Seleção de famílias e clones de cana energia

Orientador : Dr. Bruno Portela Brasileiro

Coorientador : Dr.Edelclaiton Daros, Prof. Dr. Ricardo Augusto de Oliveira

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Agronomia. Defesa: Curitiba, 08/03/2017

Inclui referências ao final de cada capítulo

Área de concentração: Produção vegetal

Resumo: A cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é a matéria prima para a produção de energia com maior potencial de crescimento nos próximos anos. A partir da sua biomassa é possível obter energia elétrica e biocombustível, cujo consumo é crescente em substituição aos derivados de petróleo. Além disso, a utilização de materiais lignocelulósicos para a geração de etanol de segunda geração tem apresentado grande potencial e uma solução promissora para alavancar os ganhos do setor sucroenergético. Diante da necessidade de novas variedades que possam atender as necessidades atuais e futuras do setor sucroenergético, necessidades essas que incluem a demanda por genótipos com maiores teores de fibra, o objetivo desse trabalho é gerar informações para subsidiar o desenvolvimento de variedades com diferentes aplicações na indústria da cana-de-açúcar, tais como, a produção de açúcar, etanol de primeira e segunda geração e a cogeração de energia elétrica. Para tanto, foram avaliadas na Estação Experimental de Paranavaí, pertencente a Universidade Federal do Paraná (UFPR) e localizada no município de Paranavaí, no estado do Paraná, Brasil, dois experimentos: o primeiro, um experimento de famílias na primeira fase de teste (T1), constituído por 30 famílias, sendo 25 famílias obtidas a partir de cruzamentos visando aumentar o teor de fibra da população e outras 5 famílias obtidas em cruzamentos convencionais, usualmente praticado ao longo dos anos nos Programas de Melhoramento Genético da Cana-de-açúcar da Rede Interuniversitária para o Desenvolvimento do Setor Sucroenergético (PMGCA/RIDESA); o segundo experimento, chamado de segunda fase de teste (T2) foi constituído por 92 clones obtidos da seleção realizada na fase T1. As famílias foram classificadas em três tipos: famílias de cana-de-açúcar (CA), obtidas a partir de cruzamentos envolvendo genitores elites (clones e variedades) de cana-de-açúcar; famílias intermediárias (INT), envolvendo cruzamentos de cana-de-açúcar e genitores de segunda e terceira geração de S. spontaneum; e famílias de cana energia (CE), geradas a partir de cruzamentos entre cana-de-açúcar e acessos e descendentes de S. spontaneum e S. robustum. Na fase T1, a família CA com maior média para o teor de fibra (FIB) apresentou 15,89% e 14,72% de teor de sacarose aparente (POL). Nas famílias INT a maior média para FIB foi de 16,84%, com 10,85% de POL. A família CE de maior média para FIB apresentou 17,07% e 11,33% de POL. O cruzamento múltiplo envolvendo a variedade RB036066 como genitor materno e vários acessos da espécie S. spontaneum como masculinos, apresentou a maior média para tonelada de colmos por hectare (TCH = 115,13) e para tonelada de fibra por hectare (TFH = 18,62). Os valores de herdabilidade e acurácia foram elevados para todos os caracteres avaliados, evidenciando a precisão na predição das médias genotípicas e indicando a eficiência da seleção de famílias. Na fase T2, além dos clones selecionados nas famílias da fase T1, também foram avaliadas duas variedades comerciais (RB867515 e RB036066). Os 88 clones caracterizados para POL e FIB e as duas variedades comerciais, deram origem a 4 grupos contrastantes para esses dois caracteres: o grupo 1 foi composto por 30 clones com FIB abaixo da média populacional, mas com POL acima da média; o grupo 2 apresentou 9 clones de valores de FIB e POL menores que a média geral; o grupo 3 (G3) foi formado por 45 clones que apresentaram FIB acima da média, mas com baixo POL; e o grupo 4 (G4), com 6 clones, que apresentaram valores de FIB e POL acima da média populacional. Dentre os 40 clones de maior TCH, podemos citar os clones: PRBIO12304, PRBIO12108, PRBIO1211 e PRBIO1212, com teores de fibra superior a 16%, teores de sacarose aparente acima de 10% e produtividade de colmos superiores a 108 toneladas por hectare; esses clones descendem do cruzamento IM76-228 × RB867515. A população da fase T2 apresentou elevada variabilidade genética, com valores de acurácia indicando uma condição favorável para a seleção clonal, possibilitando a obtenção de ganhos genéticos, principalmente, para os caracteres TCH e TPH. Nos dois experimentos foi avaliada as principais doenças da cultura e detectada a ocorrência de: ferrugem marrom (Puccinia melanocephala) e carvão (Sporisorium scitamineum). No ensaio de famílias da fase T1, a incidência de indivíduos com carvão (IIC) nas famílias CE foi de 16,97% com 10,46% de incidência de perfilhos com carvão (IPC); nas famílias INT, a IIC foi de 7,41% com IPC de 4,81%; e as famílias CA apresentaram maior resistência, com IIC de 2,87% e IPC de 1,72%. Para ferrugem marrom, seguindo as notas de severidade da doença, que vão de 1 (sem doença) a 9 (maior severidade), as notas médias foram de: 1,31 para a família CA, 3,57 para INT e 3,39 para CE. Na fase T2, foi observada baixa frequência e baixo nível de intensidade para as duas doenças. De acordo com os resultados obtidos é possível concluir que as famílias e os clones de cana energia são mais suscetíveis ao carvão e a ferrugem marrom e a elevada incidência dessas doenças nas populações de cana energia podem dificultar o processo de seleção clonal, fazendo com que clones com elevado teor de fibra e produtividade sejam descartados em consequência da sua suscetibilidade a essas doenças. Entretanto, os quatro clones destacados em T2, apresentaram resistência as principais doenças da cultura, embora a intensidade média do carvão e da ferrugem marrom na família IM76-228 × RB867515 tenha sido elevada na fase T1. Palavras-chave: Saccharum spp., biomassa, Puccinia melanocephala, Sporisorium scitamineum, herdabilidade e melhoramento vegetal.

Abstract: The sugarcane (Saccharum spp.) is the raw material for the production of energy with the greatest growth potential in the coming years. From its biomass it is possible to obtain electric energy and biofuel, whose consumption is increasing in substitution to petroleum derivatives. In addition, the use of lignocellulosic materials for the generation of second generation ethanol has presented great potential and a promising solution to enhance the gains of the sugarcane industry. Given the need for new varieties that can meet current and future needs of the sugarcane industry, needs which include the demand for genotypes with higher fiber content, the aim of this study is to generate information to support the development of varieties with different applications in the sugarcane industry, such as sugar production, first and second generation ethanol and cogeneration of electricity. Therefore, two experiments were evaluated in the Experimental Station of Paranavaí belonging to the Federal University of Paraná (UFPR) and located in the city of Paranavaí, state of Paraná, Brazil: the first, a family experiment in the first test phase (T1), consisting of 30 families, 25 families obtained from crosses to increase the fiber content of the population and other 5 families obtained in conventional crosses, usually practiced over the years in the Genetic Improvement Programs of Sugarcane of the Inter-University Network for the Development of Sugarcane Industry (PMGCA/RIDESA); the second experiment, called the second test phase (T2) composed of 92 clones obtained from the selection performed in the T1 phase. The families were classified into three types: sugarcane families (CA), obtained from crosses involving elite parents (clones and varieties) of sugarcane; intermediate families (INT) involving sugarcane crosses and parents of second and third generation of S. spontaneum; and energy cane families (CE), generated from crosses between sugarcane and accessions and descendants of S. spontaneum and S. robustum. In T1 stage, the best CA family to FIB showed 15.89% and 14.72% of POL. In INT families, the highest mean for FIB was 16.84%, with 10.85% of POL. The best CE family presented 17.07% of FIB and 11.33% of POL. The polycrosses involving the variety RB036066 as maternal parent and several accessions of the S. spontaneum species as male presented the highest mean for tons of stems per hectare (TCH = 115.13) and for tons of fiber per hectare (TFH = 18.62). The values of heritability and accuracy were high for all evaluated traits, evidencing the precision in the prediction of genotypic means and indicating the efficiency of the family selection. In phase T2, besides the clones selected in the families of phase T1, two commercial varieties (RB867515 and RB036066) were also evaluated. The 88 clones characterized for POL and FIB and the two commercial varieties gave rise to 4 contrasting groups for these two characters: group 1 (G1) was composed of 30 clones with FIB below the population mean, but with above-average POL; group 2 (G2) presented 9 clones of FIB and POL values smaller than the general mean; group 3 (G3) was formed by 45 clones that presented FIB above average, but with low POL; and group 4 (G4), with 6 clones, which presented values of FIB and POL above the population mean. Among the 40 clones of higher TCH, we can mention the clones: PRBIO12304, PRBIO12108, PRBIO1211 and PRBIO1212, with higher fiber content to 16% sucrose content apparent above 10% and sugarcane yield greater than 108 tons per hectare; these clones descended from IM76-228 × RB867515 crossing. The population of the T2 phase showed high genetic variability, with accuracy values indicating a favorable condition for the clonal selection, making it possible to obtain genetic gains, mainly for TCH and TPH characters. In the two experiments the main diseases of the crop were evaluated and brown rust (Puccinia melanocephala) and sugarcane smut (Sporisorium scitamineum) were detected. In the T1 phase family trial, the incidence of individuals with sugarcane smut (IIC) in the CE families was 16.97% with a 10.46% incidence of sugarcane smut tiller (IPC); in INT families, the IIC was 7.41% with a IPC of 4.81%; and the CA families showed greater resistance, with IIC of 2.87% and IPC of 1.72%. For brown rust, following the disease severity scores, ranging from 1 (without disease) to 9 (greater severity), the mean scores were: 1.31 for the CA family, 3.57 for INT and 3.39 for CE. In stage T2, low frequency and low level of intensity were observed for the two diseases. According to the results obtained it is possible to conclude that energy cane families and clones are more susceptible to sugarcane smut and brown rust.The high incidence of these diseases in energy cane populations may hinder the clonal selection process, causing clones with high fiber content and productivity to be discarded as a consequence of their susceptibility to these diseases. However, the four clones highlighted in T2 presented resistance to the major diseases of the culture, although the mean intensity of sugarcane smut and brown rust in the IM76-228 × RB867515 family was elevated in the T1 phase. Keywords: Saccharum spp, biomass, Puccinia melanocephala, Sporisorium scitamineum, heritability and plant breeding.