Em busca da melhoria da eficiência no uso de recursos do ambiente

Gilberto Rocca da Cunha1, João Leonardo Fernandes Pires2 e Genei Antonio Dalmago31Chefe-Geral da Embrapa Trigo, Caixa Postal 451, CEP 99001-970 - Passo Fundo/RS - E-mail: cunha@cnpt.embrapa.br2Chefe Adjunto de Pesquisa e Desenvolvimento da Embrapa Trigo.3Pesquisador da Embrapa Trigo.

Inquestionavelmente, foram muitos (e significativos) os avanços de conhecimento em biologia avançada envolvendo plantas cultivadas e organismos associados. Os genomas de cultivos importantes, de pragas e de patógenos foram seqüenciados e encontram-se disponíveis. Também são abundantes as bibliotecas com etiquetas de seqüências gênicas expressas. Além de que, há domínio na tecnologia de transformação genética de plantas, permitindo a transferência de genes de interesse para cultivares elites das principais espécies exploradas economicamente pela humanidade. Todavia, a genômica aplicada ainda é um dos principais desafios da pesquisa agrícola mundial. Por quê? Possivelmente, devido à complexidade do desempenho agronômico dos cultivos.

O entendimento da base genética e de funcionamento da formação do rendimento de interesse econômico é fundamental para elevar rendimento e melhorar a eficiência de uso de recursos (energia, água e nutrientes, por exemplo) em agricultura. Neste caso, mostra-se importante a compreensão da interação GENÓTIPO X AMBIENTE (GXE) e a identificação de QTLs e de marcadores moleculares associados com GXE. É pouco provável que se consiga melhorar o desempenho agronômico dos cultivos via manipulação de genes individualmente. A saída vislumbrada tem sido a piramidação de genes de interesse econômico. O manejo da interação GXE (nível de dossel) para propósitos específicos, particularmente relacionados com a formação do rendimento, é a essência da boa prática agronômica.

O objetivo deste artigo é discutir a formação do rendimento de interesse econômico (grãos) em trigo, trazendo para debate os avanços alcançados na melhoria do desempenho agronômico dessa espécie e os caminhos vislumbrados pela comunidade científica para elevar rendimento e melhorar a eficiência no uso de recursos do ambiente. Em um momento da história da agricultura mundial que não se discute a necessidade de produzir mais e de maneira mais eficiente, tanto para fins de alimentação quanto para propósitos energéticos, o entendimento deste tema e seu embasamento teórico, particularmente em trigo, é imperativo.

Rendimento

O potencial de rendimento (PR) de qualquer cultivo pode ser expresso, de forma muito simplificada, como função da quantidade de radiação solar interceptada (Rsi), da eficiência de uso da radiação solar (EURs) e da partição de biomassa para o rendimento de interesse econômico (no caso do trigo, grãos) ou, como esta é definida operacionalmente, índice de colheita (IC). Matematicamente, tem-se: PR=Rsi x EURs x IC.

Em trigo, a interceptação de radiação solar, sob condições favoráveis de cultivo, é próxima de 100% desde o fechamento do dossel até o momento que se inicia a senescência foliar. Desta forma, melhoria na interceptação de radiação solar pode ser obtida via maiores taxas de estabelecimento do dossel ou mantendo área foliar verde até os estádios finais da fase de enchimento de grãos (característica chamada de stay-green). Apesar da haver variabilidade genética conhecida para essas duas características, maior interceptação de radiação solar na fase inicial do ciclo (desenvolvimento acelerado) e caráter stay-green, e do reconhecimento da sua relevância agronômica, há dificuldade em se demonstrar avanços genéticos em ganhos de rendimento, baseado exclusivamente nelas, sob condições de ambientes favoráveis. Isso sugere que o rendimento potencial de um cultivo de trigo, a priori, não é exclusivamente limitado pela fonte, envolvendo fechamento de dossel ou manutenção de área foliar verde até o final da fase de enchimento de grãos. Admite-se que a maior parte da elevação do rendimento que pode ser constatada mundialmente em trigo seja devida a uma maior partição da biomassa total (parte área, particularmente) para os grãos, com reflexos em elevação do índice de colheita (não obstante que o valor limite de 60%, estabelecido por Roger Austin em 1980, ainda não tenha sido atingido. Talvez por ser exageradamente elevado).

Ganho médio de rendimento de trigo no mundo (kg/ha/ano), em diferentes períodos de anos, entre 1960-2005.

A interpretação dominante na literatura científica é de que a elevação do potencial de rendimento dos trigos modernos (particularmente dos trigos de primavera) foi construída, em parte, pela obtenção de um maior número de grãos por unidade de superfície (componente que mais explica o rendimento de grãos) via aumento da geração e pela diminuição de perda de estruturas reprodutivas. Foi isso que fez o melhoramento genético de trigo nos últimos 50 anos, em considerável parte do mundo, para atingir os grandes saltos de rendimento: diminuiu o tamanho do colmo e reduziu a competição por assimilados durante a fase crítica de crescimento da espiga (espigueta terminal à antese), aumentando o índice de colheita, com os maiores valores obtidos experimentalmente se aproximando de 50%. Todavia, como não dá mais para continuar diminuindo a altura da planta (há indícios que a altura ideal da planta de trigo também já foi atingida) e melhorando a partição, um caminho que se vislumbra é o aumento da duração do período de crescimento da espiga. Ou seja, manipulando geneticamente a captura de radiação solar pela cultura no período crítico, uma vez que há variabilidade genética conhecida para sensibilidade ao fotoperído, independentemente da fase vegetativa inicial, por exemplo, e via genes ligados à precocidade intrínseca.

Também foi fundamental a incorporação de resistência às doenças. A aplicação do conceito de resistência horizontal (não específica), a partir do acúmulo de genes menores, tem sido a principal estratégia para a criação de cultivares de trigo que apresentem característica de resistência durável para várias doenças. Além da busca de tolerância aos estresses abióticos que possibilitou a criação de trigos com rendimento de grãos elevado e mais tolerantes à seca e ao calor, por exemplo.

Pode-se, mais facilmente, entender a formação do rendimento de grãos da cultura de trigo (processo contínuo da semeadura até a colheita) pelo enfoque de análise dos componentes de rendimento. Por este, o rendimento de grãos da cultura de trigo é dada pelo produto entre o número de grãos por unidade de superfície e o peso de cada grão. O problema é que esses componentes e seus subcomponentes (plantas por unidade de superfície, espigas por plantas, espiguetas por espiga e grãos por espiguetas), quase sempre, estão negativamente correlacionados um com o outro, manifestando a complexidade da expressão do rendimento final dos cultivos, em decorrência de correlações indesejadas.

Resumindo, entende-se que a elevação do potencial de rendimento de grãos em trigo foi resultante não só da mudança da partição da fitomassa aérea para os grãos, por ação dos genes Rht particularmente, mas também pela seleção continuada para rendimento de grãos nos programas de melhoramento genético em todo o mundo.

Ganho médio de rendimento de trigo no mundo (kg/ha/ano), em diferentes países, entre 1960-2005.

Um novo enfoque no melhoramento genético de trigo

De uma espécie que contém de 25-30 mil genes (dos quais se conhece, no máximo, algumas centenas), apesar de todos os avanços alcançados com os métodos convencionais de melhoramento de plantas ao longo dos seus 10 mil anos de cultivo, espera-se que as futuras grandes inovações em trigo sejam derivadas de aplicações de biologia avançada.

A questão que se impõe é como superar o êxito obtido pelos melhoristas de trigo, especialmente após a redescoberta das Leis de Mendel no começo do século 20, manipulando, empiricamente, um sistema genético complexo, por meio de seleção fenotípica. A resposta parece estar no entendimento do genoma desta espécie (que é 100 vezes maior que o do Arabidopsis, 40 vezes comparativamente ao arroz e seis vezes em relação ao do milho) e no seu funcionamento. Certamente, que o caminho é conhecer os genes no seu nível básico (fisiológico e bioquímico) e dominar a capacidade de empregá-los para melhorar o desempenho da agricultura do futuro.

A biologia molecular começou a mudar o entendimento do controle genético das principais características de interesse agronômico em trigo. O uso de suas técnicas vai permitir que se manipule a variabilidade genética desta espécie de forma orientada, quer seja visando à elevação de rendimento, questões de adaptação ao ambiente ou finalidade de uso do produto.

Entre os controles genéticos conhecidos (e de interesse agronômico) em trigo, destacam-se os relacionados com o ciclo de desenvolvimento, a formação do rendimento, as características de qualidade tecnológica dos grãos e com resistência/escape/tolerância a doenças e pragas.

O ajuste de ciclo de desenvolvimento aos distintos ambientes, no caso do trigo, dá-se via três sistemas genéticos principais, envolvendo respostas à vernalização (temperaturas baixas) e ao fotoperíodo (comprimento do dia), e independentemente das condições do ambiente, relacionado com características de precocidade intrínseca do genótipo.

Para a elevação do rendimento, é inegável o papel desempenhado pelos genes de semi-nanismo, que diminuindo a altura da planta (de cerca de 1,5 m para um padrão internacional ao redor de 85 cm), além de reduzirem os problemas de acamamento, modificaram a partição de assimilados em direção aos componentes de rendimento de grãos.

Os problemas causados por doenças e pragas em trigo merecem atenção especial dos programas de melhoramento genético. São conhecidas 40 doenças causadas por fungos, 32 por vírus e 81 por bactérias. Para diminuir perdas e reduzir o uso de pesticidas tem sido empregadas estratégias de melhoramento de plantas que envolvem escape (evitar o contato do patógeno com o hospedeiro), tolerância (diminuição de perda por unidade de doença) e resistência genética. Os principais mecanismos da resistência genética são do tipo especificidade por raça do patógeno (vertical) e sem-especificidade (horizontal), havendo também o reconhecimento de resistência de planta adulta ou de genes de resistência durável.

A translocação 1B/1R (a partir do centeio, presente em alguns germoplasmas de elite atuais) pode ser considerada a mais bem sucedida introdução genética de outra espécie que conferiu resistência às ferrugens em trigo. No entanto, também trouxe a secalina e subunidades de glutenina de baixo peso molecular, reduzindo a qualidade de panificação. Além de que, a habilidade dos patógenos em mutar, via recombinação sexual ou somática, comprometeu, em alguns caso, a resistência originalmente conferida.

Novos avanços no tocante a resistência genética a doenças e pragas (insetos vetores de vírus, por exemplo) passa pela piramidação de genes de resistência, via o uso de marcadores moleculares. Nessa área, por meio de seleção assistida, também vislumbra-se oportunidade de progresso para estresses abióticos (térmicos, hídricos, nutricionais etc.), sem desconsiderar as potencialidades da transgenia.

A biologia avançada e suas ferramentas (desde cultura in vitro, genômica estrutural e funcional, proteômica até a metabolômica) vão reformular os padrões de melhoramento de plantas, quem sabe mudando a figura dos melhoristas de trigo (wheat breeders), em função da possibilidade de construir de forma orientada uma nova planta de trigo, pela de ”estilistas” de trigo (wheat designers).

A busca de uma maior diversidade genética em trigo

Pode parecer contraditório afirmar que uma espécie, caso do trigo, formada por três genomas diferentes (A, B e D) e com cerca de 30 mil genes seja, ao mesmo tempo, complexa e limitada em termos de diversidade genética. Isso se torna fácil de entender, quando consideramos a sua origem e que estamos diante de uma espécie relativamente nova, frente aos quatro bilhões de anos de vida na Terra. O trigo, tal qual conhecemos hoje, começou a ser forjado ao redor de 10 mil anos atrás, no momento que teve início essa revolução na história da humanidade que se convencionou chamar de agricultura, quando, para sobreviver, o homem passou a selecionar espécies de animais e de plantas que formariam a base da sua alimentação.

Foi na região chamada de Crescente Fértil, no oeste da Ásia, que abarca o território de países como Síria, Líbano, Turquia, Iraque e Iran que, se estima há 10 mil anos, ocorreu, naturalmente, um cruzamento entre gramíneas selvagens, ainda hoje encontráveis naquela parte do mundo. Uma nova espécie começou a surgir no momento que o pólen de Triticum urartu (doador do genoma A) fecundou uma flor de Aegilops speltoides (doador do genoma B), dando início ao surgimento de uma nova espécie, denominada Triticum dicoccoides (AABB). O momento exato desse cruzamento não é sabido. Também se ignora o número de cruzamentos desse tipo que vingaram. Mas, admite-se, que apenas uma dessas hibridações é ainda representada nos trigos modernos. E, com base nessa última assertiva, já é possível começar o entendimento porque se afirma que a base de diversidade genética em trigo, na atualidade, é estreita (embora suficiente para contornar muitos problemas).

A ação humana sobre o Triticum dicoccoides, via seleção e re-seleção de tipos mais adequados de planta, começou buscando corrigir três características problemáticas: a uniformidade (sincronia entre germinação e maturação), a debulha dos grãos antes da colheita e a dificuldade de separação entre as glumas e os grãos. Via mutantes naturais, esta espécie, com características mais de gramínea selvagem, evoluiu para o Triticum dicoccum, que acabaria domesticado, vindo a dar origem aos modernos trigos durum, especiais para macarrão italiano, que integram a espécie Triticum turgidum spp durum. E foi, também por cruzamento natural, que está última espécie, sendo fecundada por uma outra gramínea, Aegilops tauchii (doadora do genoma D), resultaria no trigo hexaplóide (AABBDD) cultivado hoje praticamente no mundo todo, cuja farinha se diferencia dos outros cereais por conter glúten: o nosso Triticum aestivum L.

Pelo exposto, se pode perceber que o trigo é uma espécie jovem e originária de poucos indivíduos. Isso limita a sua diversidade genética. Para fazer frente a inúmeros entraves de origem biótica (doenças e pragas) e abiótica (estresses térmicos, hídricos, físicos e químicos), expandir a diversidade genética em trigo se tornou algo imperativo e passou a ser visto como uma grande oportunidade em melhoramento genético. Para isso, a via encontrada pela comunidade científica foi tentar reproduzir os cruzamentos que originaram a espécie Triticum aestivum L, uma vez que os ancestrais selvagens ainda estão por aí e podem ser coletados. Admite-se que outros indivíduos que não participaram do cruzamento original podem conter genes úteis para os dias de hoje. Esse trabalho, iniciado nos anos 1940, deu origem aos chamados trigos sintéticos, que ganharam destaque, a partir do CIMMYT, nos anos 1980.

Efetivamente, com os trigos sintéticos, se pode dizer que foi possível incorporar nova diversidade genética a partir dos ancestrais selvagens da espécie. O uso dos sintéticos como base para a criação de cultivares derivadas, tem se mostrado uma estratégia promissora neste começo de século 21. Maior rendimento de grãos, tolerância a estresses, características agronômicas e de qualidade tecnológica desejadas, estão ente os atributos citados como vantajosos nos sintéticos. A China foi o primeiro país a lançar comercialmente uma cultivar derivada de um trigo sintético, a Chuanmai 42, que se destaca por rendimento elevado (superando em 35% as cultivares convencionais chinesas).

Rendimento de trigo: situação atual e futuro

O rendimento médio de trigo no mundo, neste começo de século 21, é da ordem de 2,8 toneladas por hectare. Mantidos a área cultivada e o padrão de consumo atuais, até o ano 2025, esse rendimento deveria se elevar para 4,4 toneladas por hectare. Isso significa um incremento no rendimento médio de 80 kg por hectare anualmente. Isso é pouco ou é muito, deve se questionar alguém não familiarizado com estatísticas agrícolas e os avanços históricos nos rendimentos dos cultivos? Basta a comparação com o período da agricultura mundial chamado de ”Revolução Verde” (pós anos 1960), quando houve os grandes saltos nos rendimento de trigo, com ganhos de 41 kg por hectare anualmente, considerando-se a série histórica 1960-2005, para se entender a complexidade da questão. E mais, se considerarmos apenas os últimos 10 anos desta série, os ganhos anuais de rendimento foram de 23 kg por hectare. Mantidas essas taxas de ganhos de rendimento em trigo, não conseguiremos suprir adequadamente a demanda por esse cereal no mundo, sem mudanças significativas na área sob cultivo. Isso posto, fica evidente que o desafio do aumentar o rendimento de trigo não será algo fácil, quer seja considerado desde o ponto de vista do melhoramento genético e/ou de manejo de cultivos.

Cabe ainda indagar se essa tendência observada em termos de rendimento de trigo no mundo é válida para todos os países com tradição em produção de trigo. Especialmente, no caso do Brasil, como estamos diante dos Estados Unidos, do Canadá, da Austrália, da Argentina, da França e do Reino Unido, por exemplo, que se encontram no grupo do principais países produtores de trigo? Nessa comparação, tomando-se por base a série 1960-2005, o Brasil alcançou ganhos de rendimento anuais em trigo da ordem de 30 kg por hectare. Estes não diferem do que obteve a Argentina (também 30 kg/ha/ano). E superam os resultados obtidos nos Estados Unidos (26 kg/ha/ano), no Canadá (22 kg/ha/ano) e na Austrália (17 kg/ha/ano). Os países da União Européia formam um caso a parte, apresentando ganhos, neste período, de 90 kg/ha/ano (França e Reino Unido, principalmente). Nos últimos 10 anos, foi impossível manter esses níveis de ganhos de rendimento, e esses países apresentaram taxas negativas, com diminuição de rendimento das lavouras de trigo, embora ainda obtenham rendimentos que superam os 6.000 kg/ha (médias nacionais).

Particularmente após 1995, o Brasil superou todos os principais produtores de trigo no mundo, em termos de ganhos anuais de rendimento. Isso reforça o argumento de que entraves para a expansão do cultivo de trigo no Brasil (embora existam) não são exclusivamente de base tecnológica. Temos ambiente natural adequado, estrutura de produção disponível, tecnologia própria, produtores experientes e mercado para trigo. No entanto, não produzimos nem a metade do nosso consumo anual, que já ultrapassa as 10 milhões de toneladas.

Produzir trigo – uma oportunidade para o Brasil

Explicações (aparentemente) não faltam para justificar a posição do Brasil como o maior importador mundial de trigo. Muitas são as mesmas há anos. Outras surgem a cada novo tempo (nesse grupo, a entrada de farinha argentina com incentivos do país vizinho, via imposto de exportação). Em comum, a busca de ”culpados”, quase sempre, fora dos atores que desempenham os papéis principais nos diferentes segmentos que compõem a cadeia de produção de trigo no Brasil. Ou, quando não, configurando-se em mera ”transferência” de responsabilidades que, não raro, culminam em pedidos de proteção ao Estado.

Há que se entender melhor a cadeia do trigo no Brasil, para o embasamento de iniciativas que efetivamente possam implicarem em mudanças de perspectiva. Começando com a concentração da produção e do consumo. Trigo no Brasil é produzido, principalmente, em dois estados da federação: Paraná e Rio Grande do Sul (92% da produção nacional). Embora também se cultive trigo em Santa Catarina, em São Paulo, no Mato Grosso do Sul, em Minas Gerais, em Goiás e no Distrito Federal (e em menor escala ainda, em Mato Grosso e no sul da Bahia). E, por densidade populacional e padrão de consumo, a produção de farinha é distribuída da seguinte forma (aproximada): no Sudeste (42%), no Sul (31%), no Nordeste (22%), no Centro-Oeste (3%) e no Norte (2%).

A análise do exposto demonstra que há necessidade de deslocamento interno do trigo brasileiro das zonas de produção (maioria no Sul) para os centros de consumo (Sudeste e Nordeste). Aí já começa um dos entraves não tecnológicos, envolvendo logística inadequada e falta de uma melhor estrutura de transporte, particularmente marítima (com privilegio da cabotagem para navios de bandeira brasileira e taxas de renovação de frota), que encarecem o trigo nacional. E isso é algo evidente no caso do trigo gaúcho, admitindo-se uma capacidade instalada de moagem e mais a necessidade de reserva de sementes no RS da ordem de um milhão de toneladas. E que, pelas mais diversas razões (qualidade tecnológica para mesclas, vantagens financeiras, prazos de pagamento, etc.) os moinhos do estado importam anualmente ao redor de 400 mil toneladas de trigo, torna-se elementar concluir que tudo o que produzirmos acima de 600 mil toneladas deverá ser colocado no mercado fora das nossas fronteiras. O estado do Paraná, pela proximidade com o Sudeste e ICMS diferenciado para trigo, leva vantagem nesse particular. Por isso é que os segmentos da produção costumam apelar para a manutenção e ampliação de mecanismos de apoio à comercialização (PEP, por exemplo) e equiparação de tributos entre os estados nas operações que envolvem trigo.

Também a segmentação do mercado brasileiro de trigo e o destino das farinhas merece consideração. Em números aproximados, trigo no Brasil é usado nas seguintes proporções para panificação (55%), uso doméstico (17%), produção de massas alimentícias (15%), fabricação de biscoitos (11%) e outros (2%). Esses número servem de indicativos para a organização da produção interna, com base na genética das cultivares (classe comercial), nas características do ambiente, nas práticas de manejo da cultura e no processamento pós-colheita. Sem levar isso em conta, não conseguiremos criar uma identidade para o trigo brasileiro com orientação para o mercado (tanto interno como internacional). Por exemplo, atentar para a exigência da indústria de ter um produto livre de insetos (e outros resíduos estranhos) e com classe comercial definida (não praticar misturas de trigo diferentes).

A moagem efetiva de trigo no Brasil anda na ordem das 10,5 milhões de toneladas (existindo capacidade instalada ociosa). Isso, frente a perspectiva de uma safra brasileira de trigo em 2008, que poderá girar ao redor das cinco milhões de tonelada, define o tamanho da necessidade das nossas importações. Não se pode considerar que produzir trigo no Brasil seja um mau negócio. Não é mau negócio para o produtor (pelas mais diversas razões; desde redução de custos fixos da propriedade, agregação de renda no inverno, não exigir ativos específicos, etc.) e nem para quem atua no comércio de trigo (cooperativas, cerealistas, etc.), deixando-se de lado considerações de escala de produção.

Importar trigo não é proibido e nem pecado. Como também não o é vender trigo para o mundo (exportar). Os desafios para a construção de uma ”nova triticultura” brasileira vai exigir a superação de obstáculos que vão além das questões meramente tecnológicas. Começando pela luta para ”derrotar” cenários pessimistas, tanto de instituições internacionais quanto de órgãos oficiais nossos, que sinalizam, para os próximos 10 anos, que o Brasil, junto com o Egito, a Algéria e o Japão serão os maiores países importadores de trigo. O Brasil, por possuir capacidade de expansão de área cultivada (sem necessidade de ampliação da atual fronteira agrícola) e domínio de tecnologia competitiva, mesmo parecendo sonho, pode, num prazo mais curto do que muitos imaginam, se tornar um dos grandes produtores mundiais de trigo. A Embrapa, com tecnologia e inovação, está empenhada para que essas projeções ”pessimistas” relacionadas com a produção de trigo no Brasil se configurem como falsas. E que assim seja!

Revista Plantio Direto, edição 105, maio/junho de 2008. Aldeia Norte Editora, Passo Fundo, RS.