Agrociência Investigação

Projeto Europeu focado no melhoramento de sementes como estratégia para potenciar o desempenho e competitividade do setor da agricultura biológica

No contexto da sustentabilidade, a agricultura biológica, enquanto associada a fortes restrições no uso de fertilizantes e produtos fitofarmacêuticos de síntese, surge como uma alternativa às práticas agrícolas convencionais.

Com o objetivo de suportar as necessidades impostas pela agricultura biológica, e com o agravamento das alterações climáticas e riscos ambientais associados, têm vindo a ser implantados vários programas de melhoramento focados no aumento da resiliência perante stresses ambientais.

O desenvolvimento de linhas melhoradas para a produção de sementes com maior tolerância/resistência a constrangimentos ambientais, em particular ao stress hídrico, térmico e a doenças fúngicas, permitirá obter maiores taxas de germinação em condições de stress, garantindo o desenvolvimento de plantas mais robustas.

O projeto LIVESEED – Improve performance of organic agriculture by boosting organic seed and plant breeding efforts across Europe (H2020-SFS-2016-2017/H2020- SFS-2016-2) – coordenado por IFOAM EU e financiado ao abrigo do Quadro Comunitário Horizonte 2020 (H2020-SFS-2016-2017/H2020- SFS-2016-2, para detalhes consultar https:// www.liveseed.eu/), visa contribuir fortemente para o aumento do desempenho e competitividade do setor da agricultura biológica, tendo como estratégia o melhoramento de sementes com nível superior de resiliência perante as condições de stress ambiental.

O consórcio que integra o projeto LIVESEED é constituído por um total de 49 parceiros de 18 países Europeus, incluindo colaboradores de Institutos de Investigação, empresas de melhoramento de plantas, empresas de produção de sementes, Associações de Agricultura Biológica (incluindo produtores, setor de processamento e venda) e Autoridades Nacionais. A nível Nacional integram o consórcio duas Instituições de Ensino Superior, a Universidade de Évora (https:// www.uevora.pt/) e o Instituto Politécnico de Coimbra (Escola Superior Agrária) https:// www.ipc.pt/ipc/), e uma empresa privada com atividade no setor da produção, processamento e comercialização de sementes biológicas (Sementes Vivas, www.ls-sv.eu).

O trabalho desenvolvido na Universidade de Évora reúne uma equipa de três investigadores, membros do MED (https://www.icaam.uevora.pt), e dois consultores externos, Prof. Lee Hansen (Brigham Young University, USA) e Dr. Amaia Nogales (ISA, Lisboa).

Focada na avaliação/seleção (fenotipagem) de sementes tolerantes a stresses abióticos (em particular a stress hídrico e térmico) provenientes de diversas linhas de melhoramento, a equipa da Universidade de Évora está a implementar uma metodologia focada na utilização da calorespirometria. Esta técnica foi estabelecida no âmbito do projeto EU Marie Curie “Stress adaptation in plants – A molecular approach of socio-econommic interest”, tendo a sua aplicabilidade sido demonstrada em diferentes sistemas biológicos, incluindo a previsão do índice de biomassa produzida em culturas in vitro de cenoura (Nogales et al. 2013), a previsão de diferenças ao nível da tolerância a stresse térmico em variedades de cenoura e castas de videira (Nogales et al. 2015, Nogales et al. submetido) e a previsão da eficiência de formação de raízes adventícias em microestacas de oliveira (Cardoso et al. 2018).

Fig. 1. Equipamento de calorimetria (Multi-Cell Differential Scanner Calorimeter, TA) utilizado na determinação do calor metabólico emitido durante a germinação (à esquerda) e imagem exemplificativa dos resultados obtidos por esta técnica (à direita).


Fig. 2. Equipamento de espectroscopia FT-NIR (Bruker) utilizado na análise das sementes (à esquerda) e imagem exemplificativa dos aspetos gerados na análise de amostras biológicas (à direita).

A calorespirometria, baseada na determinação do calor emitido por um tecido ou órgão, permite o cálculo de parâmetros respiratórios através da promoção de uma reação exotérmica durante o procedimento de análise. Esta técnica foi previamente proposta como uma tecnologia promissora na identificação de alterações metabólicas e respiratórias resultantes de eventos de reprogramação celular (Campos et al. 2016).

Sendo a germinação caracterizada pela ativação de diversos processos metabólicos, inclusivamente a respiração celular, cuja função é fornecer a energia necessária aos processos metabólicos, a aplicabilidade da calorespirometria, apresenta-se como uma abordagem promissora na previsão da viabilidade das sementes sem necessidade de estabelecer demorados ensaios de germinação, comummente utilizados na análise da viabilidade.

Com o recente desenvolvimento, na Universidade de Évora, da técnica de espectroscopia do infravermelho próximo com transformada de Fourrier (FT-NIR), técnica estabelecida no âmbito de um projeto regional ‘Eficiência da tecnologia NIR para avaliação da maturação e qualidade de frutos’ (ALT20-03-0145- FEDER-000005) coordenado pela investigadora Ana Elisa Rato, foi possível estabelecer uma sinergia entre os dois projetos numa tentativa de demonstrar o potencial promissor da combinação das duas técnicas.

A espectroscopia FT-NIR é uma técnica rápida de execução simples e não destrutiva, capaz de analisar múltiplos componentes em diversos tipos de amostras com níveis de exatidão e precisão comparáveis aos métodos de referência primários. Não é necessária qualquer preparação ou manipulação da amostra, nem utilização de reagentes pelo que há muito que é utilizada em produtos alimentares para a determinação de alguns parâmetros de qualidade, de entre os quais se salienta o teor de proteína bruta, o teor de fibra e o teor de gordura (Smith and Flinn 1991, Milinovic et al. 2019). Esta técnica baseia-se na interação entre a radiação infravermelha emitida por um espectrómetro e a matéria, obtendo-se um espectro que se pode considerar uma assinatura espectral da amostra, a qual, através de métodos estatísticos, permite extrair informação acerca da composição física química da amostra. No contexto deste projeto a utilização da espectroscopia FT-NIR tem como objetivo desenvolver uma técnica não destrutiva e de execução rápida que aplicada às sementes intactas as possa classificar quanto à sua viabilidade.

Os resultados preliminares apresentam-se bastante promissores estando propostos para apresentação na EurAgEng 2020 Conference com o título “Use of Near Infrared Spectroscopy (FT-NIR) to assess seed viability and varietal discrimination – Pisum sativum as a case study” e na LIVESEED Annual Project Meeting com o título “Calorespirometry – a promissing phenotyping tool to assess seed viability based on respiratory parameters”. A aplicabilidade das metodologias desenvolvidas no âmbito do projeto LIVESSED vem incrementar o potencial de análise e seleção, apresentando-se como ferramentas ao dispor das instituições de melhoramento e produção de sementes.

Hélia Cardoso *1, Lénia Rodrigues 1, Ana Elisa Rato 3, Amaia Nogales 2

  • 1 MED – Instituto Mediterrâneo para a Agricultura, Ambiente e Desenvolvimento, Instituto de Formação e Investigação Avançada, Universidade de Évora. Pólo da Mitra, Ap. 94, 7006-554 Évora, Portugal. *hcardoso@uevora.pt.
  • 2 LEAF – Linking Landscape, Environment, Agriculture and Food. Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa, Tapada da Ajuda, 1349- 017 Lisboa, Portugal.
  • 3 MED – Instituto Mediterrâneo para a Agricultura, Ambiente e Desenvolvimento & Departamento de Fitotecnia, Escola de Ciências e Tecnologia, Universidade de Évora, Pólo da Mitra, Ap. 94, 7006-554 Évora, Portugal.
Referências:
Campos MD, Nogales A, Cardoso HG, Rajeev Kumar S, Nobre T, Sathishkumar R, Arnholdt- Schmitt B (2016) Stress-induced accumulation of DcAOX1 and DcAOX2a transcripts coincides with critical time point for structural biomass prediction in carrot primary cultures (Daucus carota L.). Frontiers in Genetics 7:1. Cardoso HG, Nogales A, Rato AE, Véstia J, Velada I, Hansen L, Peixe A (2018). Calorespirometry for assessing efficiency of adventitious rooting in Olea europaea L. XX Conference of International Society for Biological Calorimetry. Cracóvia – Polónia, 13-15 junho 2018. Milinovic J, Garcia R, Rato AE, Cabrita MJ (2019) Rapid Assessment of Monovarietal Portuguese Extra Virgin Olive Oil’s (EVOO’s) Fatty Acids by Fourier Transform Near Infrared Spectroscopy (FT NIRS). European Journal of Lipid Science and Technology 121: 1800392. Nogales A, Muñoz-Sanhueza L, Hansen LD, Arnholdt-Schmitt B. (2013) Calorespirometry as a tool for studying temperature response in carrot (Daucus carota L.). Engineering in Life Sciences 13 (6): 541-548. Nogales A, Muñoz-Sanhueza L, Hansen LD, Arnholdt-Schmitt B. (2015) Phenotyping carrot (Daucus carota L.) for yield-determining temperature response by calorespirometry. Planta 241(2):525- 538. Nogales A, Ribeiro H, Nogales-Bueno J, Hansen LD, Gonçalves EF, Coito JL, Rato AE, Peixe A, Viegas W, Cardoso HG (2020) Heat stress response in grapevine plants measured by calorespirometry and near infrared spectroscopy. Submitted. Smith KF, Flinn PC (1991) Monitoring the performance of a broad-based calibration for measuring the nutritive value of two independent populations of pasture using near infrared reflectance (NIR) spectroscopy. Australian Journal of Experimental Agriculture 31:205-210

Agradecimentos: O trabalho desenvolvido no âmbito do projeto LIVESEED é suportado pela União Europeia através do programa de investigação e inovação H2020 (Grant agreement No 727230) e por fundos Nacionais atribuídos pela FCT- Fundação para a Ciência e Tecnologia através do projeto UIDB/05183/2020. O Coordenador do projeto LIVESEED na Universidade de Évora está fortemente grato ao IIFA – Instituto de Investigação e Formação Avançada (IIFA) pela bolsa atribuída a Lénia Rodrigues. A informação disponibilizada reflete apenas o ponto de vista dos autores. A Agência Executiva de Investigação não se responsabiliza por qualquer uso que possa a vir ser feito da informação disponibilizada.