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O que há adiante da árvore

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1. SINOPSE O documento objetiva dar uma visão crítlca das técnicas de melhoramento genético florestal por ora consideradas inovadoras, seus avanços e suas…
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  • 1. SINOPSE O documento objetiva dar uma visão crítlca das técnicas de melhoramento genético florestal por ora consideradas inovadoras, seus avanços e suas implicações em um futuro próximo. Os melhoramentos advindos do uso de técnicas avançadas de propagação têm sido combina- dos com esforços em áreas correlatas. antevendo-se ganhos sensíveis de produtividade. Mas o conceito de desenvolvi- mento de florestas homogêneas, de rápido crescimento deve ser combinado com biodiversidade e desenvolvimento auto-susten- tado. - Quais as alternativas possí- veis? - Quais o modelo e estraté- gias a seguir? Analisar as tendências tecno- lógicas atuais, bem como suas possibilidades. considerando ain- da as influências de macrocená- rios políticos e econômicos que orientarão o desenvolvimento tecnológico florestal na virada do século são considerações a serem feitas. , ARTifG0;7íTÊCNi§CÓ o que há adiante da árvore? tecnologia florestal presente e futura Edvins Rntnleks Consultor em desenvolvimento tecnológico Teotônio Francisco de Assis Consultor em melhoramentos florestal, da Riocell Mas, visto que algumas áreas de pesquisa têm sido alavanca- das muito rapidamente por su- cessos repetidos. alguns pesqui- sadores já se animam a pensar no que existiria além de uma árvore. ABSTRACT This document provides a cri- tical insight of innovative gene- tic techniques utilized now, as well their implications in the near future. lmprovements obtained from these techniques when combines with efforts in correlated areas. enable significant productivity achievements. The concept of homogeneous forest development at fast gro- wing rates needs to fulfill the requirements of biodiversity and seIf-sustained development. - What alternatives are possi- ble? - What model and strategies are feasible to follow? Analusing technological trend. as well their possibilities. ma- tching together political and eco- nomical macrocenarios that will influence forestry technological development by the round of this century are objectives of this paper. Successive accomplishments have been pushing up some re- search areas, and some resear- chers dare to think of what's ahead of the tree. 1. Introdução Há grande preocupação atual acerca do desmatamento em di- versas regiões do mundo, prima- riamente àquelas nos trópicos e subtrópicos. A preocupação é acerca da perda da diversidade de espécies nestas florestas. que abrigam 30 milhões de plan- tas, animais e outros organis- mos. O que significa tudo isto? Sig- nifica que as preocupações am- bientais estão tendo precedên- cia sobre as preocupações no gerenciamento de recursos flo- restais. Restrições estão ocor- rendo. ao mesmo tempo que co- existem preocupações ambien- tais acerca do desenvolvimento dos países do terceiro mundo. Será difícil melhorar o padrão de O Papel - Janeiro/1993 - 41
  • 2. vida na maioria destes paises quando a ênfase é colocar suas florestas remanescentes sob pre- servação, em vez de gerencia- las para a produção de madeira. sub-produtos e manufaturados. A fonte para manufatura de madeira e seus derivados está rapidamente sendo restringida para árvores plantadas. Boas quantidades de espécies de fibra longa ainda existem naturalmen- te nos Estados Unidos, Canadá. paises nórdicos e na antiga União Soviética. Entretanto. esta ma- deira não está disponível a pre- ços razoáveis, por causa das crescentes distâncias do merca- do consumidor. estrutura inade- quada de coleta e processamen- to. falha na obtenção da desejada reprodução natural que deve se- guir-se à coleta, bem como preo- cupações ambientais. Visto que não é mais possivel utilizar florestas naturais para a produção de madeira, como o foi no passado, cada vez maior ên- fase tem sido dada às florestas plantadas. Esta ênfase causará uma grande mudança nas re- giões produtoras de madeira e seus manufaturados, primaria- mente das regiões boreais e frias-temperadas, para tempera- das-quentes, subtropicais e tro- pical. As maiores razões para tais mudanças. que iniciaram nos anos 60 com a concentração de pólos de exploração de madeira na América do Sul e África. são extensas áreas de terra sem flo- restas, condições ótimas de cres- cimento de árvores selecione- das. mão-de-obra abundante e a necessidade de exportar dos pai- ses em desenvolvimento para equilibrar a balança de paga- mentos. 2. O presente das florestas plantadas O melhoramento florestal en- volve tudo, a partir do estabele- cimento de espécies, obtenção de sementes. até a engenharia genética de plantas seleciona- das. Entretanto. o elemento mais importante de tópico tão amplo é a espécie utilizada e a sua proveniência. Enquanto ainda na sua relativa infância, a capacidade de sele- cionar. melhorar e de alguma for- 42 - O Papel - Janeiro/1993 ma. engenheirar certos aspectos estruturais da árvore está evo- luindo rapidamente. Ganhos de pesquisa de 50-100% no rendi- mento de madeira, no caso de produção de madeira para celu- lose. com reflexos de 540% no rendimento industrial. bem como obtenção de fibras de caracteris- ticas papeleiras homogêneas. po- dem ser atingidas através de uma gama de tecnologias. que vão desde a seleção de espécies de árvores até a sofisticados mé- todos de clonagem e mapeamen- to genético. Tudo isto dentro de períodos de 5-7 anos ou menos. E um dos objetivos deste do- cumento revisar o estado da arte de algumas tecnologias desen- volvidas durante a década passa- da e agora sendo implementadas em plantações de crescimento rápido. Quase todas as organiza- ções envoividas, especialmente com Eucalyptus, tem-se inclina- do para o uso de propágulos ve- getativos. 3. Biotecnologia florestal Entre as diversas ferramentas auxiliares do melhoramento flo- restal que tem sido propostas na literatura. algumas tem resultado produtivas na prática. e são dis- cutidas a seguir. 3.1 Estabelecimento de técnicas de micropropagação A clonagem de híbridos natu- rais superiores vem sendo feita com sucesso por intermédio de enraizamento de estacas. Contu- do. vários híbridos de grande in- teresse não têm sido contempla- dos em programas de melhora- mento por falta de métodos ade- quados de multiplicação, uma vez que muitos não enraizam. ou o enraizamento está muito aquém do limite considerado aceitável para um programa co- marcial. Estes mesmos problemas têm impedido a clonagem em larga escala de individuos superiores e geneticamente puros em espé- cies importantes. Por outro lado, mesmo nas es- pécies e híbridos onde o enrai- zamento de estacas permite o estabelecimento de um progra- ma comercial. a baixa taxa de multiplicação verificada no en- raizamento tem-se constituido num sério empecilho à rápida formação de um estoque de ma- terial capaz de dar suporte a um programa em larga escala, sendo necessários alguns anos até que se tenha um número de árvores. fontes de propáguios vegetati- vos suficiente para a produção de um grande número de mudas. A produção de mudas in vitro, através do estabelecimento de um sistema de micropropagação com elevada taxa de multiplica- ção. não somente acelera os pro- gramas de micropropagação clo- nal por enraizamento. quando utilizado no início de tals progra- mas, como também permite a propagação vegetativa comercial em espécies e híbridos de Euca- lyptus de alto valor e de difícil enraizamento. Vários resultados obtidos em escala de laboratório. a partir de órgãos ou tecidos como seg- mentos nodais de brotações de cepas. Iignotubers, anteras. ová- rios, segmentos de cotiiédones. hipocótilos. ápices. gemas. me- ristemas etc. , os quais mostram a possibilidade de estabelecer- se um programa de clonagem e multiplicação ln vitro. Para tan- to. é necessário realizar estudos básicos para sua viabilização técnico-econômica em todos os seus aspectos. desde o tipo de expiantes a serem inocuiados. até a transferência das mudas dos tubos de ensaio para o cam- po. Tais estudos têm apresenta- do nos últimos anos resultados positivos e existem reais possi- bilidades de êxito. Embora apresente uma taxa de multiplicação significativa- mente Inferior às obtidas em técnica de produção ln vitro. o enraizamento de estacas é, sem dúvida, uma técnica mais bara- ta. que exige menores investi- mentos. mão-de-obra não espe- cializada e é mais fácil de ser operacionalizada num programa comercial. Resolvidos os proble- mas relacionados com a multi- plicação rápida no inicio dos programas, que deverão ser so- lucionados pela m¡cro-propaga- ção. o enraizamento deverá ser técnica final de produção de mu- das em larga escala para muni- ciar os plantios comerciais. fi-
  • 3. cando a micropropagação limi- tada a fase de multiplicação, após a seleção cional. Deste modo. é de fundamen- tal importância que sejam eluci- dados e entendidos todos os processos fisiológicos que regu- lam o enraizamento. Esse enten- dimento será igualmente útil no processo de rizogênese ln vitro, visto que algumas espécies apresentam certa dificuldade de enraizamento, mesmo em labo- ratório. Uma preocupação, que surge sempre que se cogita sobre a propagação vegetativa em larga escala, diz respeitos à homoge- neidade genética decorrente da clonagem, quando se trabalha com pequeno número de clones. Portanto, a base genética é mui- to estreita. Contudo, é possível envolver um número de clones que seja suficientemente gran- de para que a base genética não seja comprometida. e sem que isto cause redução de ganhos. especialmente se for grande o número de indivíduos selecio- náveis. Por outro lado, a propagação vegetativa é uma “técnica de fim de linha'. Um grupo de ge- nótipos selecionados proporcio- na o máximo de ganho em uma única geração. Mas se novas combinações gênicas superiores não forem produzidas, por inter- médio do melhoramento sexua- do. nenhum ganho adicional se- rá obtido. A continuidade do me- lhoramento genético sexuado. 3.2 Associações biológicas O crescente aumento do pre- ço dos fertilizantes, bem como o deslocamento de grandes pro- jetos florestais para áreas mar- ginais. onde os solos são mais pobres. além de mais secos, exigindo portanto a aplicação de doses maiores de nutrientes, tem ensejado a adoção de vá- rias medidas visando a manu- tenção da viabilidade econômica da atividade florestal. Entre es- sas medidas destacam-se a uti- lização de espécies menos exi- gentes a solo e clima, utilização de fertilizantes de menor custo. como os fosfatos naturais. É Ió- gico o estudo de técnicas mais adequadas de preparo e fertili- zação de solo e de programas de desenvolvimento genético. buscando obter genótipos mais eficientes, sobretudo no que se refere à absorção e metabolis- mo de nutrientes. O desenvolvimento de técni- cas de isolamento e inoculação para estabelecer associações biológicas com fungos micorri- zicos deverá permitir a redução do consumo de insumos flores- tais, notadamente fertilizantes fosfatados, micronutrientes e defensivos. Esse tipo de asso- ciação poderá tornar mais efi- ciente a utilização de fertilizan- tes naturais. como os fosfatos de rocha, além de conferir às árvores maior capacidade de es- tabecer-se e crescer em locais de elevado déficit hídrico. Micorriza pode ser definida como uma associação simbióti- ca entre certos grupos de fun- gos e as raízes da maioria das espécies vegetais. Esta associa- ção ocorre com freqüência na natureza, sendo considerada re- gra. A ausência de micorriza em um dado ecossistema é uma exceção. Baseado no aspecto morfo- anatômico da colonização das raízes pelos fungos. as micorri- zas podem ser agrupadas em três tipos básicos: endomicorri- za, ectomicorriza e ectoendomi- corriza. Este último apresenta colonização de endo e ectomi- corriza ao mesmo tempo. A micorriza, em conseqüência de alterações fisiológicas e ana- tomicas na raiz e do aumento da área de solo explorada pelo sis- tema radicular, confere às plan- tas vantagens importantes em relação àquelas não micorriza- das. Por ser um pais onde pre- dominam solos ácidos, pobres em nitrogênio e fósforo, em que a distribuição de chuvas é irre- gular e onde ocorrem condições climáticas favoráveis ao desen- volvimento de doenças, o Brasil apresenta um grande potencial para a aplicação de micorriza na agro-silvicultura. As áreas destinadas ao reflo- restamento com eucalipto no Brasil são constituídas, em sua maior parte, de regiões de solos de baixa fertilidade natural, exi- gindo, por isto, fertilização mine- ral em grande escala, especial- mente no que diz respeito ao fósforo. Neste sentido, e considerando o alto custo de adubação, a mi- corriza surge como uma opção potencial para a redução desta dependência. Depois de coloni- zar a raiz da planta, o fungo micorrizídico lança externamen- te suas hifas, as quais passam a funcionar como uma extensão das raízes da planta, aumentan- do no solo, a área de explora- ção do sistema radicular. Cons- ta que as hifas dos fungos mi- corriza vesiculares-arbusculares (MVA] podem estender-se até 16 centímetros a partir da su- perfície da raiz, absorvendo ele- mentos anteriormente não dis- ponivel à planta, especialmente aqueles de pequena mobilidade no solo, como o fósforo, zinco e cobre. A ectomicorriza, por sua vez. também apresenta um grande potencial para a melhor utiliza- ção de água e nutrientes do solo pelas plantas. Árvores ectomi- corrizadas apresentam maior su- superfície de absorção de água e nutrientes, além do sistema radicular ser mais ativo fisiolo- gicamente. As hifas dos fungos têm a propriedade de quebrar certos complexos minerais e substâncias orgânicas no solo e transferir certos íons destes ma- teriais para as árvores. Mudas de E. calophylla inoculadas com solo não esterilizado formaram ectomicorriza e absorveram mais fósforo a um menor nível de apli- cação no solo que mudas ino- culadas com solo esterilizado. E relatado ainda que os fungos ectomícorrizicos são capazes de absorver vários aminoácidos e até mesmo formas mais comple- xas de nitrogênio orgânico. As ectomicorrizas têm sido relacionadas com a redução da severidade dos danos causados por fungos do solo à essências florestais. É relatada ação prote- tora em relacão à Phitophtora. Rhlzoctonia, Phytlum e Fusarium em espécie de Pinus e Eucalyp- tus. 0 controle dos fitopatóge- nos da raiz pela ectomicorriza parece estar relacionada à exis- tência de uma barreira fisica for- mada pelo manto fúngico na su- perfície da raiz ou pela produção de substâncias antibióticas pelo 0 Papel - Janeiro/1993 - 43
  • 4. fungo ectomicorrlzico. Esta ca- racterística protetora da micor- riza depende entretanto de inte- rações com o meio, potencial do inoculante, espécie de planta, modo de parasitismo, viruléncia e tipo de patógeno. A associação micorrizica favo- rece plantas em outros aspectos além dos mencionados. Plantas micorrizadas tem sido relatadas ter maior resistência em condi- ções de deficiência hídrica de solo. E creditado às micorrizas menor suscetibilidade de certas plantas à ocorrência de extre- mos de temperatura, pH no solo e altas concentrações de nutri- entes, metais pesados e toxinas no solo. A simbiose contribui também com benefícios fisioló- gicos às plantas. quais sejam. aumentando a longevidade das raizes colonizadas, a taxa fotos- sintética e respiratória e a pro- dução de hormônios. Entretanto, questões tais co- mo a sucessão de micorrizas nativas, bem como aspectos re- lacionados com a interação entre isolados e o material genético devem ser melhor examinados. 3.3 Sementes somáticas Q desenvolvimento de siste- mas que promovam a diferencia- ção celular. dirigida para a em- briogénese somática, produzin- do embriões somáticos seme- lhantes àqueles formados em se- mentes, constitui-se numa alter- nativa de elevado potencial pa- ra a clonagem rápida de árvores superiores. A idéia básica das sementes somáticas é manter suspensões celulares (crescen- do e dividindo-se) em meios nu- trientes líquidos antes da indu- ção ou desenvolvimento de em- briões, similares aos embriões formados em sementes. Estes embriões seriam subseqüente- mente tratados de tal modo que permitissem seu crescimento (germinação) como sementes. ou seja, fisiologlcamente “rusti- ficadas', encapsuladas ou prote- gidas de qualquer outra forma contra agressões do meio. Des- de que estes embriões são for- mados de células somáticas, ao contrário de embriões zigóticos de segmentes normais, eles re- teriam o genótipo ou tratos ge- néticos do doador original. Logo. 44 - O Papel - Janeiro/1993 é um método de propagação ve- getativa. A produção de mudas a partir de sementes somáticas seria am- plamente mais vantajosa quando comparada com outras técnicas de propagação vegetativa, tal co- mo o enraizamento de estacas e a micropagação, uma vez que os embriões podem ser produzidos aos milhares, ocupando espaços diminutos tais como um litro de meio de cultura. Posteriormente, esses embriões seriam induzidos a germinar como se fossem se- mentes e seriam plantados no viveiro por semeio liquido. Ou- tra grande vantagem reside no fato que os embriões somáticas possuem a mesma morfologia dos embriões das sementes. Deste modo, o sistema radicular desenvolvido não é adventicio. Existe grande preocupação quan- to ao comportamento a longo prazo do sistema radicular ad- ventício que se forma tanto em estacas enraizadas. quanto em mudas produzidas in vitro, tendo em vista o seu hábito plagiotró- pico. Além disso, a embriogéne- se somática é uma técnica de propagação vegetativa e apre- senta as mesmas vantagens do enraizamento e micropropaga- ção no que se refere a produção de árvores superiores, podendo substitui-la com amplas vanta- gens. Dos problemas potenciais des- ta técnica podem-se enumerar alguns. E importante obter-se a sincronização da embriogénese ou a separação física por tama- nho de embriões. Isto otimizaria o sistema pela minimização de perda de células não diferencia- das e embriões não sobreviven- tes. Os embriões devem ser re- cobertos ou rustificados, bem co- mo providos de material de re- serva para suportar a fase de transplante. Muitos outros pro- blemas intrincados ainda persis- tem para que se possa julgar es- ta técnica como realista. Como a embriogénese passa pela fase de calo, é possível que altera- ções cromossômicas ocorram. Desse modo, existe real possi- bilidade de perda de fidelidade genética. Algumas alterações são epigenéticas. mas interfe- rem na manifestação fenotípica do indivíduo. No presente. a técnica tem si- do usada com sucesso para cul- tura de hortícolas (cenoura). Al- guns resultados promissores têm sido obtidos em coniferas. no gênero Pinus. 3.4 Métodos de mapeamento genético A agilidade dos programas clássicos de melhoramento flo- restal tem sido comprometida pe- lo tempo relativamente longo exi- gido para uma adequada avalia- ção dos testes de progênies, se- leção e realização de novos cru- zamentos. nas sucessivas gera- ções de melhoramento. A exis- tência de fatores compllcadores. como a suspeita da ocorrência de rendimentos diferenciados no primeiro corte e cortes subse- qüentes de árvores seleciona- das, poderá exigir mudanças nas estratégias atuais de seleção. Caso esta suspeita confirme-se, a seleção de progénies deverá contemplar o seu comportamen- to nos três cortes provocando uma maior lentidão no desenvol- vimento dos programas de me- lhoramento. Por outro lado, a possibilidade da realização de seleção preco- ce de árvore sempre despertou grande interesse nos melhoristas florestais, mas a baixa correla- ção "juvenil x adulto' tem-se constituido no maior entrave pa- ra a adoção da seleção precoce como prática de rotina. Os recentes aperfeiçoamentos de modernas técnicas de biolo- gia molecular permitiram avan- ços significativos nas tecnolo- gias de DNA recombinante e da engenharia genética. Sua utiliza- ção deverá ser um futuro próxi- mo, de extrema utilidade nos programas de melhoramento flo- restal. Por intermédio de uma técnica conhecida por RFLP e' possivel associar características fenotípicas importantes, como
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