Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/2288
Title: Castanheiros: selecção clonal na variedade Judia
Authors: Dinis, Lia-Tânia Rosa
Advisor: Laranjo, José Carlos Esteves Gomes
Peixoto, Francisco Manuel Pereira
Keywords: Castanea sativa
Composto fenólico
Graus-dia
Calibre
Alteração foliar
Bioquímica básica
Atividade antioxidante
Seleção clonal
Phytophthora cinnamomi
Cryphonectria parasítica
Issue Date: 2011
Abstract: O castanheiro é uma espécie multifuncional, cujo fruto, durante séculos, fez parte da dieta alimentar de muitos povos das regiões de montanha onde era cultivado, como sucedeu nos países do sul da Europa. Esta tendência foi evoluindo ao longo dos tempos e de alimento base de populações rurais, a castanha passou também a ser consumida pelas populações mais urbanas através de receitas tradicionais ou da alta cozinha. Finalmente, o conhecimento adquirido sobre o seu valor alimentar tem-na transformado num alimento dietético, a ponto de ser conhecida como uma “unNut”. Entre outros aspectos, é recomendada na alimentação para pessoas quer com problemas de diabetes quer celíacos. De entre as 13 espécies do género Castanea, a “europeia” é a Castanea sativa Mill. Infelizmente as alterações climáticas, principalmente a temperatura e o stresse hídrico, parecem condicionar o seu desenvolvimento em muitas regiões europeias. Assim, pretendeu-se com este trabalho conhecer melhor a forma como diferentes condições edafoclimáticas poderão no futuro influenciar o desenvolvimento e consequente produtividade desta espécie em Trás-os-Montes, com destaque para a variedade Judia. A tese está estruturada em dez capítulos. No primeiro é feita uma Introdução Geral (Capítulo 1). Seguidamente, é fornecida informação detalhada sobre cada uma das actividades de investigação desenvolvidas (Capítulos 2 a 9), terminando com o Capítulo 10 que é dedicado a uma breve síntese dos resultados essenciais, conclusões e importância deste estudo em futuros trabalhos. Com a colaboração dos agricultores, e de associações de produtores de Trás-os-Montes, foram seleccionadas árvores da variedade Judia (5080 frutos/kg) em sete localidades: Alfândega da Fé, Bragança, Chaves, Macedo de Cavaleiros, Murça, Valpaços e Vinhais. No primeiro ano (2006), foram seleccionadas 130 árvores de acordo com informações dos agricultores. Destas, tendo em conta os calibres (total: todos os frutos e correcto: só frutos viáveis) foram seleccionadas (Capítulo 2) as 25 melhores (Alfândega da Fé: 4, Bragança: 4, Chaves: 4, Macedo de Cavaleiros: 3, Murça: 2, Valpaços: 4 e Vinhais: 4). A distância genética entre as árvores (entre 0 e 0,227), obtida por genotipagem com marcadores moleculares, demonstrou a proximidade entre genótipos, provando que todas pertenciam à mesma variedade. No segundo ano, o trabalho continuou com as 25 árvores seleccionadas no ano anterior. Os somatórios de graus-dia (ºD) de 2006 e 2007 foram 2551ºD e 2155ºD (Maio-Outubro), respectivamente. Em 2007, os frutos foram 38% maiores e contendo mais 50% de amido que os frutos colhidos em 2006. No entanto, o teor em gordura bruta foi 6,41% mais baixo. Em 2006, os frutos provenientes da localidade mais fria (Valpaços: 2300ºD) foram os maiores (62,5 frutos/kg) e os que apresentaram teores mais elevados de amido (400,7g/kg MS). Contrariamente, os frutos provenientes da localidade mais quente (Murça: 2751ºD), obtiveram o pior calibre (157,1 frutos/kg). Em 2007, os frutos de melhor calibre corrigido foram os de Macedo de Cavaleiros (2163ºD; 46,4 frutos/kg) tendo sido novamente os frutos de Murça a apresentarem pior calibre (66,0 frutos/kg). Paralelamente, em 2007, foi feita a caracterização morfológica e histológica foliar das árvores de cada um dos 7 locais em estudo (Capítulo 3). Ainda no âmbito deste capítulo foi também feito o estudo fenológico. Neste capítulo, verificámos a adaptação morfológica e histológica de folhas de castanheiro às diferentes altitudes e condições climáticas. As altitudes variaram entre 709m e 860m acima do nível do mar, correspondendo a uma variação de valores de graus-dia (ºD) de 2751ºD para 2316ºD em 2006 e 2338ºD a 1700ºD em 2007 (entre Maio e Outubro, novamente). Os resultados gerais sugerem que as melhores condições de temperatura para a produção de fruto situam-se no intervalo 2100ºD/2200ºD (entre Maio e Outubro). Os locais onde este valor pode ser encontrado dependem das condições climáticas de cada ano. As alterações fenológicas verificadas entre locais foram registadas somente em 2007, no entanto o início do ciclo vegetativo bem como o início e o fim quer da floração feminina quer masculina variam consoante as localidades (mais quentes ou mais frias). Baseados no estudo fenológico anterior (2007) e com intuito de obter melhor conhecimento sobre a influência da temperatura na biologia floral da variedade Judia, foram feitas polinizações controladas em 2008 (Capítulo 4). A polinização e crescimento do embrião são fortemente influenciados pelas condições climáticas que variam de local para local com diferentes altitudes e de ano para ano, sendo muitas vezes a principal causa da variabilidade na qualidade e quantidade da produção. Por outro lado, a fertilização e o desenvolvimento embrionário são etapas importantes que influenciam o rendimento e a qualidade da castanha, incluindo a percentagem de polispermia do fruto. As polinizações controladas da variedade Judia foram feitas com o pólen de Negral e Lada, duas variedades polinizadoras compatíveis. Através das observações histológicas verificámos que a meados de Julho já tínhamos óvulos em desenvolvimento e continham já a célula mãe do megásporo. As flores de Judia polinizadas com Lada apresentaram óvulos maduros cinco dias antes das polinizadas com Negral. A influência dos polinizadores na polispermia e na formação de sulcos ainda não é inconclusiva, mas o tempo de polinização parece ser fundamental para a formação de frutos. Relativamente ao tamanho dos frutos obtidos através das polinizações controladas, a árvore cujo polinizador foi a variedade Negral apresentou melhor calibre que os resultados obtidos com a variedade Lada (168.2 e 281 frutos/Kg, respectivamente). A forma do fruto também apresentou alguma variação, uma vez que a variedade Negral parece originar, frutos mais alongados que a variedade Lada. Nesse mesmo ano (2008, mais frio que os anteriores), foi também feita a análise do estudo da influência da temperatura nos metabolitos, ácidos gordos e propriedades tecnológicas, nas árvores das sete localidades (Capítulo 5). Os ºD variaram entre 1597ºD e 2077ºD. Neste estudo demonstrámos a correlação existente entre ºD e o teor de água das castanhas, proteína bruta e ácidos gordos. As localidades mais frias (1597ºD e 1971ºD), num ano frio (valor médio = 1959ºD), obtiveram frutos com teores mais elevados de água, proteína bruta, açúcares solúveis e amido e uma clara prevalência de ácidos gordos polinsaturados. Um estudo sobre a perda de água em frutos com casca mostrou diferenças significativas entre localidades. A localidade com ºD mais baixo apresentou maior percentagem de perda de água que a localidade com o maior valor de graus-dia. Esta diferença de valores reflecte maiores ou menores perdas a nível económico, respectivamente. Os melhores calibres foram obtidos em Alfândega da Fé cujo valor do somatório de temperatura foi 2032ºD. O Capítulo 6 destinou-se ao estudo da influência da temperatura na actividade antioxidante dos frutos colhidos em 2008. Os teores de fenóis totais variaram entre 9.6 mg/g de equivalentes em ácido gálico (GAE) na localidade mais quente (Murça) e 19.4 mg/g de GAE (ecotipo mais frio, Valpaços). O ácido gálico e o ácido elágico foram os compostos fenólicos predominantes, e mais uma vez a localidade mais fria obteve os maiores valores comparativamente à localidade mais quente, cujos valores obtidos foram os mais baixos. A actividade antioxidante foi avaliada através de diferentes ensaios: captação dos radicais de ABTS (ácido 2,2’-azinobis-(3- etilbenzotiazolina-6 sulfónico)) e DPPH (2,2-difenil-2-picril-hidrazil), FRAP (poder antioxidante de redução do ferro) e inibição da hemólise oxidativa de eritrócitos. Os frutos provenientes de Valpaços (localidade mais fria), revelaram as melhores propriedades antioxidantes. Assim, as condições climáticas parecem ser um factor limitante para produção de compostos fenólicos e consequentemente para a actividade antioxidante do fruto. Após analisarmos todos os resultados obtidos (Capítulo 2-6) seleccionámos, de entre as 25 árvores em estudo, as melhores 12 (2009) das quais foram utilizados ramos do ano para estudar a sua resistência à infecção com P.cinnamomi e C.parasitica (Capítulo 7). Após todos estes estudos, e ainda em 2009, seleccionámos as 9 melhores e enxertámo-las, em Ca90 (híbrido resistente: C. crenata C. sativa). Colocámos todas as plantas enxertadas nas mesmas condições edafoclimáticas, com o objectivo de efectuarmos uma caracterização fotossintética de cada clone (Capítulo 8). Em relação às trocas gasosas, obtivemos diferenças significativas quer no valor da taxa fotossintética quer na temperatura óptima para a respectiva taxa, varia entre 3,8 μmol CO2m-2s-1 a 32,5ºC e 5,8 μmol CO2m-2s-1 a 22,0ºC para os clones 136 (Murça) e 57 (Valpaços), respectivamente. Estes valores de temperatura estão em concordância com os valores de ºD obtidos nas árvores mãe, demonstrando alguma memória térmica por parte dos diferentes clones. Associando a termo-sensibilidade ao stresse hídrico obtivemos alterações nos teores de metabolitos nas folhas. Uma estratégia adoptada pelos clones com maior stresse foi o aumento de açúcares solúveis e redução na concentração de amido. Contrariamente, os clones mais bem adaptados mostraram um aumento quer no teor dos açúcares solúveis quer de amido, provavelmente devido à boa actividade fotossintética. Os pigmentos fotossintéticos também reflectiram a resistência/sensibilidade das plantas enxertadas bem como o teor em compostos fenólicos. A principal resposta ao stresse observado, em plantas sensíveis, foi o aumento do conteúdo em fenóis totais. A composição de ácidos gordos indicou que o baixo índice de insaturação encontrado nos clones 24 e 67 (Chaves e Alfândega da Fé) permitiram uma melhor termotolerância em contraste com o elevado nível encontrado nos clones 130, 136, (Bragança e Murça, respectivamente). No estudo do Capítulo 9, o porta-enxerto escolhido pela sua conhecida resistência à “Doença da Tinta” provocada pela Phytophthora cinnamomi, foi o Ca90. Para melhor entender os mecanismos envolvidos nesta resistência efectuámos estudos fisiológicos e bioquímicos antes da inoculação e 9 e 16 dias pós-inoculação de plantas de Judia e Ca90. Todas as plantas de Ca90 sobreviveram ao oomiceta, enquanto 87,5% das plantas de Judia morreram 30 dias após a inoculação. Findos 16 dias, as plantas da variedade Judia apresentaram uma redução de 92,9% no seu potencial hídrico foliar contrastando com os 35,8% das plantas de Ca90. Esta diminuição na Judia causou um decréscimo no teor de clorofila (23,2%) e um aumento na chla/b (3,1-3,5). Igualmente, ocorreu uma quebra de 58,3% na taxa de fotossíntese das plantas de Judia. O aumento significativo no teor de açúcares solúveis e fenóis (50%) nos clones de Ca90 parece ser uma forma de resposta à invasão, resultando num aumento de resistência. Para finalizar o Capítulo 10 refere-se às conclusões e discussões gerais onde é, também referida a importância deste estudo e quais as propostas de estudos futuros.
The chestnut is a multipurpose species whose fruits were for century’s part of the diet of many people who lived in mountainous regions where it was produced as well in the South of Europe. This trend has evolved over time and staple food of rural populations, the chestnut has also been consumed by urban populations using traditional recipes or haute cuisine. Finally, nowadays, the knowledge about its nutritional value, also turned it in a dietetic food (recommended for people with diabetic and celiac problems), leading to be known as an “unNut”. Among the 13 species of the genus Castanea, the European one is Castanea sativa Mill. Unfortunately, climatic changes, particularly temperature and water stress, seem to limit its growth in many European regions. The aim of this work was to contribute to better understand how different climatic conditions will influence the future development and consequently productivity of this specie in Trás-os-Montes region, especially the Judia variety. With the collaboration of the farmers and producer’s associations from Trás-os-Montes region, trees from Judia variety (50 80 fruits / kg) were selected in the main chestnut localities. Then, ecotypes from seven localities were studied: Alfândega da Fé, Bragança, Chaves, Macedo de Cavaleiros, Murça, Valpaços e Vinhais. In the first year (2006), 130 trees were selected. A second selection was performed according to the calibre (total: all fruits and correct: only viable fruits) (Chapter 2) comprising a total of 25 trees, representing the best ones (Alfândega da Fé: 4, Bragança: 4, Chaves: 4, Macedo de Cavaleiros: 3, Murça: 2, Valpaços: 4 e Vinhais: 4). The genetic distance between trees obtained by genotyping with a set of molecular markers ranged between 0 and 0.227, demonstrating the proximity among genotypes, proving that all of them belonged to the same variety. The study continued in 2007, with the 25 selected trees. Comparatively to the others under study, this year was colder than 2006. The mean amount of degree-days (°D) in 2006 and 2007 were 2551ºD and 2155ºD (May-October), respectively. Nevertheless, in 2007, fruits were 38% bigger and contained more 50% starch than the fruits harvested in 2006. However, the crude fat content was 6.41% lower. In 2006, the highest fruits (62.5 fruits/kg) and the highest starch content (400.7g/kg DM) were yielded in the coldest locality (Valpaços: 2300°D). Contrarily, the fruits from the hottest locality (Murça: 2751ºD), had the worst calibre (157.1 fruits/kg). In 2007, the fruits with the best correct calibre were obtained in Macedo de Cavaleiros (2163ºD; 46.4 fruits/kg), Murça had again the worst calibre (66.0 fruits/kg). The work continued with the morphological, histological leaf and phenological studies of each ecotype which are presented in Chapter 3. The overall results suggest that the annual amount of temperature is a decisive factor in what concerns its influence on chestnut production. The optimal temperature conditions ranged from 2100°D/2200ºD (between May and October), and the best locality depending of the annual conditions. In order to better understand why Judia nuts are frequently polyspermic controlled pollinations were done in 2008 (Chapter 4). Pollination and embryo development are strongly influenced by climatic conditions that vary among localities with different altitudes and among years, being the main cause of variability in quality and quantity of production. On the other hand, fertilization and embryonic development are important steps that influence yield and quality of chestnut fruit, including the percentage of polyspermy. Controlled pollinations of Judia variety were done with pollen from Negral and Lada, two compatible varieties. By histological observations the development of ovules was observed in the middle of July containing a megaspore mother cell. Judia’s flowers pollinated with Lada had mature ovules five days before the Judia´s flowers pollinated with Negral variety. The influence of pollinators on polyspermy and on the formation of wrinkles is not yet conclusive, but the time of pollination seems to be essential for the fruit growth. With regard to the fruit size achieved by the controlled pollination, the tree whose pollinator was the Negral variety showed better calibre than the results obtained with the Lada variety (168.2 fruits/kg and 281 fruits/kg, respectively). The fruit shape also showed some variation, since variety Negral seems to produce fruits more elongated than the ones produced from variety Lada. In 2008, (average value = 1959°D; being colder than the previous ones), the analysis of the influence of temperature in the metabolite synthesis and technological properties was also done (Chapter 5). The ºD varied from 1597°D to 2077°D. This study demonstrated the positive correlation between ºD and the water, protein and fatty acids content of nuts. Trees from the coldest localities (1597°D and 1971°D), developed nuts with higher levels of water, protein, soluble sugars and starch content and a clear prevalence of polyunsaturated fatty acids. A study of water loss in unpeeled nuts showed significant differences between localities. The locality with the lowest ºD had a higher percentage of water loss than the locality with the highest degreedays value. This difference in values reflects higher or lower levels in economic losses, respectively. The aim of the Chapter 6 was to study the influence of different temperature on the antioxidant activity presented by the nuts .The total phenolic content ranged between 9.6 mg/g gallic acid equivalents (GAE) in the hottest locality (Murça) and 19.4 mg/g of GAE (coldest ecotype, Valpaços). The gallic acid and ellagic acid were the predominant phenolic compounds, and nuts from the coldest locality had the highest values. The evaluation of antioxidant activity was done by different ways: capture of the radical ABTS acid (2,2 '-azinobis-(3-ethylbenzothiazoline-6 sulfonic acid)) and DPPH (2,2-diphenyl-2-picryl-hydrazyl), FRAP (ferric reduction antioxidant power) and inhibition of oxidative hemolysis of erythrocytes. The fruits from Valpaços (coldest locality), showed the best antioxidant properties. Thus, the climatic conditions seem to be a limiting factor for production of phenolics and consequently to the antioxidant activity of fruit. The best 12 trees were selected (which will be the mother plants of each clone) from the 25 old ones (2009). Six year stems of each selected ecotype were used to study their resistance to infection and P.cinnamomi and C.parasitica (Chapter 7). At the end the best 9 trees were selected and were then grafted (2009) in Ca90 (resistant hybrid: C. Crenata C. sativa) and putted all plants in the same place, in order to be in future germobank for Judia variety. These plants were now characterized with photosynthetic traits (Chapter 8). Significant differences were obtained in the photosynthetic rate and in the optimal temperature for the respective rate (ranging from 3.8 μmol CO2m-2s-1 at 32.5ºC and 5.8 μmol CO2m-2s-1 at 22.0ºC for clone 136 (Murça) and 57 (Valpaços), respectively. These temperature values are in agreement with the values of ºD obtained from the mother trees suggesting that they conserve some thermal memory from different clones (long-term adaptability). Associating the thermo-sensitivity to water stress, we obtained changes in the metabolites contents of the leaves. The strategy adopted by the clones under highest stress was the increase of soluble sugars and the reduction of starch content. The photosynthetic pigments also reflected the resistance/sensitivity of the grafted plants as well as the content of phenolic compounds. High levels of total phenols detected in stressed plants, were considered the main response against abiotic stresses. In what concerns the fatty acid composition, the low unsaturation level (clones 24 and 67: Chaves and Alfândega da Fé) showed better thermo-tolerance in contrast to the high level found in clones 130, 136, (Bragança and Murça, respectively ). In the last Chapter 9, Ca90 was chosen as the rootstock control for its known resistance to "the ink disease" caused by Phytophthora cinnamomi. To better understand the resistance mechanisms plants were inoculated as well as seedlings from C. sativa grafted with Judia variety. The pos-inoculation phase (9-16 days after inoculation) was followed by physiological and biochemical studies. All plants of Ca90 survived to the oomycete infection, while 87.5% of the Judia plantlets died after 30 days. After 16 days, the plantlets of Judia variety showed a reduction of 92.9% in their leaf water potential, contrasting with 35.8% of the Ca90 plants. This decrease in Judia plantlets was caused by a decrease in chlorophyll content (23.2%) and an increase in chla/b (3.1 to 3.5). Also, there was a decrease of 58.3% in the photosynthesis rate of Judia variety plantlets. The significant increase in soluble sugars and phenols (50%) in Ca90 clones seem to be a response to the invasion and consequently to increased resistance. Finally Chapter 10 refers to the conclusions and general discussion which is also referred the importance of this study and which proposals for future studies.
Description: Tese de Doutoramento em Ciências Agronómicas e Florestais
URI: http://hdl.handle.net/10348/2288
Document Type: Doctoral Thesis
Appears in Collections:OLD - Teses de Doutoramento

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
PhD_ltrdinis.pdf13,95 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


FacebookTwitterDeliciousLinkedInDiggGoogle BookmarksMySpace
Formato BibTex mendeley Endnote Logotipo do DeGóis Logotipo do Orcid 

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.