Seleção de genótipos de trigo para qualidade e produtividade quando em déficit hídrico

Abstract

Em déficit hídrico, a planta produz compostos antioxidantes a fim de evitar o estresse oxidativo ocasionado pelas espécies reativas de oxigênio (EROs). Estes compostos antioxidantes são conhecidos por apresentarem efeito anti-proliferativos e anti-câncer, que são bem atrativos para o mercado consumidor. Entretanto, a capacidade da planta em produzir estes compostos depende do ambiente, do genótipo e da interação genótipo × ambiente. Por este motivo, esse estudo teve como objetivo avaliar o comportamento de genótipos de trigo em condições hídricas normais e em déficit por meio de características bioquímicas e agronômicas, visando a seleção dos mais promissores em termos de qualidade nutricional e produtividade de grãos. Para isso, conduzimos dois experimentos a campo, em Viçosa/MG: um em condições normais de irrigação (controle) e outro submetido ao déficit hídrico por 16 dias durante o período de enchimento de grãos (estresse). Foram avaliados caracteres agronômicos em 12 genótipos de trigo como, altura de planta (AP – cm), dias para espigamento (DE), dias para florescimento (DF), ME (massa de espigas – g), número de grãos por espiga (NGE), número de espiguetas por espiga (NE), massa de 100 grãos (M100 – g), produtividade de grãos (PG - kg ha-1) e peso do hectolitro (PH – kg 100 L-1); e, caracteres bioquímicos em grão como, atividade de eliminação de radicais livres DPPH (2,2-difenil-1-picrilhidrazil – mM TEAC g-1), poder antioxidante de redução férrica (FRAP – mM de Fe2+ g-1) e de compostos fenólicos totais (CFT – mg EAG 100 g-1). Os dados obtidos foram analisados com um modelo linear misto. A partir disso, foi feita uma análise de componentes principais e seleção de genótipos pelo índice de distância genótipo-ideótipo multicaracterística (MGIDI). A análise de ambientes contrastantes (irrigado e déficit) revelou que existe a interação G × A para caracteres bioquímicos e produtivos quando analisados conjuntamente. No ambiente controle, é possível verificar o potencial genético dos genótipos avaliados. Isso pode ser confirmado através dos componentes de variância e dos parâmetros genéticos. Através dos valores de BLUPs, foi possível verificar que os genótipos VI14950, VI14050, BRS404, BRS254 e VI14026 apresentaram altos níveis de atividade antioxidante quando submetidos ao déficit hídrico, indicando superioridade. Porém, o déficit hídrico durante o enchimento de grãos reduziu a PG em até 80,41% mesmo com o mecanismo de defesa das plantas ativado. Para compreender a estrutura das variáveis, a análise multivariada de componentes principais indicou que os caracteres de DPPH, NE e M100 (CP1) e PG, AP e NGE (CP2) foram responsáveis por explicar 74,51% da variância total observada. Além disso, esta análise permitiu verificar que PG esteve associado ao ambiente controle, enquanto que os caracteres bioquímicos, ao ambiente de déficit. Por meio do MGIDI foi possível selecionar os genótipos BRS254 e BRS264 na análise conjunta dos ambientes; VI14950 e BRS264 no ambiente controle; e, BRS254 e VI14050 no ambiente de déficit. Para os genótipos selecionados, os ganhos individuais para os caracteres avaliados foram moderados, mas isso é esperado ao selecionar para vários caracteres simultaneamente. Os resultados apresentados neste estudo mostram que os genótipos possuem diferentes mecanismos de resposta ao déficit hídrico com impactos variados em caracteres agronômicos e que o ambiente é um importante coadjuvante para essa resposta. Os genótipos selecionados são candidatos promissores para integrar novos blocos de cruzamentos, em programas de melhoramento visando qualidade nutricional. Palavras-chave: Triticum aestivum L.; Déficit hídrico; Genótipos de trigo; Compostos antioxidantes; Seleção multicaracterística.In water deficit conditions, wheat plant produces antioxidant compounds to prevent oxidative stress caused by reactive oxygen species (ROS). These antioxidant compounds are known for their anti-proliferative and anti-cancer effects, which are highly attractive to the consumer market. However, the plant's ability to produce these compounds depends on the environment, genotype, and genotype × environment interaction. Therefore, this study aimed to evaluate the behavior of tropical wheat genotypes under normal and water deficit conditions through biochemical and agronomic traits, aiming to select the most promising ones in terms of nutritional quality and grain productivity. For this purpose, we conducted two field experiments in Viçosa/MG: under normal irrigation conditions (control) and another subjected to water stress for 16 days during the grain filling period (deficit). We evaluated agronomic traits in twelve genotypes, including plant height (PH - cm), days to heading (DH), days to flowering (DF), spike mass (SM - g), number of grains per spike (NGS), number of spikelets per spike (NSS), mass of 100 grains (M100 - g), grain yield (kg ha-1) and hectoliter weight (HW - kg 100 L-1). Additionally, we assessed biochemical grain traits, which encompassed the activity of 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl free radical scavenging (DPPH - mM TEAC g-1), ferric reducing antioxidant power (FRAP - mM Fe2+ g-1), and total phenolic compounds (TPC - mg GAE 100 g-1). The data obtained were analyzed using a mixed linear model. Subsequently, we performed a principal component analysis and selection of genotypes by multi-trait genotype-ideotype distance index (MGIDI). The analysis of contrasting environments (control and deficit) revealed a G × A interaction for biochemical and productive traits when analyzed together. In the control environment, the genetic potential of the evaluated genotypes could be observed and confirmed through variance components and genetic parameters. The BLUP values for the genotypes VI14950, VI14050, BRS404, BRS254, and VI14026 showed high levels of antioxidant activity when subjected to water deficit, indicating superiority. However, the water deficit during grain filling reduced grain yield by up to 80.41%, even with activated plant defense mechanisms. The multivariate principal component analysis indicated that the traits DPPH, NSS, and M100 (PC1) and SM, PH, and NGS (PC2) explained 74.51% of the total observed variance. This analysis revealed that grain yield was more associated with the control environment, while biochemical traits were linked to deficit. Using MGIDI, we selected genotypes BRS254 and BRS264 in the joint analysis of environments; VI14950 and BRS264 in the control environment; and BRS254 and VI14050 in the deficit environment. For the selected genotypes, the individual gains for the evaluated traits were moderate, as expected when selecting multiple traits simultaneously. The results presented in this study demonstrate that genotypes possess different mechanisms of response to water stress, with varied impacts on other agronomic traits, and the environment plays a crucial role in this response. The selected genotypes are promising candidates to integrate crossing blocks in breeding programs aiming nutritional quality. Keywords: Triticum aestivum L.; Water deficit; Wheat genotypes; Antioxidant compounds; Multi-trait selection.