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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA CAMPUS DE PARAGOMINAS CURSO DE AGRONOMIA HANDYELLE DE SOUSA BORGES A HETEROSE EM PLANTAS AUTÓGAMAS E ALÓGAMAS, SEUS EFEITOS E UTILIZAÇÃO NA PRODUÇÃO AGRÍCOLA PARAGOMINAS, PA 2022 HANDYELLE DE SOUSA BORGES A HETEROSE EM PLANTAS AUTÓGAMAS E ALÓGAMAS, SEUS EFEITOS E UTILIZAÇÃO NA PRODUÇÃO AGRÍCOLA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Graduação em Agronomia, da Universidade Federal Rural da Amazônia, como requisito para obtenção do grau de Bacharel em Agronomia. Orientadora: Dra. Danielle Silva Pinto PARAGOMINAS, PA 2022 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Bibliotecas da Universidade Federal Rural da Amazônia Gerada automaticamente mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a) A HETEROSE EM PLANTAS AUTÓGAMAS E ALÓGAMAS, SEUS EFEITOS E UTILIZAÇÃO NA PRODUÇÃO AGRÍCOLA / Handyelle Sousa Borges. - 2022. 30 f. : il. color. Borges, Handyelle Sousa Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Curso de Agronomia, Campus Universitário de Paragominas, Universidade Federal Rural Da Amazônia, Paragominas, 2022. Orientador: Profa. Dra. Danielle Silva Pinto B732h 1. Revisão Bibliográfica, Heterose, Híbrido, Melhoramento genético de plantas. I. Pinto, Danielle Silva , orient. II. Título CDD 338.10981 HANDYELLE DE SOUSA BORGES A HETEROSE EM PLANTAS AUTÓGAMAS E ALÓGAMAS, SEUS EFEITOS E UTILIZAÇÃO NA PRODUÇÃO AGRÍCOLA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Agronomia da Universidade Federal Rural da Amazônia como requisito para obtenção do grau de Bacharel em Agronomia. ____10 de junho de 2022_____ Data da Aprovação Banca Examinadora ___________________________________ Dra. Danielle Silva Pinto Universidade Federal Rural da Amazônia – UFRA ___________________________________ Dr. Luis De Souza Freitas Universidade Federal Rural da Amazônia – UFRA Rafaely Pantoja Oliveira Doutoranda em Genética e Melhoramento de Plantas - UNESP Eng° Florestal/ MSc. Ciências Florestais - UFRA AGRADECIMENTOS A Deus, razão maior de minha existência, a Ti toda honra, toda glória e toda conquista. A toda minha família especialmente minha mãe Antônia Natalina Reis, meu irmão Handson Borges, meu esposo Kleyton de Paula e meus filhos que sempre me deram força, acreditaram em mim e me fizeram trilhar pelos caminhos da simplicidade e da honestidade. A Universidade Rural da Amazônia, seu corpo docente, direção e coordenação do curso de agronomia que me acolheram e guiaram com respeito e consideração até aqui. A Dra. Professora Danielle Silva Pinto pela orientação, amizade, apoio, paciência e confiança que tem sido de grande valia para minha formação acadêmica e profissional. Aos amigos e colegas Clízia Gonçalves, Monique Haiala, Luis Carlos, Fernanda Rodrigues, Alyne Martins, Maria Angélica e Samara Souza, que me acompanharam nessa trajetória e realização desse sonho. E a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, o meu muito obrigado. RESUMO Heterose ou vigor híbrido é o aumento do vigor ou de alguma outra determinada característica em estudo, decorrente do cruzamento entre indivíduos geneticamente divergentes, sendo considerada uma das maiores contribuições da genética para a agricultura, com grandes reflexos para a produtividade agrícola. Portanto, objetivou-se realizar uma revisão de literatura sobre o melhoramento genético de plantas alógamas e autógamas através da expressão da heterose via hibridação. Para o estudo, foi adotada a pesquisa qualitativa como base para o entendimento e reflexão crítica em relação ao tema. As informações selecionadas para a realização desta revisão foram retiradas das plataformas de pesquisa Scielo, Google acadêmico, Capes periódicos e livros clássicos da área de melhoramento genético. Através dos resultados dos diversos estudos selecionados, tanto para aumento de produção ou para adaptação e ganho de resistência a fatores bióticos e/ou abióticos comprovou-se o potencial da heterose em diversas culturas, principalmente as de grande interesse econômico como: milho, girassol, algodão, cana-de-açúcar, arroz, tomate e espécies florestais. Concluiu-se que o melhoramento genético associado à melhoria das práticas culturais teve contribuição significativa no progresso do setor agrícola nacional e internacional. Palavras chave: Híbrido. Melhoramento genético de plantas. Produtividade agrícola. ABSTRACT Heterosis or hybrid vigor is the increase in vigor or some other characteristic under study, resulting from the crossing between genetically divergent individuals, being considered one of the greatest contributions of genetics to agriculture, with great consequences for agricultural productivity. Therefore, the objective was to carry out a literature review on genetic improvement in allogamous and autogamous plants through the expression of heterosis via hybridization. For the study, qualitative research was adopted as a basis for understanding and critical reflection on the topic. The information selected for this review was taken from the research platforms Scielo, Google academic, Capes journals and classic books in the area of genetic improvement. Through the results of the several selected studies, either to increase production or to adapt and gain resistance to biotic and/or abiotic factors, the potential of heterosis in several crops was proved, especially those of great economic interest such as: corn, sunflower, cotton, sugar cane, rice, tomato and forest species. It was concluded that genetic improvement associated with the improvement of cultural practices had a significant contribution to the progress of the national and international agricultural sector. Keywords: Hybrid. Plant genetic improvement. Agricultural productivity. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 8 2. REVISÃO DE LITERATURA ........................................................................................ 9 2.1. A descoberta da Heterose .......................................................................................... 9 2.2. Conceito .................................................................................................................... 11 2.3. Aplicação da heterose na Produção Agrícola ........................................................ 12 2.3.1. Milho .................................................................................................................. 13 2.3.2. Girassol ............................................................................................................... 14 2.3.3. Cana-de-açúcar ................................................................................................... 15 2.3.4. Algodão .............................................................................................................. 16 2.3.5. Arroz ................................................................................................................... 17 2.3.6. Tomate ................................................................................................................ 18 2.3.7. Espécies florestais............................................................................................... 19 3. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................................... 21 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES.................................................................................. 22 5. CONCLUSÃO ................................................................................................................. 25 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 26 8 1. INTRODUÇÃO A partir da revolução industrial com seu poder transformador, trazendo a tecnificação para a agricultura com uso de máquinas no plantio e seleção de sementes, a produtividade alcançou aumentos significativos no século XVIII (MELO; BRANDÃO; LIMA, 2018). Contudo, o estopim do desenvolvimento agroindustrial se deu de fato à descoberta da hibridação e consequente percepção do fenômeno da heterose e seus benefícios, segundo Goodman, Sorj, Wilkinson, (1990). Diante do exposto, a proposta deste trabalho é apresentar a heterose a partir do breve histórico de sua descoberta, conceitos e aplicações práticas que evidenciam seus benefícios no que diz respeito ao melhoramento genético de plantas e consequente aumento da produtividade das principais culturas produzidas. Adotou-se como base teórica os estudos realizados sobre o assunto na concepção de KRUG, VIEGAS, PAOLIERI (1943); DESTRO, MONTALVÁN (1999); BUENO, MENDES, CARVALHO (2006); BORÉM, MIRANDA (2005). A metodologia utilizada foi a pesquisa qualitativa como base para o entendimento e reflexão crítica em relação ao tema. O trabalho foi dividido nos seguintes tópicos: a) A descoberta da Heterose; b) Conceitos; c) Aplicação da heterose na produção agrícola. Na primeira parte foi abordado o tema Revolução verde, como apropriação real do processo de produção natural pela indústria, através do chamado "pacote" tecnológico, que modernizou a agricultura possibilitando o melhoramento nas formas de produção (ALBERGONI; PELAEZ, 2007). Em conceitos, a heterose foi abordada como a superioridade da progênie em relação a média dos seus genitores ou ao genitor mais produtivo. No sentido genético, várias hipóteses tentam explicar a heterose, as principais tratam de dominância e sobredominância. As hipóteses são descritas brevemente no desenvolvimento do tópico em questão. Finalizando com a aplicação prática da heterose através de dados de estudos e pesquisas que demonstram os benefícios da exploração do fenômeno por meio da técnica de hibridação proposta inicialmente por Shull e East por volta de 1908/1909, e aprimorada entre outros por Jones em 1920 (KRUG, VIEGAS, PAOLIERI, 1943). Desse modo o objetivo deste trabalho é apresentar os benefícios da heterose em relação a sua utilização na produção agrícola. 9 2. REVISÃO DE LITERATURA 2.1. A descoberta da Heterose No século XVIII, com a primeira fase da Revolução Industrial, a agricultura começa a ser transformada pelas novas técnicas de produção, pela escolha de sementes e com o plantio já alicerçado pelo uso de máquinas, aumentando a produtividade (MELO; BRANDÃO; LIMA, 2018). A primeira apropriação real do processo de produção natural pela indústria ocorreu na genética de plantas. Estimulados pela tendência a declínio da produtividade das lavouras, estudiosos iniciaram diversas pesquisas que resultaram, entre outras, no desenvolvimento do milho híbrido. Tornando assim, as técnicas de hibridação de espécies o estopim do desenvolvimento agroindustrial subsequente (GOODMAN; SORJ; WILKINSON, 1990). Ainda segundo os autores Goodman, Sorj, Wilkinson (1990) os aspectos principais dessa fase de apropriação, incluindo as inovações químicas, mecânicas e genéticas para formar um "pacote" tecnológico complementar e de integração crescente, que incorpora tanto o processo natural de produção quanto o processo de trabalho, constituem a chamada "Revolução Verde". Apoiada em uma promessa de erradicação da fome, através do aumento da oferta de alimentos, essa revolução resultou em um novo modelo tecnológico de produção agrícola (ALBERGONI; PELAEZ, 2007). De acordo com o exposto é possível compreender que a Revolução Verde foi o processo de modernização da agricultura que possibilitou o melhoramento de formas de produção da maioria dos grãos agrícolas além de outros resultados. O botânico e geneticista americano George Harrison Shull, por volta de 1909, foi o primeiro a apresentar um esquema básico para produção de híbridos. Ele mostrou que, ao fecundar a planta com o próprio pólen (autofecundação), eram produzidos descendentes menos vigorosos. Repetindo o processo nas seis ou oito gerações seguintes, os descendentes, embora de menor vigor, fixavam características agronômicas e econômicas importantes, como plantas sadias e uniformes. Por meio da seleção, esses descendentes tornavam-se semelhantes. As plantas que geravam filhos geneticamente semelhantes, e também iguais às mães, passaram a ser chamadas de linha pura. (KRUG, VIEGAS, PAOLIERI, 1943; DESTRO, MONTALVÁN, 1999; BESPALHOK, GUERRA E OLIVEIRA, 2007). 10 Em 1910, Shull compreendeu, de forma teórica o efeito da heterose e apresentou que os híbridos obtidos dos cruzamentos de linhas puras de milho internamente cruzadas eram mais produtivos que os indivíduos de origem (SHULL 1910). Contudo, a produção comercial de sementes híbridas de milho só foi possível a partir das pesquisas feitas por Donald F. Jones em 1920 na área experimental agrícola do Estado de Connecticut. Jones cruzou dois híbridos e produziu o mais famoso cruzamento duplo na história agrícola, o híbrido Bur-Leaming, que superou a produtividade das melhores variedades de milho de polinização aberta (GOODMAN; SORJ; WILKINSON, 1990). Em milho, os híbridos são obtidos a partir de linhagens endogâmicas (linhas puras), cruzadas entre si (híbrido simples). Especificamente à cultura do milho existem diversos produtos híbridos como podemos ver classificados no Quadro 1. Quadro 1 - Tipos de cruzamentos e respectivos híbridos Cruzamentos Tipos de híbridos Linhagem x cultivar Linhagem A x Linhagem B (AxA’) x B ou (AxA’) x (BxB’) (AxB) x C (AxB) x (CxD) (AxB) x (BxC) x (ExF) x(Gx H) Variedade A x Variedade B “Top-cross” Híbrido simples Híbrido simples modificado Híbrido triplo Híbrido duplo Híbrido múltiplo Híbrido intervarietal Fonte: (BUENO, MENDES, CARVALHO; 2006) No Brasil, na década de 1930, a Seção de genética do Instituto Agronômico - IAC com o objetivo de melhorar a qualidade das cultivares comercias de milho, iniciou os trabalhos para desenvolvimentos de híbridos (KRUG; VIEGAS; PAOLIERI, 1943). Os pesquisadores do IAC destacaram as vantagens de se explorar a hibridação do milho como: maior uniformidade da produção, melhor adaptação climática, maior resistência a moléstias e ganho de produtividade devido a heterose. O sucesso do desempenho dos híbridos de milho é resultado do efeito heterótico, sendo esse possível de ser alcançado pelo cruzamento de linhagens que possuem boa capacidade combinatória. Em geral, o principal efeito esperado está relacionado com o aumento do rendimento (ALLARD, 1971 apud GOMES et al., 2000) 11 2.2. Conceito Em 1914 Shull propôs o termo “Heterose” para substituir a palavra mais complicada “heterozigose”. Ele definiu heterose como sendo o aumento de tamanho, rendimento, vigor, etc. afirmou que se tratava de uma série complexa de fenômenos e não como um fenômeno unitário (SHULL, 1948). Destro, Montalván, (1999); Resende, (2002); Boiteux et. al., (2012), apresentaram o termo heterose como a superioridade da média dos filhos em relação à média dos pais. Heterose ou vigor híbrido é o aumento do vigor ou de alguma outra determinada característica em estudo, resultante do cruzamento entre indivíduos contrastantes (ASSUNÇÃO, 2006). “A heterose aumenta com a diversidade genética entre os pais” (EAST 1936). No sentido genético, várias hipóteses tentamexplicar a heterose, as principais tratam de dominância e sobredominância. A teoria de dominância foi proposta por Andrew B. Bruce em 1910, citada por Borém; Miranda (2007), a justificativa de Bruce foi que o número médio de loci de homozigotos recessivos é menor que o de cada uma das linhagens em um cruzamento de duas linhagens. A eliminação de alelos indesejáveis através do processo de endogamia e subsequente hibridação resultando no ganho genético é o conceito que fundamenta a hipótese de dominância no conceito de muitos melhoristas. A hipótese de sobredominância conhecida também como superdominância, interação alélica, heterozigosidade ou estimulo fisiológico, foi proposta por Shull em 1908 e expandida por East em 1936. Ela explica a heterose como um desempenho superior de indivíduos heterozigotos em relação aos homozigotos, dado pela existência de um estímulo fisiológico que ocorre pela presença desses alelos contrastantes em cada locus, provocando a ativação das rotas bioquímicas que quando somadas resultariam nesse maior desempenho (DESTRO, MONTALVÁN, 1999; BORÉM, MIRANDA, 2007). Podendo ser identificada em vários caracteres da planta, mais visíveis (como a produtividade, altura de planta, etc.), ou menos visíveis (competitividade, resistência a moléstias, tamanho das células, vigor, etc.), a heterose pode ser classificada como positiva quando a média do híbrido é maior que a dos pais, ou negativa quando a média é menor, por exemplo, quando o objetivo é obter mais precocidade, a heterose é negativa (DESTRO; MONTALVÁN, 1999). 12 Através do uso de padrões heteróticos é possivel explorar e potencializar a heterose em programas de melhoramento visando a obtenção de híbridos de milho. Os grupos heteróticos “são grupos de linhas puras com composição genética similar”, esse conceito é muito importantes nos programas de melhoramento, uma vez que os cruzamentos de linhagens podem ser dirigidos e não feitos de forma aleatória (BESPALHOK, GUERRA, OLIVEIRA, 2007 p.16). 2.3. Aplicação da heterose na Produção Agrícola De forma a atender as necessidades humanas com a crescente demanda por produção de alimentos, processos que visam alterar geneticamente as plantas e consequentemente sua produtividade, denominados melhoramento de plantas, foram desenvolvidos e aperfeiçoados ao longo dos anos da história da humanidade (BUENO; MENDES; CARVALHO, 2006). A maior utilidade da heterose é na produção de híbridos. A exploração da heterose pode ser considerada uma das maiores contribuições da genética para a agricultura, com grandes reflexos para a produtividade agrícola (PATERNIANI et al. 2010). Segundo os autores Bueno, Mendes, Carvalho (2006) a primeira utilização prática da heterose que gerou dados históricos importantes, foi na produção de milho híbrido através dos estudos de Shull (1908/1909) híbrido simples e Jones (1978/1920) híbrido duplo, passando a ser usados em larga escala nos Estados Unidos e, logo depois, em muitos outros países. No Brasil, o primeiro híbrido duplo de milho foi produzido por Krug (IAC) em 1939 e os primeiros híbridos comercias em 1941/42. Em um programa de melhoramento, a melhor estratégia a ser adotada vai depender do conhecimento das relações genéticas entre os genitores envolvidos. O uso de hibridação, como forma de melhoramento, é recomendado quando as características genéticas de interesse apresentam heterose (SOARES, 2005). Para produção de híbridos, em escala comercial, é necessário garantir a viabilidade econômica, fazendo com que a forma reprodutiva da espécie seja fator fundamental para a exploração da heterose ser viável somente em algumas espécies. Plantas alógamas são aquelas que realizam preferencialmente polinização cruzada (acima de 95%). A fertilização ocorre quando o pólen de uma planta fertiliza o estigma da flor de outra planta. As espécies alógamas são caracterizadas pela heterozigose, apresentando heterose e endogamia, além disso, essas plantas não transmitem seus genótipos para a geração 13 seguinte como ocorre em espécies autógamas, mas sim os seus alelos resultando em alto grau de variabilidade (BESPALHOK, GUERRA, OLIVEIRA, 2007 p.11-12). De acordo com Borém; Miranda (2007), as autógamas são espécies que apresentam elevada taxa de autofecundação e possuem mecanismos como a cleistogamia, que dificulta a polinização cruzada, sendo necessária a realização de cruzamentos artificiais para a obtenção de híbridos, sendo essa, a principal razão do número restrito de espécies exploradas comercialmente. De acordo com o exposto, a exploração da heterose é mais empregada em espécies de fecundação cruzada (alógamas) como milho, girassol, cana-de-açúcar, etc. 2.3.1. Milho O milho (Zea mays L.), por ser uma planta de grande interesse econômico, tem sido a espécie mais utilizada para a produção de híbridos desde a descoberta da técnica por Shull em 1908/09. A demanda por sementes híbridas com alta qualidade tem aumentado significativamente nos últimos anos, devido, principalmente, à alta competitividade do mercado (GOMES et. al., 2000). Os benefícios da heterose no milho são relatados em diversos caracteres da planta. De acordo com Ribeiro (2012), os caracteres número de grãos por planta (NGP) e o peso de 100 grãos (P100) são as duas características que apresentam maior contribuição das linhagens para a expressão da heterose e consequentemente maior produtividade de grãos de milho. Estudando o efeito da heterose na qualidade fisiológica de sementes de milho, Gomes et. al. (2000), apresentou dados de germinação e vigor que indicaram, de uma maneira geral, superioridade dos híbridos em relação às linhagens quanto à qualidade fisiológica. Dessa forma, demostrando a superioridade do híbrido quando comparadas as linhagens, evidenciando o beneficio da expressão da heterose na qualidade fisiológica de sementes de milho. De acordo com Klein et. al., (2018) atualmente, uma grande diversidade de híbridos de milho está disponível no mercado, adaptados a diversas finalidades de uso e condições de cultivo. Para a produção de silagem, por exemplo, devem ser considerados os potenciais produtivos de cada híbrido, além das características agronômicas das plantas, visto que são fatores que podem interferir na qualidade do material ensilado, além de outros fatores como clima, solo e manejo. 14 Em um estudo conduzido por Klein et. al., (2018) no Rio Grande do Sul, os autores concluíram que os híbridos mais precoces e de menor porte apresentam potencial para produzir silagem com maior percentual de espiga e de grãos reduzindo os custos por quilo de silagem produzida, quando cultivado em sistemas mais intensivos e em maiores extensões de área. Além disso, o volumoso produzido pelo híbrido mais precoce apresentou menores participações de material fibroso, conciliando quantidade e qualidade. 2.3.2. Girassol No Brasil, por meio da Rede de Ensaios de Avaliação de Genótipos de Girassol (Helianthus annuus L), coordenada pela Embrapa, contando com o apoio de empresas públicas e privadas desenvolvem-se pesquisas e seleções de híbridos de girassol. Novos genótipos são avaliados em condições edafoclimáticas distintas de forte influência na adaptação da cultura, anualmente (CARVALHO et.al., 2015). Para garantir a expansão da cultura do girassol de forma estável e competitiva, é indispensável a disponibilidade de cultivares com características adequadas para atender aos diferentes sistemas de produção, uma vez que as condições edafoclimáticas no Brasil são diferentes das encontradas nos países que tem como tradição o girassol. Os genótipos introduzidos precisam ser adaptados e essa adaptação é possível através do melhoramento genético de plantas (CARVALHO et. al., 2015). Há alguns anos, o cultivo de girassol no país foi vinculado à produção de biodiesel devido ao alto teorde óleo em suas sementes, à qualidade do co-produto (torta) obtido do processo de extração e manejo relativamente bem definido. Para possibilitar garantir a expansão dessa cultura de forma estável e competitiva no Brasil, fez-se necessário a adoção de cultivares produtivas com características desejáveis e adaptadas às condições de cultivo (CARVALHO et. al., 2012). Com o objetivo de aumentar a disponibilidade de cultivares mais produtivas e adaptadas, entre os anos de 2008 a 2012 pesquisadores da EMBRAPA/SOJA, desenvolveram um projeto de melhoramento da cultura através da hibridação. Para atingir os objetivos propostos pelo projeto, métodos clássicos de melhoramento genético foram utilizados em ensaios de campo, em casa-de-vegetação e em laboratórios. Este projeto teve abrangência nacional e resultou no registro, entre 2010-2011, de três híbridos ricos em ácido graxo linoléico e precoces (BRS 321, BRS 322 e BRS 323) para as diferentes condições edafoclimáticas. Além de outras características agronômicas, sua precocidade favorece sua adequação ao sistema produtivo brasileiro (CARVALHO et. al., 2012). 15 Avaliando o rendimento de aquênios de girassol quando em consórcio com feijão no alto sertão de Sergipe, Oliveira et. al. (2011), utilizou entre outros os híbridos BRS 321, BRS 322, BRS 323, registrados no projeto de melhoramento da EMBRAPA. Foi avaliado o peso dos aquênios, sendo estabelecido o rendimento de grãos de cada cultivar em cada um dos sistemas, monocultivo e consorciado. A média geral de rendimento de grãos de girassol, na média dos sistemas de plantio adotados, foi de 1.843 kg/ha, superior a média histórica brasileira até a data do estudo, que é de 1.393 kg/ha, evidenciando o alto potencial para a produtividade de grãos do conjunto avaliado. Em estudo sobre a dissimilaridade fenotípica em genótipos de girassol no município de Cáceres-MT, Correa et. al., (2020), avaliaram nove genótipos provenientes da EMBRAPA/SOJA, entre eles o híbrido BRS 323 que se destacou diante as demais na característica peso de mil aquênios. Diante do exposto é possível inferir que o melhoramento de plantas através da técnica de hibridação aliado a práticas de cultivo, foi fundamental no estabelecimento da cultura do girassol ao longo dos anos. 2.3.3. Cana-de-açúcar No Brasil, o cultivo da cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) teve início ainda no período colonial, sendo o melhoramento genético o fator principal para o crescimento da produção da cultura, através do lançamento de genótipos mais produtivos, resistentes às pragas e doenças e mais adaptados às condições edafoclimáticas do país. Segundo Bezerra et. al., (2018), o melhoramento genético mais científico ocorreu no início do século XX a partir das instalações de programas com estações experimentais no estado de Pernambuco. A cana-de-açúcar é a principal fonte para a produção de açúcar e a cultura mais importante para a produção de energia, bem como seus derivados, o etanol e fibras. A cultura tem suas espécies derivadas de híbridos resultantes de cruzamentos entre espécies do gênero Saccharum, que foram à base para programas de melhoramento de cana mundialmente (MORAIS et.al., 2015). Os programas de melhoramento têm sido executados com sucesso, pois nos últimos 50 anos a cana teve um acréscimo de aproximadamente 40% na sua produtividade, no entanto o melhoramento de cana-de-açúcar requer um tempo de 8 a 12 anos para obtenção de uma nova cultivar (MORAIS et.al., 2015, p.8). 16 Na safra 2017/2018, o Brasil foi o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, Saccharum spp., com uma área plantada de 10.225.200 ha, uma produção de 687.809.900 t e uma produtividade média de 74.044 t ha-1 (IBGE, 2018). As cultivares de canas utilizadas atualmente, geralmente, são híbridos (VELOSO et. al., 2018, p.11). 2.3.4. Algodão Espécies autógamas como o algodão, a soja, o arroz, o tomate, o feijão, o trigo, a cevada, a aveia, entre outras, são exemplos de espécies que apesar das dificuldades inerentes ao mecanismo de reprodução, são amplamente exploradas quanto aos benefícios da heterose através da produção de híbridos, visto que, desempenham importante papel na economia e na sociedade (BORÉM; MIRANDA, 2007). A cultura do algodoeiro tem recebido atenção das instituições de pesquisas na região nordeste desde 1920. Foram produzidos e acumulados inúmeros conhecimentos na cultura do algodoeiro ao longo desses anos (CARVALHO, 2008). Uma cultura de grande importância socioeconômica, gerando milhares de empregos diretos e indiretos, o cultivo do algodão sempre foi uma atividade agrícola de destaque no cenário nacional. Até 1986, o país foi auto-suficiente na produção, porém, com o surgimento de pragas e outras dificuldades, a produção caiu drasticamente. Após a migração do centro de produção da cultura para o cerrado em 1993, o Brasil recuperou a alta produtividade, sendo possível o abastecimento interno e ainda exportações (L. P. CARVALHO; CARVALHO, 2007). Na cultura do algodão, como para qualquer outra cultura, geralmente utiliza-se o método de hibridação como forma de explorar e ampliar a variabilidade genética. Apresentando um sistema reprodutivo classificado como intermediário os métodos de condução das populações segregantes utilizados em programas de melhoramento do algodoeiro apresentam particularidades dos métodos praticados em culturas autógamas (como a soja), assim como de alógamas (como o milho). “Contudo, os processos de hibridação, de avaliação e de seleção são similares” (NETO; FREIRE, 2013). 17 2.3.5. Arroz Comercialmente, a heterose na cultura do arroz (Oryza sativa L.) foi explorada pela primeira vez através de pesquisadores chineses por volta de 1964, alcançando sucesso do híbrido F1 em 1973 e três anos após passou a ser cultivado pelos agricultores. Em relação ao aumento da produtividade da cultura, foi considerado o método mais prático. Visando a possibilidade da utilização de híbridos de arroz adaptados às condições do Brasil, pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa de Arroz e Feijão - CNPAF (EMBRAPA) iniciaram os estudos para avaliação da viabilidade técnica dessa produção em 1983 (MEIRELES, 1989). Segundo Neves et. al., (2010) a partir de 2005, a Embrapa e o Cirad-França concentraram esforços no desenvolvimento de híbridos para sistemas altamente tecnificados do Rio Grande do Sul, com metodologias e linhagens que levem o Brasil a ter tecnologia própria, sustentável e acessível ao setor privado. A BRSCIRAD 302 é a primeira cultivar de arroz híbrido da colaboração Embrapa-Cirad. Em sua apresentação foram disponibilizados dados de produtividade obtidos a partir da safra 2009/2010, no Rio Grande do Sul. Em termos de produtividade o novo híbrido superou o desempenho da testemunha e se mostrou bastante competitivo em relação ao híbrido comercial ao qual foi comparado. O desempenho produtivo do híbrido de arroz irrigado BRSCIRAD 302 foi testado em Roraima por Cordeiro (2010), o autor avaliou dois híbridos de arroz provenientes do convênio Embrapa e CIRAD/França: H1 (CIRAD 464(M) x SBT 67(F)) e BRSCIRAD 302 (H2) (CIRAD 464(M) x SBT 106 (F)), comparados às cultivares testemunhas BRS Jaçanã(C1), Roraima(C2) e IRGA 417 (C3). Apresentou dados relevantes de maior desempenho do híbrido BRSCIRAD 302 que foi precoce (ciclo em torno de 100 dias), apresentou maior comprimento de panículas e as maiores produtividades. Desta forma o autor concluiu que o híbrido BRSCIRAD 302 era uma alternativa promissora para o aumento da produtividade do arroz irrigado em Roraima. No entanto, destacou que mais testes deveriam ser realizados para consolidação do uso da tecnologia nas condições dos sistemas de produção local. Apesar do reconhecido valor da tecnologia, as sementes híbridas de arroz resultam em um alto investimento por parte do produtorrural devido suas particularidades na produção, o que vem dificultando sua adoção. Medeiros et. al., (2017), em busca de formas de viabilizar o uso do arroz híbrido, realizaram uma avaliação da produtividade e qualidade dos grãos sob diferentes densidades de semeadura no sistema irrigado, levando em consideração que a 18 densidade de semeadura das cultivares comerciais eram elevadas em relação a taxa de densidade recomendada dos híbridos. Os híbridos de arroz irrigado, BRSCIRAD 302 lançado pela parceria Embrapa – CIRAD (2010) e BRSCIRAD AH703 CL (desenvolvido pela parceria Embrapa – CIRAD, o qual encontrava-se nas etapas finais de avaliação em ensaios de rendimento), foram avaliados por Medeiros et. al., (2017), semeados em quatro densidades de semeadura 10, 20, 30, 40 kg ha, os dois híbridos apresentaram resposta semelhante entre si para a variação na densidade de semeadura, e não diferiram entre si para a produtividade média de grãos, desse modo, os autores concluíram que a otimização da densidade de semeadura dos híbridos de arroz BRSCIRAD 302 e BRSCIRAD AH703 CL é permitida até valores de 20 kg ha, mantendo altos níveis de produtividade e qualidade industrial de grãos. 2.3.6. Tomate No Brasil, durante a década de 1980 até meados da década de 1990, foram conduzidos trabalhos de introdução e avaliação de cultivares de híbridos de tomate por parte do setor privado. Em 1991 a Embrapa Hortaliças deu início a programas de melhoramento genético, tendo como foco gerar linhagens endogâmicas com resistência múltipla a doenças e combinações híbridas de tomate (BOITEUX et. al., 2012). A literatura registra que o tomateiro apresenta um grande potencial proporcionado pela expressão da heterose em algumas características, tais como: precocidade, índice de colheita (produção de frutos/biomassa total), número de frutos, produção total e número de sementes por planta, além disso, “algumas características somente se expressam de maneira comercialmente vantajosa quando em condição híbrida (heterozigota)” (CLEMENTE; BOITEUX, 2012). No estudo de Nascimento et. al., (2016), o vigor de híbrido também foi verificado para produção de sementes por fruto nas cultivares San Vito (saladete) e Finestra (ornamental). Dois híbridos desenvolvidos pela Embrapa Hortaliças. Conforme Maciel et. al., (2010), os melhoristas nos programas de melhoramento genético do tomateiro, visam à produção de híbridos resistentes a múltiplas doenças além da produtividade e qualidade dos frutos. Corroborando com Miranda, Maluf, Campos, (1982); Giordano, Aragão, Boiteux, (2003) que abordaram as vantagens da utilização de sementes híbridas, como bastante conhecidas no que diz respeito à heterose, uniformidade, precocidade e acumulação (“piramidização”) de genes dominantes de resistência a várias doenças no tomateiro mesmo sendo uma espécie autógama. 19 2.3.7. Espécies florestais Os plantios de florestas no Brasil começaram há mais de um século. Em 1903, o pioneiro Navarro de Andrade trouxe mudas de eucalipto (Eucalyptus spp.) para plantios que produziriam madeira para dormentes das estradas de ferro. Em 1947 foi a vez do pinus (Pinus spp.), essas espécies se desenvolveram bem nas regiões onde foram introduzidas, o eucalipto nos cerrados paulistas e o pinus no sul do Brasil. Como os recursos naturais da Mata Atlântica há muito vinham sendo dissipados, o plantio dessas espécies tornou-se alternativa viável para suprir a demanda de madeira (SNIF, 2020). Desde então se investiu em pesquisas sobre a silvicultura dessas espécies, consolidando seu uso em plantios comerciais. O Brasil detém hoje as melhores tecnologias na silvicultura do eucalipto, atingindo cerca de 60m³/ha de produtividade, em rotações de sete anos. Existem plantios comerciais de outras espécies, como Acácia (Acacia mearnsii), Seringueira (Hevea spp.), Teca (Tectona grandis), Paricá (Schizolobium parahyba), Araucária (Araucaria angustifolia) e Álamo (Populus sp.) (SNIF, 2020). Os melhoristas florestais estão atentos à exploração em seus programas de pesquisa dos benefícios da heterose, seja para elevar o valor de características relacionadas ao rendimento, seja para reunir atributos específicos de interesse que estão separados nos progenitores (BORÉM, 2005). O aproveitamento comercial da heterose, verificada na maioria dos híbridos de eucalipto, por intermédio da clonagem, tem sido um dos principais responsáveis pela rápida evolução da produtividade florestal nos últimos anos e é um dos exemplos mais bem sucedidos do uso de híbridos em espécies florestais (ASSIS, 2015). A utilização combinada da hibridação e clonagem tem sido a forma mais eficiente para suplantar os desafios que ocorreram ao longo das últimas décadas. A hibridação interespecífica é a forma mais rápida e eficiente de obtenção de ganhos genéticos no melhoramento de espécies de eucalipto (ASSIS; MAFIA, 2007). O conceito de produtividade varia de acordo com as diversas finalidades. Para a produção de celulose, é relacionada a produção volumétrica, densidade da madeira e produção de lignina. A produção de carvão é expressada pela produção de carbono por hectare que, por sua vez, encontra-se relacionada diretamente ao volume, densidade da madeira, rendimento gravimétrico, além da resistência mecânica e granulometria (SOUSA; AGUIAR; JÚNIOR, 2021 p. 272). 20 Em programa de melhoramento do eucalipto, a análise simultânea de produtividade, estabilidade e adaptabilidade deve ser preferida em relação ao simples ordenamento de valores genotípicos. Com isso, Santos et.al., (2013), realizaram um estudo sobre a adaptabilidade de híbridos multiespécies de eucalipto ao estado do Rio Grande do Sul. Segundo dados obtidos pelos autores acima, os híbridos mais promissores para a geração de clones superiores foram “three-way cross” (E. urophylla x (E. camaldulensis x E. grandis)). Essa superioridade de acordo com os autores, provavelmente é resultado da complementaridade, em que a introdução de um terceiro conjunto gênico pode criar melhores condições adaptativas a condições ambientais variáveis. 21 3. MATERIAIS E MÉTODOS Para o estudo, foi adotada a pesquisa qualitativa como base para o entendimento e reflexão crítica em relação ao tema. Realizou-se pesquisas em artigos da área das ciências agrárias, nos quais foram estruturados em uma revisão de literatura tratando sobre o fenômeno da heterose em plantas e sua utilização na produção agrícola. Essas pesquisas foram realizadas no período compreendido entre os meses de janeiro a maio de 2022. As informações encontradas para a realização desta revisão foram retiradas da plataforma de pesquisa Scielo, Google acadêmico, Capes periódicos e livros clássicos da área de melhoramento genético. Além de base de dados de sistemas de informações nacionais, como EMBRAPA, CONAB, SNIF, IBGE, MAPA, CEPEA, CNA e IBÀ. Utilizando os seguintes descritores: heterose em plantas autógamas e alógamas associadas as palavras revolução verde, híbridos, milho, arroz, tomate, soja, milheto, cebola, aveia e trigo. E para selecionar os artigos como base desta revisão foi realizada uma leitura sucinta dos resumos e com isso foram selecionados 50 (cinquenta) artigos, aqueles que atendessem o objetivo proposto neste trabalho. Diante da seleção dos artigos pesquisados foram desenvolvidos os seguintes tópicos para serem abordados: a) A descoberta da Heterose; b) Conceitos; c) Aplicação da heterose na produção agrícola. 22 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES O aumento da produtividade agrícola tem sido a forma mais segura de suprir as necessidades crescentes de alimentos em todo o mundo. Nos últimos 44 anos é possível verificar um aumento na produtividade de milho, arroz e algodão através dográfico da figura 1. Figura 1 – Gráfico de Produtividade de Milho total, Arroz total e Algodão produção de pluma, de 1976 a 2021. Fonte: CONAB 2021 – Séries históricas das safras. De acordo com os dados do CONAB, (2021): a) Nos últimos 44 anos, a produtividade de pluma aumentou 12 vezes e, ao mesmo tempo, o rendimento de pluma aumentou de 33% para 40%, esse aumento na produtividade, bem como no rendimento de pluma, é em grande parte decorrente do melhoramento genético de cultivares. b) O Milho apresentou uma produtividade de 5,72 mil t/ha na safra de 2018/19, representando um aumento de 4,09 mil toneladas em relação a safra de 1976/77 , a maior até o atual momento. c) O arroz mesmo com a diminuição anual de área plantada no país ao longo desses 44 anos, apresentou na safra de 2020/21 sua mais alta produtividade, 6,89 mil t/ha o que representa um aumento de 5,38 mil toneladas em relação a safra de 1976/77. Em estudo apresentado pelo MAPA no mês de maio de 2017, foi observado que a taxa média de crescimento da produtividade agropecuária no Brasil foi de 3,58% ao ano entre 1975 23 a 2015. Na década de 2000, a média foi de 4,08% ao ano. Os dados mostram que a agricultura tem crescido principalmente com base na produtividade. No Brasil, essa variável é responsável por cerca de 90% do crescimento da produção, enquanto que 10% se deve aos insumos. Segundo a Embrapa, três tecnologias são consideradas como essenciais ao aumento da produtividade da agricultura brasileira: a) A viabilização da segunda safra de verão (safrinha). b) Resistência genética às principais doenças. c) Plantio direto na palha (MAPA, 2017). Os dados do Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada (CEPEA/USP) em parceria com a Confederação da Agricultura e Pecuária do Brasil (CNA), em 2021, mostram que o fato mais importante da história econômica recente do Brasil certamente é o efeito da revolução agrícola dos últimos 40 anos. Produzindo excedentes cada vez maiores, o setor agrícola expandiu suas exportações, conquistou novos mercados, gerando superávits cambiais que libertam a economia brasileira. A projeção Visão 2030: O futuro da agricultura brasileira indica que a produção de grãos deverá atingir 333,1 milhões de toneladas nos próximos dez anos. Em relação ao que o país produziu na safra de 2020/21, o acréscimo na produção até 2030/31 deverá ser de 71 milhões de toneladas, alta de 27,1%, a uma taxa de crescimento de 2,4% ao ano. A produção de soja, milho de segunda safra e algodão devem continuar alavancando o crescimento (EMBRAPA, 2021). Os produtos vegetais mais dinâmicos do agronegócio brasileiro segundo EMBRAPA (2021) deverão ser algodão, soja, milho e frutas, em especial, a manga. “O mercado interno e a demanda internacional serão os principais fatores de crescimento para a maior parte desses produtos, que têm maior potencial de crescimento da produção nos próximos dez anos”. A obtenção de cultivares melhoradas de milho com características de ciclos mais curtos, associada a técnicas de manejo, possibilitaram o cultivo de mais de uma safra em um mesmo ano e consequentemente ao aumento da produção. O desenvolvimento de uma nova cultivar de algodão é um processo lento que pode levar até 10 anos. No passado eram avançados 1 ciclo de cruzamento por ano e atualmente já podem ser selecionados 4 ciclos de seleção em um ano (UMBURANAS, 2020). Dessa forma, nos próximos anos o desenvolvimento de novas cultivares mais modernas, produtivas e com atributos de interesse dos agricultores será cada vez mais rápido. A hibridação interespecífica de eucalipto associada à clonagem foi a maior precursora do sucesso da eucaliptocultura no Brasil. Por meio desse procedimento, é possível a complementaridade das características de crescimento, qualidade da madeira (celulose, carvão 24 vegetal, compensados e laminados de madeira e serraria), resistência aos fatores bióticos (pragas e doenças), além da obtenção da heterose (vigor de híbrido). O híbrido de E. urophylla e E. grandis tem sido muito propagado comercialmente no hemisfério Sul, principalmente para a produção de celulose e de madeira maciça (SOUSA; AGUIAR; PINTO JÚNIOR, 2021). Segundo a Indústria Brasileira de Árvores – IBÀ, 2021, apesar da pandemia, a produção de celulose no Brasil continuou crescendo em 2020, o país se manteve como segundo maior produtor mundial, atingindo 21,0 milhões de toneladas fabricadas. O Brasil é referência mundial quando o assunto é produtividade de plantios florestais, com alto volume de produção anual de madeira por área e um curto ciclo. Além das condições de clima e solo, o setor investe anos em pesquisa e desenvolvimento das melhores técnicas de manejo florestal, aliados ao melhoramento genético e práticas sustentáveis (IBÀ, 2021). A produtividade do eucalipto em 2019 foi de 38,6 m³/ha, apresentando um crescimento de 2,8 m³/ha em relação a produtividade do ano de 2014. A produtividade de 2019 também foi a maior no período de 2014 até 2021 (IBÀ, 2021). Com base nos estudos apresentados nesta revisão, comprovou-se o potencial da heterose em diversas culturas de grande interesse econômico como: milho, girassol, algodão, cana-de-açúcar, arroz, tomate e espécies florestais como eucalipto, através dos resultados dos diversos estudos, tanto para aumento de produção ou para adaptação e ganho de resistência a fatores bióticos e/ou abióticos. 25 5. CONCLUSÃO A heterose mostrou-se fundamental para obtenção de sucesso na produção de híbridos nos programas de melhoramento genético de plantas. Seu potencial para aumento da produtividade agrícola tem sido comprovado em diversas produções científicas ao longo dos anos, representando contribuição significativa no progresso do setor agrícola e principalmente das culturas comerciais de alto valor econômico produzidas no Brasil e no mundo. 26 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALBERGONI, L.; PELAEZ, V.; Da Revolução Verde à agrobiotecnologia: ruptura ou continuidade de paradigmas?. Revista de Economia, Editora UFPR. v. 33, n. 1 (ano 31), p. 31-53, jan./jun. 2007. ASSIS, T. F. Melhoramento genético de Eucalyptus: desafios e perspectivas. Panorama do agro, nov/2021 – in: IBGE/Elaboração CNA. 3º Encontro Brasileiro de Silvicultura, 2015 Disponível em: https://www.cnabrasil.org.br/cna/panorama-do-agro. Acesso em: maio de 2022 ASSIS, T. F.; MAFIA, R. G. Hibridação e clonagem de Eucalyptus. In: BORÉM, A. (ed.), Biotecnologia Florestal. Viçosa: Editora UFV. p.93-121. 2007. ASSUNÇÃO, A. 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