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Germoplasma É definido como o conjunto de genótipos de uma espécie, considerada como um todo.
Conservaç Conservação de Germoplasma
Patrimônio genético de uma espécie. É o conjunto de genótipos que podem doar genes para determinada espécie. É a fonte de variabilidade genética disponível para o melhoramento de plantas.
Uma amostra de germoplasma representativa de um indivíduo ou de vários indivíduos da população é Adriana D. Menezes Salgueiro 2010
Brasil País com maior biodiversidade do Mundo Cerca de 20% do total existente no planeta.
denominada acesso.
Erosão genética A perda de biodiversidade pode ser detectada pela extinção de espécies ou pela redução na variabilidade genética dentro das espécies. A biodiversidade não está uniformemente distribuída na Terra.
Diversisade Global 300 mil a 500 mil plantas 250 mil já identificadas ou descritas
Países de megadiversidade América Latina: Brasil, Colômbia, Equador, México, Peru Ásia: China, Índia, Indonésia, Malásia África: Madagascar, Zaire Oceania: Austrália
30 mil comestíveis 7 mil já foram cultivadas ou coletadas pelo homem para alimentação, vestuário, construção, e uso medicinal ou ornamental.
Nos últimos 50 anos, a humanidade tem modificado os ecossistemas mais rapidamente e extensivamente do que qualquer período na história humana. Como resultado temos uma perda irreparável e irreversível da diversidade da vida na Terra.
A Pegada Ecológica determina a exigência humana sobre a natureza no que respeita à área terrestre e aquática, biologicamente produtiva, necessária para a disponibilização de recursos ecológicos e serviços – alimentos, fibras, madeira, terreno para construção e terrenos para a absorção do dióxido de carbono (CO2) emitido pela combustão de combustíveis fósseis.
A biocapacidade da Terra constitui a quantidade de área biologicamente produtiva – zona de cultivo, pasto, floresta e pesca – disponível para responder às necessidades da humanidade.
A Pegada Ecológica mede a exigência humana na biosfera. A pegada de um país inclui a área necessária para manter o consumo da população humana da zona de cultivo (alimentos, rações de animais, fibras e óleo); dos prados e pastos (pastoreio de animais para a obtenção de carne, peles, lã e leite); das zonas de pesca (peixe e marisco), e das áreas de floresta (madeira, fibras de madeira, pasta e lenha). O componente de dióxido de carbono (CO2) consiste na área necessária para absorver o CO2 emitido pela combustão de combustíveis fósseis, menos a quantidade absorvida pelos oceanos. A pegada da energia nuclear, a qual representa cerca de 5% da utilização global de energia, é calculada como sendo a pegada para o montante equivalente da energia proveniente de combustíveis fósseis. O componente de zonas urbanizadas é a área utilizada para a infra-estrutura, incluindo a energia hidráulica.
Por quê conservar?
Por que conservar? Polinizadores
Valor econômico Valor social Valor ecológico
Os insetos polinizam 2/3 das espécies cultivadas. ~ 25% dos alimentos consumidos US: $ 20 a 40 bilhões na agricultura.
Valor científico Valor estético Valores éticos
Existem evidências de que muitas espécies polinizadoras estão em declínio: morcegos Abelhas Beija-flores
Fontes de Germoplasma
As Cinco Categorias de Germoplasma 1.
parentes silvestres
apresentam ancestrais comuns com as
plantas cultivadas, mas permaneceram em estado silvestre.
Por relacionamento entre espé espécies: 1.
Pool gênico primário
inclui a espécie cultivada e espécies
aparentadas. Cruzamento fácil, híbridos férteis. 2. variedades locais (landraces ou variedades crioulas)
variedades
produzidas em sistemas agrícolas primitivos ao longo de muitas
Espécies do gênero Oriza são representadas por 10 tipo de
gerações.
genomas: AA, BB, CC, BBCC, CCDD, EE, FF, GG, JJHH e JJKK.
3. cultivares obsoletas
cultivares não mais utilizadas
As espécies que possuem o genoma AA pertencem ao pool gênico primários.
4. linhas avançadas de melhoramento
plantas desenvolvidas pelos
melhoristas para serem usadas no desenvolvimento de novos cultivares, mas ainda não distribuídas aos agricultores. 2. Pool gênico secundário 5. cultivares modernas
cultivares elite, de alta produtividade,
inclui espécies em que o cruzamento é
possível, mas difícil. Os híbridos tendem a ser estéreis.
desenvolvidas por melhoramento genético.
Fontes de Germoplasma Por relacionamento entre espé espécies: 3. Pool gênico terciário
espécies pouco aparentadas em outros
gêneros ou espécies pouco relacionadas do mesmo gênero. Hibridação difícil. Pode ser necessário o resgate de embriões, enxertia, duplicação com colchicina, etc. 4. Pool gênico quaternário
grupo formado pelo desenvolvimento da
biotecnologia vegetal. Os genes são transferidos por técnicas de transformação genética.
Fontes de Germoplasma Por origem: 1.
Centros de diversidade
cultivares primitivas, híbridos naturais
entre cultivares primitivos e parentes selvagens, parentes selvagens, gêneros relacionados. 2. Centros de cultivo
cultivares comerciais, cultivares obsoletos,
cultivares menores e tipos para propósitos especiais, cultivares crioulas. 3. Programas de melhoramento
cultivares de origem híbrida,
linhagens, híbridos, populações melhoradas.
Centros de Diversidade
Um grupo de pesquisadores russos identificaram 8 diferentes Centros de Diversidade das plantas cultivadas:
Região geográfica onde se concentra um número elevado de espécies de um gênero ou de gêneros de uma família, contrastando com sua menor freqüência em outras regiões.
Geralmente uma espécie está relacionada com apenas um centro. Centro primário Centro secundário
é considerado o local onde a spp foi domesticada se desenvolve a partir de tipos que migraram.
Nem sempre o centro de origem coincide com o centro de maior diversidade de determinada spp.
Estratégias de conservação da biodiversidade Conservação in situ Unidades de Conservação
Conservação ex situ Campo e casa de vegetação - Conservação de germoplasma in vivo Bancos de sementes
in vitro
Crescimento contínuo
Criopreservação
Crescimento limitado
Formas de Conservaç Conservação do Germoplasma
Formas de Conservaç Conservação do Germoplasma in situ
in situ Conservação dos recursos genéticos em suas comunidades naturais.
Lei nº 9.985, de 2000 Sistema Nacional de Unidades de Conservação (UCs)
ALVOS: spp florestais e parentes silvestres de spp cultivadas. VANTAGEM: pelo fato de estarem em seu ambiente natural, permanecem sob influência das forças evolutivas.
Formas de Conservaç Conservação do Germoplasma in situ Determinações da FAO (Food and Agriculture Organization of the United Natios): Todas as fases de crescimento da spp alvo devem ser mantidas.
Formas de Conservaç Conservação do Germoplasma in situ Planejamento e execução da conservação in situ: a) Formulação de objetivos e definição de prioridades.
O uso dos locais é limitado a atividades que não sejam nocivas à conservação das espécies.
O que se deseja conservar? Ecossistemas, espécies ou genes.
A regeneração das spp alvo deve ocorrer sem interferência humana.
Quais os benefícios a curto, médio e longo prazo?
Como favorecer outras espécies associadas?
b) Seleção de áreas de conservação. Distribuição, variação e pressões que incidem sobre as spp que se deseja conservar.
Formas de Conservaç Conservação do Germoplasma in situ
Formas de Conservaç Conservação do Germoplasma ex situ
Planejamento e execução da conservação in situ: c) Harmonização da conservação com as necessidades humanas.
Compreende a manutenção de plantas, sementes ou tecidos em Bancos de Germoplasma.
d) Organização. Quais intervenções técnicas serão necessárias? e) Vigilância e avaliação.
Banco de Germoplasma Germoplasma X Coleç Coleção de Trabalho São unidades conservadoras de material genético. Não ocorre o descarte de acessos.
Principais Atividades do Banco de Germoplasma: Germoplasma: Coleta Preservação Caracterização Avaliação Intercambio do germoplasma
Formas de Conservaç Conservação do Germoplasma ex situ – Bancos de Sementes Em geral, baixando a temperatura e a umidade das sementes elas se conservam por mais tempo. Melhor temperatura: -20 oC. Constante monitoração para verificar a viabilidade. Dificuldades: dormência e necessidades especiais para germinação.
Formas de Conservaç Conservação do Germoplasma ex situ – Bancos de Sementes Podem ser classificadas de acordo com a facilidade de armazenamento: Sementes ortodoxas
podem ser desidratadas e armazenadas a
baixas temperaturas por longos períodos sem prejuizo para sua viabilidade Ex: trigo, arroz, milho, cebola, ervilha, feijão, etc.
Sementes recalcitrantes
não podem ser desidratadas sem
sofrer danos. Não toleram o congelamento. Ex: cacau, manga, coco, abacate, canela e noz-moscada.
Svalbard International Seed Vault (Cofre do Juí Juízo Final) Aberto para armazenagem em fevereiro de 2008. Localização: encosta de uma montanha ártica congelada em Longvearbven, Noruega. Pode resistir a qualquer desastre, de bombardeios a terremotos. Global Crop Diversity Trust e o Grupo consultivo sobre pesquisa agrícola internacional (CGIAR) trabalharam juntos para coletar e organizar amostras de bancos de sementes em todo o mundo para serem estocadas no cofre subterrâneo.
Projeto banco de sementes do milênio (MSBP)
Formas de Conservaç Conservação do Germoplasma ex situ – Bancos de Germoplasma in vivo
Localização: Jardins Botânidos Reais, em Kew, Reino Unido. Seu objetivo é armazenar e proteger mais de 24 mil spp globais de plantas.
Áreas onde se reúnem coleções de plantas vivas. Jardins Botânicos, arboretos ou próximos a bancos de sementes. Exigem espaço maior que o Banco de Sementes. Estão sujeitos aos desastres naturais. Muito utilizadas para conservar espécies que não produzem sementes com facilidade ou que tenham sementes recalcitrantes.
The Millennium Seed Bank at the Royal Botanic Gardens, Kew, Wakehurst Place in the UK.
Formas de Conservaç Conservação do Germoplasma ex situ – Cultura de tecidos Indicada para plantas que não produzem sementes, que as produzem em pequena quantidade, ou as que possuem sementes recalcitrantes.
batata batata doce banana morango
banana
Estratégias de conservação da biodiversidade
ex situ – Conservaç Conservação in vitro Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro: Crescimento contínuo a
Limitação do
taxas normais
crescimento para taxas
Supressão total do metabolismo e
mínimas
crescimento celulares
Estratégias de conservação da biodiversidade
Estratégias de conservação da biodiversidade
ex situ – Conservaç Conservação in vitro
ex situ – Conservaç Conservação in vitro
Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro: Crescimento contínuo a taxas normais
Consiste em extrair gemas apicais e laterais a partir de plantas cultivadas in vitro.
Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro: Crescimento contínuo a taxas normais
Estratégias de conservação da biodiversidade
Estratégias de conservação da biodiversidade
ex situ – Conservaç Conservação in vitro
ex situ – Conservaç Conservação in vitro
Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro:
Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro:
Crescimento contínuo a
Crescimento contínuo a
taxas normais
taxas normais
Estratégias de conservação da biodiversidade
Estratégias de conservação da biodiversidade
ex situ – Conservaç Conservação in vitro
ex situ – Conservaç Conservação in vitro
Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro:
Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro:
Crescimento contínuo a
Crescimento contínuo a
taxas normais
taxas normais
Estratégias de conservação da biodiversidade
Estratégias de conservação da biodiversidade
ex situ – Conservaç Conservação in vitro
ex situ – Conservaç Conservação in vitro
Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro:
Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro:
Crescimento contínuo a
Crescimento contínuo a
taxas normais
taxas normais
Desvantagens: grande quantidade de mão de obra; alta frequência de perda por contaminação microbiana.
Preservação temporária de coleções e intercâmbio de germoplasma.
Estratégias de conservação da biodiversidade
Estratégias de conservação da biodiversidade
ex situ – Conservaç Conservação in vitro
ex situ – Conservaç Conservação in vitro
Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro: Limitação do crescimento para taxas mínimas
Condições químicas e físicas que permitem estender ao máximo o intervalo das transferências para meios novos
Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro: Limitação do
Redução da temperatura e luminosidade 0-6oC
crescimento para taxas mínimas
espécies de clima temperado
15-20oC
espécies tropicais e subtropicais
Baixas concentrações de sais minerais e de sacarose. Adição de agentes de efeito osmótico. manitol sorbitol
Adição de inibidores de crescimento. ácido abscísico
Estratégias de conservação da biodiversidade
ex situ – Conservaç Conservação in vitro Métodos de conservaç conservação in vitro: vitro: Supressão total do metabolismo e crescimento celulares
A criopreservação é a única técnica disponível na atualidade com potencial para garantir a conservação a longo prazo do germoplasma de espécies problemáticas.
Formas de Conservaç Conservação do Germoplasma ex situ – Criopreservaç Criopreservação Indicada para plantas que não produzem sementes, que as produzem em pequena quantidade, ou as que possuem sementes recalcitrantes. A criopreservação é a única técnica disponível na atualidade com potencial para garantir a conservação a longo prazo do germoplasma de espécies problemáticas.
ex situ – Criopreservaç Criopreservação A criopreservação é definida como a conservação de material biológico em nitrogênio líquido a -196oC, ou, em sua fase de vapor, a -150oC.
A estas temperaturas o metabolismo celular fica tão reduzido que a deterioração biológica é virtualmente paralisada.
ex situ – Criopreservaç Criopreservação O principal desafio da criopreservação é evitar a formação de cristais de gelo no interior das células. O teor de água deve ser reduzido a uma ponto baixo suficiente para evitar a formação de cristais de gelo, mas não tão reduzido a ponto de causar injúria por desidratação.
ex situ – Criopreservaç Criopreservação Diversos materiais tem sido utilizados para a criopreservação: protoplastos suspensões celulares calos gemas apicais sementes embriões somáticos embriões zigóticos
Conservaç Conservação do Germoplasma Tipos de coleç coleções ou bancos de germoplasma: germoplasma: a) Coleção de base
Tipos de coleç coleções ou bancos de germoplasma: germoplasma:
coleção ampla, armazenada a longo prazo.
Deve conter amostras dos conjuntos gênicos primário,
c) Coleção nuclear ou core collection
coleção com ó mínimo de
exemplares e o máximo de variabilidade.
secundário e terciário da cultura. As sementes são
d) Coleção de trabalho
exclusivamente ortodoxas. Todo acervo é conservado em duplicata. Não há intercâmbio de material. b) Coleção ativa ou banco ativo de germoplasma (BAG)
Conservaç Conservação do Germoplasma
coleção pequena, frequente nas
instituições de pesquisa e melhoramento, sem compromisso com a conservação, só com o uso.
coleção
dinâmica, o material está disponível para uso imediato. A coleção é multiplicada de acordo com a demanda. Geralmente formada por plantas vivas cultivadas no campo e também por sementes. Subconjunto da coleção base.
Conservaç Conservação do Germoplasma Manejo das Coleç Coleções de Germoplasma: Germoplasma: Aquisição
coleta ou intercambio.
Conservaç Conservação do Germoplasma Manejo das Coleç Coleções de Germoplasma: Germoplasma: A Caracterização
Caracterização
Identificação botânica,
Documentação
Elaboração de cadastros de acessos Caracterização considerando caracteres de alta herdabilidade
Preservação
facilmente visíveis ou mensuráveis. Avaliação
contínua, a fim de verificar danos. Avaliação preliminar em um número limitado de caracteres
Utilização
adicionais considerados desejáveis. Avaliação aprofundada realizada em um número de acessos reduzidos para caracteres de baixa herdabilidade e/ou difícil avaliação.
Utilizaç Utilização do Germoplasma em Programas de Melhoramento
O caso do tomate
Pré Pré- melhoramento (pre (pre-- breeding) breeding)
Prospecção de genes e o cruzamento entre acessos diversos. O caso do tomate
L hirsitum (tomate cereja)
genes de resitência a um grande
número de insetos, ácaros e vírus.
Lycopersicon esculentum L pimpinellifolium (tomate cereja)
Utilizaç Utilização do Germoplasma em Programas de Melhoramento
L. peruvianum genes que conferem melhor
qualidade do fruto (menor acidez, intensidade de cor, maior conteúdo de vitaminas e sólidos solúveis) e resistência a várias doenças. L. chilense
genes de resistência à seca
L. pennellii
genes de resistência à seca e que aumentam o
conteúdo de vitamina A e C e de açúcar.
genees que aumentam o conteúdo de vitamina C e
conferem resistência a várias pragas. L. cheesmanii
pode ser irrigado com água do mar e tem um gene
que produz pendúnculos sem articulações.
Quanto custa conservar? O custo para preservar um hectare de floresta tropical varia de ~US$1 a ~US$27 por ano para Sumatra e Malásia, respectivamente. Com um pagamento único de US$522 milhões, mais despesas anuais de manutenção de US$24,4 milhões, o custo de conservar a diversidade florística da região do Cabo na África por mais de 100 anos seria de US$2900 milhões. <0,5% da área da África. 20% da flora do continente (8.920 plantas) Custo de ~US$ 330.000 (£200.000) por espécie de planta em um período de 100 anos.
Quanto custa conservar? Comparando com o Projeto “Seed Bank (MSB)” do Royal Botanic Gardens Kew: O custo médio de trabalho de campo, transporte, processamento das sementes, armazenamento e testes de viabilidade é de £2.100 por espécie.
