dissertação
Associação entre caracteres e seleção de híbridos de sorgo biomassa para produção de bioenergia
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Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
Departamento
Departamento de Biologia
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
O sorgo biomassa, cultura energética promissora para produção de bioenergia, é eficiente
tanto para geração de energia elétrica quanto para produção de etanol de segunda geração
(2G). A eficiência da seleção de genótipos superiores desta cultura depende da finalidade
industrial e do conhecimento do inter-relacionamento dos vários caracteres que de forma
direta ou indireta influenciam na expressão fenotípica. Além disso, a seleção de genótipos
envolvendo múltiplos caracteres mediante o emprego de índices adequados como o FAIBLUP
pode contribuir para o melhor direcionamento em programas de melhoramento da
cultura para a seleção do genótipo ideal. Dessa forma, o objetivo com este trabalho foi, no
primeiro capítulo, estimar as associações entre caracteres do sorgo biomassa; estimar os
efeitos diretos e indiretos e verificar a existência de relação causa e efeito dos demais
caracteres com o poder calorífero teoríco (PCT) via análise de trilha; e fornecer uma técnica
complementar para análise dos caracteres e direcionamento dos programas de melhoramento
de sorgo biomassa por meio da Mineração de Dados. O PCT apresentou tanto associações
nulas quanto positivas com os caracteres avaliados. Destacando-se as associações positivas
com florescimento (FLOR); altura de planta (AP); produtividade de biomassa verde do colmo
(PMVc); massa seca do colmo (MSc) e foliar (MSf); fibra em detergente neutro e ácido foliar
(FDNf e FDAf); lignina do colmo (LIGc) e foliar (LIGf); e hemicelulose foliar (HEMf). Os
caracteres FLOR, AP, PMVc, MSf e LIGc foram considerados os principais determinantes das
alterações do PCT, podendo ser utilizados na seleção indireta deste caráter. Além disso, os
caracteres FLOR, AP e PMVc influenciaram direta ou indiretamente a expressão dos
caracteres MSf e LIGc, podendo ser utilizados na seleção indireta desses caracteres. A técnica
de mineração de dados, árvore de regressão, permitiu melhor visualização das relações entre
os caracteres, auxiliando em algumas explicações sobre a influência dos caracteres sobre o
PCT. No segundo capítulo, o objetivo foi identificar e selecionar genótipos superiores de
sorgo biomassa para a produção de etanol de segunda geração considerando a seleção para
múltiplos caracteres, bem como, verificar qual estratégia seria a mais adequada para seleção
desses genótipos pelo índice FAI-BLUP considerando experimentos em múltiplos locais. As
estratégias empregadas para calcular o índice FAI-BLUP foram: primeira estratégia (E1) uso
dos valores genéticos preditos em cada local; segunda estratégia (E2) uso dos valores
genéticos preditos livres de interação considerando todos os locais; terceira estratégia (E3)
uso dos valores genéticos preditos capitalizando a interação GxE; quarta e quinta estratégia
(E4;E5) houve o uso dos valores genéticos preditos na E1 e na E3, respectivamente e criação
de novos caracteres por local. Os genótipos 4, 13, 17 e 18 destacaram-se quando a
superioridade, previsibilidade e adaptabilidade genotípica, sendo interessante o uso destes
visando à produção de etanol de segunda geração. O uso da E2 e E3 foram mais adequadas
para seleção de genótipos superiores pelo índice FAI-BLUP considerando experimentos em
múltiplos locais e visando a recomendação, respectivamente, para locais que apresentam e/ou
não o mesmo padrão de interação GxE da rede experimental avaliada.
Abstract
Biomass sorghum, a promising energy crop for bioenergy production, is efficient for both
electricity generation and second generation (2G) ethanol production. The efficiency of the
selection of superior sorghum biomass genotypes depends on the industrial purpose and the
knowledge of the interrelationship of the several traits that directly or indirectly influence the
phenotypic expression. In addition, the selection of genotypes involving multiple traits using
suitable indices such as FAI-BLUP can contribute to better targeting in crop improvement
programs for genotype selection based on an ideal genotype. Thus, the objective of this study
was, in the first chapter, to estimate the associations between sorghum biomass traits; estimate
the direct and indirect effects and verify the existence of cause-and-effect relationship of the
other traits with the theoretical heating power (THP) via path analysis; and provide a
complementary technique for multi-trait analysis and targeting sorghum biomass
improvement programs through Data Mining. The THP showed both null and positive
associations with the evaluated traits. Highlighting the positive associations with flowering
(FLOW); plant height (PH); green stem biomass productivity (GSBP); stem (SDM) and leaf
(LDM) dry mass; leaf neutral detergent fiber (LNDF); lead acid detergent fiber (LADF); stem
lignin (SL); leaf lignin (LL); and leaf hemicellulose (LH). The traits FLOW, PH, GSBP, LDM
and SL were considered the main determinants of THP variation, and can be used in the
indirect selection of this target trait. In addition, the traits FLOW, PH and GSBP directly or
indirectly influenced the expression of the traits LDM and SL, and can be used in the indirect
selection of these traits. The data mining technique, regression tree, allowed a better
visualization of the relationships between the traits, helping in some explanations about the
influence of the traits on the THP. In the second chapter, the objective was to identify and
select superior sorghum biomass genotypes to produce second-generation ethanol considering
the selection for multiple traits, as well as to verify which strategy would be the most
appropriate for the selection of these genotypes by the FAI-BLUP index considering
experiments in multiple locations. The strategies used to calculate the FAI-BLUP index were:
first strategy (E1) use of the genetic values predicted in each location; second strategy (E2)
use of predicted genetic values free of genotype by environment (GxE) interaction
considering all locations; third strategy (E3) use of predicted genetic values capitalizing on
the GxE interaction; fourth strategy (E4) use of genetic values predicted in E1 and creating
new traits by location; fifth strategy (E5) using predicted values in E3 and creating new traits
per location. Genotypes 4, 13, 17 and 18 stood out in terms of superiority, predictability and
genotypic adaptability, and their use is interesting for second-generation ethanol production.
The use of E2 and E3 were the most suitable for the selection of superior genotypes by the
FAI-BLUP index considering experiments in multiple locations and aiming at the
recommendation, respectively, for locations that present and/or not the same pattern of GxE
interaction of the evaluated experimental network.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
ISBN
DOI
Citação
LOMBARDI, G. M. R. Associação entre caracteres e seleção de híbridos de sorgo biomassa para produção de bioenergia. 2021. 89 p. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento de Plantas) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.