Variabilidade genética e efeito do ambiente para o teor de proteína em grãos de feijão

Genetic variability and environmental effect for protein content in common bean grains

GENÉTICA E MELHORAMENTO / GENETICS AND PLANT BREEDING

Variabilidade genética e efeito do ambiente para o teor de proteína em grãos de feijão

Juliana Sawada Buratto^I; Vania Moda CirinoI^*; Maria Brígida dos Santos Scholz^II; Diego Eduardo de Moraes Langame^I; Nelson da Silva Fonseca Junior^I; Cassio Egidio Cavenaghi Préte^III

^IÁrea de Melhoramento e Genética Vegetal, Secretaria da Agricultura e do Abastecimento, Instituto Agronômico do Paraná, Rod. Celso Garcia Cid, km 375, 86001-970, Londrina, Paraná, Brasil

^IIÁrea de Ecofisiologia, Diretoria Técnico Científica, Instituto Agronômico do Paraná, Londrina, Paraná, Brasil

^IIIDepartamento de Agronomia, Centro de Ciências Agrárias, Universidade Estadual de Londrina, Londrina, Paraná, Brasil

RESUMO

O objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade genética, o efeito ambiental e a estabilidade para o teor de proteína em grãos. Na safra da seca 2006, foram conduzidos dois experimentos, um para o grupo comercial carioca e outro para o grupo preto, em três locais do Estado do Paraná. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados com três repetições e parcelas constituídas de quatro linhas de 5 m, espaçadas 0,50 m. Na maturidade fisiológica, retiraram-se amostras de 200 g de grãos de cada parcela experimental; estas foram armazenadas em câmara fria até a realização das análises do teor de proteína. A análise de variância conjunta revelou efeito significativo do genótipo, do ambiente e da interação genótipo por ambiente. Estes resultados indicam a existência de variabilidade genética entre as cultivares e linhagens de feijão estudadas e que esses genótipos comportaram-se de maneira diferenciada nos diferentes ambientes onde foram avaliados. Os genótipos de feijão que apresentaram maiores teores médios de proteína, ampla adaptabilidade e alta estabilidade de comportamento foram: FT120, FT Soberano, Xamego e LP99-96 (grupo preto); BRS Pontal, FT Magnífico, IAC Tibatã, IAPAR 81, IPR Juriti e Pérola (grupo carioca).

Palavras-chave: Phaseolus vulgaris L., interação genótipo por ambiente, melhoramento genético

ABSTRACT

Genetic variability and environmental effect for protein content in common bean grains. The objective this study was to evaluate the genetic variability, environmental effect and stability for the protein content in common bean grains. Two experiments were conducted: one for the carioca group and another for the black group, during the dry season of 2006, in three locations in the state of Paraná. A completely randomized block design was used, with three replications and plots consisting of four rows with 5 m, spaced 0.50m apart. Two-hundred-gram samples were collected from each plot at physical maturity. The grain samples were stored in a cold chamber. A joint analysis of variance showed significant genotype, environment and genotype-environment interaction effects. These results indicate the existence of genetic variability among the genotypes of the common bean, and each genotype showed different behavior in the different environments in which they were evaluated. The genotypes that showed higher average levels of protein, wide adaptability and high behavioral stability were: FT120, FT Soberano, Xamego and LP99-96 (black group); BRS Pontal, FT Magnífico, IAC Tibatã, IAPAR 81, IPR Juriti and Pérola (carioca group).

Keywords: Phaseolus vulgaris L., genotype-environment interaction, common bean breeding

Introdução

Os grãos de feijão constituem a principal fonte de proteína de origem vegetal na dieta do brasileiro. A proteína de origem vegetal tem papel essencial na alimentação humana, em virtude do menor custo em relação à proteína de origem animal. Nessa leguminosa, a porcentagem de proteína bruta em base seca nos grãos pode variar de 16 a 33% (GUZMÁN-MALDONADO; PAREDE-LÓPEZ, 1998). Os grãos de feijão são ricos em lisina e limitados em aminoácidos sulfurados, ao contrário dos cereais que são pobres em lisina e ricos em aminoácidos sulfurados, o que torna a dieta de arroz com feijão, típica dos brasileiros, balanceada em termos de aminoácidos essenciais.

A composição de aminoácidos nos grãos de feijão foi avaliada por Ribeiro et al. (2007) em 19 cultivares de feijão. Os autores observaram, em ordem decrescente, os seguintes aminoácidos essenciais: leucina, lisina, fenilalanina, valina, isoleucina, treonina, histidina e metionina; e aminoácidos não-essenciais: ácido glutâmico, ácido aspártico, arginina, serina, alanina, glicina, tirosina, prolina e cisteína. Somente os aminoácidos leucina, isoleucina, histidina, valina e treonina apresentaram diferença estatística para local, indicando que eles podem variar em razão do local de cultivo.

O teor de proteína presente no grão é correlacionado negativamente com características agronômicas, número de vagens por planta, número de sementes por vagem e rendimento de grãos por planta (MELLO FILHO et al., 2004), demonstrando a dificuldade de efetuar a seleção de genótipos com elevados teores de proteína e alto potencial de rendimento. No trabalho efetuado por Lemos et al. (2004), os genótipos de feijão com produtividade de grãos abaixo da média experimental apresentaram os maiores teores de proteína bruta.

Para o caráter teor de proteína total, o controle genético é complexo; a variação do teor de proteína não depende somente do gene que controla a síntese e acumulação de específicas frações de proteína, mas também de genes que controlam outros fatores, tais como: absorção de nutrientes, vigor da planta, maturação, rendimento e tamanho de grãos (REYES-MORENO; PAREDE-LÓPEZ, 1993).

O teor de proteína também pode ser influenciado por fatores ambientais, como diferentes safras e anos agrícolas, localização geográfica, condições edafoclimáticas distintas dos locais de cultivo. A adubação nitrogenada, fornecida à cultura durante o seu desenvolvimento, também pode influenciar o teor de proteína nos grãos. O efeito ambiental na variação do teor de proteína nos grãos de feijão tem sido estudado por vários autores (GOMES JÚNIOR et al., 2005; DALLA CORTE et al., 2003; SORATTO et al., 2005; ANDRADE et al., 2004).

O objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade genética entre os genótipos, a influência do ambiente e a estabilidade de comportamento para os teores de proteína em grãos de feijão dos grupos comerciais preto e carioca, em diferentes locais de cultivo.

Material e métodos

Foram efetuadas avaliações para o teor de proteína em grãos de cultivares e linhagens de feijão provenientes do programa de melhoramento genético do Instituto Agronômico do Paraná - Iapar, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Embrapa, Instituto Agronômico de Campinas (IAC) e da FT Pesquisa e Sementes.

A semeadura foi efetuada na safra da seca 2006, no mês de janeiro. Foram conduzidos dois experimentos denominados de Ensaios em Cultivo, um para o grupo comercial carioca e outro para o grupo comercial preto, nos seguintes locais do Estado do Paraná: Mauá da Serra (Latitude 23º54’05” S, Longitude 51º13’46” O e Altitude 1020 m), Pato Branco (Latitude 26º13’43” S, Longitude 52º40’14” O e Altitude 761 m) e Wenceslau Braz (Latitude 23º52’26” S, Longitude 49º48’10” O e Altitude 841 m). Foram avaliados 18 genótipos de cada grupo comercial. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados com três repetições e parcelas constituídas de quatro linhas de 5 m, espaçadas 0,50 m, com uma população de 15 plantas por metro linear, considerando-se como parcela útil as duas linhas centrais excluindo-se 0,5 m das extremidades. A adubação de base foi efetuada aplicando-se o adubo formulado NPK, 4-30-10, de acordo com a análise química do solo, e efetuou-se a adubação nitrogenada aos 23 dias após a emergência das plantas, com 40 kg de N por ha, na forma de sulfato de amônio. Também foi efetuado o controle químico de plantas invasoras e de pragas quando necessário, utilizando-se de produtos registrados para a cultura do feijão.

Após a maturidade fisiológica (R9), efetuou-se a colheita, e de cada parcela experimental foi retirada uma amostra de 200 g de grãos, a qual foi armazenada em câmara fria, com temperatura de 5,6ºC e 33% de umidade.

Para a determinação do teor de proteína, foi utilizado grão livre da presença de insetos, fungos, podridões e danos físicos. Os grãos foram triturados em moinho e o pó obtido foi acondicionado em recipiente plástico. Foram utilizadas duas repetições laboratoriais por amostra de cada parcela experimental. Para a execução das análises laboratoriais, foi utilizado o método de Kjeldhal (AOAC, 1980), utilizando o fator 6,25 para converter o nitrogênio total em proteína bruta e, posteriormente, corrigida para base seca.

O conteúdo de umidade foi determinado pelo método descrito pela AOAC (1984), a determinação foi efetuada em duplicata, com cadinhos de alumínio (com massa conhecida) secos a 105ºC, por 3h. A porcentagem de umidade foi determinada pela diferença de peso da amostra.

Inicialmente, efetuou-se a análise de variância individual para cada local, considerando-se os efeitos de genótipo e ambiente como fixos. O teste de Hartley foi realizado para testar a homogeneidade de variância, sendo este fornecido pela razão entre a maior e a menor variância do erro (RAMALHO et al., 2000). Posteriormente, efetuou-se a análise de variância conjunta e as médias dos tratamentos foram agrupadas pelo método de Scott e Knott a 1% e 5% de probabilidade (SCOTT; KNOTT, 1974).

Após a análise conjunta dos dados, foram estimadas a adaptabilidade e a estabilidade fenotípica pelo método proposto por Eberhart e Russell (1966). As análises estatísticas foram efetuadas com o auxílio do programa Genes (CRUZ, 1997).

Resultados e discussão

A análise de variância individual mostrou efeito significativo de genótipo, para ambos os grupos comerciais, em nível de 1% de probabilidade, para todos os locais avaliados (dados não apresentados).

A análise de variância conjunta também apresentou efeitos significativos de genótipos a 1% de probabilidade, para ambos os grupos comerciais, indicando que as cultivares e linhagens avaliadas apresentam variabilidade genética para o caráter teor de proteína nos grãos (Tabela 1).

O efeito ambiental e a interação genótipos por ambientes (GxE) também foram significativos a 1% de probabilidade (Tabela 1). Esses resultados estão de acordo com os trabalhos realizados anteriormente por Dalla Corte et al. (2003) e Kigel (1999). A significância da interação genótipos por ambientes (GxE) para ambos os grupos comerciais revelou comportamento diferenciado das cultivares e linhagens aos ambientes onde foram avaliadas, indicando que o teor de proteína apresentado por um determinado genótipo avaliado em um local não será necessariamente o mesmo quando avaliado em outra localidade, dificultando a seleção de genótipos com altos teores de proteína.

No presente estudo, os teores médios de proteína no grupo preto variaram de 20,7% (cultivar IPR Gralha em Wenceslau Braz) a 28,7% (cultivar Iapar 44 em Pato Branco). O local que apresentou o maior teor médio de proteína foi Pato Branco, seguido por Mauá da Serra e Wenceslau Braz, com 26,8; 24,9 e 22,5%, respectivamente.

Para os genótipos do grupo carioca, o teor de proteína variou de 20,5% (Linhagem LP01-38, avaliada em Wenceslau Braz) a 27,6% (cultivar BRS Requinte, avaliada em Pato Branco). A média geral do ensaio de Mauá da Serra foi de 25,0%, de Pato Branco 24,94% e de Wenceslau Braz 22,14% (Tabela 2).

Estudos realizados anteriormente relatam que o teor de proteína nos grãos de feijão variou de 16 a 33% (GUZMÁN-MALDONADO; PAREDE-LÓPEZ, 1998). Em cultivares e linhagens de feijão adaptadas às condições edafoclimáticas brasileiras, os teores de proteína variaram de 19,62 a 23,08% (DALLA CORTE et al., 2003), 17 a 23,8% (LEMOS et al., 2004), 23,62 a 25,77% (ANTUNES et al., 1995).

Os teores médios de proteína avaliados em três locais (Tabela 3) variaram de 23,2 a 26,3% para o grupo preto, e o teste de agrupamento de médias de Scott e Knott classificou os genótipos em dois grupos. As cultivares BRS Valente, Diamante Negro, FT120, FT Soberano, IAPAR 44, Rio Tibagi e Xamego e a linhagem LP99-96 apresentaram maior porcentagem de proteína nos grãos.

O estudo da adaptabilidade e estabilidade fenotípica, utilizando a metodologia proposta por Eberhart e Russel (1966), revelou que as cultivares FT120, FT Soberano e Xamego e a linhagem LP99-96, além de apresentarem maiores teores de proteínas, exibiram ampla adaptabilidade (β_1i=1) e estabilidade (σ²_di=0) de comportamento com R²_i > 90% (Tabela 3).

Para o grupo carioca, os teores médios de proteína avaliados em três locais (Tabela 4) variaram de 22,5 a 25,9%; os genótipos foram agrupados em duas classes pelo teste Scott e Knott, a 5% de probabilidade, destacando-se para maiores percentuais as cultivares BRS Pontal, BRS Requinte, FT Magnífico, IAC Tibatã, IAPAR 81, IPR Juriti e Pérola. Essas cultivares, exceto a BRS Requinte, também se destacaram das demais por apresentarem ampla adaptabilidade e alta previsibilidade para teor de proteína nos grãos.

Conclusão

Os teores de proteína nos grãos de feijão podem variar em razão do local de cultivo, do efeito da interação genótipos por ambiente e da variabilidade genética presente entre as cultivares e linhagens avaliadas neste estudo.

Os genótipos de feijão que apresentaram maiores teores médios de proteína, ampla adaptabilidade, alta estabilidade e previsibilidade de comportamento para o teor de proteína foram: FT120, FT Soberano e Xamego e a linhagem LP99-96 do grupo comercial preto; e BRS Pontal, FT Magnífico, IAC Tibatã, IAPAR 81, IPR Juriti e Pérola do grupo comercial carioca, podendo ser utilizados como genitores em programas de melhoramento visando à biofortificação de grãos de feijão.

Agradecimentos

Ao Instituto Agronômico do Paraná, pela infraestrutura e apoio para a realização do trabalho e ao CNPq, pelo apoio financeiro.

Received on February 22, 2008.

Accepted on May 21, 2008.

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• ANDRADE, C. A. B.; PATRONI, S. M. S.; CLEMENTE, E.; SCAPIM, C. A.Produtividade e qualidade nutricional de cultivares de feijăo em diferentes adubaçőes. Cięncia e Agrotecnologia, v. 28, n. 5, p. 1077-1086, 2004.
• ANTUNES, P. L.; BILHALVA, A. B.; MOACIR, C. S.; GERMANO, J. D. Valor nutricional de feijăo (Phaseolus vulgaris L.), cultivares Rico 23, Carioca, Pirată-1 e Rosinha-G2. Revista Brasileira de Agrocięncia., v. 1, n. 1, p. 12- 18, 1995.
• AOAC-Association of Official Analytical Chemists. Official methods of analysis of the Association of Official Analytical Chemists 13. ed. Washington, D.C.: AOAC, 1980.
• AOAC-Association of Official Analytical Chemists. Official methods of analysis 14. ed. Washington, D.C.: AOAC, 1984.
• CRUZ, C. D. Programa Genes: aplicativo computacional em genética e estatística. Viçosa: UFV, 1997.
• DALLA CORTE, A.; MODA-CIRINO V.; SCHOLZ, M. B. S.; DESTRO, D. Environment effect on grain quality in early common bean cultivars and lines. Crop Breeding and Applied Biotechnology, v. 3, n. 3, p. 193-202, 2003.
• EBERHART, S. A.; RUSSELL, W. A. Stability parameters for comparing varieties. Crop Science, v. 6, n. 1, p. 36-40, 1966.
• GOMES JUNIOR, F. G. G.; LIMA, E. R.; LEAL, A. J. F.; SÁ, M. E.; HAGA, K. I. Teor de proteína em grăos de feijăo em diferentes épocas e doses de cobertura nitrogenada. Acta Scientiarum. Agronomy, v. 27, n. 3, p. 455-459, 2005.
• GUZMÁN-MALDONADO, S. H.; PAREDE-LÓPEZ, O. Functional products of plants indigenous to Latin America: amaranth, quinoa, common beans and botanicals. In: MAZZA, G. (Ed.). Functional foods: biochemical and processing aspects.New York: Chapman and Hall, 1998. p. 293-328.
• KIGEL, J. Culinary and nutritional quality of Phaseolus vulgaris seeds as affected by environmental factors. Biotechnologie, Agronomie, Society et Enviroment, v. 3, n. 4, p. 205-209, 1999.
• LEMOS, L. B.; OLIVEIRA, R. S.; PALOMINO, E. C.; SILVA, T. R. B. Características agronômicas e tecnológicas de genótipos de feijăo do grupo comercial Carioca. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 39, n. 4, p. 319-326, 2004.
• MELLO FILHO, O. L.; SEDIYAMA, C. S.; MOREIRA, M. A.; REIS, M. S.; ANDRADE, G. A. M.; DIAS, R. R.; PIOVESAN, N. D. Selection of high protein content and high yield soybean families. Crop Breeding and Applied Biotechnology, v. 4, n. 2, p. 171-177, 2004.
• RAMALHO, M. A. P.; FERREIRA, D. F.; OLIVEIRA, A. C. Experimentaçăo em genética e melhoramento de plantas Lavras: UFLA, 2000.
• REYES-MORENO, C.; PAREDE-LÓPEZ, O. Hard-to-Cook Phenomenon in common bean: a review. Critical Reviews Food Science Nutrition, v. 33, n. 3, p. 227-286, 1993.
• RIBEIRO, N. D.; LONDERO, P. M. G.; CARNEGNELUTTI FILHO, A.; JOST, E.; POERSCH, N. L.; MALLMAN, C. A. Composiçăo de aminoácidos de cultivares de feijăo e aplicaçőes para o melhoramento genético. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 42, n. 10, p. 1393-1399, 2007.
• SCOTT, A. J.; KNOTT, M. A cluster analysis method for grouping means in the analysis of variance. Biometrics, v. 30, n. 3, p. 507-512, 1974.
• SORATTO, R. P.; CRUSCIOL, C. A. C.; SILVA, L. M.; LEMOS, L. B. Aplicaçăo tardia de nitrogęnio no feijoeiro em sistema de plantio direto. Bragantia, v. 64, n. 2, p. 211-218, 2005.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  25 Ago 2011
• Data do Fascículo
  Dez 2009

Histórico

• Recebido
  22 Fev 2008
• Aceito
  21 Maio 2008