Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
Embrapa Cerrados
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento

A CEVADA IRRIGADA NO CERRADO

estado da arte, recursos genéticos e melhoramento

2ª edição

Renato Fernando Amabile
Fábio Gelape Faleiro

Embrapa
Brasília, DF
2015

Embrapa Cerrados

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1ª edição

1ª impressão (2014): 300 exemplares

2ª edição

E-book (2015)

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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)

Embrapa Cerrados

Amabile, Renato Fernando. Faleiro, Fábio Gelape.

A cevada irrigada no Cerrado: estado da arte, recursos genéticos e melhoramento / Renato Fernando Amabile, Fábio Gelape Faleiro. – Brasília, DF : Embrapa, 2015.

E-book. il.

E-book no formato ePub, convertido do livro impresso.

ISBN 978-85-7035-370-2

1. Hordeum vulgare L.. 2. Diversidade genética. 3. Qualidade malteira. 4. Herdabilidade. 5. Parâmetro genético. I. Embrapa Cerrados. II. Título.

633.16 - CDD 21

© Embrapa 2015

Autores

Renato Fernando Amabile

Engenheiro-agrônomo, doutor em Agronomia, pesquisador da Embrapa Cerrados

Fábio Gelape Faleiro

Engenheiro-agrônomo, pós-doutor em Genética e Biotecnologia, pesquisador da Embrapa Cerrados

Prefácio

O sistema de produção agrícola do Cerrado tem agregado inovações tecnológicas provenientes das necessidades crescentes de diversificação de cultivos, tanto em condições de sequeiro como irrigado. Espécies anteriormente consideradas inaptas ou marginais estão plenamente adaptadas à região, como a soja, o trigo, o girassol, a quinoa, entre outras – e hoje são uma realidade na região. O sucesso da introdução dessas novas espécies foi possível devido às pesquisas que visaram à sua adaptação ao ambiente muito distinto de seus centros de origem.

As informações sobre a tecnologia de produção da cevada no Cerrado têm aumentado muito nos últimos anos, mas ainda carece de estudos em diversas áreas do conhecimento, principalmente, sobre a caracterização, uso de recursos genéticos e ao melhoramento vegetal. Cultivares de melhor qualidade industrial e agronômica, mais produtivas e adaptadas ao sistema irrigado (ciclo, resistência ao acamamento e teor adequado de proteína dos grãos) são demandas prementes do setor produtivo e industrial.

Neste livro são apresentadas informações sobre a cultura da cevada no Cerrado, incluindo aspectos históricos e diferentes ações de pesquisa e desenvolvimento relacionadas à caracterização, ao uso de germoplasma e ao melhoramento genético. Diferentes ferramentas como análises multivariadas, genética quantitativa, molecular e diferentes indicadores de qualidade malteira são também apresentadas como subsídio para o desenvolvimento de cultivares que atendam às exigências do setor produtivo e industrial, fixando a cevada como alternativa agronômica e econômica para o Cerrado.

Introdução

O sistema de produção agrícola do Cerrado tem agregado inovações tecnológicas provenientes das necessidades crescentes de diversificação de cultivos, tanto em condições de sequeiro como irrigado. Espécies anteriormente consideradas inaptas ou marginais estão plenamente adaptadas à região, como a soja, o trigo, o girassol, a quinoa, entre outras – e hoje são uma realidade na região. O sucesso da introdução dessas novas espécies foi possível devido às pesquisas que visaram à sua adaptação ao ambiente muito distinto dos seus centros de origem. Boa parte dessas pesquisas foi embasada no melhoramento genético voltado à introdução e à adaptação de genótipos para promover o crescimento, o desenvolvimento e a sustentabilidade agrícola da cultura.

A cultura da cevada (Hordeum vulgare L.) - quarto cereal mais semeado no mundo (FAOSTAT, 2012) – vem apresentando alto potencial para integrar sistemas de produção na região. O mercado consumidor brasileiro demanda grãos de cevada para alimentação animal (7%), para a produção de malte (86%) e outros fins (7%) (MINELLA et al., 2007). A demanda por esta comoditie é crescente, e a produção nas regiões tradicionais, como nos estados do Sul, está longe de atender às necessidades do mercado, cujo déficit é suprido com importações que oneram a balança comercial nacional. Resultados de pesquisa indicam que o Cerrado tem potencial para suprir esta demanda por grãos de cevada, dando oportunidade e oferta ao negócio agrícola de forma a incluir novas espécies comerciais (AMABILE et al., 2007a).

Na busca por mais opções de rotação de culturas no Cerrado, a cevada tem se mostrado alternativa competitiva para compor os sistemas irrigados cuja área é estimada em 478 mil hectares (LIMA et al., 2009), contemplando os aspectos de sustentabilidade e competitividade que norteiam os princípios da economicidade (Figura 1).

Figura 1. Cevada irrigada sob pivô no Cerrado.

Foto: Renato Amabile

Essa cultura, devido às suas características fisiológicas, necessita de temperaturas do ar amenas e solos corrigidos, condições geralmente presentes nos cultivos de inverno, sob irrigação, no Cerrado (AMABILE et al., 2007a). Entretanto, sua inserção no sistema agrícola em questão requer estudos direcionados à sua adaptação a esse ambiente, na busca de estratégias agronômicas que visem explorar, com maior eficiência, a produção dessa cultura.

Existe, na literatura, um volume de informações sobre a tecnologia de produção da cevada no Cerrado, entretanto, ainda, há necessidade de estudos em diversas áreas do conhecimento técnico-científico, principalmente, em relação ao melhoramento vegetal. Cultivares de melhor qualidade industrial e agronômica, mais produtivas e adaptadas ao sistema irrigado (ciclo, resistência ao acamamento e teor de proteína dos grãos adequado) são demandas prementes, tanto no que concerne à inovação tecnológica quanto à busca dos produtores.

Nesse contexto, a caracterização dos recursos genéticos, com vistas à utilização em programas de melhoramento genético, tem contribuído significativamente para os principiais ganhos qualitativos e quantitativos da agricultura brasileira. Por isso, torna-se fundamental mais conhecimento sobre os recursos genéticos de cevada, sobretudo considerando genótipos elite com boas características agronômicas desenvolvidos em programas de melhoramento genético de várias regiões do mundo. Neste livro, as ações de pesquisa e desenvolvimento visaram à caracterização e ao estudo da diversidade genética de genótipos elite de cevada por meio de marcadores moleculares, caracteres quantitativos e de qualidade malteira. Como consequência, as informações obtidas vão contribuir para os programas de avaliação, seleção e melhoramento genético da cevada, possibilitando o desenvolvimento de materiais genéticos que atendam às exigências do sistema produtivo irrigado do Cerrado e certamente permitirão a fixação da cevada como alternativa agronômica e econômica para essa região.

A Cevada

A cevada (Hordeum vulgare L.) é uma gramínea pertencente à família Poaceae, da tribo Triticeae e do gênero Hordeum, sendo constituída pelas subespécies Hordeum vulgare ssp. spontaneum L. e Hordeum vulgare ssp. vulgare L. O gênero Hordeum é formado por 32 espécies, incluindo diploides, tetraploides e haploides, com sete cromossomas básicos (BOTHMER et al., 1995). Esse gênero contém espécies anuais, perenes, autógamas e alógamas largamente distribuídas em áreas temperadas. Entretanto, essas espécies podem ser igualmente encontradas em regiões subtropicais, árticas e subárticas, desde o nível do mar a mais de 4.500 m de altitude (BOTHMER, 1991; BOTHMER et al., 1995) e é considerado o cereal em cultivo mais antigo do mundo (BORÉM, 2009).

A H. vulgare L. originou-se de uma forma ancestral da cevada selvagem dística, a subespécie spontaneum, sendo considerada como uma espécie que teve uma rápida evolução em relação às demais (SMITH, 1995). Única espécie cultivada do gênero, ela é diploide (2n=14 cromossomos), cleistogâmica, hermafrodita e preferencialmente autógama (REID; WIEBE, 1979). A alogamia pode ocorrer, principalmente durante o florescimento em função de diversos fatores ambientais como quando a planta é exposta a temperaturas do ar mais amenas, baixa umidade do ar, estresse hídrico, alta luminosidade e, ainda, por altos níveis de adubação nitrogenada (GILES, 1989; ABDEL-GHANI et al., 2004).

Discriminam-se, por sua vez, duas covariedades da H. vulgare L.: a distichum, de duas fileiras de grãos ou dística; e a vulgare, de seis fileiras de grãos ou hexástica, sendo esta forma resultante de mutações das espiguetas laterais da subespécie dística (BOTHMER; JACOBSEN, 1985). Nas hexásticas, todas as flores de cada nó do ráquis são férteis, enquanto nas dísticas somente a flor da espigueta central é fértil e as laterais são estéreis. Na Figura 2 ilustra-se a diferença entre uma espiga de duas fileiras de grãos e de seis fileiras de grãos.

Figura 2. Cevada hexástica à esquerda e dística à direita.

Foto: Renato Amabile

Achados arqueológicos recuperados no Oriente Médio (região do Crescente Fértil - Fertile Crescent), mais precisamente nos sítios de Bus Mordeh fase de Ali Kosh, perto de Deh Luran, no Irã, e, em Tell Mureybat, na Síria, evidenciam que a espécie foi domesticada há cerca de 7.900 a.C., sendo esta uma cevada dística (HARLAN, 1979; ZOHARY; HOPF 2001; DIAMOND, 2008). Sementes de cevada selvagem foram encontradas em campos pré-históricos da costa sudoeste do Mar da Galileia, em Israel, datados de 23 mil anos (NADEL et al., 2004) (Figura 3). Por volta de 6.000 a.C. aparecem relatos da cevada hexástica e de cevada nua (cujo grão não é aderido à pálea e à lema) (SMITH, 1995). Segundo Covas (1949), a cevada hexástica resultou de mutação na fertilidade das espiguetas laterais da cevada dística. Vavilov (1951, 1957 apud HARLAN, 1979), descreveu dois centros de origem da cevada: um principal, compreendendo a península da Ásia Menor, Síria, Palestina, a antiga Transjordânia e Mesopotâmia e áreas adjacentes do oeste do Irã e um secundário, abrangendo o norte da África, a Etiópia e a China e outro na Ásia (Hither Asia). Entretanto, centros de diversidade para Hordeum, com base em áreas que contêm o maior número de espécies, são encontrados em quatro áreas do globo terrestre: o sudoeste da Ásia, a Ásia Central, oeste da América do Norte e sul da América do Sul, recebendo, esta, o maior número de espécies nativas (BOTHMER et al., 1995).

Figura 3.Tablete RO período histórico pré-clássico Acádico (3.500 a.C). Refere-se ao envio de cevada para 10 pessoas.

Fonte: E. Y. Berry Library-Learning Center

A cevada é uma planta herbácea de ciclo anual, com altura variável e raiz capilar, seminal e permanente. O colmo é cilíndrico com internódios ocos, intercalados por 5 a 7 nós, nos quais surgem as folhas. Estas são alternadas, paralelinérveas, invaginantes, opostas de cada lado do caule decorrendo da inserção de cada nó, incluindo a lígula e a aurícula (REID; WIEBE, 1979). A lígula é fina e não possui função definida, no entanto, é encontrada na maioria das cultivares de cevada. A aurícula consiste de duas pinças acessórias que abraçam o pecíolo, sendo na cevada bem proeminente, ao contrário da encontrada nas demais gramíneas (SMITH, 1995).

As flores estão dispostas em inflorescências tipo espiga terminal constituída de flores arranjadas em espiguetas. Estas, por sua vez, estão dispostas alternadamente em nós da ráquis. A disposição das espiguetas no eixo dá à inflorescência um aspecto quadrangular, estando alinhado em duas ou seis fileiras. Na cevada hexástica, todas as três espiguetas são férteis, ao passo que na dística, apenas a central é fértil enquanto as laterais são estéreis (STARLING, 1980; SMITH, 1995). Cada espigueta é constituída de duas glumelas (pálea e lema) e um florete que é uma flor completa com três estames e um pistilo (REID; WIEBE, 1979). A terminação da lema pode ser em capuz ou em arista, com ou sem pilosidade. A cevada nua não apresenta a lema e a pálea aderida à semente. O fruto é uma cariopse, amarelada e sulcada longitudinalmente (REID; WIEBE, 1979). Na Figura 4 ilustram-se os estágios da cevada.

Figura 4. (A) Início da germinação; (B) cevada germinada; (C) início do perfilhamento; (D) início do emborrachamento; (E) espiga dística com detalha da lígula com presença de antocianina; e (F) cevada hexástica madura.

Fotos: Renato Amabile

A vasta distribuição geográfica atingida pela cevada ocorreu em razão de sua extensa adaptação ecológica e a sua grande dispersão (CHAPMAN; CARTER, 1976). Por ter um ciclo de produção mais precoce e ser menos exigente em água, a cevada é mais bem adaptada a regiões com temperaturas do ar mais baixas que outros cereais. Assim, tornou-se importante alternativa para sistemas de produção nas regiões de verão muito frio ou curto e nas regiões frias e semiáridas onde o trigo, o arroz, o centeio e a aveia não se adaptam bem, além de ser uma alternativa para regiões de latitudes e altitudes extremas (CHAPMAN; CARTER, 1976; MINELLA, 1999b).

Desde os primórdios da civilização, a cevada foi considerada uma das “Sete Espécies” que caracterizaram a fertilidade da Terra Prometida de Canaã (Deuteronômio 8.8 apud BIBLIA, 1950). Diamond (2008) destacou que, no sudoeste da Eurásia, a disponibilidade de cevada contribuiu significativamente para que as civilizações daquela região tivessem sobrevivido e conquistado outras civilizações de outras regiões. Na América, a cevada cultivada foi introduzida oficialmente na segunda viagem de Colombo que recomendou que ela fosse semeada no “Novo Mundo” (WIEBE, 1979). Não obstante ter sido em sua origem domesticada para a alimentação humana, a cevada adquiriu uma enorme gama de usos ao longo dos séculos. Aponta-se o seu emprego desde a alimentação humana – considerada como “o pão do homem pobre” (ZOHARY; HOPF 2001), uso na alimentação animal seja na forma de grãos, pastagem, feno ou silagem (ZHOU, 2009), rituais religiosos e celebrações (NEWMAN; NEWMAN, 2006) e até como moeda (PELLECHIA, 2006). Na Figura 5 ilustra-se a palhada, após a colheita da cevada no Cerrado irrigado, e o seu uso por bovinos. A utilização do grão para o consumo humano e industrial é feita nas formas integral e malteada (OSCARSSON et al., 1996; BHATTY, 1999a; YALÇIN et al., 2007). Devido à potencialidade de uso para consumo humano, a cevada é inserida na categoria de alimento funcional, e seus grãos são estudados e desenvolvidos para cumprir sua função nutricional básica (FERNANDES et al., 2006). Em forma de malte, o grão é empregado na fabricação de bebidas alcoólicas, produtos farmacêuticos e alimentos (AMABILE et al., 2007a). Além disso, o óleo extraído da cevada apresenta altos níveis de tocoferóis e tocotrienóis (até 0,4%) (BABU et al., 1992), especialmente o α-tocotrienol (MOREAU, 2012), que por sua ação antioxidante, reduz o colesterol LDL sérico.

Figura 5. (A) Palhada de cevada após a colheita; (B) Uso da palhada de cevada na alimentação de bovinos confinados na entressafra em Catalão-GO.

Fotos: Renato Amabile

O Cerrado

O Cerrado, depois da Amazônia, é a segunda maior formação vegetal brasileira sendo considerada a savana tropical mais rica do mundo em biodiversidade. Distribui-se de forma descontínua e heterogênea pelas regiões Centro-Oeste, Sudeste, Norte e Nordeste, entendendo-se por uma área de 2.036.448 km2, representando 23,92% do território brasileiro (EITEN, 1993; RIBEIRO; WALTER, 1998; IBGE, 2004). A área nuclear do Cerrado distribui-se, principalmente, pelo Planalto Central Brasileiro, abrangendo os estados de Goiás, Tocantins, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Minas Gerais, Bahia, Maranhão, Ceará, Piauí, Pará, Rondônia, Roraima, Amapá e São Paulo e, ainda o Distrito Federal (EMBRAPA, 2011).

Dos sete domínios morfoclimáticos e fitogeográficos brasileiros, o Cerrado constitui o ponto de equilíbrio, devido à sua posição geográfica e características florística, faunística e geomorfológica, visto que se conecta com os demais biomas regionais e com outros continentais através de corredores hidrográficos. Ecologicamente, relaciona-se às Savanas, constituindo-se em uma de suas configurações regionais (BIOMA CERRADO, 1991).

O Cerrado possui diversas formações ecossistêmicas. Fisionomicamente, é classificado em ordem crescente de biomassa vegetal e altura das plantas em: Campo Limpo, Campo Sujo de Cerrado, Campo Cerrado, Cerrado típico e Cerradão (EMBRAPA, 2011; IBAMA, 2011). É o mais brasileiro de todos os biomas sul-americanos, pois está totalmente inserido no território nacional, à exceção de pequenas parcelas na Bolívia e Paraguai (PROENÇA et al., 2002). Nele, originam-se três das maiores bacias hidrográficas da América do Sul: Tocantins-Araguaia, Prata e São Francisco. Os demais biomas brasileiros (os Pampas, o Pantanal, a Floresta Amazônica, a Caatinga e a Mata Atlântica) recebem alguma fração da água proveniente do Cerrado (EMBRAPA, 2011).

Em relação ao clima, é caracterizado pelo regime climático bimodal: um período chuvoso bem definido, de outubro a abril, com precipitações entre 1.200 mm e 1.800 mm, e outro período de seca, que se inicia em maio e termina em setembro (ADÁMOLI et al., 1987). Variações das precipitações ocorrem no limite de outros biomas, registrando-se de 600 mm a 800 mm, no limite com a Caatinga e de 2.000 mm a 2.200 mm na interface com a Amazônia (SCARIOT et al., 2005). No decurso da estação chuvosa, relata-se o aparecimento de um fenômeno climático denominado de veranico - caracterizado pela interrupção das chuvas por um período que, geralmente, compromete o desenvolvimento de culturas - fato que acarreta inúmeros prejuízos à agropecuária do Cerrado (ASSAD, 1994). Mais de 60% da área do Cerrado é afetada pelo veranico, e cerca de 28% é muito susceptível ao fenômeno (COCHRANE et al., 1988).

De acordo com a classificação de Köoppen, o clima predominante do bioma é do tipo Aw (tropical úmido de savana, com inverno seco e verão chuvoso), apesar de ocorrerem os tipos climáticos Cwa (tropical de altitude, com semestre de inverno seco e verões quentes) e Cwb (tropical de altitude, com semestre de inverno seco e verões brandos) (BRASIL; ALVARENGA, 1989). Os tipos Cwa e Cwb ocorrem em zonas de altitude mais elevadas, possibilitando a adaptação e a introdução de diversas espécies vegetais. Em decorrência das diferentes altitudes e latitudes, há grande diversidade térmica no Cerrado. As temperaturas médias do ar variam, em média, de 22 ºC a 27 ºC. Estas são mais baixas devido à latitude e também pela influência das massas de ar provenientes do sul do Brasil (ADÁMOLI et al., 1987; NIMER, 1989).

Entre as diversas classes de solo existentes no Cerrado, os Latossolos são as unidades dominantes (46%) sendo os solos mais encontrados nas áreas utilizadas com sistemas agrícolas irrigados, ocupando amplos chapadões e áreas de topografia suave. No Cerrado, ainda ocorrem os Cambissolos, os Neossolos Quartzarênicos, os Neossolos Flúvicos e os Hidromórficos (MACEDO, 1996; RESENDE et al., 2002). Ao longo do seu processo de formação, os Latossolos sofreram intensa lixiviação de bases e sílica, com consequente concentração de argilo-minerais do tipo 1:1, principalmente caulinita e óxidos, particularmente os de ferro e de alumínio. Portanto, são solos com elevado grau de intemperismo, baixa capacidade de troca catiônica, acidez elevada, alta capacidade de adsorção de fósforo e, consequentemente, baixa fertilidade natural. O teor de matéria orgânica nesses solos sob condição natural situa-se entre 2,0% e 3,0% (LOPES, 1983; MALAVOLTA; KLIEMANN, 1985; SOUSA; RITCHEY, 1988; KER et al., 1992 e HARIDASAN, 1993).

Em áreas sob vegetação natural e bem manejadas, observam-se, para os Latossolos, características físicas favoráveis como profundidade, friabilidade, elevada porosidade, boa aeração e drenagem, média susceptibilidade à erosão e, como característica principal, uma agregação forte e estável (KER et al., 1992). Esses atributos físicos, associados aos relevos plano e suave-ondulado da região, conferem elevada potencialidade para os sistemas irrigados, desde que devidamente corrigidas as limitações químicas e levada em consideração a baixa capacidade de retenção de água desses solos. Entretanto, a partir da sua incorporação ao processo produtivo, iniciam-se alterações que podem provocar sérios problemas de degradação os quais se acentuam com o manejo inadequado, resultando em compactação, elevada densidade do solo, erosão, baixa infiltração da água, o que por vezes pode ocasionar adversidades ou limitações às culturas irrigadas.

Nas últimas décadas, ocorreram mudanças na aptidão agrícola dos solos de Cerrado, devido às tecnologias para eliminar restrições ao cultivo como baixa fertilidade natural e elevada acidez, utilizando-se técnicas que têm proporcionado a manutenção ou a melhoria do potencial produtivo dos sistemas agrícolas, intensificando o dinamismo da agricultura no Cerrado (SOUSA, 2009). Dentre as tecnologias adotadas ao processo produtivo que contribuíram para essas mudanças, destacam-se o manejo e o uso adequado do sistema de irrigação. Pela facilidade de operacionalização, racionalidade de uso, adaptabilidade do sistema às condições topográficas e solos sob Cerrado e por estabelecer aporte financeiro e alternativas de cultivos agrícolas, a irrigação é intensivamente empregada na região. O uso da irrigação via pivô-central cuja área estimada é de cerca de 478 mil hectares (0,235% da área total do bioma) (Lima et al., 2009), limita-se às culturas com maior retorno econômico, por causa, principalmente, do alto custo de instalação inicial do equipamento por unidade de área. Essa restrição não é desejável para a sustentabilidade e a competitividade do sistema, pois cultivos sucessivos da mesma espécie podem inviabilizá-lo.

Sabe-se que a ocupação intensiva e racional do Cerrado pode fornecer ao País cerca de 150 milhões de toneladas de grãos ao ano. O tempo necessário para que essa previsão se torne realidade, depende, além de fatores econômicos e políticos, de tecnologias e de processos que garantam ganhos representativos de eficiência nos sistemas de produção. (AMABILE; BARCELLOS, 2009).

O agronegócio brasileiro responde por cerca de 1/3 do Produto Interno Bruto (PIB), sendo que a região do Cerrado contribui com aproximadamente 33% desse PIB, empregando aproximadamente 40% da população economicamente ativa. Considerando toda essa importância macroeconômica, são grandes os desafios das ações de pesquisa e desenvolvimento na busca do equilíbrio entre agronegócio, sociedade e uso racional dos recursos naturais (FALEIRO et al., 2008). Encontrar a melhor forma para buscar esse equilíbrio é uma preocupação, não só econômica, como também uma exigência política, social e ambiental. O agronegócio do Cerrado deve considerar desde a produção de matéria-prima até a transformação e a distribuição do produto para o consumidor final. Os mercados e os segmentos devem ser priorizados e atingidos, observando tanto a demanda interna como a exportação. Para isso, no planejamento estratégico devem-se considerar as novas oportunidades de produtos agrícolas utilizando aqueles que tenham penetração no mercado, possibilidade de transformação e agregação de valor, oportunidade de conquista de novos mercados e diversificação do próprio agronegócio. Deve-se levar em conta o nível estratégico, definindo-se os objetivos da propriedade agrícola em relação ao mercado e o nível operacional, com vistas a implementar a melhor gestão dentro da propriedade.

Potencialidades da cevada no Cerrado

A diversificação no sistema irrigado no Cerrado, com a inserção de alternativas agrícolas, como a cevada, foi e é extremamente conveniente, pois torna o negócio agrícola mais equilibrado e consolidado (AMABILE; BARCELLOS, 2009). A cadeia produtiva de outras culturas, como a do trigo, serve como plataforma de tecnologias e da organização estrutural e pode ser extrapolável para as novas modalidades de produção, como a cevada. O aproveitamento dessa estrutura, aliado às condições favoráveis de produção do Cerrado, deve ser considerado como premissa para que os novos cultivos e matérias-primas obtidos no Cerrado, e o aproveitamento de coprodutos seja preconizado e utilizado para compor essa nova oportunidade mercadológica.

Das 124,1 milhões de toneladas de cevada produzidas anualmente no mundo, o Brasil contribui com menos de 1% do total (FAOSTAT, 2012), sendo cultivada apenas nos estados do Sul do Brasil, São Paulo e Goiás (CONAB, 2012). A demanda nacional por essa commodity é crescente, e a produção nas regiões tradicionais, como nos estados do Sul, está aquém das necessidades do mercado cujo déficit é suprido com importações que oneram a balança comercial nacional. Para a autossuficiência do produto importado, seria necessária a consolidação de uma área mínima de 560 mil hectares (MINELLA, 2010). No sistema irrigado do Cerrado, há potencial para suprir grande parte dessa demanda. Nesse contexto, o cultivo da cevada irrigada – como forma de inovação e reorganização tecnológica – mostra-se como alternativa viável, uma vez que ela tem ótima adaptação às condições edafoclimáticas desse bioma (AMABILE, 2007). Essa cultura oferece muitas vantagens, tanto do ponto de vista agronômico como do socioeconômico. Do ponto de vista agronômico, as vantagens são decorrentes da maior eficiência no uso da água, menor uso de defensivos, maior produção de palhada que outras gramíneas inseridas no sistema e controle de ervas daninhas por supressão. Quanto aos aspectos socioeconômicos, verifica-se economia de energia elétrica, menor custo de produção, maior rentabilidade para o produtor, maior estabilização e geração de emprego na cadeia produtiva da cevada. Na Figura 6, ilustram-se algumas lavouras de cevada irrigada no Cerrado de São Paulo, Minas Gerais, Goiás e no Distrito Federal.

Figura 6. (A) Lavouras de cevada irrigada nos estados de São Paulo; (B) Minas Gerais; (C) Goiás e (D) do Distrito Federal.

Fotos: Renato Amabile

A cevada produzida sob irrigação no Cerrado brasileiro apresenta sementes limpas, sem a presença de fungos como o Fusarium graminearum, uma vez que o sistema controla a lâmina de água a ser aplicada nos estádios próximos à colheita, evitando a presença desse fungo. Além dos danos à produção no Sul do país, resultante de abortamento e deformação de grãos, esse fungo produz micotoxinas durante o processo de infecção e colonização as quais ficam acumuladas nos grãos. As implicações toxicológicas em humanos e em animais representam elevado risco à população consumidora de cevada e seus subprodutos. As micotoxinas causam aos animais e ao homem hemorragias, aleucia tóxica alimentar (ATA), redução do ganho de peso e da produção de ovos e leite, interferência no sistema imunológico, deficiência hepática, câncer e morte (SILVA, 2008). Do ponto de vista industrial, a cevada produzida no Cerrado apresenta sementes limpas e sem período de dormência, podendo ser malteada logo depois da colheita, dispensando longos períodos de armazenagem para completar a maturação dos grãos (AMABILE, 2007) Como cultura alternativa, a cevada vem se destacando por sua adaptação às condições edafoclimáticas do Cerrado, pela baixa incidência de doenças e seu elevado potencial produtivo e qualidade malteira (Figura 7).

De maneira geral, podem-se recomendar as regiões irrigadas do Cerrado situadas acima de 800 m de altitude em Goiás, Minas Gerais, São Paulo e Distrito Federal como as mais apropriadas para a produção de cevada com alta qualidade cervejeira. Em altitudes mais baixas, é possível obter resultados satisfatórios e competitivos, contudo há maior variação e menor estabilidade, principalmente quanto à classificação comercial, ao teor de proteínas e ao maior potencial de ocorrência de doenças, como a brusone e a mancha-marrom (AMABILE et al., 2007a).

Figura 7. Grãos de cevada colhidos no Cerrado irrigado, cultivar BRS 180.

Foto: Renato Amabile

Breve histórico da cevada no Brasil e no Cerrado

O primeiro relato da cevada no Brasil data do século 16, mais precisamente, em 1583, e, em São Paulo e em 1854, no Rio Grande do Sul, mencionada como “um cultivo estabelecido nas colônias alemãs” (ARIAS, 1999). A cevada adquiriu importância econômica no Brasil a partir de 1930, quando começou a ser cultivada comercialmente na região Sul do país, para a produção de malte cervejeiro (ARIAS, 1995). Tradicionalmente, a cultura tem ficado restrita às áreas mais temperadas, como os planaltos do Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná e, recentemente, no Cerrado brasileiro (AMABILE et al., 2007a). Desde o início, a produção ocorre em resposta à demanda da indústria de malte cervejeiro, e os primeiros ensaios com cevada malteira foram conduzidos na Estação Experimental Alfredo Chaves, em Veranópolis-RS e por Zdenco Gayer, em Araucária-PR (ARIAS, 1995). O malte cervejeiro ou cevada malteada para fins cervejeiros é o produto resultante da germinação forçada e controlada, sob condições especiais de umidade e temperatura da cevada cujas características se enquadram nos limites constantes da portaria em questão (BRASIL, 1977). A produção brasileira de cevada caracteriza-se por ter sido sempre realizada mediante contrato firmado entre empresas fornecedoras de semente as quais provêm orientação técnica aos produtores (MINELLA, 1999a). Atualmente, a indústria doméstica tem capacidade de suprir apenas um terço do consumo atual de cerca de 1 milhão de toneladas de malte/ano, colocando o Brasil entre os maiores importadores de malte do mundo (INDICADORES DA AGROPECUÁRIA, 2012).

O cultivo irrigado da cevada no Cerrado foi iniciado em 1976 com o lançamento do Plano Nacional de Auto-suficiência de Cevada e Malte (Planacem) pelo governo brasileiro, visando acabar com a referida dependência de importação do malte e de cevada (EMBRAPA, 1987). As primeiras ações de pesquisa e desenvolvimento foram realizadas com o apoio da Embrapa e de algumas companhias cervejeiras (MINELLA, 1999b). O objetivo da inserção da cevada nesse novo bioma foi aumentar a produção nacional, diminuindo assim a vulnerabilidade do Brasil quanto à produção de malte. Essa nova opção de cultivo tem-se mostrado economicamente viável, servindo como uma alternativa para a rotação com o feijão e a soja. Por causa de suas características fisiológicas, essa cultura, necessita de temperaturas do ar amenas e de solos corrigidos, condições geralmente presentes nos cultivos de inverno no Cerrado, sob irrigação (AMABILE et al., 2007a). Embora o PLANACEM não tenha atingido a meta da autossuficiência até 1984, os incentivos propiciaram ampliação significativa da capacidade interna de malteação e armazenagem, além da intensificação e diversificação de pesquisa realizada até então pela Embrapa em parceria com a iniciativa privada (MINELLA, 1999b).

Situações mundial e brasileira

A versatilidade de a cevada adaptar-se a diversos ambientes e sua importância econômica proporcionou sua disseminação por vários países, ocupando, atualmente, o posto de quarto cereal mais produzido no mundo, sendo suplantado apenas pelo arroz, milho e trigo (FAOSTAT, 2012). Segundo a Food and Agriculture Organization of the United Nations - FAO, a produção mundial de cevada em 2010 foi de aproximadamente 124,1 milhões de toneladas colhidas em uma área de 47,5 milhões de hectares, conferindo um rendimento mundial médio de aproximadamente 2.600 kg ha-1. Os maiores produtores mundiais são a Alemanha (10,41 milhões de toneladas em 1,65 milhões de hectares), França (10,1 milhões de toneladas em 1,58 milhões de hectares), Ucrânia (8,85 milhões de toneladas em 4,32 milhões de hectares), Rússia (8,50 milhões de toneladas em 4,94 milhões de hectares), Espanha (8,16 milhões de toneladas em 2,88 milhões de hectares) e o Canadá (7,61 milhões de toneladas em 2,39 milhões de hectares). Dessa produção mundial, 68% destinam-se à alimentação animal, 16% ao processamento, 5% à alimentação humana direta, 7% à reserva de sementes, 1% a outros usos e 3% são perdidos (FAOSTAT, 2012).

O Brasil é o segundo maior importador de cevada da América, atrás do México, sendo ainda, o 12° importador mundial, enquanto França, Ucrânia, Austrália, Rússia e Canadá são os maiores exportadores. Na América Latina, o maior exportador é a Argentina, comercializando aproximadamente 41% do total das exportações para o Brasil, que importa, ainda, do Canadá e do Uruguai (FAOSTAT, 2012). O dispêndio das divisas econômicas brasileiras com importação de cevada, é da ordem de U$ 96 milhões de dólares, num montante estimado em mais de 300 mil toneladas/ano. Quando aditado ao malte – segundo produto da pauta de importação da carteira brasileira relacionada à atividade agrícola –, os recursos direcionados à importação oneram a balança comercial brasileira em mais de U$ 450 milhões, para um montante de 725 mil toneladas de malte importado (INDICADORES DA AGROPECUÁRIA, 2012).

Segundo o Sindicato Nacional da Indústria Cervejeira (SINDICERV, 20121), o Brasil consome anualmente em torno de um milhão de toneladas de malte de cevada. Desse total, 1/3 é importação direta do Mercosul (a entrada no país acontece principalmente pelos portos secos), 1/3 da Europa e o terço restante, produção nacional.

Quanto à produção nacional, o Brasil ocupa o quarto lugar na América Latina, ficando atrás da Argentina, Peru e Bolívia, contribuindo com menos de 1% da produção mundial (FAOSTAT, 2012). Em âmbito nacional, a maior safra de cevada ocorreu em 1981, com cerca de 160 mil hectares. Entretanto, as condições climáticas desfavoráveis à cultura da cevada na região Sul do Brasil e também a conjuntura econômica ainda não permitiram que a área cultivada fosse maior. Em 2001, a área plantada foi de 154,1 mil hectares, observando-se decréscimo constante até chegar ao valor de apenas 87,9 mil hectares em 2011, com uma produção de 283,9 mil toneladas. A produtividade nacional foi de 3.230 kg ha-1 (INDICADORES DA AGROPECUÁRIA, 2012), superando a da Argentina (FAOSTAT, 2012). Essa área atende apenas a aproximadamente 16% da demanda da indústria nacional, sendo essa diferença completada pela importação. A cevada irrigada vem sendo plantada desde o final da década de 1990, contribuindo, em parte, para a diversificação do sistema agrícola do Cerrado e diminuição da importação desse cereal pelo Brasil (AMABILE et al., 2007a). O Cerrado tem potencial para suprir a demanda nacional por grãos de cevada, dando possibilidade de oferta ao negócio agrícola, de forma a incluir novas oportunidades comerciais (AMABILE et al., 2009a, b, c, d), principalmente, como alternativa para compor os sistemas irrigados da região. No Brasil, 86% da produção de cevada destina-se à elaboração de malte, 7% à alimentação animal na forma de grão, feno e silagem e 7% à produção de sementes (MINELLA et al., 2007). Como mencionado acima, a produção brasileira não tem sido suficiente para suprir as necessidades nacionais, o que obriga o País a importar cerca de 84% do total que consome (AMABILE et al., 2007a; MINELLA, 2010).

A pesquisa da Cevada irrigada no Cerrado brasileiro com enfoque no melhoramento genético

A inserção da cevada irrigada no sistema agrícola do Cerrado necessitou de ações de pesquisa e desenvolvimento direcionadas à sua adaptação, caracterização e avaliação nesse ambiente, buscando estratégias agronômicas para viabilizar o sistema de produção e consolidar a cadeia produtiva de forma econômica e sustentável (AMABILE; MINELLA, 2008).

Um dos primeiros relatos sobre o desempenho de variedades de cevada no Cerrado foi realizado por Andrade et al. (1977). Nesse trabalho, apresentado na IX Reunião Anual Conjunta de Pesquisa de Trigo, os autores demonstraram que, mesmo com o plantio tardio e em condições anormais de clima, os ensaios conduzidos no Distrito Federal foram satisfatórios para a produção de malte, com rendimentos superiores aos alcançados com trigo, sob as mesmas condições.

Em 1983, a Embrapa formalizou com as companhias cervejeiras Kaiser, Brahma, Antarctica e com a empresa de desenvolvimento rural “A Campo”, um convênio de cooperação técnica e financeira para conduzir pesquisas de viabilidade agronômica e qualitativa da cevada no Cerrado, finalizado em 1986. Entretanto, a Kaiser manteve-o até o início de 1990, disponibilizando um técnico à Embrapa Cerrados para apoiar a condução dos trabalhos remanescentes (MINELLA, 20042). A partir desse acordo, foram conduzidos na região ensaios cooperativos de competição de cultivares e linhagens, manejo da irrigação, épocas de semeadura, adubação, densidade e arranjo de plantas que vêm sendo planejados e coordenados pela Embrapa Trigo e Embrapa Cerrados em parceria com as empresas conveniadas e outras instituições, entre elas a Cooperativa de Produtores do Plano de Assentamento Dirigido do Alto Paranaíba (COOPADAP), de São Gotardo, MG.

Campos pilotos (pequenas lavouras) foram conduzidos, por três anos, em áreas de produtores irrigantes do Distrito Federal, Goiás e Minas Gerais, sendo a sua produção absorvida pelas companhias cervejeiras. Essas empresas, através de seus laboratórios, analisavam a qualidade de centenas de amostras de cevada e de malte produzidas nos experimentos executados anualmente na região. Foram conduzidas, também em cooperação, lavouras comerciais em nível experimental no Cerrado, com linhagens que haviam se destacado nos ensaios de rendimento, por exempl a PFC 8299, atual BRS Deméter, e a PFC 8413, atual BRS 180. A produção malteada era depois transformada em cerveja (Figura 8). A cooperação entre as partes já se mostrava bem presente na época, uma vez que, de forma integrada, o trinômio pesquisa/produtor/indústria realizou atividades de difusão, como dias de campo e visitas técnicas aos experimentos/lavouras/campos pilotos instalados na Embrapa Cerrados e em áreas de produtores e cooperativas na região (Figura 9). Esses eventos contavam com a presença de pesquisadores da Embrapa Trigo, Embrapa Cerrados, Embrapa Produtos e Mercado e das companhias cervejeiras Antarctica, Brahma e Kaiser e de técnicos da extensão rural, além dos produtores rurais, agentes financeiros e empresários do setor cervejeiro. Nessas oportunidades, a cevada era apresentada como cultura alternativa para compor os sistemas de produção irrigados da região (AMABILE; MINELLA, 2008).

Figura 8. Cultivar dística BRS Deméter.

Foto: Renato Amabile

Figura 9. Unidade de Observação de cevada em São Gotardo, MG, com o genótipo PFC 8413 - atual BRS 180, ao centro da imagem.

Fonte: Antônio Fernando Guerra.

Dando continuidade à cooperação, em 1994, foi formalizado um convênio entre a Embrapa Trigo e Cooperativa Agrária e as companhias cervejeiras Antarctica, Brahma e Kaiser, finalizado em 1999. Em 2000, outro convênio foi firmado entre a Embrapa Cerrados e a Malteria do Vale. Em 2002, um novo contrato entre a Embrapa Trigo, AmBev e Cooperativa Agrária (MINELLA, 20043) foi consolidado, com o objetivo principal de gerar novas cultivares observando o disposto na lei de proteção de cultivares. Atualmente, essa parceria conta também com a Malteria do Vale.

Em 2002, uma parceria internacional entre a Embrapa Cerrados e o International Center for Agricultural Research in the Dry Areas – Icarda foi estabelecida pela ação denominada “Projeto Colaborativo”. Por meio dessa parceria, foi realizada a avaliação de diversas coleções e de genótipos gerados pelo Icarda exclusivamente para o Brasil, visando gerar subsídios técnicos para o processo do melhoramento da cevada para o Cerrado, bem como cruzamentos direcionados pela pesquisa da Embrapa Cerrados com genitores brasileiros e exóticos e entre as novas introduções realizadas por meio desse acordo. Os genótipos avaliados na região são fundamentais e oportunos para a sustentação tecnológica e econômica da cultura, além de estratégica para alavancar qualquer propósito de expansão da produção. Na Figura 10, ilustram-se o esquema de melhoramento genético utilizado na Embrapa Cerrados com as progênies e linhagens originadas desta parceria e da própria Embrapa. Desta ação conjunta, uma nova linha de pesquisa, visando à obtenção de linhagens de cevada nua (sem a pálea e a lema aderida à semente), foi aberta e obtido um novo genótipo que está sendo testado para ser lançado como a primeira cultivar de cevada nua para o Cerrado irrigado. A Figura 11 ilustra o processo de cruzamento per se onde, em campo, escolhem-se os progenitores femininos e masculinos e executa-se o cruzamento para obtenção de novas progênies.

Figura 10. Esquema ilustrativo do melhoramento genético da cevada utilizada na Embrapa Cerrados.

Figura 11. Processo de cruzamento per se onde, em campo. (A) Escolha do genitor feminino; (B) momento fenológico ideal para realizar a fecundação em cevada dística; (C) preparo da espiga com a retirada das aristas; (D) emasculação; (E) espiga apta para receber o pólen do genitor; (F) genitores masculinos selecionados; (G) polinização; (H) espigas fecundadas devidamente isoladas; (I) geração F2 ilustrando a segregação proveniente do cruzamento artificial.

Fotos: Renato Amabile

Recentemente, em 2012, nova parceria entre os produtores agrícolas e a Embrapa Cerrados foi firmada com o objetivo de gerar conhecimentos técnico-científicos que viabilize a implantação e expansão da cultura da cevada, para diferentes sistemas de produção, no Cerrado do Oeste da Bahia e região (Figuras 12, 13 e 14).

Figura 12. Unidade de Observação de cevada em Luiz Eduardo Magalhães, BA, com o pioneirismo de Amilton Pires, Sérgio Schleder e Renato Amabile (esq. para dir.).

Foto: Wellington Pereira

Figura 13. Colheita da Unidade de Observação de cevada em Luiz Eduardo Magalhães, BA, 2012.

Foto: Renato Amabile

Figura 14. Espigas da cultivar BRS Sampa em Luiz Eduardo Magalhães, BA, 2012.

Fotos: Renato Amabile

Esses convênios e parcerias nacionais e internacionais promoveram a integração de esforços entre as partes para a execução de ações de pesquisa e de transferência de tecnologia. Dessa forma, foram obtidos avanços significativos na busca de um melhor sistema de produção para a cevada cervejeira no Cerrado. Ações de pesquisa e desenvolvimento que envolvem a introdução e a avaliação de recursos genéticos, melhoramento genético, ajustes no sistema de produção, e divulgação e transferência de tecnologia vêm fortalecendo a expansão da cevada sob irrigação. As parcerias da Embrapa com o setor industrial permitiram a realização de análises industriais referentes à qualidade do malte, fornecendo subsídios para ações de pesquisa direcionadas para o sistema de produção e para o desenvolvimento de cultivares com elevado desempenho agronômico e com alta qualidade de malte que atendessem às exigências da indústria e tivessem, dessa forma, mais competitividade de mercado (AMABILE; MINELLA, 2008).

O melhoramento da cevada irrigada no Cerrado teve como marco referencial o lançamento, em 1999, da cultivar BRS 180 - a primeira cultivar de cevada cervejeira recomendada para o sistema de produção irrigado da região do Cerrado (SILVA et al., 2000). Essa é a única cultivar registrada no Brasil a apresentar, devido às suas características genéticas, teor proteico constantemente abaixo dos 12% requerido pela indústria malteira. Em experimentos conduzidos na Embrapa Cerrados, em Planaltina (DF), a ‘BRS 180’ atingiu rendimento de grãos de até 8.920 kg ha-1. Em lavoura comercial, essa cultivar rendeu 7.200 kg ha-1 no Município de Unaí (MG), em 2001, rendimento de grãos bem superior aos provenientes da região Sul (AMABILE et al., 2007a). A Figura 15 ilustra o momento da colheita da cevada BRS 180.

Figura 15. Colheita da cultivar BRS 180.

Fotos: Renato Amabile

Após esse período, diversos trabalhos realizados nesse ambiente mostraram a viabilidade da cevada nesse sistema de produção (AMABILE et al., 2001; AMABILE et al., 2002a, b; AMABILE et al., 2003a, b; AMABILE et al., 2005a, b; AMABILE et al., 2007b; AMABILE et al., 2009a , b, c, d; AMABILE et al., 2011). Esses trabalhos, conduzidos em diversas áreas do Cerrado, demonstraram a elevada capacidade produtiva da cevada em muitas regiões, com linhagens alcançando 6.000 kg ha-1 e uma classificação comercial acima de 85% dos grãos de primeira (diâmetro da semente >2,5 mm). Em Minas Gerais, a cultivar BRS 180 foi o genótipo mais produtivo com 5.890 kg ha-1 e classificação de primeira alcançando 94,5%, confirmando a região como adequada à produção de cevada industrial. O teor de proteína de diversos materiais genéticos selecionados atendeu plenamente aos critérios estabelecidos para a indústria (AMABILE et al., 2003a).

Em relação à alimentação humana, Silva et al. (2000) identificaram linhagens promissoras de cevada nua para o Cerrado, com alto potencial de rendimento, acima de 5.000 kg ha-1 e teor de proteína adequado a este fim (20,8%), além de características de descascamento excelentes.

As introduções de acessos exóticos durante o programa cooperativo internacional entre a Embrapa e o ICARDA/CIMMYT para identificar os que apresentavam maior adaptação e estabilidade para o Cerrado revelaram resultados promissores. As linhagens CMM 681, CMM 348 e CMM 374 detiveram rendimentos de grãos acima de 9.000 kg ha-1 e teor de proteína inferior a 10%, indicando boa perspectiva para introdução desses genótipos em ambiente de Cerrado irrigado (AMABILE et al., 2007b). Monteiro (2012), avaliando uma coleção base no sistema de produção irrigado no Cerrado do Planalto Central Brasileiro, obteve rendimento de grãos também elevado, com o genótipo colombiano e hexástico CI 10022 (9.108,3 kg ha-1).

Fruto da pesquisa direcionada para o ambiente irrigado do Cerrado, a Embrapa disponibilizou ao produtor irrigante cinco cultivares de cevada cervejeira:

BRS 180, registrada em 1999 (SILVA et al., 2000).

BRS 195, recomendação estendida para o Cerrado em 2005 (BRS 195, 2006).

BRS Deméter, registrada em 2007 (AMABILE et al., 2008).

BRS Sampa, registrada em 2008 (MINELLA et al., 2009).

BRS Manduri, lançada em 2011 (MINELLA et al., 2011).

Na Tabela 1, ilustra-se o desempenho malteiro comparativo entre uma cultivar hexástica (BRS 180) e a cultivar dística (BRS Deméter). Observa-se que as duas cultivares detém perfil de qualidade industrial de malte que atende a maioria das especificações da indústria cervejeira, com teor médio de proteína nos grãos abaixo de 12% na maioria dos anos testados, e com bom rendimento de extrato, baixa viscosidade e, no caso da BRS Deméter, baixo teor de β-glucanas no mosto. A BRS 180 é muito utilizada em blocos de cruzamento, devido a seu baixo teor de proteína e por ela ser extremamente estável, apresentando resistência de aumento desse teor, mesmo com tensões d’água no solo elevadas ou mesmo com doses nitrogenadas igualmente altas.

Tabela 1. Resultados qualitativos da cultivar BRS Deméter, provenientes dos ensaios realizados em 2005 e 2006 (Malteria do Vale) e da BRS 180 em 1997 em duas malterias distintas (VLB Berlin e Anton Mohr Malz-Fabrik).

Característica malteira | BRS 180(1) |  | BRS Deméter(2)
VLB Berlin | Anton Mohr Malz-Fabrik | Malteria do Vale
Proteínas Totais (%) | 11,2 | 11,7 |  | 12,9 | 11,9
Extrato M.F. i.a. (%) | 80,3 | 79,6 |  | 80,0 | 79,5
Hartong VZ 45 °C | 40,7 | 41,5 |  | 42,3 | 58,1
Viscosidade (mPa s) | 1,49 | 1,49 |  | 1,51 | 1,51
Cor após Fervura EBC | 6,6 | 7,2 |  | 6,8 | 9,1
N. Solúvel (mg 100 g-1) | 798,0 | 885,0 |  | 899,0 | 961,0
Índice Kolbach (%) | 44,4 | 47,4 |  | 38,2 | 46,9
Friabilidade (%) | 78 | 82,6 |  | 72,4 | 71,0
Grãos Vidrados (%) | 1,7 | 1,0 |  | 0,8 | 3,2
Poder diastásico (WK) | 315 | 315 |  | - | -
β-glucanas no mosto (mg 100 g-1) | - | - |  | 162,0 | 229,0

Fonte: (1) Silva et al. (2000) e (2) Amabile et al. (2008).

Variabilidade genética da cevada

A obtenção de fontes de variabilidade genética para caracteres considerados de interesse é uma das premissas básicas na estratégia do melhoramento vegetal. O conhecimento dessa variabilidade permite a identificação de combinações híbridas de maior efeito heterótico, produzindo, nas gerações segregantes, as maiores variâncias genéticas para as características de interesse, o que pode aumentar a probabilidade de obtenção de genótipos superiores (CRUZ et al., 2004). O principal efeito da diminuição da variabilidade é a redução das possibilidades de ganhos adicionais na seleção, uma vez que o melhorista passa a manejar um conjunto gênico de tamanho limitado (HANSON, 1959). Portanto, é determinante a seleção de genótipos divergentes para características agronômicas de interesse.

A representatividade genética de uma coleção de germoplasma pode ser conseguida através de coleções de tamanho grande (FRANKEL; BENNETT, 1970), entretanto sua acessibilidade, uso e aplicabilidade são inversamente relacionados ao seu tamanho (FRANKEL; SOULÉ, 1981). Para minimizar essas limitações, vem sendo proposta a construção de coleções nucleares com base nos conceitos formulados inicialmente por Frankel e Brown (1984) e, a partir destas, o uso de coleções de trabalho corretamente estabelecidas e provenientes das coleções nucleares. A coleção de trabalho ou de melhorista (NASS, 2001), dentro dos vários tipos de coleções utilizadas na conservação ex situ de germoplasma, fornece material genético para o melhorista ou para instituições de pesquisa que fazem melhoramento, sempre de tamanho limitado e geralmente composta de germoplasma elite.

As coleções de trabalho são muito utilizadas para obtenção de informações: acerca da caracterização morfológica e molecular, avaliação agronômica preliminar; estudos básicos da variabilidade e de todas as informações relativas aos acessos (NASS, 2001). Para Valois (1998), a caracterização e o uso dos recursos genéticos vegetais passam obrigatoriamente pela avaliação da variabilidade genética existente. Segundo Faleiro et al. (2005), pesquisas que envolvem prospecção, conservação, caracterização e uso do germoplasma são fundamentais para subsidiar a incorporação de novos materiais com características agronômicas de interesse em programas de melhoramento genético.

A variabilidade genética é premissa básica para que a obtenção de ganhos qualitativos e quantitativos na agricultura brasileira, através do melhoramento genético, tornando-se fundamental um conhecimento mais aprofundado dos recursos genéticos da cevada. Esse conhecimento impactará positivamente os programas de avaliação, seleção e melhoramento genético da cultura, possibilitando gerar materiais genéticos que atendam as exigências do sistema produtivo irrigado do Cerrado, fixando a cevada como alternativa agronômica e econômica nessa região. Diante disso, os programas de melhoramento genético devem ser dinâmicos e representar uma oportunidade de ofertar novos genótipos às exigências prementes dos sistemas agrícolas, auxiliando a pluralização desses sistemas, além de favorecer o regime técnico-econômico das commodities agrícolas. Na Figura 16, observa-se tanto a variabilidade do programa de cevada irrigada do Cerrado, conduzido pela Embrapa Cerrados, quanto os diferentes formatos de espiga encontrados e a e a presença da cevada com espigas pretas.

Figura 16. (A) Variabilidade de cevada no Campo Experimental da Embrapa Cerrados; (B) diversas formas de espigas e (C) cevada com espigas pretas.

Fotos: Renato Amabile

Ressalta-se que, apesar dos progressos obtidos do trabalho da Embrapa com a introdução da cevada malteira no Cerrado irrigado, até o presente momento, no Brasil, e, especificamente no Cerrado, pouco se conhece da variabilidade genética existente nos bancos de germoplasma no que tange a aspectos industriais do malte, tanto das coleções de trabalho existentes no País como do desempenho desses materiais nesse ambiente.

O conhecimento mais profundo da variabilidade genética de genótipos de cevada no ambiente Cerrado só será obtido mediante adequada caracterização e avaliação deles. Nesse contexto, o estudo da variabilidade genética dos acessos de cevada no Cerrado e das possíveis correlações entre os caracteres relacionados à qualidade industrial torna-se estratégico, pois é pela caracterização que ocorrerá o conhecimento das coleções de germoplasma (VALLS, 2007) e a identificação de genótipos superiores que poderão ser utilizados como progenitores em hibridações (CRUZ; CARNEIRO, 2003). O progresso genético nos programas de melhoramento depende da amplitude da variabilidade genética disponível no germoplasma utilizado (POEHLMAN; SLEPER, 1995) e da taxa em que os caracteres desejáveis são herdáveis para a aplicação dos mais eficientes procedimentos de melhoramento (MOHAMMADI; PRASANNA, 2003). Dessa forma, são essenciais a caracterização e a avaliação da diversidade genética, objetivando a organização do germoplasma, a identificação de genitores, a recomendação de cultivares para determinadas regiões, tanto para a obtenção de populações com ampla variabilidade genética como para a busca das melhores combinações gênicas nas progênies (CRUZ et al., 1994a; MOHAMMADI; PRASANNA, 2003; CRUZ et al., 2004), uma vez que a diversidade expressa a diferença entre as frequências alélicas das populações (FALCONER; MACKAY, 1996). O estudo da diversidade genética apoia-se, necessariamente, na caracterização e avaliação da variabilidade morfológica de caracteres qualitativos e quantitativos (MOREIRA et al.,1994; VALOIS, 1998; WETZEL; FERREIRA, 2007). Diversos autores (AHMAD et al., 2008; BAUM et al., 2000; KNÜPFFER; VAN HINTUM, 1995) consideram a caracterização da diversidade genética da cevada um componente importante de informação para a conservação e a utilização dos recursos genéticos existentes.

Para Rasmusson (2001), a leitura sobre o melhoramento genético em cevada passa obrigatoriamente pela valoração dos recursos genéticos, por meio da caracterização do germoplasma e pela qualidade malteira. Nesse contexto, o conhecimento da variabilidade de acessos de cevada tem sido baseado em diferenças fenológicas capazes de quantificar a divergência genética disponível e utilizá-la em programas de melhoramento genético (KNÜPFFER; VAN HINTUM, 2003; BOCKELMAN; VALKOUN, 2011). Žáková e Benkov (2006) avaliaram 109 coleções europeias de cevada, formadas desde 1900 até 2003, e verificaram o impacto e o progresso do melhoramento vegetal através de diversas características fenológicas estudadas. Descritores morfológicos e marcadores moleculares RAPD também mostraram a diversidade genética de acessos de cevada na Índia (MANJUNATHA et al., 2007). Ahmad et al. (2008) citaram que características morfogenéticas forneceram um conjunto abrangente de dados para o estudo da diversidade genética da cevada paquistanesa. Variação genética entre acessos de cevada selvagem (Hordeum vulgare L. ssp. spontaneum (C. Koch) Thell.) foi observada em estudos de caracteres morfológicos e agronômicos (SHAKHATREH et al., 2010). Eticha et al. (2010) caracterizaram uma coleção mundial de cevada nua e identificaram grande variabilidade entre genótipos, tanto para produção de grãos quanto para características físicas destes. Igartua et al. (1998) criaram uma coleção nuclear de cevada espanhola, baseada em características agronômicas. Setotaw et al. (2010) observaram a diversidade genética entre coleções de cevada etíopes e provenientes do Icarda - International Center for Agricultural Research in the Dry Areas - com base em características agronômicas dos acessos investigados. Monteiro (2012) estimou parâmetros genéticos, fenotípicos e ambientais de componentes de produção e caracteres morfoagronômicos de 435 acessos de cevada sob irrigação no Cerrado e encontrou grande diversidade genética entre os acessos de cevada testados, identificando genótipos que podem ser utilizados em programa de melhoramento genético de cevada irrigada do Cerrado (Figura 17). O não agrupamento da maioria dos acessos em função de sua procedência geográfica pode ser explicado pelo uso de caracteres agronômicos para estimar as dissimilaridades genéticas, variáveis complexas e dependentes de grande expressão gênica, com efeito ambiental (CECARELLI et al., 2007).

Figura 17. Dispersão gráfica dos 435 acessos de cevada baseadas na dissimilaridade genética utilizando o índice de Gower para 11 descritores morfoagronômicos quantitativos e quatro categóricos, a partir de escalas multidimensionais usando o método das coordenadas principais. Embrapa Cerrados, Planaltina, DF, 2010.

Existe divergência quanto à magnitude da variabilidade genética dos acessos utilizados em programas de melhoramento genético de cevada malteira. Wych e Rasmusson (1983), Manninen (2000) e Matus e Hayes (2002) indicaram o uso de uma base genética estreita nos programas devido às restrições ao uso de novas cultivares pela indústria malteira (HAYES et al., 1993), enquanto outros estudos apontam grande variabilidade existente no germoplasma mundial (OSTER, 1987; BOTHMER, 1991; TSUCHIYA et al., 1995; MOLINA-CANO et al., 1997; BHATTY, 1999b; LASA et al., 2001; CANCI et al., 2003; FOX et al., 2006; MANJUNATHA et al., 2007; VERMA e SARKAR, 2010) e também nas coleções de germoplasma no Brasil (ÁRIAS, 1995; MINELLA, 1999b). Diversos outros estudos evidenciam a variabilidade de acessos para caracteres de qualidade malteira (HORSLEY et al., 1995; BHATTY e ROSSNAGEL, 1998; KOWALSKA et al., 2000; BICHOŃSKI &ŚMIAŁOWSKI, 2004; AMABILE et al., 2007c; EVANS et al., 2010; VERMA e SARKAR, 2010).

Considerando a existência de grande variabilidade genética, Wright (2001) sustentou que o germoplasma de cevada com qualidade industrial deve ser amplamente testado para selecionar genótipos superiores em ambientes específicos, a fim de servir à indústria e às novas áreas potencialmente favoráveis à produção de cevada, uma vez que a composição e as características da cevada têm grandes influências sobre as propriedades de processamento e a qualidade dos produtos industriais gerados (BAIK e ULLRICH, 2008). Para iniciar um sistemático programa de melhoramento com ênfase, no rendimento de grãos e na qualidade malteira, há necessidade explícita do estudo sobre a variabilidade genética existente, principalmente, considerando genótipos elite, uma vez que, no Brasil, são escassos os estudos sobre a variabilidade dos caracteres industriais relacionados à cevada cervejeira. Para tanto, Amabile (2013) quantificou a diversidade genética de genótipos elite de cevada por meio de marcadores moleculares, caracteres quantitativos e de qualidade malteira, como subsídio para seleção de genótipos elite e genitores a serem utilizados no programa de melhoramento genético de cevada irrigada no Cerrado. Trinta genótipos elite de cevada da coleção de trabalho da Embrapa Cerrados foram avaliados com base em 160 marcadores moleculares RAPD, 12 características agronômicas, relacionadas aos componentes de produção e caracteres agromorfológicos e 10 características de qualidade malteira (Figura18). Esse autor observou elevada diversidade genética entre os acessos e as distâncias/dissimilaridades genéticas estimadas com base em marcadores moleculares, características quantitativas e qualitativas foram fracamente correlacionadas, evidenciando a complementaridade dos diferentes grupos de características no estudo da diversidade genética. A utilização de índices de seleção e a análise da dispersão gráfica dos genótipos permitiram a seleção de genótipos promissores e indicação de cruzamentos para maximizar efeitos heteróticos e complementaridade gênica no programa de melhoramento genético da cevada irrigada no Cerrado. Com base nestas distâncias, podem ser indicados cruzamentos mais divergentes entre os genótipos selecionados com base em características quantitativas e de qualidade malteira: CPAC 20020098 x Vicente Morales, CPAC 20020098 x BRS 180, Foster x BRS 180, Alliot x BRS 180 e BRS 195 x BRS 180.

Agrupamento dos materiais genéticos por origem:
(◊) Brasil; (▲) México; (■) Inglaterra; (+) Alemanha e (●) Estados Unidos.

Figura 18a. Análises de agrupamento e gráficos de dispersão de 30 genótipos elite de cevada com base nas distâncias/dissimilaridades genéticas relativas (%) calculadas com base em 12 características agronômicas quantitativas (A1 e A2).

Agrupamento dos materiais genéticos por origem:
(◊) Brasil; (▲) México; (■) Inglaterra; (+) Alemanha e (●) Estados Unidos.

Figura 18b. Análises de agrupamento e gráficos de dispersão de 30 genótipos elite de cevada com base nas distâncias/dissimilaridades genéticas relativas (%) calculadas com base em 10 características de qualidade malteira (B1 e B2).

Agrupamento dos materiais genéticos por origem:
(◊) Brasil; (▲) México; (■) Inglaterra; (+) Alemanha e (●) Estados Unidos.

Figura 18c. Análises de agrupamento e gráficos de dispersão de 30 genótipos elite de cevada com base nas distâncias/dissimilaridades genéticas relativas (%) calculadas com base em 160 marcadores RAPD (C1 e C2).

Aspectos da interferência ambiental sobre caracteres de cevada

A necessidade de alternativas agrícolas no sistema irrigante, no Cerrado e demais áreas irrigadas e de matéria-prima para indústria brasileira, para suprir importações, exigem esforços para viabilizar o cultivo de cevada nesse novo conceito de produção. Com o avanço da cultura em áreas anteriormente tidas como marginais, torna-se indispensável encontrar genótipos adaptados ao sistema agrícola em questão.

Dessa forma, a introdução de plantas exóticas em uma dada região tem como finalidade não só estudo do comportamento agronômico da espécie como também a recomendação e o emprego dessas plantas nos sistemas agrícolas regionais. Para Rocha (1971), o fundamental na introdução de plantas não é, em sua essência, limitar-se ao plantio de determinada espécie, mas verificar sua adaptabilidade às condições locais para melhor manejar a interação entre o genótipo e o ambiente. Nas espécies vegetais, existe larga diferença entre a taxa de desenvolvimento atual e o potencial dessas espécies (McWILLIAM e DILLON, 1987), diferença essa promovida pela não otimização da interação genótipo x ambiente (LAWN e WILLIANS, 1987).

A inserção de uma espécie em um sistema agrícola necessita de estudos direcionados a esse ambiente, pois os componentes de produção agrícola e de qualidade estão diretamente relacionados com a melhoria do rendimento e da qualidade da cultura. As oportunidades de apurar o desempenho de uma espécie ocorrem mediante outras possibilidades, a partir de estratégias agronômicas que busquem introduzir, aprimorar ou adaptar genótipos a esse ambiente.

Segundo a definição de Shelbourne (1972), a interação genótipo x ambiente é a variação entre genótipos em resposta a diferentes condições ambientais. A interação do genótipo com as condições ambientais resulta nas manifestações fenotípicas de uma dada espécie (CRUZ, 1990; BORÉM e MIRANDA, 2005). Felício et al. (2005) afirmaram que os genótipos se desenvolvem em um sistema dinâmico, desde a semeadura até a maturação fisiológica, sendo que os fatores fisiológicos e bioquímicos estão envolvidos nesse sistema. Isto resulta em uma diferenciação que ocorre entre genótipos em um mesmo ambiente. Dois genótipos, inseridos no mesmo contexto, podem apresentar desempenho distinto, em função de fatores ambientais previsíveis e imprevisíveis (BORÉM e MIRANDA, 2005). As Figuras 19 e 20 ilustra-se essa interação, mostrando a influência do efeito ambiental (ano) sobre o desempenho de BRS Deméter sob ambiente irrigado no Cerrado. O rendimento de grãos em ensaios entre 2001 a 2006 variou de 5.035 kg ha⁻¹, em 2002 a 8.924,3 kg ha⁻¹, em 2004 (Figura 19). Esse último valor foi superior em 8% em relação ao máximo de produtividade encontrada para a outra única cultivar dística indicada para o Cerrado, a BRS 195, cujo rendimento foi de 8.246 kg ha-1 (AMABILE et al., 2008). A classificação comercial primeira (BRASIL,1996) também foi influenciada pelo efeito ambiental variando de 84,7% (2004) a 96,7% (2006) (Figura 20).

Figura 19. Rendimento de grãos (kg ha-1), médio e máximo, da cultivar BRS Deméter, em ensaios conduzidos no Distrito Federal, Goiás e Minas Gerais, de 2000 a 2006.

Figura 20. Classificação, média e máxima, comercial de primeira de grãos (%) da cultivar BRS Deméter, em ensaios conduzidos no Distrito Federal, Goiás e Minas Gerais, de 2000 a 2006.

A qualidade malteira da cevada é bastante complexa, tendo herança poligênica e fortemente afetada pelo ambiente (MATHER et al., 1997; FOX et al., 2003), em especial por altas temperaturas do ar e déficit de água durante o enchimento dos grãos (PASSARELLA et al., 2005). No Cerrado, Amabile et al. (2007c) observaram que o fator ambiental influenciou, de forma intensa, os resultados de qualidade do malte em condições de cultivo irrigado. Desta forma, genótipos respondem diferentemente em ambientes diversos (KACZMAREK et al., 1999), verificado a partir dos genótipos elite testados no Cerrado. Molina-Cano et al. (1997) concluíram que a interação genótipo x ambiente causa variação imprevisível em características quantitativas, como a qualidade malteira. Sayd (2011) encontrou relação similar nessa interação, em que as épocas de semeadura promoveram acentuada influência nas características malteiras e no teor de proteína dos grãos da cevada irrigada no Cerrado.

Análises multivariadas no estudo da diversidade e do melhoramento genético de cevada

A divergência genética é comumente avaliada por meio de técnicas biométricas multivariadas, baseada em métodos quantitativos visando à quantificação da heterose por análises dialélicas e por métodos multivariados preditivos (CRUZ et al., 1994b; CRUZ et al., 2004, HALLAUER; MIRANDA FILHO, 1981). A análise multivariada refere-se à avaliação simultânea de medidas múltiplas de cada objeto do estudo, permitindo a análise simultânea de duas ou mais variáveis (FERREIRA, 2008). É um conjunto de técnicas analíticas que possibilitam o exame das variáveis agrupadas, integrando as informações obtidas das estimativas experimentais e/ou amostrais (AMARAL JÚNIOR, 1999). Diferentes grupos de características são usados para estudar a diversidade genética intra e interespecífica, dentre esses os dados de pedigree, morfológicos, bioquímicos e marcadores moleculares isoenzimáticos e baseados no DNA (MOHAMMADI e PRASANNA, 2003, FALEIRO, 2007).

A partir do estudo de diversidade genética, podem-se avaliar: (1) a medida de divergência intergrupal; (2) o comportamento genotípico em ambientes diversos; (3) a preponderância ou inferioridade genotípica alicerçada na combinação linear de caracteres econômicos; (4) a identificação de acessos divergentes que possam ser usados como progenitores; (5) estudos de correlação entre a divergência genética e a heterose e a diversidade de origem geográfica (PIASSI et al., 1995).

A análise de divergência genética em qualquer espécie vegetal pode ser simplificada e dividida em seis fases: (i) seleção dos genótipos a serem avaliados; (ii) obtenção e sistematização dos dados; (iii) definição da medida de similaridade ou dissimilaridade; (iv) escolha do método de agrupamento e/ou de dispersão gráfica; (v) verificação do grau de distorção provocado pelo método de agrupamento ou dispersão gráfica; e (vi) interpretação dos resultados (BERTAN et al., 2006). Segundo Davis (1986), a análise de agrupamentos segmenta-se em quatro tipos: (i) métodos de partição; (ii) métodos com origem arbitrária; (iii) métodos por similaridade mútua; e (iv) métodos por agrupamentos hierárquicos.

No conhecimento da divergência genética, diversos métodos preditivos podem ser aplicados, entre eles o da análise por componentes principais e por variáveis canônicas e os métodos aglomerativos (CRUZ et al., 2004). Por dispensarem a obtenção de combinações híbridas, os métodos preditivos têm merecido considerável destaque. Esses métodos baseiam-se em diferenças morfológicas, fisiológicas e moleculares apresentadas pelos genótipos na determinação da divergência genética, quantificada, geralmente, por uma medida de similaridade ou de dissimilaridade (RAO, 1952; CRUZ, 1990).

O emprego de técnicas de análise de agrupamento ou aglomerativa inclui fundamentalmente um critério que estima a distância entre dois caracteres ou que quantifica o modo pelo qual eles são análogos ou dessemelhantes. Esta medida é chamada coeficiente de parecença, sendo dividida em duas categorias (1) medidas de dissimilaridade (ou medida de distância, quanto maior o valor, mais diferentes são caracteres); e (2) de similaridade ou proximidade (quanto maior o valor, maior a semelhança entre os caracteres). Após o cálculo de uma matriz de distâncias/semelhança entre as variáveis, aplica-se um algoritmo de agrupamento na matriz, de tal forma que identifique e ligue grupos homogêneos os quais podem ser representados graficamente por um diagrama denominado dendograma. Grande parte dos algoritmos utilizados na formação dos agrupamentos pode ser classificada como métodos hierárquicos ou de partição (BUSSAB et al., 1990; REGAZZI, 2001). Assim, o processo de agrupamento abrange basicamente duas etapas: a primeira relaciona-se com a estimação de um coeficiente de parecença entre os indivíduos a serem agrupados e a segunda com a adoção de uma técnica de aglomeração para a formação dos grupos (CRUZ et al., 2004).

Diversos coeficientes de parecença já foram definidos e são comumente utilizados para a estimação da similaridade ou da dissimilaridade por ocasião do estudo de características quantitativas (MARDIA et al., 1979) como a distância euclidiana, distância euclidiana média, distância euclidiana padronizada, distância euclidiana média padronizada, quadrado da distância euclidiana, quadrado da distância euclidiana padronizada, distância generalizada de Mahalanobis D2 e distância de Mahalanobis padronizada (CRUZ, 2006), distância de Minkowski, de Manhattan (LINDEN, 2009), coeficiente de Pearson (VICINI, 2005) e o coeficiente de similaridade de Nei & Li (NEI; LI, 1979). De modo geral, as medidas de similaridade e de dissimilaridade são interrelacionadas e facilmente transformadas entre si (BUSSAB et al., 1990), podendo assim utilizar uma ou outra, enquanto as medidas de distância não podem ser transformadas em medidas de similaridade.

Dentre as medidas estatísticas mais usadas para estimar a distância genética, com base em caracteres morfológicos, ressaltam-se a distância generalizada de Mahalanobis D2 e a distância euclidiana padronizada. Segundo Manly (2008), a distância euclidiana, quando estimada a partir de variáveis originais, mostra-se inapropriada por ser influenciada pela escala, pela unidade das grandezas somadas e pela correlação existente entre elas. Contudo, o emprego desta medida em determinações analíticas de amostras laboratoriais de malte, que são onerosas, é apropriado e foi utilizado por Ahmad et al. (2008), Sarkar et al. (2008) e Verma; Sarkar (2010) para avaliar coleções de cevada. Ainda, Abebe et al. (2010) usou esta medida de distância em estudo de diversidade morfológica desse cereal, Vanhala et al. (2004) na determinação da distância fenotípica de cevada selvagem e Al-Yassin et al. (2005) para a estimativa de herdabilidade em uma coleção de recombinantes híbridos desta espécie. Bussab et al. (1990), entretanto, recomendaram para contornar o influxo do número de variáveis sobre as estimativas da distância euclidiana, a utilização da distância euclidiana média padronizada. Por sua vez, a distância generalizada D2 de Mahalanobis oferece a vantagem em relação à euclidiana por levar em consideração a existência de correlações entre os caracteres analisados e as variâncias e covariâncias residuais existentes entre as características mensuradas. Contudo, para utilizar essa medida de distância, é necessária a avaliação de características em experimentos com repetições (CRUZ; REGAZZI, 2001; CRUZ; CARNEIRO, 2006), sendo uma alternativa apropriada para o estudo de divergência genética (ARUNACHALAM, 1981). A distância generalizada D2 de Mahalanobis tem sido atestada, com propriedade, nos estudos de divergência genética em cevada (SHEKHAWAT et al., 2001; JARADAT et al., 2005; SOLEIMANI et al., 2005; ALAM et al., 2007; KUCZYŃSKA et al., 2007; KARIM et al., 2010; SETOTAW et al., 2010), pois considera as correlações residuais entre os caracteres analisados, sendo, portanto, mais robusta (ARUNACHALAM, 1981).

Em variáveis dicotômicas, como por exemplo dados moleculares, utilizam-se os coeficientes de Nei e Li, o de Jaccard e o coeficiente de coincidência simples, dentre outros. Esses coeficientes empregam várias razões de semelhança ou diferenças por comparações totais, e seus valores variam de 0 a 1 (SKROCH et al., 1992).

Há vários métodos de agrupamento (SNEATH; SOKAL, 1973), sendo os hierárquicos e os de otimização os mais utilizados no melhoramento vegetal. Conforme Malhotra (2001), a aglomeração hierárquica caracteriza-se pelo estabelecimento de uma hierarquia ou estrutura em forma de árvore, sendo esta a mais utilizada, podendo, ainda, ser dividida em divisivos (otimização) e aglomerativos. Nos métodos de otimização, os grupos são estabelecidos otimizando-se determinado critério de agrupamento e difere dos métodos hierárquicos pelo fato de os grupos formados serem mutuamente exclusivos (RIBOLDI, 1986; CRUZ, 1987). Nos métodos de agrupamento hierárquico, tem-se por finalidade a separação de um grupo original de observações em vários subgrupos, de forma a se obter homogeneidade dentro e heterogeneidade entre os subgrupos e, assim, conhecer a estrutura genética da população (SNEATH; SOKAL, 1973; MARDIA et al., 1979; JOHNSON; WICHERN, 1982), resultando em maior probabilidade de sucesso nos cruzamentos (CARGNELUTTI FILHO et al., 2008). Neste, os genótipos são aglomerados por um processo repetitivo por diversos níveis, estabelecendo um dendrograma sem preocupação com o número ótimo de grupos (RIBOLDI, 1986; CRUZ, 1987). Para este caso, Cruz e Regazzi (2001) expuseram três formas de apresentar a estrutura de agrupamento baseada na distância entre os pares de genótipos: (i) aplicação da média das distâncias entre todos os pares de genótipos para formação de cada grupo, método UPGMA (Unweighted pair-group method arithmetic average) - agrupamento pareado não ponderado baseado na média aritmética (SNEATH; SOKAL, 1973); (ii) uso da menor distância existente entre um par de genótipos (método do vizinho mais próximo ou da ligação simples) e (iii) emprego da maior distância encontrada entre um par de genótipos, denominado método do vizinho mais distante ou ligação completa.

O método UPGMA foi inicialmente concebido para uso em estudos de eletroforese de proteínas, mas é também empregado na obtenção dos mais sofisticados algoritmos de reconstrução filogenética (WIKIPÉDIA, 2012b). O UPGMA é um método de agrupamento sequencial, aglomerativo, hierárquico, sem superposição. Esse algoritmo não considera a subdivisão do grupo e tem como vantagem sobre outros métodos considerar o cálculo das médias aritméticas das variáveis e atribuir pesos iguais aos dois elementos que estão sendo integrados, evitando, desta forma, caracterizar a dissimilaridade por valores extremos (máximo ou mínimo) (CRUZ; CARNEIRO, 2006).

De acordo com Mohammadi e Prasanna (2003) e Landim (2001), entre os vários métodos hierárquicos aglomerativos, o UPGMA é o algoritmo de agrupamento mais comumente adotado em diversidade genética, seguido pelo método de Ward, também denominado de Variância Mínima. Sokal (1986) e Rohlf e Wooten (1988) afirmaram que o UPGMA geralmente produz resultados que são os mais precisos para fins de classificação. Esse algoritmo apresenta maior estimativa do coeficiente de correlação cofenética, interpondo boas associações entre os genótipos avaliados, quando comparado com outros critérios de agrupamento (MOHAMMADI; PRASANNA, 2003).

O método UPGMA tem sido muito usado como critério de agrupamento. Karp et al. (1996) utilizaram-no para avaliar a diversidade botânica empregando técnicas moleculares que envolvem marcadores moleculares RAPD. Esse critério de agrupamento também foi utilizado por Dakir et al. (2002) e Hou et al. (2005) no estudo de coleções de cevada avaliadas com base em marcadores RAPD. Diversos outros autores (YU et al., 2002; VANHALA et al., 2004; KROTH et al., 2005; ABDELLAOUI et al., 2007; KARIM et al., 2009; ESHGHI; AKHUNDOVA, 2010; KARIM et al., 2010) empregaram o UPGMA, com sucesso, no agrupamento de genótipos de cevada, com base em medidas de dissimilaridade calculadas usando marcadores RAPD e caracteres morfofisiológicos. Um estudo sobre a diversidade da qualidade malteira, numa coleção de trabalho de cevada industrial, aplicando a distância euclidiana e o método UPGMA, foi relatado por Verma e Sarkar (2010). O estudo revelou que existe grande variabilidade entre os acessos para cada característica de qualidade de malte avaliado. A análise de cluster indicou que os genótipos com boa qualidade de malte foram reunidos basicamente em apenas dois grupos. Semelhante trabalho sobre a diversidade malteira da cevada chinesa foi descrito por Mei et al. (2012) em que na análise de agrupamento por esse método identificou-se uma correlação significativa por origem ecogeográfica, dispersando os acessos em quatro subgrupos.

Uma forma de comparar a eficiência de diferentes algoritmos de agrupamento é por meio da estimativa do “coeficiente de correlação cofenética”. A análise de correlação cofenética (SOKAL e ROHLF, 1962) associada à análise de agrupamento, pode ser aplicada para aumentar a confiabilidade das conclusões frente à interpretação dos dendrogramas. Assim, o coeficiente de correlação linear de Pearson obtido dos elementos da matriz de distâncias, dissimilaridade ou similaridade - matriz original - e os elementos da matriz cofenética - matriz de distâncias gerada do dendrograma disponibilizada pelo método de agrupamento - é denominado coeficiente de correlação cofenética. No cálculo desse coeficiente, avaliam-se o grau de deformação originada pela construção do dendograma e a consistência do padrão de agrupamento (BARROSO; ARTES, 2003; CRUZ; CARNEIRO, 2006), permitindo, dessa forma, medir o nível de ajuste entre os valores da matriz de distância original e os da matriz cofenética. Quanto menor o grau de distorção derivado da construção, maior será o coeficiente cofenético, fornecido pela matriz fenética F (VICINI, 2005), sendo que valores próximos à unidade determinam melhor representação (SOKAL; ROHLF, 1962).

Genética quantitativa aplicada à caracterização de recursos genéticos e ao melhoramento genético da cevada

A estimação de parâmetros genéticos e a quantificação da variabilidade genética são fundamentais para o planejamento e para a execução de um programa de melhoramento genético. Parâmetro, segundo Ramalho et al. (2000), é uma constante inerente a uma população cujo valor real é desconhecido. É pela estimação de parâmetros genéticos que se conhece a estrutura genética e se avalia a eficiência das diferentes estratégias de melhoramento, mantendo uma base genética apropriada e promovendo uma seleção adequada de genótipos, além de estipular o peso que deve ser atribuído a cada característica, separadamente ou em conjunto, na seleção (CRUZ; CARNEIRO, 2006). A obtenção dessas avaliações é essencial para quantificar a magnitude da variabilidade e a extensão em que os caracteres desejáveis são herdados, a fim de promover o planejamento e o avanço de um programa eficiente de melhoramento genético (VENCOVSKY; BARRIGA, 1992).

As estimativas podem ser obtidas utilizando componentes das médias (estatísticas de primeira ordem) ou das variâncias (estatísticas de segunda ordem), variâncias estas associadas aos efeitos de um modelo estatístico. As provenientes das variâncias dos dados podem ser categorizadas em genotípica e fenotípica, de acordo com os delineamentos genéticos e experimentais utilizados (RAMALHO et al., 2000; CRUZ et al., 2004). Delineamento genético é qualquer sistema de cruzamento planejado no qual se conhece a relação de parentesco entre indivíduos ou grupos, para o desenvolvimento de progênies, como por exemplo o teste de progênie e os dialelos. O delineamento experimental é definido como o plano que é dado na experimentação e também a forma como são organizadas as unidades experimentais, permitindo identificar as fontes de variação (RAMALHO et al., 2000; CRUZ; CARNEIRO, 2006). As estimativas dos parâmetros genéticos só são válidas para determinada amostra experimental e ambiental da população em questão. Na estimação das variâncias genéticas, tanto os ambientes como os genótipos devem representar amostras válidas da área geográfica de estudo e da população respectivamente (COCKERHAM, 1956; ROBINSON; COCKERHAM, 1965).

Para uma característica quantitativa, a base genética ou controle genético abrange os mecanismos genéticos responsáveis pela sua herança, tais como o conhecimento da magnitude das estimativas de herdabilidade, das associações genéticas entre caracteres – através da covariância, interações genéticas com o ambiente, entre outros (RESENDE, 2002). A covariância é uma estatística de interesse no melhoramento uma vez que estima a correlação entre caracteres, tendo em vista a seleção indireta e as consequências da seleção direta de uma característica sobre outra (RAMALHO et al., 2000).

Brewbaker (1964) apregoou que a variabilidade de uma característica biológica é medida mais frequentemente na estatística genética, através da variância. Para ele, a variação biológica total de uma dada característica é descrita estatisticamente como a variação fenotípica total, sendo esta composta da variação ambiental e da variação genética. A variação ambiental incorpora estatisticamente a variabilidade que não é devida a genes em segregação e é também chamada variação não genética, e a variância genética é aquela originada da segregação e interação gênica.

Deve-se ao biólogo Johannsen a comprovação de que a variação fenotípica observável decorre da ação conjunta do ambiente e do genótipo (ALLARD, 1999). Sabe-se que a eficiência do melhoramento genético subordina-se ao conhecimento da base genética dos caracteres a serem melhorados, sendo fundamental o estudo do componente genético da variância. Para Borém (2009), a variância genética pode ser entendida como sendo a variação de natureza herdável que se perpetua nas gerações subsequentes. Fisher, estudando em 1918 a covariância e a correlação genética entre parentes, segmentou a variância genotípica de uma população em três componentes: (1) uma parte aditiva, em razão do efeito médio dos alelos; (2) um componente dominante, devido à interação entre os alelos do mesmo loco; e (3) uma parte epistática ou interativa, proveniente das interações entre alelos de locos distintos (ALLARD, 1999). É citada, ainda, a existência de um componente sobredominante em caracteres quantitativos (BORÉM, 2009).

A eficiência da seleção em programas de melhoramento passa necessariamente pela predição dos valores genéticos que dependem e podem ser obtidos das estimativas dos componentes de variância genética e fenotípica (RAMALHO et al., 2000; SMITH et al., 2001; CRUZ et al., 2004). Por meio da relação entre as variâncias genéticas e fenotípicas pode-se estimar a herdabilidade e a acurácia que quantificam a precisão nas inferências das médias genotípicas a partir das médias fenotípicas (RESENDE; DUARTE, 2007; CARGNELUTTI FILHO; STORCK, 2009; STORCK et al., 2010). Rossmann (2001) afirmou que a variabilidade fenotípica pode ser conhecida por meio dos coeficientes de correlação fenotípica, genotípica e ambiental, das variâncias genotípicas e fenotípicas, entre outros parâmetros genéticos que refletem a natureza do material genético e a ação do ambiente.

Segundo Resende e Duarte (2007), os estudos de avaliação de genótipos devem ser abordados não apenas sob a perspectiva estatística, mas também pela ótica genética, considerando-se a acurácia seletiva, uma vez que esta estatística considera as proporções entre as variações de natureza genética e residual, associadas à característica em avaliação, além da amplitude da variação residual. Para Henderson (1984), no contexto da avaliação genotípica, o parâmetro estatístico mais importante é a acurácia seletiva. Sendo assim, a utilização dessa estatística associada contribui para que o melhorista possa maximizar seus ganhos no processo de seleção de caracteres quantitativos.

No caso da cevada brasileira, a obtenção de estimativas de parâmetros genéticos e estatísticos tem sido muito pequena, sendo que praticamente inexistem estudos e informações sobre tais estimativas de populações, coleções e acessos úteis para programas de melhoramento da cultura, avaliados no Cerrado em sistemas de produção irrigada.

A herdabilidade é um dos parâmetros genéticos mais importantes para o trabalho do melhorista na avaliação de uma característica métrica e na seleção dos indivíduos visando à obtenção dos ganhos genéticos. Num programa de melhoramento, é muito importante predizer o quanto das diferenças fenotípicas se deve à constituição gênica ou à interferência ambiental. A herdabilidade mede esse grau de correspondência e foi Lush o primeiro a estimá-la, definindo-a como sendo a proporção genética da variância fenotípica total (LUSH, 1940). Para ele, após a escolha do método de melhoramento e do objetivo a ser alcançado, a herdabilidade é o parâmetro genético mais importante a ser estimado. Dessa forma, a herdabilidade possui um papel preditivo, em que prognóstica o sucesso com a seleção (RAMALHO et al., 2008). Assim, é possível orientar de maneira mais efetiva um programa de melhoramento, predizer o sucesso do esquema seletivo adotado e decidir, com base científica, as técnicas alternativas que podem ser mais eficazes (CRUZ; REGAZZI, 2001), uma vez que expressa a confiança do valor fenotípico como um indicador do valor genético, ou seja, separando as diferenças genéticas e não genéticas entre indivíduos (FALCONER; MACKAY, 1996).

A herdabilidade não é uma estimativa imutável, e ela não é uma propriedade apenas da característica, sendo igualmente da população e do ambiente imposto aos indivíduos ou famílias. Sua estimativa sofre interferência de diversos fatores: pelo efeito ambiental, tipo de propagação da espécie, grau de endogamia, diversidade da população per se, unidade seletiva (indivíduo ou família), tamanho da amostra avaliada e com a unidade experimental e, finalmente, pela precisão na condução do ensaio e coleta dos dados (BORÉM; MIRANDA, 2005).

Jacquard (1983) apresentou três princípios para definição de herdabilidade: (1) como medida de semelhança entre pai e filho; (2) porção genética no sentido amplo; e (3) porção genética no sentido restrito e ainda ressaltou que a herdabilidade não é específica da característica, mas sim da estrutura da população estudada.

A herdabilidade pode ser de dois tipos: no sentido amplo e no sentido restrito. Herdabilidade no sentido amplo é definida como sendo a proporção entre a variância genotípica (Vg) e a variância fenotípica (Vp). Representa toda a variância genética, ou seja, variância genética aditiva somada à variância genética dominante e epistática, em que a relação entre a Vg e Vp corresponde a um coeficiente de regressão linear (bxy). Herdabilidade no sentido restrito é a razão da variabilidade observada ocasionada somente por efeitos aditivos dos genes pela variância fenotípica e é tida como a mais importante para o melhorista, uma vez que representa toda a genética efetivamente fixada na seleção (ALLARD, 1999; FALCONER; MACKAY, 1996). Em espécies autógamas, são necessárias apenas poucas gerações para que os efeitos não aditivos (epistasia e dominância) tenham reduzida contribuição na variação fenotípica, e a ação gênica de aditividade passe a ser responsável pela regressão linear (bxy) (GRAFIUS et al., 1952). Assim, Borém e Miranda (2005) relataram que a escolha do método da estimativa da herdabilidade depende dos recursos genéticos disponíveis e da finalidade da estimativa.

Há essencialmente duas escolas de pensamento sobre a estimativa de herdabilidade. Uma desenvolvida por Sewall Wright e mais popularizada por Li e por Lush, que é fundamentada na análise de correlações e, por extensão, de regressão. Outra desenvolvida por Fisher que se baseia na análise de variância, utilizando-se a correlação intraclasse parental (WIKIPÉDIA, 2012a). A partir de então, surgiram vários métodos para a estimação da herdabilidade e entre os principais estão: (i) da herdabilidade realizada; (ii) da regressão pai-filho; (iii) dos componentes de variância - sendo mais usual em testes finais de avaliação; (iv) de estimação indireta da variação de ambiente; e (v) de estimativa por retrocruzamento (BORÉM; MIRANDA, 2005).

O coeficiente de herdabilidade, tanto no sentido amplo como no sentido restrito, pode variar de 0 a 1. No caso de h2=0, a variabilidade da característica não tem origem genética, não existindo correlação alguma entre o valor genético e o valor fenotípico da unidade de seleção. Quando h2=1, o fenótipo é determinado integralmente pelo genótipo, não tendo influência ambiental na característica (ALLARD, 1999).

Deve-se ter o cuidado ao comparar a estimativa da herdabilidade de uma mesma característica, pois em função da amostragem, repetição e tamanho da parcela, das diferenças populacionais e ambientais, a estimação pode apresentar grande diferença (VENCOVSKY, 1970). Comparações podem ser feitas desde que as condições experimentais sejam equivalentes (ROBINSON, 1963).

É importante destacar que, em cevada, devido ao alto grau de homozigose dos genótipos, parte expressiva da herdabilidade ocorre pela presença dos efeitos dos genes aditivos, conferindo, para diversas características alta herdabilidade. Para a característica espigamento, Marquez-Cedillo et al. (2001) obtiveram estimativa da ordem de 92% e Manzjuk e Barsukov (1974) de 83,1%. Frey (1954) referiu valores considerados elevados de 47% a 92% em populações distintas, enquanto Delogu et al. (1988) revelaram valores de herdabilidade de espigamento de 65% a 79% e Gut et al. (2004) de 62,5% a 79,5%. Monteiro (2012) encontrou, sob sistema de produção irrigado no Cerrado do Planalto Central Brasileiro, herdabilidade de 97,84%.

Assim como o espigamento, o peso de mil sementes é uma característica de herdabilidade elevada. Chand et al. (2008) encontraram elevada herdabilidade (99,9%) para PMS em uma coleção de genótipos elite em três ambientes diversos. Jalata et al. (2011) e Kole (2006) apresentaram valores de herdabilidade ampla para PMS, de 85,6% e 78,4%, respectivamente. Monteiro (2012) relatou, para esta característica, uma herdabilidade de 82,08%. Valores inferiores, mas considerados ainda altos, foram citados por Therrien (2006), em que, avaliando mais de 32 ambientes e 120 genótipos de cevada, apontou herdabilidade ampla de 63,7% a 75,2%, com uma média de 68,5%. Esse valor foi próximo aos dados de Delogu et al. (1988), de 66% e 68%, para duas populações, e de Manzjuk e Barsukov (1974) de 78,5%. Os valores de Lu et al. (1999) oscilaram entre 27% e 55%, mostrando grande variação de acordo com os materiais genéticos e com os ambientes empregados. Tinker et al. (1996) certificaram que a estimativa da herdabilidade, para a característica peso de mil grãos, divergiu de acordo com o ambiente (49% a 82%), com média de 71%, sugerindo que a variação entre as herdabilidades encontradas pode ser explicada pela considerável heterocedasticidade (diferenças na quantidade de variância não-genética) entre os ambientes. O elevado nível de herdabilidade observado fornece uma indicação de que o peso de grãos de cevada, per se, ou dos componentes que contribuem para esse peso, pode ser introgredido em novos genótipos, com grande possibilidade de sucesso.

A produção de grãos, de modo geral, é uma característica que apresenta baixa herdabilidade e pode ser atribuída ao comportamento quantitativo dessa característica, permitindo maior efeito ambiental e, consequentemente, uma diminuição da relação entre a variância genética e a fenotípica. No entanto, diversos autores confirmaram elevada herdabilidade para essa característica em cevada. Marquez-Cedillo (2001) encontraram alta herdabilidade para o rendimento de grãos de cevada (83%), na média de nove ambientes, enquanto Hayes et al. (1993), analisando 16 ambientes, evidenciaram uma herdabilidade de 77% e Jalata et al. (2011), uma herdabilidade ampla de 71,4%. Gut et al. (2004) confirmaram valores de até 88%. Monteiro (2012), sob sistema irrigado no Cerrado, obteve um cômputo de 80,57%. Em contraste, estimativas de menores amplitudes têm sido verificadas (RUTGER, 1966; DELOGU et al., 1988; NADZIAK et al., 1994). Segundo Al-Yassin et al. (2005), as estimativas de herdabilidade no sentido amplo, para rendimento de grãos, variam consideravelmente na literatura dentro da mesma espécie, como uma provável consequência da diferença no tipo de material genético e dos ambientes em que estudos foram realizados. Esses autores descreveram que a herdabilidade variou para um mesmo cruzamento em função da relação genótipo X local e genótipo X ano. Para certo cruzamento, o valor oscilou de 0% a 68,1%. Enfatizaram que, para determinado cruzamento de cevada, a média da estimativa da herdabilidade no sentido amplo variou de 17,3% (quando o rendimento foi de 29 kg/ha) a 75,8%, quando a produtividade foi de 3.923 kg/ha. Similar amplitude da herdabilidade para rendimento de grãos foi registrada por Delogu et al. (1988) e Gut et al. (2004). Tinker et al. (1996) também averiguaram que a estimativa da herdabilidade desta característica divergiu de acordo com o ambiente imposto (de 0% a 66%). Da mesma forma, Bouzerzour & Dekhili (1995) observaram que, em contraste com o ambiente, a herdabilidade para rendimento de grãos de cevada variou de 0% a 93%, mostrando o grande efeito do ambiente sobre a herdabilidade, devendo-se considerar esse fato para prever uma melhor resposta e método de seleção.

Para a característica classificação de grãos, Fox (2008) obteve uma estimação da herdabilidade da ordem de 88% a 95% para sementes entre 2,5 e 2,8 mm e de 89% a 98% para sementes maiores que 2,8 mm. Monteiro (2012) relatou uma herdabilidade, tanto para a classificação comercial de primeira (> 2,5 mm) quanto de segunda (2,2 a 2,5 mm) de 73,04% e 76,46%, respectivamente.

A altura da planta da cevada tem um alto grau de herdabilidade e pode ser herdado de uma geração para outra, assim como já tinha sido determinado por Frey (1954) que obteve um índice de até 92%. Do mesmo modo, Hayes et al. (1993) anotaram uma herdabilidade de 96% em 16 ambientes avaliados, enquanto Marquez-Cedillo et al. (2001) de 95%, Manzjuk e Barsukov (1974) de 74,2%, Delogu et al. (1988) entre 64% e 78%. De modo geral, a herdabilidade para esta característica em cevada é alta. Chand et al. (2008) obtiveram uma herdabilidade no sentido amplo de até 95,2% e Eshghi e Akhundova (2010), referenciando a herdabilidade ampla, constataram índices de 80% e de 87%, considerados altos pelos autores. Porém, Monteiro (2012) reportou um valor de apenas 44,4%.

Para proteína, Fox (2008) mencionou uma estimativa entre 60% e 80%, Olsen (1974) de 73%; Bichoński e Burek (2000b) de 72% e Therrien (2006) de 53,4% a 94%, quando testou cerca de 120 genótipos em 32 ambientes. Vale ressaltar que, para Therrien (2006), a porcentagem de proteína é altamente herdável e passível de melhoramento genético. No que se refere ao acamamento, Tinker et al. (1996) constataram valores extremamente baixos, variando de 3% a 52% e Gut et al. (2004), entre 11% e 54,8%.

Para outras características de qualidade malteira, Bichoński e Burek (2000b) relataram uma herdabilidade de 75% para nitrogênio solúvel e para o extrato de malte de 78%, enquanto para o indicador de qualidade Kolbach obtiveram uma herdabilidade ampla de apenas 39%. Semelhante cômputo foi verificado por Molina-Cano et al. (1997), como herdabilidade de 36%. Esses autores também descreveram baixa estimativa da herdabilidade para a viscosidade de 43%. Eshghi e Akhundova (2010) computaram índices de 80% quando estudaram a herdabilidade ampla em β-glucanas. Burton et al. (2009) apresentaram uma compilação mostrando grande variação dos resultados da herdabilidade ampla em qualidade malteira.

Outro parâmetro genético importante em programas de melhoramento genético é a correlação que é uma medida do grau de associação entre duas características ou uma medida da intensidade de variação conjunta entre essas características, podendo ser positiva ou negativa, quando ocorre aumento nas duas características ou acréscimo de uma e decréscimo de outra, respectivamente (STEEL; TORRIE, 1980). O conhecimento do grau da associação entre características é de grande valor nas estratégias do melhoramento genético, pois esclarecem e quantificam as relações entre eles, principalmente, quando a seleção de uma característica promove modificações em outras características correlacionadas (RAMALHO et al., 1979; KHALIQ et al., 2004; RAMALHO et al., 2008). Johnson et al. (1955) afirmaram que o conhecimento de correlações existentes entre importantes caracteres favorece a interpretação dos resultados já obtidos e proveem a base para o planejamento de programas de melhoramento genético mais eficiente. A correlação é uma importante ferramenta que permite a seleção indireta usada para a seleção de uma característica de interesse que apresenta baixa herdabilidade ou problemas de mensuração, utilizando uma característica de alta herdabilidade e de fácil aferição altamente correlacionada com a característica de interesse (FALCONER; MACKAY, 1996; CRUZ et al., 2004). Outra importante aplicação das correlações é contribuir para a eficiência na seleção simultânea de características de interesse (SANTOS; VENCOVSKY, 1986). Esta pode ser avaliada no seu modo mais simples, através das correlações fenotípica, genética e ambiental (FALCONER; MACKAY, 1996) e estas mediante procedimentos semelhantes àqueles utilizados para a estimativa da covariância (RAMALHO et al., 1993). Para esses autores, apenas o estudo da correlação fenotípica tem pouca aplicabilidade, podendo, por vezes, ocasionar erros, tornando-se essencial individualizar as causas genéticas e ambientais que, associadas, resultam na correlação fenotípica. Dessa forma é fundamental o desdobramento das correlações e a avaliação da correlação genética.

A existência de correlação genética entre dois caracteres é devida, principalmente, à pleiotropia e/ou à ligação gênica responsáveis por estas características (FALCONER; MACKAY, 1996). A correlação genética proveniente do efeito pleiotrópico dos genes é permanente e é responsável pela fração herdável dos genitores para a progênie. Já a correlação advinda da ligação entre os genes, que se manifesta especialmente nas primeiras gerações de populações obtidas do intercruzamento de progenitores geneticamente divergentes e vai se perdendo à medida que ocorrem permutas entre os genes ligados (recombinações) é transitória. Se dois caracteres apresentam correlação genética significativa, torna-se possível obter ganhos para um deles por meio da seleção indireta. Em determinados casos, a seleção indireta, baseada na resposta correlacionada, pode conduzir a progressos mais rápidos do que a seleção direta da característica desejada (CRUZ; REGAZZI, 2001).

Apesar de o coeficiente significativamente diferente de zero ser suficiente para indicar que as características são correlacionadas, ele é inadequado para calcular o quanto da variação total é comum aos elementos que constituem os pares analisados. Esta avaliação é medida através da estimativa r do coeficiente de correlação p, que é um número que pode variar entre -1 a +1, prenunciando se a correlação é negativa (r < 0), positiva (r > 0) ou se não existe correlação (r = 0) (BEIGUELMAN, 2002). Assim sendo, valores positivos indicam que os caracteres correlacionados são beneficiados ou prejudicados pelas mesmas causas de variações ambientais e valores negativos que o ambiente favorece uma característica em detrimento de outra. Segundo Carvalho et al. (2004), os coeficientes de correlação (r) podem ser classificados em função de suas magnitudes onde as suas intensidades são tidas como: perfeita (|r| = 1); fortíssima (0,90 ≤ |r| < 1); forte (0,60 ≤ |r| < 0,90); média (0,30 ≤ |r| < 0,60); fraca (0,00 < |r| < 0,30) e nula (r = 0). Baixos valores significam que grande parte da variação da característica é em razão do efeito ambiental entre os indivíduos, e valores altos expressam que as diferenças genéticas entre indivíduos são devidas à variação da característica determinada (CRUZ, 2005). Ausências de associações entre as estimativas não devem ser julgadas como uma limitação dessas ferramentas de acesso à variabilidade genética, mas sim como um indicativo da complementaridade entre elas (LEFEBVRE et al. 2001; RANA et al., 2005; LI et al. 2008; SILVA et al., 2009), podendo ser explicada pelas diferentes propriedades dos marcadores moleculares e dos caracteres qualitativos e quantitativos. Neste caso, a integração e uso complementar de informações moleculares e dos caracteres qualitativos e quantitativos assumem grande importância na seleção de genótipos elites e também de potenciais genitores para avanços em programas de melhoramento.

De acordo com N’Goran et al. (1994), a possibilidade de concordância entre a dissimilaridade genética e a fenotípica varia com o tamanho da amostra avaliada, sendo baixa quando a amostra é estreita e pelas diferentes propriedades dos marcadores moleculares e dos caracteres morfológicos (COLLIGNON et al., 2002; NAVARRO et al., 2005). Dessa forma, uma variação em nível de DNA nem sempre é reflexo de variações fenotípicas, e a ausência de variação fenotípica nem sempre é sinal de ausência de variação em nível de DNA, uma vez que diferentes genes podem levar à expressão de um mesmo fenótipo (RANA et al., 2005). Além disso, tal correlação fraca implica provavelmente diferenças no grau de cobertura genômico entre marcadores moleculares e caracteres morfológicos (VETELÄINEN et al., 2005, LUND et al. 2012).

Poucas estimativas das correlações genotípicas entre caracteres de cevada têm sido relatadas. Shoufu et al. (1996), Bhutta et al. (2005) e Kole (2006) verificaram que as correlações genotípicas foram, para diversas características avaliadas, tanto para um grupo de cevada dística como hexástica, em valores absolutos, superiores aos coeficientes de correlações fenotípicas e ambientais. Lund et al. (2012) encontraram boas correlações ao avaliar a associação entre microssatélites e descritores morfoagronômicos, em cevada. Shoufu et al. (1996) estimaram os coeficientes de correlação genética entre produção de grãos com altura da planta, comprimento da espiga, número de grãos por espiga, número total de grãos por espiga e peso de mil grãos. Observaram que todas essas características, exceto o peso de mil grãos, tiveram notável influência sobre o rendimento, especialmente, as características comprimento e peso de espigas. Bhutta et al. (2005) verificaram correlação positiva significativa entre a produção de grãos com peso de 1000 grãos e número de espiguetas por espiga. Porém, a produção de grãos foi de correlação negativa com os dias para floração plena. Gut et al. (2004) relataram correlações genotípicas e fenotípicas entre altura e rendimento, revelando que a seleção de genótipos mais altos resultaria em genótipos com melhores rendimentos, sendo importante no processo de seleção. Associações semelhantes, porém, com uma grandeza menor, foram constatadas por Bhutta et al. (1991). Significativa e positiva correlação genotípica também foi observada entre o teor de clorofila e produtividade de grãos por espiga, peso de mil grãos, rendimento biológico e índice de colheita (KUMAR; PRASAD, 2002). Kole (2006) apontou correlações positivas e significativas genotípicas e fenotípicas entre o rendimento de grãos por planta com o número de perfilhos, o número de espiguetas e grãos por espiga e o peso de 100 sementes. Destacou que diversas características em cevada foram significativamente correlacionadas fenotipicamente, porém, o valor e o significado dos coeficientes de correlação genotípica diferiram e foram menos frequentes. O mesmo autor citou que a resistência ao gelo foi fenotípica e genotipicamente correlacionada com o peso de grãos e tamanho dos grãos apenas em determinado ambiente. Al-Tabbal e Al-Fraihat (2012) averiguaram que o rendimento de grãos por planta apresentou alta correlação positiva e significativa genética e fenotípica com o número de grãos da espiga principal. O número de perfilhos produtivos por planta teve alta correlação genotípica significativa com o rendimento de grãos, contudo, com correlação fenotípica baixa. Monteiro (2012) averiguou correlações negativas entre rendimento estimado de grãos e dias para o espigamento e teor de proteína, quando estudou de 433 acessos de cevada, sob sistema de produção irrigado no Cerrado do Planalto Central Brasileiro. Esse autor afirmou que esses resultados são interessantes para o melhoramento de cevada irrigada no Cerrado, evidenciando que as cevadas mais produtivas são também mais precoces e possuem menor teor de proteína.

Em relação a caracteres analíticos de malte, Molina-Cano et al. (1997) e Wang e Zhang (2009) anotaram a existência de uma correlação altamente significativa e negativa entre β-glucanas e o índice Kolbach. O que também foi verificado por Swanston (1997) e Savin et al. (1997) em relação de dependência entre β-glucanas e nitrogênio. Esses autores propuseram que baixos valores de β-glucanas estão relacionados com os altos níveis de nitrogênio e que proteína densa pode limitar a atividade de β-glucanases na parede celular do endosperma, favorecendo esta correlação negativa. Fox (2008) verificou uma correlação significativa e negativa entre friabilidade e β-glucanas. Swanston e Ellis (1995) e Molina-Cano et al. (1997) observaram uma correlação significativa e positiva entre o extrato e índice Kolbach. β-glucanas foi correlacionada positiva e significativamente com a viscosidade (MOLINA-CANO et al., 1997; BHATTY, 1999b; WANG; ZHANG, 2009), fato este que pode ser explicado porque as β-glucanas são uma das causas do incremento da viscosidade (MATHER et al., 1997).

Há décadas, procura-se entender a relação entre proteína e extrato, sendo Bishop (1930) um dos pioneiros nesses estudos. Acredita-se que efeitos indiretos de um grupo de proteína ou de específicos componentes proteicos atuam sobre o extrato, entre elas, a hordeína que é a fração mais importante de proteínas de endosperma (BULMAN et al., 1994; FOX, 2008). Diversos autores obtiveram uma correlação negativa e significativa entre esses dois fatores (EAGLES et al., 1995; MOLINA-CANO et al., 1997; BICHOŃSKI; BUREK, 2000b; OGUSHI et al., 2002; EMEBIRI et al., 2004 e 2005; QI et al., 2005; CHEN et al., 2006).

Um ponto a ser relatado é a dificuldade no processo seletivo de genótipos malteiros. As correlações genotípicas podem variar, tanto entre as populações dentro de uma mesma população, como entre os ambientes. Para as características malteiras, esta situação promove grande variação no grau e no tipo de associação, o que dificulta o trabalho de seleção do melhorista (PIEPHO; WILLIAMS, 2006). Certo número de trabalhos tem sido publicado na literatura internacional sobre correlações genotípicas de malte (FOSTER et al., 1967; EAGLES et al., 1995; GOBLIRSCH et al., 1996; EMEBIRI et al., 2004), mas, no Brasil, há carência desses estudos. Recentemente, Sayd (2011) encontrou fortes correlações genotípicas positivas quando a friabilidade foi confrontada com o índice de Kolbach (0,845), N solúvel (0,971), extrato (0,797), cor após fervura (1,0), índice de Hartong (0,971) e negativas, todavia fortes, entre friabilidade x β-glucanas (-1,0) e friabilidade x viscosidade (-0,707).

Marcadores moleculares aplicados à caracterização de recursos genéticos e ao melhoramento genético de cevada

A inovação tecnológica apresentada no processo de seleção via análise genética de características de interesse para o melhoramento da espécie é essencial ao estabelecimento da cevada no ambiente Cerrado. Uma das melhores estratégias para a obtenção de genótipos superiores é pela recombinação gênica entre o germoplasma local adaptado e exótico de qualidade e tipo agronômico superiores. Para o sucesso da recombinação, é importante identificar e separar geneticamente os acessos que compõem a coleção de trabalho e, a partir dela, realizar cruzamentos direcionados entre os genitores relacionados, ampliando a variabilidade genética (RASMUSSON; PHILLIPS, 1997; NASS, 2001). Nesse contexto, no melhoramento genético, tem-se utilizado, cada vez mais, da ferramenta dos marcadores moleculares para aumentar a eficiência na obtenção de informações de interesse e orientar novas ações de pesquisa nos programas de caracterização e uso de germoplasma e no melhoramento genético (FALEIRO, 2011). O uso de marcadores moleculares mostrou-se viável a partir do desenvolvimento de novas técnicas, rapidez na obtenção de resultados, estabilidade e neutralidade, redução dos custos reagentes e dos equipamentos, tornando-se uma importante ferramenta para o estudo da variabilidade genética, aumentando o poder da análise genética das plantas (FERREIRA; GRATTAPAGLIA, 1996; FERREIRA; FALEIRO, 2008), além de ampliar a eficiência do processo de seleção dos indivíduos desejados (HULLI, 1987). Para a caracterização da variabilidade genética, os métodos convencionais de avaliação fenotípica foram complementados pelos métodos bioquímicos e moleculares. Isto porque os dados morfológicos, apesar de importantes, nem sempre são facilmente entendidos ao nível molecular (SIMPSON; WITHERS, 1986). Contudo, estas técnicas não são excludentes, pois as abordagens morfológicas e moleculares apresentam vantagens distintas, e sua complementação resulta na produção de benefícios que não seriam obtidos em análises separadas (HULLI, 1987).

Foi a partir da década de 1970, com o advento de técnicas bioquímicas e moleculares, que o estudo de aspectos básicos da genética vegetal teve grande evolução. Os marcadores de proteínas, principalmente os isoenzimáticos, foram utilizados com sucesso aumentando, assim significativamente, o número de marcadores genéticos, passando a ser aplicado a diversas espécies de plantas (FERREIRA; GRATTAPAGLIA, 1996). Ramalho et al. (2008) citaram que o largo emprego desses marcadores ocorreu em função do seu baixo custo. Por exemplo, em cevada a inzoenzima esterase tem sido utilizada para selecionar, de forma indireta, indivíduos resistentes ao vírus do mosaico amarelo, devido à presença do alelo dominante Ym. Posteriormente, surgiram marcadores moleculares baseados em polimorfismo ao nível de sequência de DNA, favorecendo o estudo dos recursos genéticos, especialmente no entendimento da estrutura e da organização da diversidade genética das populações e seu monitoramento ao longo do tempo (FERREIRA; GRATTAPAGLIA, 1996; FALEIRO, 2007).

Um marcador de DNA é tipicamente uma pequena região do DNA capaz de mostrar polimorfismo (ou diferença) entre indivíduos (LIU, 1998). Dois enfoques metodológicos são usados para detectar tais diferenças: hibridação e amplificação. No primeiro, uma pequena sequência é marcada radioativamente e ligada ao DNA dos indivíduos, baseado em princípios de pareamento das bases do DNA. No segundo ocorrem reações para aumento de sequências específicas (MEYER, 2002). Inicialmente, permeando a metodologia de hibridação, adveio o procedimento RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) que emprega enzimas de restrição permitindo a análise de polimorfismo de comprimento de fragmento de DNA. Em seguida, o desenvolvimento do processo de amplificação em cadeia utilizando um DNA polimerase (PCR - Polymerase Chain Reaction), desenvolvida por Mullis e Faloona (1987), permitiu a síntese enzimática de milhões de cópias de um segmento específico de DNA. Isto levou ao surgimento de outras classes de marcadores moleculares, tais como o RAPD (Random Amplification of Polymorphic DNA), SSR (Simple Sequence Repeats) ou microssatélites, minissatélites, marcadores AFLP (Amplified Fragment Lenght Polymophism) entre outros (FALEIRO, 2007).

A PCR é uma técnica que permite a síntese enzimática in vitro de milhões de cópias de um segmento específico de DNA, na presença da enzima DNA polimerase. Baseia-se no anelamento e na extensão enzimática de um par de oligonucleotídeos (pequenas moléculas de DNA de fita simples) utilizados como iniciadores (primers) que delimitam a sequência de DNA de fita dupla, alvo da amplificação. Esses primers são sintetizados artificialmente de maneira que suas sequências de nucleotídeos sejam complementares às específicas que flanqueiam a região-alvo. Essa técnica é constituída de vários ciclos de desnaturação, anelamento e extensão. Obtêm-se, desta forma, segmentos específicos de DNA do genoma, em grande quantidade os quais podem ser facilmente detectados (MULLIS; FALOONA, 1987). Contudo, para a construção dos iniciadores era preciso o conhecimento prévio das sequências de nucleotídeos que flanqueiam a sequência de interesse, sendo necessários a clonagem e o sequenciamento da região (FERREIRA; GRATTAPAGLIA, 1996). Na década de 1990, a PCR foi modificada pela utilização de iniciadores pequenos e baixa temperatura de anelamento, e o procedimento passou a ser chamado RAPD. Este tipo de marcador, desenvolvido por Williams et al. (1990) e Welsh e Mc Clelland (1990), baseia-se na detecção de polimorfismo de DNA amplificado ao acaso, usando-se oligonucleotídeos decâmeros de sequência aleatória.

Essa técnica tem demonstrado eficiência na identificação da variabilidade genética em diversos grupos de plantas, motivo pelo qual vem sendo utilizada como importante ferramenta em programas de melhoramento, construção de mapas genéticos, estudos de ecologia molecular e de taxonomia (KARP et al., 1996; FALEIRO, 2007; FERREIRA et al., 2007). O RAPD é também aplicado na identificação de marcadores moleculares úteis na seleção (MILACH, 1998), embora nesse caso apresente algumas limitações. Faleiro (2007) registrou como vantagens do marcador RAPD, ademais do uso de iniciadores de sequência arbitrária e mais curtos, excluindo, assim, a necessidade do conhecimento prévio da sequência, a facilidade e a rapidez para obtenção dos marcadores, a demanda de mínimas quantidades de DNA e a universalização das análises, pois é aplicável a qualquer espécie, além da sua simplicidade, rapidez e baixo custo. Como principais limitações, são citados o baixo conteúdo de informação por loco, não diferenciação dos locos em heterozigose dos em homozigose (marcador dominante); a competição entre os diferentes sítios de amplificação por substrato e enzimas; e a baixa reprodutibilidade das marcas devido à falta de padronização de condições de amplificação (FERREIRA; GRATTAPAGLIA, 1996). Estudos realizados por Williams et al. (1990), em diferentes iniciadores com sequência arbitrária, estabeleceram que, para produzir níveis detectáveis de amplificação em iniciadores decâmeros, a proporção de guanina e de citosina deve ser de pelo menos 40%.

O marcador RAPD tem sido muito utilizado em cevada e tem se mostrado útil como marcador genético no caso de espécies autógamas com um número relativamente baixo nível de polimorfismo intraespecífico, como a cevada cultivada (BARUA et al., 1993; CHALMERS et al., 1993; TINKER et al., 1993). Matsui et al. (2001) usaram com êxito esse marcador para estudo de macho-esterelidade em cevada através de retrocruzamentos. Estudos moleculares ou fingerprints, por meio de marcadores RAPD, permitiram a determinação de diferenças entre ecótipos desse cereal (KARIM et al., 2010) e entre genótipos de cevada cultivada e selvagem tolerantes à salinidade (PAKNIYAT; NAMAYANDEH, 2007). Segundo os autores, a robustez apresentada deveu-se à boa escolha dos iniciadores e esta ferramenta molecular deve ser usada para complementar e clarear as ambiguidades em estudos morfofisiológicos em questão.

A diversidade genética de genótipos com diferentes respostas ao estresse hídrico foi investigada por Nazari e Pakniyat (2008). Os resultados da análise de RAPD indicaram sua aptidão para a determinação de polimorfismo entre as amostras e, consequentemente, apontar a variabilidade genética intraespecífica. Tanyolac (2003), averiguando a diversidade genética em cevada selvagem, atestou que o marcador dominante RAPD é eficaz e continua sendo um marcador promissor para a avaliação da diversidade genética, uma vez que o procedimento adotado nessa técnica é relativamente simples, e o polimorfismo detectado, neste estudo, foi reprodutível. Hou et al. (2005), avaliando cevada selvagem no Oeste da China, obtiveram cerca de 77% de polimorfismo com o uso desses marcadores, interseccionando com os dados de Abdellaoui et al. (2010) que encontraram uma taxa de 82,8% de polimorfismo em outra coleção selvagem. Pu et al. (2009) também identificaram diversidade genética entre populações dessa espécie no Oeste da China, obtendo 91% de bandas polimórficas.

Selbach e Cavalli-Molina (2000) caracterizaram variedades e linhas avançadas de cevada brasileira para produção de malte, através de marcadores RAPD e encontraram variabilidade varietal e intravarietal, obtendo 93% de bandas polimórficas. Alta variabilidade genética também foi verificada por Abdellaoui et al. (2007) no estudo molecular com o RAPD o qual permitiu identificar diferenças entre ecótipos de cevada com uma taxa de polimorfismo de 79%. Essa ferramenta molecular foi eficiente para esclarecer as ambiguidades em estudos morfofisiológicos. Valores similares foram descritos por Karim et al. (2009), da ordem de 74%. Diaz-Perales et al. (2002) provaram a eficiência do uso de RAPD na verificação da genealogia e na determinação de variabilidade genética de uma coleção nuclear de cevada malteira, onde obtiveram 76% de polimorfismo. Ciulca et al. (2010), avaliando uma coleção de trabalho de cevada malteira, identificaram variabilidade genética, considerando o fato de que a taxa média de polimorfismo foi de 88,23%, com 10 bandas polimórficas/primer, o que pode ser explorada de forma eficaz nos programas de melhoramento de cevada de inverno.

Em melhoramento genético assistido, Kuczyńska et al. (2007) verificaram a associação entre a similaridade e distância genética entre os pais de diversas combinações de cruzamento de cevada e a variabilidade genotípica das progênies obtidas, reafirmando a robustez desse marcador para esse tipo de estudo. Kuczyńska et al. (2001) detectaram divergência genética num estudo de avaliação de genótipos de cevada industrial romena com RAPD, sendo este suficiente para avaliar as distâncias genéticas entre elas. Todorovska et al. (2003) constataram a ocorrência de expressiva variabilidade intraespecífica utilizando cultivares elites búlgaras de cevada através desses marcadores e confirmaram que o polimorfismo baseado em RAPD é útil na divulgação de relações genéticas entre cultivares de cevada. Kroth et al. (2005), estudando a similaridade genética de variedades brasileiras de cevada nua e cevada cervejeira, afirmaram que esse procedimento é capaz de separar as variedades de cevada em vários grupos de similaridade. Pourmohammad et al. (2010), examinando uma coleção de cevada nua, observaram que os resultados da análise de agrupamento corresponderam ao pedigree dos genótipos, sugerindo a eficiência do RAPD na detecção de diversidade genética do germoplasma. Eshghi e Akhundova (2010), estimando a variabilidade genética de uma coleção de cevada nua com RAPD, identificaram uma banda especial que, segundo os autores, poderia ser utilizada na identificação e na separação de variedades de cevada nua com baixo ou alto teor de β-glucanas.

Recentemente, marcadores RAPD foram usados com sucesso por Sipahi et al. (2010), Bakht et al. (2011), Guasmi et al. (2012), entre outros autores, com a finalidade de detectar variabilidade genética entre grupos genômicos de Hordeum vulgare L.

Indicadores malteiros

O desenvolvimento de novas cultivares de cevada cervejeira requer dos programas de melhoramento genético o atendimento não somente ao bom desempenho agronômico, como alto rendimento de grãos, resistência a doenças, adaptabilidade, estabilidade, mas, também com adequada relação entre os caracteres de qualidade de malte, atendendo às exigências da indústria cervejeira que é a principal demandadora da cevada no Brasil.

Maltagem ou malteação é o processo controlado da germinação e da secagem de uma semente que transforma o amido em açúcares fermentáveis (HOSENEY, 1994), sendo que, no caso da cevada, o amido dos grãos é transformado em açúcar maltose. Com esse processo, obtém-se a degradação do endosperma dos grãos de cevada, além da acumulação de enzimas ativas nesses grãos. De acordo com Brasil (1977), “malte cervejeiro ou cevada malteada para fins cervejeiros é o produto resultante da germinação forçada e controlada, sob condições especiais de umidade e temperatura da cevada Hordeum sp., cujos característicos se enquadram nos limites constantes da portaria em questão”. A Figura 21 ilustra grãos de cevada sendo germinados em câmara de germinação, iniciando o processo de malteação.

Figura 21. Cevada no início do processo de germinação com o objetivo de se obter malte.

Foto: Renato Amabile

O malteamento é obtido basicamente em três etapas: (i) maceração, que tem por finalidade fornecer às sementes o grau de umidade necessário para induzir a germinação. A hidratação do grão supre a camada de aleurona com água, de modo que esta sintetiza enzimas necessárias e disponibiliza as reservas nutritivas do endosperma para o processo de germinação, promovendo a migração dessas enzimas para o endosperma; (ii) germinação, que tem por objetivo desenvolver enzimas e modificar o endosperma, principalmente em mudanças físico-químicas e estruturais, como hidrólises das proteínas e do amido, tornando-o solúvel; e (iii) secagem, quando a produção de enzimas e as modificações no endosperma atingem seu nível ótimo, a atividade biológica deve ser paralisada por meio de secagem (UFRGS, 2012). Em todas essas etapas, é imprescindível o controle da temperatura, umidade e vazão de ar, por um período específico (CHAVAN; KADAN, 1989). Na Figura 22, ilustra-se um esquema de uma malteria, onde se processa toda a cevada para obtenção do malte. Entretanto, antes de passar pela malteria propriamente dita, é realizada uma micro-malteação da cevada numa micromaltearia piloto de laboratório (Figura 23) onde ocorrem os processos de maceração, germinação e a secagem do grão. Na Figura 24, ilustra-se um laboratório Piloto de análises da cevada e do malte. A infraestrutura necessita de equipamentos que simulem o que ocorre nas cervejarias e dependem do número de amostras analíticas a serem analisadas.

Figura 22. Cevada no início do processo de germinação com o objetivo de se obter malte.

Figura 23. Micromaltearia Piloto.

Foto: Rosana Ferrari.

Figura 24. Laboratório de análises de cevada e malte de uma maltearia (Maltearia do Vale) onde se podem ver os equipamentos necessários para realizar análises de grãos e de micromalteio.

Fotos: Rosana Ferrari.

Considerando a necessidade de adequação dos padrões de qualidade da cevada para fins cervejeiros, o Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento estabeleceu, por meio da Portaria 691/96, a Norma de Identidade e Qualidade da Cevada, para comercialização interna. Em relação à classificação do tamanho dos grãos, a cevada para malteação é classificada nas seguintes classes:

Primeira: A cevada cujos grãos inteiros e sadios fiquem retidos na peneira de crivos oblongos de 2,5 mm de largura.

Segunda: A cevada cujos grãos inteiros e sadios vazem na peneira de 2,5 mm de largura, mas fiquem retidos na peneira de crivos oblongos de 2,2 mm de largura.

Terceira: A cevada cujos grãos inteiros e sadios vazem na peneira de crivos oblongos de 2,2 mm de largura.

Sementes grandes de cevada são desejadas para a malteação por terem teores de amido mais altos, fornecendo maior quantidade de extrato. Posteriormente, já na fabricação da cerveja, o tamanho homogêneo dos grãos adquire importância no processo de moagem do malte, para que o produto resultante dessa etapa tenha uma granulometria homogênea. Desta forma, o malte triturado terá um adequado comportamento na fase posterior de preparo da massa, da qual será extraído o mosto. No processo de brassagem ou mosturação, o malte é hidratado e as enzimas presentes nele são ativadas. Nessa etapa, ocorre o desdobramento do amido principalmente pelo complexo enzimático que é fornecido pelo malte, sobretudo as enzimas α-amilase e β-amilase. Com esta transformação ocorre a formação de açúcares fermentescíveis (principalmente maltose e glucose) e dextrinas de baixo e/ou alto peso molecular. Na Figura 25, exemplifica-se um Mosturador, conhecido também como Banho de Brassagem, que é usado nas cervejarias no procedimento de cozimento do malte e obtenção do mosto.

Figura 25. Mosturador ou Banho de Massagem.

Foto: Rosana Ferrari.

Para que haja uniformidade no processo de malteação, o Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento regulamentou, por meio da Portaria 166 (BRASIL, 1977), as especificações para padronização, classificação e comercialização do malte cervejeiro ou cevada malteada para fins cervejeiros. Em relação à qualidade do malte, aprovou valores específicos, denominados de característicos intrínsecos, baseados nos métodos apregoados pela EUROPEAN BREWERY CONVENTION (1997). Na Figura 26, ilustram-se dois tipos de malte conforme a legislação brasileira, o malte tipo Pilsen e o Torrado.

Figura 26. Cevada malteada classe Pilsen (A) e Torrado (B).

Fotos: Renato Amabile

Na fabricação da cerveja, a qualidade da cevada exige dos mestres cervejeiros a observação de normas muito rigorosas da qualidade dos grãos e dos maltes (BICHOŃSKI; ŚMIAŁOWSKI, 2004). Análises das características industriais dos grãos e dos maltes são importantes para balizar o processo cervejeiro, sendo essas características investigadas por comitês específicos. O comitê australiano “Malting and Brewing Industry Barley Technical Committee” (MBIBTC) destaca os seis parâmetros mais importantes para definir a qualidade do malte: β-glucanas, teor de extrato, índice Kolbach, viscosidade, poder diastático e fermentabilidade (FOX, 2009). A moagem do grão, a friabilidade, a proteína do malte são outras análises essenciais na qualidade do malte (BICHOŃSKI; ŚMIAŁOWSKI, 2004). Bichoński e Burek (2000b) agregaram a proteína solúvel total do malte e a dos grãos como características importantes. Outros consideram ainda a α-amilase, o nitrogênio livre, a friabilidade e a α-glucanase (FOX, 2008, 2009).

Nesse sentido, características de qualidade industrial do malte como o teor de proteínas totais, o extrato, o índice de Hartong, a viscosidade, a cor após fervura, o teor de nitrogênio solúvel, o índice de Kolbach, a friabilidade e a β-glucanas devem ser mensurados, estudados e utilizados como critério de seleção em um programa de melhoramento de cevada. Esses componentes da qualidade da cevada industrial representam uma grande contribuição na determinação do uso industrial. No entanto, um dilema importante surge no caso da qualidade de malte. O valor dos parâmetros, atualmente utilizados para medir a qualidade do malte, tem sido questionado por vários grupos ao longo dos anos e apresentam certa variabilidade (AXCELL, 1998; MacGREGOR, 1996). Um exemplo pode ser visto nas normas brasileiras: apesar de a Portaria 691 (BRASIL, 1996) indicar um teor de proteína máximo de 12%, a Portaria 161 (BRASIL, 1977) prevê o uso de malte com teor proteico mais elevado e, segundo Ferrari (20124), cada cervejaria possui um nível de exigência diferente das normas brasileiras.

A qualidade malteira da cevada é extremamente complexa sendo controlada por muitos locos gênicos e/ou QTLs e influenciada fortemente pelo ambiente (BRIGGS, 1978; MATHER et al., 1997; FOX et al., 2003), em especial, por altas temperaturas do ar e pelo déficit de água durante o enchimento dos grãos (PASSARELLA et al., 2005). No Cerrado, Amabile et al. (2007c) descreveram que o fator ambiente influiu, de forma intensa, nos resultados de malte, em condições de cultivo irrigado. Desta forma, genótipos respondem diferentemente em ambientes diversos (KACZMAREK et al., 1999, 2002), o que foi verificado com os genótipos elite testados no Cerrado. Adicionalmente, Molina-Cano et al. (1997) concluíram que a interação genótipo X ambiente causa variação imprevisível em características quantitativas da qualidade malteira.

Extrato

O extrato de água quente do mosto, comumente denominado de extrato de malte, é a mais importante característica qualitativa do malte, tanto no processo de seleção genética em função das características malteiras - apesar de ser difícil selecionar um genótipo quanto a esta variável - como indicativo da qualidade do malte para comercialização (FOX, 2009). Ele é um indicador fundamental, pois reflete a quantidade de álcool e de cerveja que pode ser produzida a partir de uma dada quantidade de malte (MATHER et al., 1997). Segundo a legislação brasileira (BRASIL, 1997), extrato de malte “é o resultado da desidratação total ou parcial do mosto de malte até o estado sólido ou pastoso, devendo apresentar as propriedades do mosto de malte, quando reconstituído.”

Durante a mosturação, o amido presente no malte é solubilizado em açúcares fermentescíveis que darão origem ao CO2 e ao álcool durante a fermentação (JIN et al., 2011). A quantidade de açúcares formada é determinada pelo extrato que, juntamente com o teor proteico e sua dissolução, formam o “corpo” da cerveja.

A qualidade do extrato é controlada por quatro fatores: (i) qualidade da cevada que é afetada por fatores ambientais. Esse fator não influencia diretamente o extrato de malte, mas o conteúdo e as composições que prejudicam o extrato, particularmente as proteínas e o amido; (ii) a composição física da cevada – cevada dística, hexástica, nua, espessura da casca, tamanho do grão e as características bioquímicas do grão; (iii) processo de maltagem e (iv) processo de trituração do grão (FOX, 2009). Em relação ao efeito ambiental, Amabile et al. (2008) obtiveram um índice de extrato, com variação anual, porém superior a 79%, para a cultivar BRS Deméter. A mesma variação anual foi identificada por Silva et al. (2000) para a cultivar BRS 180. Esses resultados revelam que mesmo um material genético já lançado como cevada cervejeira pode não manter os índices de lançamento, sendo, portanto influenciados pelas condições ambientais (GRAUSGRUBER et al., 2002; PSOTA et al., 2009; VERMA; SARKAR, 2010). Resultados similares foram relatados por Bichoński e Burek (2000a) em que diversas cultivares malteiras variaram o extrato de ano para ano, com índices abaixo do esperado, o que não descaracteriza a qualidade industrial do material genético. O mesmo fato foi citado por Kowalska et al. (2000), Grausgruber et al. (2002) e Lapitan et al. (2009) que encontraram grande variabilidade no extrato em cultivares malteiras em situações temporais.

Proteína

As proteínas são polímeros de alto peso molecular e com grande número de alfa-aminoácidos unidos uns aos outros através de ligações peptídicas, isto é, da junção do grupo carboxila de um com o grupo amina de outro e com a perda de uma molécula de água (ROSSETTI, 2003). Elas formam uma matriz em torno de grânulos de amido no endosperma, sendo fonte de nitrogênio para o embrião na germinação. Em cevada, a principal proteína de armazenamento é chamada hordeína, e esta compreende 40%-50% de proteína total de grãos (FOX, 2008). As proteínas do malte têm um papel significativo, pois afetam a qualidade (QI, 2005). Excesso de proteína nos grãos produz menor teor de amido, o que leva à redução do estoque de carboidratos fermentescíveis, em nível do extrato (BISHOP, 1930). A maior quantidade de proteína e, consequentemente, a menor quantidade de carboidratos, aumenta o tempo de maltagem para que ocorram as modificações necessárias nesse processo. O maior teor proteico eleva as quantidades de proteínas solúveis e albuminas no malte e no mosto, resultando em cerveja de baixa estabilidade, com formação de depósito (UFRGS, 2012). As proteínas do malte têm um papel significativo, porque desempenham influências múltiplas no processo tecnológico e na qualidade da cerveja, como: nutrição do fermento, formação da espuma e do “corpo” da cerveja e estabilidades físico-químicas e organolépticas dela (FOX, 2009). Na Figura 27, ilustra-se o determinador de proteínas pelo método Kjedahl.

Figura 27. Determinador de proteínas – método Kjedahl.

Foto: Rosana Ferrari.

A instabilidade do teor de proteína dos grãos, apontada por Silva e Andrade (1985) e Eagles et al. (2005), é desencadeada tanto pela quantidade de nitrogênio aplicada, pelas condições de estresse hídrico, como outros fatores ambientais impostos aos genótipos e pela resposta de cada genótipo as estas influências (CORRELL et al., 1994; MOLINA-CANO et al., 1997; TAMM, 2003; QI et al., 2005; PASSARELLA et al., 2005; AMABILE et al., 2009a). Esses fatores promovem grandes oscilações no teor de proteína dos grãos, desde valores muito baixos, em torno de 7% a 8% até valores extremos acima de 12% - nível máximo fixado por BRASIL (1996), podendo, entretanto, atingir valores de até 12,5% (FOX et al., 2003; BREWING AND MALTING BARLEY RESEARCH INSTITUTE, 2011).

Relatos de Molina-Cano et al. (1997) atestam a presença marcante da interação genótipo x ambiente sobre essa variável. No Cerrado, provavelmente, as altas temperaturas do ar e as baixas umidades relativas do ar que ocorrem no período de enchimento dos grãos, promovem um acréscimo no teor de proteína (AMABILE et al., 2009a), corroborando os resultados de Chapman e Carter (1976) que descreveram que, em ambientes secos e quentes, os grãos de cevada acusaram elevados teores de proteína. Isto também foi constatado por Correll et al. (1994) e Passarella et al. (2005) ao afirmarem que altas temperaturas durante o enchimento dos grãos resultam numa diminuição em tamanho de grão e no aumento da proteína. Variação no teor proteico da cultivar BRS 195 foi observada no Cerrado sob sistema de irrigação, por Amabile et al. (2005, 2007d e 2009a) e por Amabile et al. (2009c) para o genótipo PFC 2001090 (10,9% a 13%). A oscilação da proteína é tida como um dos grandes problemas da cevada cultivada no Cerrado brasileiro (GUERRA, 1995). Contudo, salienta-se que altas concentrações de proteína podem ser úteis quando aquelas disponíveis no mercado brasileiro forem baixas, porque se tornam um banco de proteína a ser utilizado para uma blendagem.

β-glucanas

As fibras alimentares, quanto a sua solubilidade em água, são classificadas em solúveis e insolúveis. As fibras solúveis são formadas por pectinas, β-glucanas, gomas, mucilagens e algumas hemiceluloses. Os componentes insolúveis são lignina, pectinas insolúveis, celulose e outras hemiceluloses (WALKER, 1993). As solúveis têm a capacidade de se ligar à água e formar géis e é constituída principalmente por β-glucanas. Esse grupo diversificado de moléculas que pode variar em relação à massa molecular, solubilidade, viscosidade, e, em sua configuração tridimensional são polissacarídeos não amiláceos encontrados nas paredes celulares do endosperma de cereais, como a cevada (GENÇ et al., 2001), no qual as moléculas lineares são compostas de ligações β (1→3) e (1→4), entre as unidades β-D-glicopiranosil (ASPINAL; CARPENTER, 1984). Na cevada, elas representam apenas pequena fração do conteúdo total de carboidratos dos grãos, mas respondem por cerca de 75% dos carboidratos totais nas paredes celulares do endosperma (BAMFORTH, 1982). Na Figura 28, exemplifica-se um determinador de β-glucanas.

Figura 28. Determinador de β-glucanas.

Foto: Rosana Ferrari.

A degradação de paredes celulares do endosperma e subsequentes alterações nos níveis de β-glucanas, em função da boa disponibilidade das enzimas hidrolíticas durante a maltagem, está fortemente relacionada a uma produção de malte bem-sucedida (BOURNE; WHEELER, 1984; ETOKAKPAN, 1993). Degradação incompleta das paredes celulares durante maltagem leva a uma débil modificação do endosperma, o que resulta em níveis baixos de extrato e em níveis elevados de β-glucanas no mosto (BRENNAN et al., 1997).

O nível de β-glucanas tem forte relação com outras características ligadas à qualidade malteira (FOX, 2009). Registra-se, contudo, que altas quantidades de β-glucanas não obrigatoriamente resultem em alto ou baixo nível de extrato, mas afetam outras características, como o índice de Kolbach, a viscosidade e a velocidade de filtração (EVANS et al., 2010) e a estabilidade da espuma (LUSK et al., 2001). Mather et al. (1997) afirmaram que β-glucanas possuem propriedade de formação de coloides, sendo que altos níveis desse polissacarídeo causam aumento da viscosidade, podendo dificultar o processo de fabricação de cerveja, mais precisamente a etapa de filtração. Esta diminuição da viscosidade deve-se à formação de géis, em virtude do tamanho da molécula das β-glucanas (BAMFORTH, 1982). Entretanto, é consenso que a cevada malteira deve apresentar teores baixos de b-glucanas (AASTRUP; ERDAL, 1980; GALLANT et al., 1991; BRENNAN et al., 1996).

Sabe-se que b-glucanas são altamente influenciadas pelo fator genético (POWELL et al., 1985; HENRY, 1986; MOLINA-CANO et al., 1997; OGUSHI et al., 2002b) mesmo que outros trabalhos considerem o efeito ambiental sobre esta variável (NARASIMHALU et al.,1995; FASTNAUGHT et al., 1996; ZHANG et al., 2001; YALÇIN et al., 2007).

Cevadas malteiras são obtidas com baixo nível de b-glucanas e, como tal, geralmente esse fator não é um problema na maltagem. Todavia, os problemas ocorrem quando as variedades têm nível elevado, por causa das influências ambientais ou há uma expressão muito baixa de b-glucanase, a enzima responsável pela degradação das b-glucanas (FOX, 1998).

Índice de Kolbach

O índice de Kolbach é importante para informar a modificação da proteína e é fornecido pela relação entre o nitrogênio solúvel e o nitrogênio total, estando relacionado com a solubilização proteica do malte (EUROPEAN BREWERY CONVENTION, 1997). Esse índice expressa o nível de modificação das proteínas (decomposição) que ocorreu durante o processo de maltagem (FOX, 2008). Brasil (1977) prescreve um valor máximo de 45, tanto para variedades dísticas como hexásticas, embora valores entre 39 e 45,9, como os indicados pelo “Malting and Brewing Industry Barley Technical Committee” (MBIBTC) são aceitos em função do tipo de cerveja a ser produzida e do tipo de adjunto utilizado (FOX, 2008). Esse índice sofre interferências do ambiente, do processo de trituração, de maltagem e da mosturação, influenciando nas propriedades da espuma (FOX, 2009).

Nitrogênio Solúvel

O índice Nitrogênio Solúvel também está relacionado com a solubilização proteica do malte (EUROPEAN BREWERY CONVENTION, 1997). Durante a mosturação, a porção solúvel de nitrogênio é desmembrada. Quanto maior a atividade das enzimas proteolíticas durante a malteação, maior será o valor do nitrogênio solúvel (FERRARI, 20105). Brasil (1977) expressa valores de 510 mg 100g-1 a 960 mg 100g-1, sendo o valor de 690 mg 100g-1, tido como ideal.

Passarella et al. (2003) afirmaram que a quantidade de nitrogênio solúvel no mosto é importante para a sustentação do crescimento das leveduras e para o metabolismo. Entretanto, elevado índice de nitrogênio solúvel promove efeito negativo na estabilidade físico-química da cerveja.

Índice de Hartong

O índice de Hartong VZ (45 ºC) avalia a atividade enzimática, exceção feita às α-amilases e à solubilização proteica do malte. Outra função atribuída é de informar sobre o trabalho de molhamento e moagem (FERRARI, 2010)6. Brasil (1977) indica, tanto para material de duas como para o de seis fileiras de grãos, um valor de no mínimo 38, para malte Pilsen. Alto índice Hartong reflete uma boa modificação do malte (FUKUDA et al., 1999). Amabile et al. (2008) obtiveram para a cultivar BRS Deméter um índice de Hartong altivo. Silva et al. (2000) registraram, nas condições irrigadas do Cerrado, valores elevados para a cultivar hexástica BRS 180, porém estes variaram de acordo com o micromalteio realizado. Valores elevados de Hartong podem ser explicados pelo estágio de modificação do malte, pelo processo de malteação usado ou, ainda, parcialmente elucidado pelo maior nível da degradação do amido, em conjugação com a maior termoestabilidade da β-amilase, conforme Ogushi (2002a) e pela variedade de cevada da qual o malte foi produzido (E-MALT.COM, 2012).

Viscosidade

A viscosidade é uma característica importante que tem impacto sobre a qualidade da cerveja (FOX, 2008), intervindo na taxa de filtração em várias partes do processo. A determinação da viscosidade do mosto é utilizada como mais uma fonte de informação na avaliação do grau de dissolução citolítica do malte. É controlada grandemente pelo nível de degradação das celuloses, hemiceluloses e demais substâncias viscosas presentes nas paredes celulares dos grãos, uma vez que esses polissacarídeos podem conter elevado peso molecular e extrema assimetria (FOX, 2009). Os principais polissacarídeos que influenciam a viscosidade são as β-glucanas e um polissacarídeo não amídico solúvel denominado arabinoxilano. Altos valores de β-glucanas podem aumentar os índices da viscosidade (AASTRUP, 1979; MATHER et al., 1997). No malte, o fato de arabinoxilanos não poderem ser degradados suficientemente faz com que a viscosidade do mosto seja alta (COOTE; KIRSOP, 1976; SADOSKY; SCHWARZ, 2002). Henry (1986) apontou que os teores de ambos os polissacarídeos são influenciados tanto pela variedade como pelo ambiente. Todavia, Ogushi et al. (2002b) afirmaram que a viscosidade é mais fortemente influenciada por componentes genéticos do que por efeitos ambientais. Elevados valores da viscosidade podem estar relacionados ao alto teor proteico nos grãos conforme afirmação de Mather et al. (1997). Bhatty e Rossnagel (1998) atestaram que as proteínas podem sofrer desnaturação ou se complexar com o amido e/ou com as β-glucanas, contribuindo assim para o aumento da viscosidade.

Uma germinação e mosturação eficientes são determinantes para que a viscosidade seja adequada (FOX, 2009). Em geral, viscosidade alta causa maior tempo de clarificação e dificuldades de filtração, enquanto viscosidade baixa dificulta a dissolução de gás carbônico (FERRARI, 2010)7. Brasil (1977) ordena que 1,60 mPa.s deve ser o teor máximo de viscosidade.

Friabilidade

A friabilidade é uma medida de modificação da parede celular do endosperma do grão de malte (OGUSHI et al., 2002b). Sua determinação física é de significativa importância, pois dela podem se estabelecer conclusões sobre : (i) viscosidade: quanto maior a friabilidade, mais baixa será a viscosidade; (ii) filtrabilidade: quanto maior a friabilidade, mais rápida será a filtrabilidade do mosto; (iii) homogeneidade do malte: quanto maior a friabilidade, mais homogêneo é o malte e (iv) casca: quanto maior a friabilidade, mais elástica será a casca (FERRARI, 2010)8. Na Figura 29, ilustra-se um friabilímetro. Maltes mal modificados acarretam grande quantidade de material não friável (BATHGATE; PALMER, 1973; BRENNAN et al., 1996). Sadosky e Schwarz (2002) indicaram os efeitos equivalentemente importantes da arabinoxilanos sobre a filtrabilidade, o mesmo que ocorre com a viscosidade.

Figura 29. Friabilímetro.

Foto: Rosana Ferrari.

O comitê australiano “Malting and Brewing Industry Barley Technical Committee” (FOX, 2008) e o E-MALT.COM (2012) assinalam um valor de 70% de friabilidade para que o malte seja considerado bom. Em estudos no Cerrado sob irrigação, Amabile et al. (2007d) revelaram a influência ambiental sobre esta característica, o mesmo verificado por Ogushi et al. (2002b).

Cor após fervura

O indicador de qualidade cor após fervura está diretamente relacionado com a cor do produto final. A formação da cor do mosto depende das temperaturas de secagem e torrefação do malte, quanto menor a temperatura, mais claro será o mosto. Os aminoácidos e os açúcares presentes no mosto, sob efeito da temperatura, transformam-se em compostos melanoidínicos cuja intensidade caracteriza a cor final (FERRARI, 2010)9. Brasil (1977) fornece uma ampla variação da cor, em função do tipo de malte, sendo que, para o malte pilsen o valor máximo permitido é de 6,0. Atualmente, existe a tendência de obter baixos níveis de cor, para atender a demanda expressa da indústria malteira (SPIEL, 2010). Contudo, as cervejarias aceitam uma cor de cocção entre uma faixa de 6,0 a 7,5, para o malte pilsen (REINOLD, 1995). Silva et al. (2000), analisando o malte produzido sob condições irrigadas do Cerrado, descreveram valores, em duas malteações diferentes, acima de 6,0. Semelhante resultado foi encontrado para a cultivar BRS Deméter por Amabile (2008). Elevados valores da cor (EBC) são por vezes desejados, considerando outros maltes além do pilsen (CASTLE MALTING, 2010; CRYER MALT, 2010).

Poder diastásico

Poder diastásico refere-se à capacidade de degradação do amido do malte para a produção de açúcares de baixo peso molecular, e representa as ações complementares e coletivas das enzimas α-amilase, β-amilase, α-glucosidase e limite-dextrinase (OSMAN et al., 1996), enzimas essas fundamentais ao desdobramento do amido durante o processo de mosturação. A de maior contribuição no poder diastásico, é a β-amilase, que preexiste no endosperma do grão da cevada (KUNZE, 2010). Quanto maior o poder diastásico, mais eficiente será o processo de mosturação (FERRARI, 2010)10.

Alguns autores consideram que o poder diastásico é mais fortemente influenciado pelo genótipo do que o ambiente, (KENN et al., 1993) enquanto outros (PETR et al., 2000; SPARROW, 1970) descreveram que o poder diastásico é mais influenciado pelo ambiente. Em relação à interação genótipo x ambiente, para esta característica, ela não foi observada por Sparrow (1970) e por Swanston et al. (1995), contrariando o relatado por Henry e Johnston (1991). Narziss (1999) descreveu que a β-amilase é altamente influenciada pelo genótipo, sendo que ao mesmo tempo ocorre uma influência ambiental sobre o nitrogênio total da β-amilase.

Considerações Finais

A geração de informações baseada em pesquisas científicas e bases tecnológicas são decisivas para o desenvolvimento tecnológico da cultura da cevada irrigada no Cerrado. A ocupação do espaço agrícola irrigado com esse cereal é premente e apenas a oferta contínua de pesquisas fornecerá subsídios para novas ações estratégicas no cenário da pesquisa agropecuária nacional. As novas informações obtidas servirão de base para: aprimorar o programa de melhoramento genético voltado para áreas irrigadas; e fornecer dados para o banco de germoplasma de cevada nacional, para o ambiente irrigado que constituirá a matriz genética usada na criação de novas cultivares. A caracterização e a avaliação dos recursos genéticos da cevada, mediante o emprego de técnicas moleculares, caracterização agronômica e de qualidade –, por meio de uma pesquisa original - promoverão o acesso ao conhecimento tão requisitado por parte dos setores agroindustriais envolvidos.

Espera-se que os novos conhecimentos contribuam para a viabilidade e sustentabilidade do agronegócio da cevada, por disponibilizar informações estratégicas sobre o melhoramento genético, propriedades funcionais e nutricionais estabelecidos nas condições de Cerrado.

Notas

1 SINDICERV. Comunicação pessoal, janeiro de 2012.

2 MINELLA, Euclydes. Histórico das parcerias na cevada no Brasil. Comunicação por e-mail, agosto de 2004.

3 Minella, E., Ibid.

4 FERRARI, R. Índices técnicos de malte – Malteria do Vale. Comunicação por email, dezembro 2010.

5 Ferrari, R., Ibid.

6 Ferrari, R., Ibid.

7 Ferrari, R., Ibid.

8 Ferrari, R., Ibid.

9 Ferrari, R., Ibid.

10 Ferrari, R., Ibid.

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