Variabilidade morfológica da coleção de germoplasma de batata-doce da Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Hortaliças

Morphological variability of the sweetpotato germplasm collection of the Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Hortaliças

Variabilidade morfológica da coleção de germoplasma de batata-doce da Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Hortaliças(¹)

Patrícia Silva Ritschel(²) e Zósimo Huamán(³)

Resumo ¾ A coleção de germoplasma de batata-doce (Ipomoea batatas L.), mantida pela Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Hortaliças, foi reunida por meio de expedições de coleta e pela duplicação da coleção anteriormente mantida pela Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Mandioca e Fruticultura. O objetivo deste trabalho foi descrever e analisar a variabilidade morfológica mantida nessa coleção. Foram avaliados 324 acessos nativos de batata-doce, utilizando-se 25 características morfológicas. Foi possível identificar 256 tipos morfológicos, sendo 223 acessos com morfologia única e 33 grupos de acessos morfologicamente duplicados. Cerca de 20% da coleção consistia de duplicações. Com base na estimativa da diversidade fenotípica mantida na coleção de cada descritor utilizado, considerou-se que a coleção apresenta um nível de polimorfismo alto. Os resultados obtidos foram discutidos em termos de sua utilização na organização da coleção, no planejamento da coleção in vitro dos campos de produção de sementes botânicas e das atividades de caracterização molecular, e no gerenciamento deste recurso genético em âmbito nacional.

Termos para indexação: Ipomoea batatas, recursos genéticos, polimorfismo genético.

Morphological variability of the sweetpotato germplasm collection of the Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Hortaliças

Abstract ¾ The sweetpotato germplasm collection conserved by Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Hortaliças was gathered by means of recollection expeditions and the duplication of the collection formerly maintained by Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Mandioca e Fruticultura. The purpose of this paper was to describe and to analyze the morphological variability maintained in that collection. Three-hundred and twenty-four native accessions were evaluated, using 25 morphological characteristics. It was possible to identify 256 morphological types; 223 accessions presenting unique morphology and 33 groups of morphologically identical accessions. About 20% of the collection were made of duplications. Based on the assessment of the phenotypic diversity maintained in this collection for each descriptor used, it was considered that the collection presents a high level of polymorphism. The results were discussed in relation to their use on the organization of the germplasm collection, on the planning of the in vitro collection, of seed production fields and of the molecular characterization activities and on the management of this genetic resource at national level.

Index terms: Ipomoea batatas, genetic resources, genetic polymorphism.

Introdução

A modernização da agricultura e o conseqüente êxodo rural têm provocado a perda de diversidade genética de culturas, como a batata-doce (Ipomoea batatas L.) (Austin, 1988; Huamán & Puente, 1988; Horton et al., 1989). Algumas espécies do gênero Ipomoea, seção batatas, ocorrem no Brasil (Austin, 1988), o que inclui parte do País entre as regiões que apresentam variabilidade na cultura. Com o objetivo de conservar a diversidade genética da batata-doce, várias expedições de coleta deste recurso genético foram realizadas no final da década de 80, resultando na reunião de várias coleções de germoplasma. A coleção mantida pela Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Hortaliças (CNPH) foi reunida em expedições de coleta realizadas em conjunto pela Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Hortaliças, Embrapa-Centro Nacional de Recursos Genéticos e Biotecnologia, Centro Internacional de La Papa (CIP), e pela duplicação da coleção mantida pela Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Mandioca e Fruticultura. O material foi coletado em feiras livres, mercados, campos de produtores, e em algumas reservas indígenas (Miranda & França, 1987; Ritschel et al., 1999a).

Considerando-se a maneira como este material foi reunido e a forma de multiplicação da cultura da batata-doce, através de propagação vegetativa, estima-se que parte dos acessos mantidos em coleções sejam duplicatas. A ocorrência de duplicatas não identificadas em Bancos de Germoplasma encarece e dificulta a manutenção adequada do material, gerando problemas relacionados à organização e ao acesso de usuários potenciais ao recurso genético (Frankel & Bennet, 1970; Strauss et al., 1989; Beuselinck & Steiner, 1992). Assim, a caracterização de coleções de germoplasma vem sendo bastante enfatizada (Peeters & Williams, 1984; Peeters & Martinelli, 1989; Beuselinck & Steiner, 1992; Kresovich & McFerson, 1992).

A caracterização morfológica de um banco de germoplasma é normalmente a forma mais acessível de quantificar sua diversidade genética e é bastante utilizada (Halcomb et al., 1977; Perry & McIntosh, 1991; Singh et al., 1991; Kresovich & McFerson, 1992; Jana & Singh, 1993; Li et al., 1995; Rabbani et al., 1998). Descritores morfológicos específicos para a cultura da batata-doce estão disponíveis (Huamán, 1991). Estimativas relativamente altas de herdabilidade de algumas das características utilizadas como descritores de batata-doce (Jones,1969; Jones et al., 1969) aumentam a confiança na utilização dessas variáveis no processo de caracterização morfológica.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade fenotípica da coleção de germoplasma de batata-doce da Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Hortaliças (CNPH) por meio de descritores morfológicos.

Material e Métodos

O Banco Ativo de Germoplasma de batata-doce é atualmente formado pela coleção reunida pela Embrapa-CNPH e também por duplicações das coleções mantidas pela Empresa de Pesquisa Agropecuária e Difusão de Tecnologia de Santa Catarina (Epagri), Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuária (IPA) e pela Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio de Janeiro (Pesagro). Neste trabalho, foram caracterizados e analisados 324 acessos nativos de batata-doce pertencentes à coleção reunida pelo CNPH, coletados em todas as regiões brasileiras (Ritschel et al., 1999a).

Para a caracterização morfológica, os acessos foram plantados em maio/1997 e janeiro/1998, em parcelas de dez plantas. Com base em resultados parciais de avaliações anteriores, a disposição no campo foi planejada de forma que acessos morfologicamente semelhantes ficassem lado a lado, facilitando a caracterização comparativa desses acessos. Foram utilizados 25 descritores morfológicos: arquitetura da planta, comprimento da rama principal, comprimento e diâmetro do entrenó, cores predominante e secundária da rama, tipo de pubescência da rama, tamanho e forma geral da folha, tipo e número de lóbulos e formato do lóbulo central, pigmentação de nervuras abaxiais, cores das folhas madura e imatura, comprimento e pigmentação do pecíolo, formato da raiz e presença de defeitos, cores principal e secundária da película externa da raiz e intensidade da cor principal, cores principal e secundária da polpa da raiz e padrão de distribuição da cor secundária. A descrição de cada item utilizado na caracterização morfológica de batata-doce está disponível em Huamán (1991,1992). As escalas de notas referentes a cada descritor são apresentadas na Tabela 1.

As características vegetativas foram avaliadas três meses após o plantio, e as características das raízes, aos cinco meses. Para facilitar a caracterização das raízes, elas foram colhidas, etiquetadas, lavadas e agrupadas considerando-se as cores principal e secundária da película, o formato e presença de defeitos e as cores da polpa, e sua distribuição. As características foram observadas, e suas notas, registradas em uma planilha. As descrições morfológicas de cada um dos acessos, utilizadas para as análises realizadas neste trabalho, são apresentadas em Ritschel et al. (1999a).

Para o cálculo dos coeficientes de similaridade fenotípica entre os acessos utilizou-se o programa NTSYS, e os dados, analisados por meio do algoritmo UPGMA e a análise de coordenadas principais. Os coeficientes de similaridade foram calculados por Ligação Simples, conforme a fórmula citada por Rohlf (1992) e Cruz & Regazzi (1994):

SM = (a+d)/(a+b+c+d)

onde: SM é o coeficiente de similaridade (Ligação Simples); a, o número de coincidências positivas; b e c, os números de não-coincidências; d, o número de coincidências negativas.

Estas análises permitiram agrupar os acessos morfologicamente semelhantes e identificar os grupos morfológicos de acessos duplicados.

Como forma de estimar a variabilidade fenotípica mantida na coleção, foram também calculados os índices de diversidade de Shannon-Weaver (H), para cada descritor estudado, considerando-se o conjunto de acessos trabalhado, de acordo com a fórmula abaixo. Este índice também foi utilizado na caracterização morfológica de uma coleção de germoplasma de soja (Perry & McIntosh, 1991).

H = -p_i log₂ (p_i)/log₂n

onde:

H é o índice de diversidade de Shannon-Weaver; n, o número de classes de um caráter; p_i, a proporção de acessos na i-ésima classe de um caráter.

Um índice de diversidade baixo indica freqüências alélicas não balanceadas para um caráter individual e, conseqüentemente, polimorfismo baixo.

Noventa acessos não produziram raízes, e não foi possível classificá-los com respeito aos descritores forma de raízes, cor da película externa e cor da polpa. Assim, estes acessos não foram considerados no cálculo das estimativas dos índices de diversidade destes descritores. Por outro lado, esses descritores não foram considerados no processamento estatístico para o agrupamento desses acessos.

Resultados e Discussão

As distribuições de freqüência e os coeficientes de Shannon-Weaver estimados para cada característica avaliada são mostrados na Tabela 2. Comparando-se com uma amostra ideal, onde toda a variabilidade morfológica potencial da espécie I. batatas fosse representada de forma balanceada, ou seja, onde os H de todos os descritores considerados fossem próximos de 1, pode-se considerar que a coleção da Embrapa-CNPH apresenta polimorfismo alto, já que a maioria dos coeficientes de diversidade (H) calculados para esta amostra são maiores que 0,5.

Com respeito aos 17 descritores da parte aérea, cinco apresentaram Hmenor que 0,5, enroscamento da planta, cor da folha madura, comprimento das ramas principais, cor secundária da rama, e pubescência da rama. São mantidos, na coleção da Embrapa-CNPH, apenas genótipos não-enroscantes, com folhas maduras de cor verde. Estes descritores não mostraram polimorfismo na amostra analisada, e, portanto, não apresentaram utilidade para a discriminação entre os acessos da coleção. O desequilíbrio na distribuição de freqüência dos outros três descritores levou à diminuição do índice de diversidade. Os marcadores morfológicos da parte aérea que apresentaram maiores coeficientes de diversidade são número de lóbulos da folha e pigmentação de nervuras.

Dos oito descritores morfológicos relativos às raízes, as características associadas à polpa da raiz, cor principal e distribuição da cor secundária apresentaram os menores coeficientes de diversidade. Os descritores associados às raízes com maior polimorfismo foram os que descrevem a cor da película externa, cor principal e a intensidade da cor principal, e não se observou a concentração dos genótipos em classes específicas. As características formato e defeitos também foram úteis na discriminação dos acessos da coleção mantida pela Embrapa-CNPH.

Para demonstrar o processo de identificação de acessos morfologicamente duplicados, um exemplo do resultado da análise de agrupamento é mostrado na Figura 1, considerando-se 29 acessos mantidos na coleção da Embrapa-CNPH. Cerca de 85% da variabilidade observada foi explicada pelos três primeiros vetores estimados na análise de coordenadas principais, refletindo a separação da amostra em grupos bastante diferentes entre si. Acessos que apresentam coeficiente de similaridade igual a 1 são considerados duplicatas morfológicas. Neste exemplo, foram identificados três grupos de acessos morfologicamente duplicados (GM1, GM2 e GM3). Além disso, foram identificados três acessos com morfologia única (GM0). Quando a totalidade da amostra foi analisada conforme descrito, os três primeiros vetores estimados pela análise de coordenadas principais explicaram cerca de 30% da diversidade observada, indicando que a variabilidade vai se distribuindo de forma gradual por toda a amostra analisada, e não se observa sua separação em poucos grupos distantes entre si. Foram observados 223 acessos com morfologia única (GM0) e a formação de 33 grupos morfológicos, assim distribuídos: 25 grupos com dois acessos (GM03 ¾ GM08, GM11 ¾ GM26, GM28 ¾ GM30), três grupos com três acessos (GM10, GM31, GM33), três grupos com quatro acessos (GM01, GM09, GM27), um grupo com sete acessos (GM32) e um grupo com 23 acessos (GM02). O número total de acessos analisados foi de 324, e foram identificados 256 tipos morfológicos (223 GM0 + 33 GM). Portanto, 68 acessos têm sua morfologia repetida uma ou mais vezes na coleção, o que representa cerca de 20% de duplicações morfológicas no BAG/batata-doce.

Os resultados obtidos com a caracterização morfológica do BAG/batata-doce têm auxiliado na orientação de outras atividades relacionadas com sua organização. Representam também a primeira etapa no processo de gerar informação sobre o germoplasma nacional de batata-doce.

A decisão de quais acessos devem ser introduzidos na coleção in vitro vem sendo tomada com base no grau de sanidade dos acessos no campo e também nos resultados da caracterização morfológica. Acessos que apresentam morfologia única e que apresentam baixo nível de sanidade na coleção de campo são priorizados para introdução na coleção in vitro. A batata-doce apresenta auto-incompatibilidade, e a produção de sementes botânicas é feita por polinização cruzada, e não se observa a produção de sementes entre acessos geneticamente muito próximos (Martin, 1970a, 1970b; Martin et al., 1974). No planejamento de campos de produção de sementes botânicas visando a conservação a longo prazo do "pool" gênico mantido na coleção, a morfologia dos acessos é verificada, evitando-se o posicionamento de materiais muito similares lado a lado. A caracterização morfológica tem sido complementada com a caracterização molecular do BAG/batata-doce (Ritschel et al., 1999b). Além de confirmar a separação dos grupos morfológicos, a aplicação de marcadores moleculares dentro dos grupos morfológicos identificados permite resolver casos onde a descrição morfológica completa não foi possível. Assim, pode-se definir mais precisamente a identidade de alguns acessos, como aqueles que não produziram raízes durante o processo de caracterização morfológica.

Sob o aspecto de potencial de utilização, as distribuições de freqüência dos descritores morfológicos relacionados às raízes podem ser úteis na escolha de acessos a serem incluídos em ensaios de avaliação. Quando o objetivo é a seleção de materiais para consumo direto ou para industrialização, acessos que apresentam formatos de raiz fora de padrão devem ser evitados, e preferências regionais com respeito tanto às cores da película externa e da polpa ou relacionadas com o potencial de utilização, como na fabricação do doce marron-glacê, também devem ser consideradas.

A parte noroeste da Região Centro-Oeste é considerada centro de diversidade secundária de I. batatas, mas somente 16% dos acessos do BAG/batata-doce foram coletados nessa Região. Portanto, apenas com base na caracterização morfológica da coleção mantida pela Embrapa-CNPH seria prematuro concluir sobre a variabilidade que a espécie apresenta no Brasil. A organização dos dados de passaporte, análise e comparação da variabilidade mantida em outras coleções brasileiras de batata-doce e a realização de expedições adicionais de coleta de germoplasma de batata-doce, em áreas onde se espera que haja maior variabilidade para a espécie no Brasil, podem contribuir para a resposta desta questão. Considerando-se que a caracterização morfológica deve ser analisada como uma medida indireta da variabilidade total da amostra estudada, a identificação de fenótipos raros, pouco representados em coleções, significa aumento real do "pool gênico" mantido, através de genes relacionados aos descritores utilizados e também a outras características de significado agronômico real ou mesmo potencial. Por outro lado, a identificação do nível de duplicações entre e dentro das coleções nacionais é uma estratégia que facilita o melhor gerenciamento do germoplasma mantido, incluindo o processo de conhecimento dos acessos sob o aspecto agronômico. A estimativa do coeficiente de Shannon-Weaver para as amostras estudadas permitirá a comparação entre a variabilidade mantida na coleção da Embrapa-CNPH e a mantida em outras coleções nacionais mantidas pela Epagri, IPA e Pesagro. Assim, a caracterização do germoplasma de batata-doce está sendo estendida a outras coleções brasileiras.

Conclusões

1. Utilizando-se a caracterização morfológica e a análise de agrupamento, foi possível identificar 256 tipos morfológicos na coleção de germoplasma de batata-doce mantida pela Embrapa-CNPH.

2. Sessenta e oito acessos têm sua morfologia repetida uma ou mais vezes na coleção, o que representa cerca de 20% de duplicações morfológicas.

3. A coleção mantida pela Embrapa-CNPH apresenta polimorfismo alto.

Agradecimentos

Aos pesquisadores e produtores, que contribuíram na reunião e conservação desta coleção de germoplasma; ao Dr. José Amauri Buso, pelas sugestões durante a condução dos trabalhos e pela revisão criteriosa deste manuscrito; ao técnico agrícola Ornélio Guedes da Silva, pelo apoio na execução das atividades de conservação e caracterização do BAG/batata-doce.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  17 Jun 2002
• Data do Fascículo
  Abr 2002

Histórico

• Aceito
  10 Ago 2001