Nativa, Sinop, v. 9, n. 2, p. 209-214, mar./abr. 2021.
Pesquisas Agrárias e Ambientais
DOI: https://doi.org/10.31413/nativa.v9i2.11486 ISSN: 2318-7670
Associação entre qualidade de sementes e rendimento de grãos
em cultivares de feijão
Luan Tiago dos Santos CARBONARI1, Paulo Henrique CERUTTI1, Pedro Antonio SCHWARZER1,
Anne Tietien MUNIZ1, Arthur Ribeiro RODRIGUES1
1Universidade do Estado de Santa Catarina, Lages, SC, Brasil.
*E-mail: paulohcerutti@gmail.com
(Orcid: 0000-0002-7797-5194; 0000-0001-6664-8449; 0000-0003-0812-6313; 0000-0001-8146-2829; 0000-0002-4401-3407)
Recebido em 03/12/2020; Aceito em 02/06/2021; Publicado em 07/06/2021.
RESUMO: O cultivo de feijão apresenta elevada relevância em âmbito nacional. Além do rendimento de grãos,
demais caracteres agronômicos associados são importantes na definição do potencial produtivo de um cultivar.
Desse modo, o objetivo do trabalho foi avaliar a associação de características da qualidade de sementes com o
rendimento de grãos em cultivares de feijão. Os experimentos foram executados em delineamento inteiramente
casualizado e blocos ao acaso, ambos com quatro repetições, utilizando dez cultivares de feijão. As
características avaliadas foram: rendimento de grãos (kg ha-1), número de plântulas normais e anormais,
comprimento de plântula (cm), comprimento de raiz (cm), comprimento de parte aérea (cm), massa fresca e
seca de plântulas (g), e de massa fresca e seca cotilédones (g). A análise de componentes principais captou uma
variação percentual nos dois eixos iniciais de 67,40 para variáveis, e 99,15 para os cultivares. As variáveis
rendimento de grãos, massa seca de cotilédones e massa fresca de cotilédones relacionaram-se positivamente,
com forte associação. A variável com maior contribuição para a discriminação dos cultivares foi o rendimento
de grãos. O comprimento de plântulas, plântulas anormais e plântulas normais apresentaram menores
contribuições e podem ser utilizadas complementarmente na discriminação de genótipos.
Palavras-chave: Phaseolus vulgaris L.; Potencial produtivo; PCA.
Association between seed quality traits and grain yield in bean cultivars
ABSTRACT: The bean cultivation is highly relevant nationally. In addition to the grain yield trait, many
agronomic characters are important in defining the productive potential of a bean cultivar. Thus, the objective
of this work was to evaluate the association of characteristics of seed quality with grain yield in bean cultivars.
The experiments were carried out in a completely randomized design and randomized blocks, both with four
replications, using ten bean cultivars. The evaluated traits were grain yield (kg ha-1), number of normal and
abnormal seedlings, seedling length (cm), root length (cm), shoot length (cm), fresh and dry seedling mass (g)
and cotyledon fresh dry mass (g). The principal component analysis captured a percentage change in the two
initial axes of 67.40 for variables, and 99.15 for cultivars. The variables grain yield, cotyledon dry mass and
cotyledon fresh mass were positively related, with a strong association. The variable with the greatest
contribution to the discrimination of cultivars was grain yield. The seedling length, abnormal seedlings and
normal seedlings showed less contributions, and can be used complementarily to discriminate genotypes.
Keywords: Phaseolus vulgaris L.; Productive potential; PCA.
1. INTRODUÇÃO
O cultivo de feijão (Phaseolus vulgaris L.), apresenta elevada
importância principalmente na América do Sul e no
continente Africano. Essa leguminosa tem seu consumo
vinculado a excelente qualidade proteica presente em seus
grãos. Em razão desse teor proteico e demais efeitos
benéficos ao ser humano, o feijão é considerado um alimento
funcional (CAROVIC-STANKO et al., 2017). Com base
nessas características o brasileiro consome em média 17 a 20
kg de feijão por habitante no ano (SOUZA; WANDER,
2014).
Atualmente essa cultura é cultivada em até três safras,
com sistemas de produção diversificados. Esses sistemas
englobam desde o cultivo em pequena escala (com índole
inteiramente familiar), até sistemas altamente tecnificados
(com uso de agricultura de precisão e irrigação), praticado
preponderantemente no cultivo de terceira safra (SOUZA;
WANDER, 2014). Para atender as necessidades produtivas e
de consumidores, torna-se essencial o desenvolvimento de
cultivares de feijão melhoradas geneticamente. Contudo, em
muitas situações o máximo potencial produtivo de um
cultivar não é obtido. Este fato deriva da expressão fenotípica
das principais características de interesse agronômico serem
governadas por muitos genes e consequentemente sofrerem
uma forte influência do ambiente. De modo geral, o valor
fenotípico é advindo de um efeito genético intrínseco ao
cultivar, somado a um efeito ambiental e da interação
genótipo ambiente (ALLARD, 1971). Com isso, visando
altos níveis produtivos, é crucial a escolha de um cultivar que
demonstre boa produtividade e adaptação aos distintos
ambientes de cultivo.
Geralmente cultivares com alta produtividade
apresentam elevada expressão fenotípica de caracteres
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Nativa, Sinop, v. 9, n. 2, p. 209-214, mar./abr. 2021.
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adaptativos, como: i) número de racemos com legumes por
planta; ii) número de legumes por planta; iii) número de
sementes por legume e iv) altura de inserção do primeiro
legume, descritos por IPGRI (2001). Contudo, objetivando
altas produtividades na cultura é necessário conjuntamente a
esses caracteres, visar uma implantação da lavoura adequada,
com um estante correto de plantas e um fechamento rápido
de entrelinhas. Este fato, pode diminuir a competição de
plantas daninhas com a cultura e favorecer os tratos culturais.
Com essa finalidade, a utilização de sementes de alta
qualidade pode ser um diferencial no cultivo, principalmente
quando a implantação da lavoura ocorre em ambientes
submetidos a condições não ideais, como estresse hídrico ou
nutricional (DÖRR et al., 2017; PINHEIRO et al., 2019).
No entanto, o cenário nacional de produção de feijão,
apresenta baixa utilização de sementes certificadas dos
cultivares melhorados (BERTOLIN et al., 2011). Neste
sentido, a realização das análises de sementes para diferentes
caracteres em âmbito laboratorial, conjuntamente a avaliação
de rendimento de grãos a campo, é essencial para estabelecer
relações entre estas características na cultura do feijão. Assim,
o objetivo do trabalho foi verificar a associação de
características da qualidade de sementes com o rendimento
de grãos em cultivares de feijão.
2. MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho foi composto por dez tratamentos
correspondentes às cultivares comerciais de feijão, BRS
Campeiro®, BRS Esplendor®, BRS Esteio®, BRS Perola®,
IAC Imperador®, IPR Campos Gerais®, IPR Tuiuiú®, IPR
Uirapuru®, SCS204 Predileto®, SCS205 Riqueza®. As
variáveis avaliadas foram: rendimento de grãos (kg ha-1),
número de plântulas normais, número de plântulas anormais,
comprimento de plântula (cm), comprimento de raiz (cm),
comprimento de parte aérea (cm), massa fresca de plântulas
(g), massa fresca de cotilédones (g), massa seca de plântulas
(g) e massa seca de cotilédones (g). A variável rendimento de
grãos foi avaliada no município de Lages. O solo da área em
questão é classificado como Cambissolo Húmico Alumínico
Léptico, com horizonte A moderado, textura argilosa e relevo
ondulado.
O delineamento experimental utilizado no ensaio a
campo foi o de blocos ao acaso com quatro repetições. A
unidade experimental foi composta por quatro linhas de
quatro metros, com espaçamento uniforme entre linhas de
0,45 m. A densidade de semeadura foi de 15 sementes por
metro linear, com população final de 200.000 plantas ha-1. A
área útil de cada unidade experimental foi composta por duas
linhas centrais, excluindo as duas externas, visando minimizar
os efeitos de bordadura. As adubações de semeadura e de
cobertura foram realizadas com base na confecção e
interpretação de análise de solo, observando-se as
recomendações técnicas para cultura (CQFS-RS/SC, 2016).
As análises fisiológicas da qualidade de sementes foram
realizadas utilizando delineamento inteiramente casualizado.
O número de plântulas normais foi determinado com quatro
subamostras de 50 sementes por tratamento, acondicionadas
em rolos de papel Germitest®, umedecidos com água
destilada e deionizada a uma equivalência de 2,5 vezes seu
peso seco. Os rolos de papel foram mantidos em incubadora
BOD (Demanda Bioquímica de Oxigênio), regulada a
temperatura de 25ºC, com fotoperíodo de 12 horas. As
contagens foram realizadas no quinto e nono dia após início
do experimento. Conjuntamente a variável plântulas normais,
determinou-se a quantidade de plântulas anormais, seguindo
padrões das Regras de Análises de Sementes (BRASIL, 2009).
Para a determinação do comprimento de plântulas
também foram utilizadas quatro sub-amostras, com 20
sementes, dispostas sobre duas linhas traçadas no terço
superior do papel Germitest®, no sentido longitudinal,
umedecido com 2,5 vezes o peso seco com água destilada e
deionizada. Os rolos confeccionados foram mantidos na
vertical, em BOD regulada à temperatura de 25ºC, com
fotoperíodo alternado de 12 horas, por cinco dias.
Posteriormente, com auxílio de um paquímetro determinou-
se o comprimento (cm) de 10 plântulas, obtidas ao acaso
(NAKAGAWA, 1994). O comprimento de raiz (cm) foi
obtido paralelamente ao de plântula, sendo mensurado a
partir da inserção do sistema radicular na plântula. O
comprimento da parte aérea (cm), foi obtido por diferença
entre o comprimento de raiz e comprimento de plântula.
A massa fresca de plântulas e cotilédones foi estabelecida
posteriormente as determinações de comprimentos. As 10
plântulas de cada subamostra foram retiradas do substrato,
os cotilédones foram separados de eixos embrionários,
ambos sendo pesados. As plântulas e cotilédones foram
submetidos a secagem em estufa com circulação de ar
forçado, regulada a 80ºC, durante 24 horas. Após este
período, foi determinada a matéria seca total das 10 plântulas
normais de cada repetição. A massa obtida foi dividida pelo
número de plântulas utilizadas, resultando na massa média de
matéria seca por plântula, em gramas (NAKAGAWA, 1994).
As informações coletadas foram submetidas a
transformação dos dados, visto a grande diferença na
magnitude das escalas ordinárias. Essa etapa foi realizada
extraindo o logaritmo normal da base de dados, com
finalidade de evitar superestimativas ou subestimar o peso de
uma variável estudada, por questões relacionadas às
diferenças de escala de medida. Posteriormente foi realizada
a análise multivariada, das dez variáveis respostas e dos dez
cultivares. A análise dos componentes principais foi calculada
por meio da matriz n x p, para as quais “n” é o número de
variáveis (variáveis=10) e “p” são as quatro repetições dos 10
genótipos; posteriormente transpondo a matriz, com “n”
sendo genótipos e “p” variáveis.
Com as matrizes de correlação foram calculados os
autovalores (valores representativos da variabilidade retida
por cada novo componente) e autovetores (combinação
linear dos parâmetros avaliados), sendo aplicados aos gráficos
de duas dimensões (biplots). Todos os procedimentos foram
realizados utilizando o software R (R CORE TEAM, 2018),
com base no pacote ‘MVar.pt’ versão 2.1.2 (OSSANI &
CIRRILO, 2020).
3. RESULTADOS
A análise de componentes principais (PCA) foi utilizada
para determinar as associações das variáveis analisadas e
cultivares. Para as variáveis, os dois componentes principais
acumulam uma porcentagem da variação de 67,40%. O CP1
apresentou 41,19% de variação explicada entre as variáveis,
enquanto o CP2 26,21%, ocorrendo uma redução percentual
de 14,98% de variação explicada. Na relação entre cultivares
os dois componentes iniciais acumulam cerca de 99,15% da
variância, com o CP1 retendo grande variação (98,78%) e
CP2 apenas 0,37% (Tabela 1).
Carbonari et al.
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Tabela 1. Componentes principais obtidos com análise de dez
variáveis em dez cultivares de feijão, com as respectivas
porcentagens de variação explicada (P.V.E) e acumulada (P.V.A)
para os dez componentes.
Table 1. Main components obtained with analysis of ten variables
in ten bean cultivars, with the respective percentage of explained
(P.V.E) and accumulated (P.V.A) variation for the ten components.
Componentes
----- Variáveis ----- ----- Cultivares -----
P.V.E.
(%)
P.V.E.
(%)
P.V.E.
(%)
P.V.E.
(%)
CP1
41,19
41,19
98,78
98,78
CP2
26,21
67,40
0,37
99,15
CP3
12,62
80,02
0,26
99,42
CP4
11,43
91,45
0,20
99,62
CP5
4,47
95,93
0,12
99,75
CP6
2,15
98,08
0,08
99,83
CP7
1,05
99,14
0,05
99,89
CP8
0,49
99,63
0,03
99,93
CP9
0,34
99,98
0,03
99,97
CP10
0,02
100
0,02
100
Para a representação da análise dos componentes
principais utilizou-se o gráfico de duas dimensões (biplot). A
projeção nos resultados dos componentes principais com
CP1 e CP2 (Figura 1), identificou correlações positivas entre
as variáveis, formando um agrupamento entre comprimento
de plântulas (CP), comprimento raiz (CPR), comprimento de
parte aérea (CPA), massa fresca de plântulas (MFP) e massa
seca de plântulas (MSP). A associação observada por estas
variáveis é compreensível, pois apresentam um
desenvolvimento conjunto no momento de formação de
plântulas. No entanto estas variáveis não apresentaram
associação com o rendimento de grãos (REND), número de
plântulas normais (PN) e plântulas anormais (PA). As
variáveis rendimento de grãos (REND), massa seca de
cotilédone (MSC) e massa fresca de cotilédone (MFC)
relacionaram-se positivamente, com forte associação (Figura
1). A análise dos componentes principais (Figura 2), com
cultivares corroborando para os vetores, indicam dois
agrupamentos principais. Os cultivares Campos Gerais
(Campos), e Imperador apresentam uma dissimilaridade dos
demais, baseado nas variáveis levadas em consideração. De
maneira geral, como um todo os cultivares, apresentam forte
associação com a variável rendimento de grãos, indicando
uma maior contribuição desta no momento na plotagem dos
auto vetores. Além da variável rendimento de grãos, o
comprimento de plântulas (CP), plântulas anormais (PA) e
plântulas normais (PN) contribuíram em menor escala para a
discriminação dos cultivares avaliados (Figura 2). Conforme
observado nos biplots (Figuras 1 e 2), é possível o descarte
categórico de algumas variáveis visando a discriminação dos
genótipos em estudo (MFC, MSC, MSP MFP, CPR e CPA).
Este fato é decorrente destas apresentarem pouca ou
nenhuma contribuição para a discriminação dos genótipos
avaliados.
Figura 1. Representação (Biplot) da análise de componentes principais, valorizando as variáveis comprimento de plântula (CP), massa seca
de plântula (MSP), massa seca de cotilédone (MSC), comprimento de parte aérea (CPA), plântulas normais (PN), Rendimento (REND),
parte aérea (PA), massa fresca de plântula (MFP), comprimento raiz (CPR) e massa fresca de cotilédone (MFC), em função das primeiras e
segundas coordenadas dos eixos.
Figure 1. Representation (Biplot) of the principal component analysis, valuing the variables seedling length (CP), seedling dry mass (MSP),
cotyledon dry mass (MSC), shoot length (CPA), normal seedlings (PN), Yield (REND), aerial part (PA), fresh seedling mass (MFP), root
length (CPR) and fresh cotyledon mass (MFC), depending on the first and second axes coordinates.
4. DISCUSSÃO
Conforme observado no trabalho, os autores Tobar-
Tosse et al. (2014) também destacam que os dois
componentes principais foram adequados para explicar a
variância contidas nas variáveis consideradas. De acordo com
Cruz; Regazzi (1994), um dos objetivos do uso dos
componentes principais em estudo sobre a divergência
genética é avaliar a dissimilaridade dos genótipos em gráficos
de dispersão, com a utilização dos primeiros componentes
como eixos de referência. Este procedimento é satisfatório
quando os dois primeiros componentes utilizados como eixo
do sistema cartesiano representam uma fração considerável
da variação total, normalmente citada como acima de 70 a
80%.
De modo geral a PCA busca explicar a estrutura das
variâncias e covariâncias por meio de combinações lineares
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das variáveis originais, visando um agrupamento destas, pois
a relação destas variáveis apresenta extrema relevância no
campo de pesquisa biológica. Desse modo, justifica-se a
linearização das variáveis, extraindo-se o logaritmo base 10
destas, em razão da diferença de escalas, por exemplo: i)
rendimento em kg ha-1; ii) plântulas normais expressas em
porcentagem; iii) massas em gramas (g). As maiores
porcentagens de variância observadas nos primeiros eixos
são advindas da independência das combinações lineares,
consequentemente os eixos iniciais captam proporções com
maior relevância, em comparação aos eixos sucessivos
(CRUZ, 1990).
Figura 2. Representação (Biplot) da análise de componentes principais valorizando os cultivares, na primeira e segunda coordenada, com
base nas variáveis: comprimento de plântula (CP), massa seca de plântula (MSP), massa seca de cotilédone (MSC), comprimento de parte
aérea (CPA), plântulas normais (PN), Rendimento (REND), parte aérea (PA), massa fresca de plântula (MFP), comprimento raiz (CPR) e
massa fresca de cotilédone (MFC).
Figure 2. Representation (Biplot) of the principal component analysis valuing the cultivars, in the first and second coordinates, based on
the variables: seedling length (CP), seedling dry mass (MSP), cotyledon dry mass (MSC), part length aerial (CPA), normal seedlings (PN),
Yield (REND), aerial part (PA), fresh seedling mass (MFP), root length (CPR) and fresh cotyledon mass (MFC).
A falta de relação entre as variáveis de qualidade de
sementes e rendimento de grãos possivelmente está associada
a característica intrínseca dos testes utilizados. Estes visam a
determinação da qualidade de sementes de forma indireta,
visto que proporcionam condições favoráveis ao crescimento
e desenvolvimento de sementes (BARBOSA et al., 2012;
DOS SANTOS et al., 2019). Tais condições resultam em uma
situação distinta a qual as sementes geralmente são
submetidas a campo. Visando contornar essas condições,
alguns testes diretos são utilizados na correção destes
equívocos, como envelhecimento acelerado. Este teste busca
simular nas sementes um período de armazenamento, onde
se tem alta temperatura e alta umidade relativa, fazendo com
que as sementes menos vigorosas sintam mais as condições
adversas ofertadas e não condições adversas observadas a
campo.
Dessa forma, uma melhor predição da qualidade das
sementes a serem utilizadas na implantação da lavoura pode
ser obtida com a utilização de testes de vigor adequados
(MARCOS FILHO, 2015). Considerado crucial para o
desenvolvimento das plântulas em condições adversas, o
vigor das sementes em detrimento da qualidade fisiológica
tem uma ampla discussão na literatura. Essa característica
pode afetar o estabelecimento inicial das lavouras, influindo
consideravelmente no acúmulo de matéria seca inicial das
plântulas. Contudo este efeito tende a ser reduzido, com a
evolução dos estádios fenológicos das culturas, praticamente
desaparecendo no instante final.
Os autores TeKrony et al. (1989) e Khah et al. (1989),
definem que as vantagens iniciais obtidas com a qualidade das
sementes, apresenta redução quando é levado em
consideração a competição entre plantas. Assim com os
sucessivos estádios de crescimento e desenvolvimento, essa
interferência obtida inicialmente, fica mais dependente das
relações da interação genótipo x ambiente, tornando as
plantas assim, independentes da qualidade fisiológica das
sementes. Ressalta-se que este fato tem restrição as condições
de cultivo, quando levado em consideração situações que não
há redução do estande de plântulas, esta associação de
qualidade de sementes e rendimento é nula (MARCOS
FILHO, 1999).
Outro fato relevante, como foi comentado acima e
demonstrado na Figura 2, um maior rendimento de grãos
nem sempre vem associado a melhor qualidade fisiológica de
sementes, pois como a maioria dos cultivares comerciais
cultivados apresentam hábito de crescimento do tipo 2 ou 3
(sendo a maioria intermediário entre esses) e quando estes
apresentam um bom desenvolvimento tendem mais para o
tipo 3, prostrando suas vagens no solo e assim diminuindo a
qualidade da semente colhida.
As associações das variáveis rendimento de grãos, massa
seca de cotilédone e massa fresca de cotilédone podem ter
como base o conteúdo de reservas dos cotilédones a serem
utilizados para a formação de plântulas, através dos
mecanismos bioquímicos que atuam no processo de
formação destas. Pois, conjuntos de enzimas como
“Amilases” e “Fitases” hidrolisam os componentes de
reservas “amido” e “fitato”, presentes nos tecidos
cotiledonares. Essa hidrolise é complementada com a
translocação destas substâncias para o eixo de crescimento
das plântulas. Quando bem fundamentado esse processo, e
com baixa atividade de espécies reativas de oxigênio
acumuladas pelo estresse oxidativo, resultante do processo de
respiração e condições adversas, a capacidade de um
Carbonari et al.
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estabelecimento rápido e uniforme das plantas é consolidada
(MARCOS FILHO, 2015).
Como já explanado, quando no momento de implantação
da cultura, as condições de ambiente forem favoráveis, (sem
adversidades, como estresse hídrico, baixas ou altas
temperaturas), a produtividade de grãos consequentemente
tem baixa associação as métricas de qualidade de sementes,
exceto germinação, visto esta ser fundamental para a
população desejada de plantas. Em complemento, quando as
condições na implantação da lavoura forem desfavoráveis, a
utilização de genótipos melhorados, levando em
consideração essas características, podem apresentar grande
relevância no cenário produtivo nacional (MAMBRIN et al.,
2015). Com isso, atualmente a pesquisa tem dedicado
esforços para desenvolver e identificar cultivares com maior
tolerância aos estresses abióticos (TEXEIRA et al., 2008,
SUÁREZ et al., 2020). Sendo assim, a avaliação ampla de
caracteres para os estudos de divergência genética é
fundamental, na realização de screenings das características
mais importantes para este fim, levando em consideração o
potencial de impacto econômico nos sistemas de produção.
Para este fim, a técnica de análise de componentes
principais vem sendo utilizada com frequência para a
caracterização de bancos de germoplasma (RODRIGUES et
al., 2002; BARBIERI et al., 2005). A frequente utilização é
devido a mesma possibilitar a identificação de características
importantes a serem avaliadas por meio de estudos prévios
da caracterização e discriminação da variabilidade existente
nos bancos de germoplasma, bem como na indicação de
caracteres com maior relevância com base nos objetivos do
programa (PEREIRA, 1989; SILVEIRA et al., 2019).
Conforme observado, a forte associação dos cultivares
com a variável rendimento de grãos e em menores
intensidades com comprimento de plântulas, plântulas
anormais e plântulas normais, demonstra maior relevância
para estas características. Possibilitando a identificação de
caracteres que demonstrem capacidade de representar a
variação total obtida no conjunto de dados, com a finalidade
apresentada neste estudo. Neste sentido estudos entre esses
caracteres são fundamentais, buscando compreender a
intercorrelação destes, podendo colaborar para a manutenção
e expansão da produtividade desta cultura.
5. CONCLUSÕES
As variáveis de qualidade de sementes, massa seca de
cotilédone e massa fresca de cotilédone apresentaram
associação ao rendimento de grãos. A maior contribuição a
variação dos cultivares foi obtida pelas variáveis rendimento
de grãos, comprimento de plântulas, plântulas anormais e
plântulas normais.
6. REFERÊNCIAS
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