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Acta Scientiarum. Agronomy

On-line version ISSN 1807-8621

Acta Sci., Agron. (Online) vol.32 no.4 Maringá Oct./Dec. 2010

https://doi.org/10.4025/actasciagron.v32i4.4631 

GENÉTICA E MELHORAMENTO

 

Análise multivariada e índice de seleção na identificação de genótipos superiores de feijão-caupi

 

Multivariate analysis and selection index for identification of cowpea genotypes

 

 

Cândida Hermínia Campos de Magalhães Bertini*; Wener Santos de Almeida; Ana Paula Moura da Silva; José Wêndney Lima e Silva; Elizita Maria Teófilo

Departamento de Fitotecnia, Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Ceará, Av. Humberto Monte, s/n, 60356-001, Fortaleza, Ceará, Brasil

 

 


RESUMO

Objetivou-se com esse trabalho avaliar a divergência genética de genótipos de feijão-caupi por meio de técnicas multivariadas e identificar aqueles que apresentam a melhor combinação para diferentes características por meio de índice de seleção. O experimento foi desenvolvido na Universidade Federal do Ceará, no período de fevereiro a junho de 2008, utilizando-se 47 genótipos de feijão-caupi de várias procedências. O experimento foi constituído de parcelas de uma fileira contendo oito plantas, sem repetição. Os caracteres avaliados foram o porte da planta; a posição da vagem na copa da planta; o número de vagens por planta; o comprimento das vagens; o número de sementes por vagem; o peso de 100 sementes e a produção; o número de dias para a floração e o ciclo; a forma do grão e a cor do grão. A técnica multivariada de componentes principais, associada aos métodos de Tocher e de Distância Euclidiana Média, foi utilizada na avaliação da divergência genética. O índice de seleção de soma de ranks foi utilizado na identificação de genótipos superiores. Novas combinações gênicas promissoras podem surgir nos cruzamentos entre os genótipos CE-264 e CE-200, CE-274 e CE-93, CE-200 e CE-274, e CE-93 e CE-282. Foi possível identificar 13 genótipos apresentando características superiores quanto aos caracteres de produção, precocidade e qualidade do grão.

Palavras-chave: Vigna unguiculata L., análise multivariada, feijão-de-corda, genitores, índice de seleção.


ABSTRACT

This work aimed to evaluate the genetic divergence among cowpea genotypes through multivariate techniques and identify those with the best combination for size, production and quality of grain using a selection index. The experiment was carried out at the Federal University of Ceará in the period from February to June 2008, using 47 cowpea genotypes. The experiment was carried out in a plot with eight plants, without replications. The following traits were analyzed: plant size, pod position in plant, number of pods per plant, pod length, number of seeds per pod, weight of a hundred seeds, grain yield, number of days to flowering and cycle, shape and color of grain. The main component coupled with the methods of Tocher and Euclidian distance was used to evaluate the genetic divergence. The rank sum selection index was used to identify genotypes with superior characteristics. New genetic combinations can appear in the crossings between CE-264 and CE-200, CE-274 and CE-93, CE-200 and CE-274, and CE-93 and CE-282 genotypes. Thirteen genotypes demonstrated superiority for production, earliness and grain quality traits.

Key words: Vigna unguiculata L., multivariate analysis, cowpea, parents, selection index.


 

 

Introdução

Dentre as diversas culturas, o feijão-caupi destaca-se como uma das mais cultivadas na região Nordeste do Brasil (MOUSINHO et al. , 2008), especialmente nos Estados do Ceará e do Piauí, sendo considerada a principal cultura de subsistência das populações da zona rural, um importante componente da dieta dessa população e também um importante gerador de emprego e renda para essa região. Nas safras 2007/2008, a área plantada com feijão na região Nordeste foi de 2.276.700 ha e a produtividade foi de 441 kg ha-1 (CONAB, 2008).

O cultivo desta cultura é realizado principalmente por pequenos agricultores, obtendo-se baixas produtividades. Entretanto, comparada a outras culturas, o feijão-caupi tem seu potencial genético pouco explorado, já que, em condições experimentais, foram obtidas produtividades de grãos secos acima de 3.000 kg ha-1, segundo Bezerra (1997 apud Passos et al. , 2007).

O melhoramento de espécies autógamas, entre essas o feijão-caupi, é baseado, principalmente, na seleção de parentais seguida de hibridação para formação de uma população base e avanço de geração, com seleção simultânea para mais de uma característica (rendimento, porte, resistência a pragas e doenças e qualidade do grão). Nesse contexto, os estudos sobre divergência genética podem ser de grande importância por fornecerem estimativas para a identificação de genitores que, quando cruzados, aumentam as chances de seleção de genótipos superiores nas gerações segregantes (CRUZ; REGAZZI, 2001).

Várias técnicas multivariadas podem ser aplicadas no estudo da divergência genética. Entre essas técnicas, as mais empregadas são: a análise por componentes principais, quando os dados são obtidos de experimentos sem repetições; a análise por variáveis canônicas, quando os dados são obtidos de experimentos com repetições; e os métodos de agrupamento, cuja aplicação depende da utilização de uma medida de dissimilaridade previamente estimada (OLIVEIRA et al., 2003). Vários trabalhos que avaliam a diversidade e a divergência genética em feijão-caupi foram realizados, utilizando-se caracteres morfoagronômicos (AREMU et al. , 2007; OLIVEIRA et al. , 2003; PASSOS et al. , 2007; PHANSAK, et al. , 2005) e marcadores moleculares (BA et al. , 2004; NKONGOLO, 2003; XAVIER et al. , 2005).

A análise da diversidade genética em coleções de germoplasma pode facilitar a classificação e a identificação de grupos de acessos com características superiores para serem utilizados para fins de melhoramento (MOHAMMADI; PRASANNA, 2003). A identificação de genótipos superiores com base em apenas uma característica, muitas vezes, leva ao insucesso de uma cultivar no mercado, principalmente quando não são consideradas características como cor, forma e tamanho dos grãos, sendo, portanto, esta uma das tarefas mais difíceis em um programa de melhoramento. Na literatura são descritas várias propostas de índices de seleção, as quais auxiliam na identificação de genótipos superiores para vários caracteres (CRUZ; REGAZZI, 2001). Dentre estes, está o índice de soma de ranks de Mulamba e Mock (1978) que consiste em classificar os genótipos em relação a cada um dos caracteres, em ordem favorável ao melhoramento e apresenta como vantagem a eliminação da necessidade de se estabelecerem pesos econômicos e a estimativa de variâncias e covariâncias (CRUZ; REGAZZI, 2001).

Objetivou-se com este trabalho quantificar a divergência genética de genótipos de feijão-caupi por meio de técnicas multivariadas e identificar aqueles que apresentem a melhor combinação para características relativas a porte, produção e qualidade do grão por meio de índice de seleção.

 

Material e métodos

Quarenta e sete genótipos de feijão-caupi do banco de germoplasma do Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Ceará (CCA/UFC), de procedências diversas (Tabela 1), foram multiplicados e avaliados no primeiro semestre de 2008, no Campus do Pici da UFC, em Fortaleza, Estado do Ceará. As parcelas experimentais foram constituídas de uma fileira de 8,0 m de comprimento, com espaçamento de 1,0 m entre plantas e 2,0 m entre fileiras. O desbaste foi feito 15 dias após a semeadura, deixando-se uma planta por cova.

Com o objetivo de identificar, posteriormente, genótipos superiores para várias características de importância para o melhoramento do feijão-caupi, os caracteres avaliados foram divididos em quatro grupos: (1) Caracteres que facilitam a colheita mecanizada: porte da planta (P) e posição da vagem na copa da planta (PV); (2) Caracteres de produção: número de vagens por planta (NVP), comprimento das vagens (CV), número de sementes por vagem (NSV), peso de cem sementes (PCS) e produção, em gramas por planta (Prod); (3) Caracteres relacionados à precocidade: número de dias para a floração (DF) e ciclo (Ciclo) e (4) Caracteres relacionados à qualidade dos grãos: forma do grão (FG) e cor do grão (CG).

A classificação de cada um desses caracteres foi realizada da seguinte forma: P: (1) Ereto; (2) Semi-ereto; (3) Enramador e (4) Prostrado; PV: (1) Acima da folhagem; (2) No nível da folhagem e (3) Em todas as camadas da folhagem; CV: (1) Pequena - < 15 cm; (2) Média – 15 a 20 cm e (3) Grande - > 20 cm; NSV: (1) Pequena - < 15 sementes; (2) Média – 15 a 20 sementes e (3) Grande - > 20 sementes; PCS: (1) Pequena - < 13 g o peso de 100 sementes; (2) Média – 13 a 17 g o peso de 100 sementes e (3) Grande - > 17 g o peso de 100 sementes; Ciclo: (1) Curto - < 70 dias; (2) Médio – 70 a 90 dias e (3) Tardio - > 90 dias; CG: (1) Grupo Branco-Marrom: branco com hilo preto (Bp), branco com hilo marrom (Bma); branco e marrom (BMa), creme (Cr), creme e marrom (CrMa), creme com hilo vinagre (Crvn), amarelo (Am), marrom (Ma); (2) Grupo Rajado-Vinagre: rajado (Rj), rajado marrom (RjMa), rajado roxo (RjRx), roxo (Rx), rosado (Ro), vinagre (Vn) e (3) Grupo Preto: preto (P), preto e branco (PB); FG: (1) Reniforme (Re), (2) Globosa (Go), (3) Ovoide (O) e (4) Romboide (Rom).

Para a quantificação da diversidade genética entre os genótipos foram utilizadas a distância euclidiana média e a análise de componentes principais. Foram utilizados para essas análises os cinco caracteres de produção e os dois caracteres relacionados à precocidade. Cruz e Regazzi (2001) recomendam a utilização da distância Euclidiana e a análise de componentes principais nas avaliações de acessos de bancos de germoplasma, pois nem sempre se dispõe de repetição, dificultando-se a quantificação da influência do ambiente que se atua sobre as constituições genéticas. A partir de uma matriz de dissimilaridade (47 x 47), foi aplicado o método aglomerativo da ligação média entre grupos (UPGMA) na tentativa de se estabelecer grupos de genótipos, gerando-se, ao final, um dendrograma, o qual foi realizado pelo programa Statistica (STATSOFT INC., 1999). Os genótipos que apresentaram as maiores distâncias foram utilizados no estabelecimento de grupos similares por meio do método hierárquico aglomerativo de otimização, proposto por Tocher.

Para a identificação de genótipos superiores, a partir da seleção simultânea dos 11 caracteres avaliados, foi utilizado o índice de soma de ranks de Mulamba e Mock (1978), o qual consiste em classificar os genótipos em ordem favorável à seleção, de acordo com as classes de cada caractere avaliado. Após esta classificação, as colocações dos vários caracteres de cada genótipo foram somadas, formando-se o índice proposto por Mulamba e Mock. Foram selecionados 27% dos genótipos (13), utilizando-se como critério aqueles que apresentaram as melhores combinações para porte, produção de grãos, menor tempo para maturação e qualidade do grão. As análises multivariadas foram efetuadas, utilizando-se o programa computacional Genes (CRUZ, 2001) e, na classificação e soma de ranks para obtenção do índice de Mulamba e Mock (1978), foi utilizado o programa Excel.

 

Resultados e discussão

A distância máxima foi obtida entre o par de genótipos CE-216 e CE-244 (dii'= 3,028) e a mínima foi entre o par CE-203 e CE-312 (dii'= 0,295). A distância genética máxima obtida indica os genótipos mais divergentes, e a distância mínima, os genótipos mais similares. Os genótipos CE-216 e CE-244 foram mais divergentes em virtude de os caracteres NVP, PCS, Prod, DF e Ciclo apresentarem um elevado contraste quando comparados a outros pares de genótipos. Por outro lado, os genótipos CE-203 e CE-312 apresentaram a menor distância em virtude de os caracteres avaliados apresentarem baixo contraste.

Os 47 genótipos avaliados foram separados em dois grupos, sendo um grupo menor constituído pelos genótipos 13, 8, 3 e 1 e um grupo maior constituído pelos demais genótipos (Figura 1). Considerando-se, de forma aleatória, o ponto de corte de 1,2, pôde-se ainda observar a separação de dez subgrupos. O primeiro grupo foi formado pelo genótipo 26; o segundo grupo foi formado pelos genótipos 47, 46, 19 e 4, apresentando a maioria grãos de cor branca com hilo preto, forma reniforme, ciclo curto, precoce, vagens com comprimento médio, NSV considerado pequeno e produção baixa; o terceiro grupo, pelo genótipo 6; o quarto grupo, pelos genótipos 30, 16 e 7; o quinto grupo, pelos genótipos 15, 40, 41, 35, 12 e 5, apresentando a maioria grãos de cor marrom, porte enramador, precoce, ciclo em torno de 65 dias, NVP, CV e NSV considerados médios e elevada produção; o sexto grupo, pelos genótipos 29, 18, 24, 42 e 17, apresentando a maioria grãos de cor preta, forma ovoide, porte semi-ereto, precoce, ciclo com 56 dias, PCS baixa e produção média; o sétimo grupo, pelos genótipos 21, 10, 37, 45, 43, 28, 23, 22, 32, 27, 14, 31, 20, 39, 34, 25, 36, 33, 11, 38 e 9, apresentando a maioria ciclo em torno de 65 dias, início da floração em torno de 44 dias, grãos de cor marrom e forma ovoide; o oitavo grupo, pelo genótipo 13; o nono grupo, pelos genótipos 8 e 3 e o décimo grupo, pelo genótipo 1. Os genótipos 13, 3, 8 e 1 foram os únicos com ciclo acima de 80 dias.

 

 

A separação dos grupos em função da cor dos grãos foi verificada por Xavier et al. (2005), quando avaliaram acessos de feijão-caupi por meio de marcadores RAPD. Por outro lado, Mignouma et al. (1998) observaram perfis distintos entre acessos de feijão-caupi com coloração do tegumento da semente similar, quando analisados por RAPD.

Oliveira et al. (2003), avaliando 16 acessos do banco de germoplasma da UFC, obtiveram média para produção de grãos por planta de 30,63 g e o maior valor detectado foi igual a 42,33 g. No presente trabalho, o valor máximo encontrado foi igual a 138,46 g. Quanto a outros caracteres, tais como CV, NSV, PCS e NVP, esses autores também encontraram grande variabilidade entre as cultivares avaliadas. Valores variando de 15,1 a 21,7 cm para CV e 9,7 a 26,1 g para PCS foram obtidos para genótipos de feijão-caupi de porte prostrado e porte ereto por Passos et al. (2007). A variação encontrada por esses autores é aproximada à encontrada no presente trabalho, em que o CV variou de 12,8 a 23,8 cm e o PCS variou de 6,45 a 24,0 g. Esses resultados indicam a possibilidade de identificação de genótipos superiores para utilização nos programas de melhoramento do feijão-caupi.

Avaliando-se a distância máxima obtida entre todas as possíveis combinações de cada um dos genótipos estudados, observou-se que a maioria apresentou suas respectivas distâncias máximas quando combinadas com o genótipo CE-216 (V-4 Alagoas), indicando esse genótipo como o mais divergente. Resultado semelhante com o genótipo V-4 Alagoas foi obtido por Oliveira et al. (2003). Valores máximos de dii' foram obtidos para as combinações entre o genótipo CE-216 e os genótipos CE-244, CE-283, CE 323, CE-306, CE-264, CE-343, CE-261 e CE-247.

Selecionando-se apenas os genótipos que apresentaram distâncias máximas (24) e utilizando-se o método de otimização de Tocher, observou-se a distribuição dos 24 genótipos em dez grupos distintos (Tabela 2). Os genótipos classificados são homogêneos dentro do grupo, mas heterogêneos entre grupos e as distâncias intragrupos são sempre inferiores a qualquer distância intergrupos, atendendo, assim, aos critérios estabelecidos para o método de otimização de Tocher (CRUZ; REGAZZI, 2001).

Os três primeiros componentes principais (CP1, CP2 e CP3), referentes aos sete caracteres agronômicos considerados, viabilizaram a construção de uma dispersão gráfica (Figura 2), pelo fato de os três componentes terem explicado 80,32% da variância total.

 

 

O primeiro, o segundo e o terceiro componentes apresentaram autovalores estimados iguais a 39,88; 24,21 e 16,23%, respectivamente. De acordo com os autovetores associados, a cada componente principal verificou-se que o caractere comprimento de vagem (0,44) foi o que mais influenciou na formação do primeiro componente e o de peso de 100 sementes (0,51) o que mais influenciou na formação do segundo (0,51) e do terceiro componentes (0,74).

Avaliando-se os resultados apresentados na Tabela 2 e na Figura 2, observa-se que as maiores distâncias foram obtidas entre os grupos II e X (6,087), II e VII (5,736), V e X (5,600) e IV e X (5,594), correspondendo às maiores divergências entre grupos, indicando as melhores combinações para cruzamentos. Observando-se também os resultados apresentados no dendrograma, obtido por meio da distância euclidiana média, verifica-se que muitos dos genótipos agrupados juntos também o foram quando da análise pelo agrupamento de Tocher e pela análise gráfica, utilizando-se componentes principais.

Ainda com base nos resultados dos componentes principais foi possível obter-se uma matriz de correlação de Pearson entre os caracteres agronômicos NVP, CV, NSV, PCS, P, DF e Ciclo calculados (Tabela 3). De acordo com esses resultados, observa-se que os únicos caracteres que apresentaram correlação estatisticamente significativa foram NVP e P, CV e PCS, NSV e PCS.

 

 

O caractere NVP apresentou correlação positiva e elevada (0,83) com a produção e o CV, correlação positiva com PCS, indicando a utilização desses caracteres para a seleção de genótipos com maior produção, embora não tenha sido verificada correlação entre CV e produção. O caractere NSV apresentou correlação negativa com PCS. Este resultado concorda com os obtidos por Aryeetey e Laing (1973) e Kheradnam e Niknejad (1974 apud Lopes et al. , 2001). Correlações fenotípicas positivas e significativas entre CV e os caracteres NSV e PCS e também correlações fenotípicas positivas e significativas entre NSV e PCS foram encontradas por Lopes et al. (2001).

Avaliando a variabilidade e correlações em populações de caupi para produção de grãos verdes, Souza et al. (2007) encontraram correlações genotípicas positivas e significativas para os caracteres número de vagens por planta e número de grãos por vagem, indicando que o número de vagens por planta pode ser uma característica importante na seleção indireta para a produção de grãos em populações segregantes. Resultado semelhante também foi obtido por Ribeiro et al. (2001) ao trabalharem com feijão comum.

Visando à identificação dos parentais mais divergentes e que apresentem, também, as maiores médias em relação aos caracteres que se deseja melhorar, foi realizado um ranqueamento de todos os caracteres considerados importantes no melhoramento do feijão-caupi, possibilitando-se, ao final, a seleção de genótipos superiores. O resultado do ranqueamento está apresentado na Tabela 4. De acordo com os critérios estabelecidos para os quatro grupos de caracteres, a soma de ranks variou de 23 a 114 para os genótipos CE-306 e CE-288, respectivamente. O menor valor indica uma combinação mais favorável entre todos os caracteres estabelecidos e o maior valor e uma combinação desfavorável com caracteres apresentando valores abaixo do requerido pelo melhoramento. Dessa forma, com base nesse índice, foi possível identificar 13 genótipos superiores, sendo estes em ordem crescente da soma de ranks os genótipos 35, 29, 40, 41, 18, 26, 5, 16, 15, 22, 12, 43 e 24. Esses genótipos serão selecionados para serem avaliados em ensaios de rendimento.

Com base nesses resultados e nos obtidos pelas análises de divergência foi possível identificar os seguintes pares de genótipos para utilização em cruzamentos: (24) CE-264 e (8) CE-200 (Grupos II e VII), (26) CE-274 e (4) CE-93 (Grupos IX e V), (8) CE-200 e (26) CE-274 (Grupos VII e IX), (4) CE-93 e (28) CE-282 (Grupos I e V). Espera-se que esses parentais proporcionem a formação de populações com ampla base genética e com maior probabilidade de se obter, nas gerações segregantes, novas combinações gênicas, com alto potencial para características agronômicas. Oliveira et al. (2003) encontraram valores máximos de divergência entre pares de genótipos mas, avaliando as médias intragrupos apresentadas pelos principais caracteres a serem melhorados, encontraram valores abaixo das médias, o que diminuiria a possibilidade de obtenção de recombinantes com alto potencial produtivo.

Apesar de o grupo X, constituído pelo genótipo 13, apresentar as maiores distâncias entre os genótipos, o referido genótipo apresenta baixos valores para os caracteres de produção, além de ciclo médio a longo, o que poderia dificultar o aparecimento de genótipos com potencial produtivo nas gerações segregantes. Além dos caracteres de produção é importante se considerar o tamanho, a forma e a cor do grão. As características-padrão do consumidor nordestino são grãos com cores creme ou marrom, peso de 25 g para 100 sementes, tegumento liso e formas mais regulares: ovoide, globosas e reniformes, podendo ainda haver variações de Estado para Estado, o que dificulta o programa de melhoramento da cultura. A identificação de genótipos superiores pode ser facilitada, utilizando-se o índice de Mulamba e Mock (1978), desde que diferentes caracteres possam ser avaliados de forma conjunta. Santos e Araújo (2001), avaliando 52 genótipos de feijão-de-corda e a seleção por meio de diferentes índices, constataram que o índice soma de ranks, o multiplicativo e o livre de pesos e parâmetros, além de apresentarem progressos satisfatórios para um conjunto de caracteres, foram os de mais fácil aplicação em relação aos demais índices utilizados.

 

Conclusão

Os cruzamentos entre os genótipos CE-264 e CE-200, CE-274 e CE-93 e, CE-200 e CE-274 viabilizam novas combinações gênicas promissoras. Os genótipos CE-306, CE-283, CE-320, CE-321, CE-244, CE-274, CE-123, CE-231, CE-227, CE-261, CE-209, CE-330 e CE-264 apresentam características superiores quanto aos caracteres de produção, precocidade e qualidade do grão. A utilização do índice de soma de ranks permitiu identificar genótipos superiores e divergentes assegurando a escolha de parentais com maior potencial produtivo e que pudessem ser utilizados na formação de populações segregantes.

 

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Received on July 30, 2008.
Accepted on January 24, 2009.

 

* Autor para correspondência. E-mail: candida@ufc.br
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