CPCV), e análise estrutural baseado na matriz de covariância (AE).
As características peso (PS) e diâmetro longitudinal (DLS) apresentaram alta repetibilidade (r ≥ 0,60) em todos os métodos avaliados (Tabela 3), com variação de 0,61 a 0,66. Isso indica estabilidade e regularidade na expressão desses caracteres, permitindo predizer seu valor real com alta precisão (R² > 98%).
As características diâmetro equatorial (DES) e espessura (ES) tiveram repetibilidade intermediária (0,45 a 0,52 e 0,51 a 0,56, respectivamente), evidenciando alguma influência ambiental, mas com alto coeficiente de determinação (> 97%). A concordância entre os métodos reforça a confiabilidade dos resultados.
O método dos componentes principais da matriz de covariância (CPCV) obteve os maiores coeficientes de repetibilidade, corroborando estudos anteriores (LOPES et al., 2001; COSTA, 2003; NASCIMENTO FILHO et al., 2009; DANNER et al., 2010; SANTOS et al., 2010; JUNGBLUTH, 2015). O número mínimo de medições necessárias para predizer o valor real dos indivíduos é inversamente proporcional ao coeficiente de repetibilidade (CRUZ & REGGAZI, CARNEIRO, 2012). Para um coeficiente de determinação de 90%, considerado satisfatório por Farias Neto (2003), são necessárias 5 sementes para PS e DLS, 7 para ES e 9 para DES, utilizando o método CPCV.
Para 95% de determinação, esses valores aumentam para 10 sementes para PS e DLS, 15 para ES e 18 para DES (Tabela 4). O aumento da determinação de 95% para 99% resulta em um elevado acréscimo no número de medições, sugerindo que, para altos valores de repetibilidade, o ganho em acurácia é baixo ao aumentar o número de medições (MARTUSCELLO et al., 2007).
Tabela 4 – Número de medições necessárias para obtenção de diferentes coeficientes de determinação para as características peso de semente (PS), diâmetro equatorial e longitudinal de semente (DES e DLS, respectivamente) e espessura de semente, para cada um dos métodos testados.
Onde: ANOVA: Análise de variância; CPC: componentes principais baseados na matriz de correlação, CPCV: componentes principais baseados na matriz de covariância (CPCV); AE: análise estrutural baseada na matriz de covariância.
3.3 Dissimilaridade Genética
As análises biométricas permitiram diferenciar as 10 matrizes e agrupá-las por similaridade, conforme o dendrograma (Figura 2). A população estudada se dividiu em dois grupos: um com as matrizes 3, 6, 5, 9, 1, 10, 4 e 8, e outro com as matrizes 2 e 7. A baixa distância entre as matrizes (inferior a 20%) sugere que pertencem à mesma população e são aparentadas, similar a estudos com Butia eriospatha (JUNGBLUTH, 2015) e Ceiba speciosa (ROVERI NETO, 2014).
As matrizes 3 e 7 foram as mais divergentes, sendo indicadas para programas de intercruzamento visando genótipos superiores (VIEIRA et al., 2006). No entanto, é crucial evitar cruzamentos em famílias de grupos similares para manter a variabilidade genética (CRUZ & REGAZZI, CARNEIRO, 2012). A ausência de grupos individualizados no dendrograma, apesar do método UPGMA favorecer a separação, indica uma variabilidade restrita na população estudada (SILVA, 2012).
4. CONCLUSÃO
O teste de envelhecimento acelerado, quando conduzido por 72 horas a 40°C, mostrou se eficaz para diferenciar o vigor das sementes das 10 matrizes de Mimosa scabrella (bracatinga), sendo esta metodologia recomendada. Os coeficientes de repetibilidade para peso da semente (PS) e diâmetro longitudinal da semente (DLS) foram de alta magnitude, enquanto para diâmetro equatorial da semente (DES) e espessura da semente (ES) foram medianos.
Para garantir um coeficiente de determinação de 95% para todas as características estudadas, é necessária a medição de 18 sementes. Com base nas características biométricas avaliadas, sugere-se o cruzamento entre as matrizes 3 e 7, que apresentaram a maior dissimilaridade genética. A análise da distância de Mahalanobis permitiu a formação de dois grupos, indicando uma variabilidade genética restrita na população estudada.
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