MELHORAMENTO DE LINHAGENS DE FEIJÃO-CAUPI COM ALTOS TEORES DE PROTEÍNAS E MINERAIS NAS SEMENTES PARA O VALE DO SÃO FRANCISCO

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1 Área: Genética e Melhoramento MELHORAMENTO DE LINHAGENS DE FEIJÃO-CAUPI COM ALTOS TEORES DE PROTEÍNAS E MINERAIS NAS SEMENTES PARA O VALE DO SÃO FRANCISCO Carlos Antônio Fernandes Santos 1 1 Engº Agrônomo, Pesquisador, Embrapa Semiárido, CP 23. Petrolina, PE. casantos@cpatsa.embrapa.br. Resumo O aumento do teor de proteínas e minerais em cultivares é uma estratégia para atenuar problemas de má nutrição em áreas semiáridas. O objetivo do presente trabalho foi quantificar o teor de proteínas totais e de potássio, cálcio, ferro, zinco e sódio em linhagens F6 de diferentes cruzamentos de feijão-caupi visando a seleção de cultivares para o Vale do São Francisco. As linhagens foram avaliadas em blocos ao acaso, com duas repetições, em condições de sequeiro, em Petrolina-PE. O método microkjeldhal foi adotado para analises de proteínas totais, enquanto o teor de minerais foi determinado em espectrofotômetro de absorção atômica. Foram realizadas análises de variâncias e de correlações simples para essas variáveis, bem como para produtividade de grãos. Foram observadas diferenças estatísticas significativas (p<0,01) para as variáveis analisadas. O teor de proteínas totais variou de 22,5 a 34,1%, o teor de potássio de a ppm e o de cálcio de 410 a 6260 ppm. Para os microminerais ferro, zinco, e sódio os valores variaram de 36,5 a 137 ppm, de 36,0 a 58,0 ppm e de 29,2 a 88,0 ppm, respectivamente. A seleção de cultivares com teor de proteínas totais elevado não provocará impactos negativos na produção de grãos, bem como na concentração dos minerais analisados, de acordo com as analises de correlações simples. Esses resultados sugerem a possibilidade da obtenção de cultivares de feijãocaupi, combinando altos valores de proteínas e minerais essenciais para a dieta humana. Palavras-chave: Vigna unguiculata, nutrição humana, cultivares Introdução A má nutrição com proteínas-calorias é uma síndrome nutricional que afeta milhões de pessoas em países em desenvolvimento, principalmente devido ao alto preço para obtenção de proteínas de origem animal. Leguminosas, como o feijão-caupi (Vigna unguiculata (L.) Walp.), são importantes alternativas para suplementação protéica de origem vegetal, desde que associadas com outras fontes calóricas, como cereais. O teor protéico dos grãos do feijão-caupi é de, aproximadamente, 25%, com valores aceitáveis de aminoácidos, exceto metionina, cistina e cisteína (IQBAL et al., 2006). Os microminerais, como ferro e zinco, são necessários em pequenas quantidades diárias pelo organismo para a manutenção da normalidade metabólica e para o funcionamento adequado das células (RIBEIRO et al., 2008). Como revisado por RIOS et al. (2009), a introdução de produtos agrícolas biofortificados, variedades melhoradas que apresentem maior conteúdo de minerais e vitaminas, além de complementar as intervenções em nutrição, proporciona maior sustentabilidade e baixo custo para produtores e consumidores. Linhagens com altos teores de proteínas e minerais tem sido desenvolvidas no principal centro de pesquisa internacional de feijãocaupi, o International Institute of Tropical Agriculture (IITA) (SINGH, 2007), indicando a possibilidade de aumentar-se consideravelmente a concentração destes componentes em outras linhagens de feijão-caupi. 1 1

2 O objetivo desse trabalho foi quantificar o teor de proteínas totais e dos minerais ferro, potássio, cálcio, zinco e sódio em linhagens F6 de diferentes cruzamentos de feijão-caupi, avaliadas em condições de sequeiro, para desenvolver novas cultivares com teores elevados desses compostos nutricionais para o vale do São Francisco. Material e Métodos As linhagens avaliadas foram resultantes dos cruzamentos de genótipos adaptados ao vale do São Francisco com três introduções do IITA, quais sejam IT97K , IT99K e IT97K-499 (Tabela 1), que apresentam altos teores de proteínas e minerais (Singh, 2007). Os avanços das gerações F1 a F5 foram realizados em condições irrigadas, no Campo Experimental de Bebedouro, pelo método de uma vagem por planta, com seleções intensas contra viroses e para menor número de dias para colheita. As linhagens F6 foram avaliadas em ambiente de sequeiro, na Estação Experimental da Caatinga, em blocos ao acaso, com duas repetições, em O espaçamento adotado foi de 1,0 m x 0,1 m, sendo cada unidade experimental formada por uma linha de 2,0 m. A quantificação de proteínas totais em feijão seco foi realizada pelo método microkjeldhal (AOAC, 1995). A 100 mg de amostra de grãos de feijão-caupi seco moído foi adicionado 5 ml de solução digestora ácida. A digestão foi realizada em bloco digestor, com aumento gradativo da temperatura, até 370 C, para completa fixação do nitrogênio protéico em amônio, na forma de sulfato de amônio. O nitrogênio foi então destilado e recolhido na forma de amônia em solução de ácido bórico a 2%, formando íons borato, que foram titulados com ácido sulfúrico padronizado para quantificação do nitrogênio protéico e posterior conversão em teor de proteínas totais. Os resultados foram expressos em % de proteína, com correção para massa seca. As quantificações para os minerais potássio (K), cálcio (Ca), ferro (Fe), zinco (Zn) e sódio (Na) foram realizadas de acordo com a metodologia AOAC (1995)). A cada 500 mg de amostra de grão seco moído de feijão-caupi foi adicionado 5 ml de ácido nítrico e 1 ml de ácido perclórico para digestão ácida, que foi realizada em bloco digestor. A preparação dos extratos foi realizada da seguinte forma: Extrato A Fe, Zn e Na. Após o resfriamento dos tubos digestores, acrescentou-se 49 ml de água destilada e deionizada. As amostras foram levadas para leitura em espectrofotômetro de absorção atômica, marca Varian; e Extrato B K e Ca. Foi transferido 1 ml do extrato A para Becker de 50 ml, devidamente identificado de acordo com o número do protocolo das amostras. Completou-se com 49 ml de óxido lantânio e as amostras do extrato B foram levadas para leitura em espectrofotômetro de absorção atômica, marca Varian. Os resultados foram expressos em parte por milhão (ppm) ou mg/kg de matéria seca dos grãos. Os resultados de proteínas e minerais foram submetidos às análises de variância e de correlações simples com apoio do sistema SAS (SAS, 1989). Linhagens F6 foram selecionadas para avaliações em vários ambientes considerando as que apresentaram produção de grãos em ambiente dependente de chuva e maiores teores de proteínas totais. Resultados e Discussão Das 107 linhagens instaladas no campo apenas 87 produziram sementes para a quantificação de proteínas e minerais, sendo que a menor relação avaliadas/instaladas foi no cruzamento IT97K x BRS Pujante. O maior número de linhagens avaliadas foi obtido nos cruzamentos IT99K x BRS Tapaihum e IT97K x BRS Tapaihum (Tabela 1). Todas as variáveis analisadas apresentaram significância (p< 0,05 ou 2 2

3 0,01), com coeficientes de variação de 2,9 a 50,7%, sugerindo alta variabilidade para todos os caracteres avaliados e adequadas condições experimentais, exceto produção de grãos e teor de cálcio (Tabela 1). O maior valor de proteínas totais, 34,1%, foi observado no cruzamento IT97K x BRS Tapaihum (Tabela 1), indicando situação favorável para elevação significativa do teor de proteínas totais em cultivares de feijão-caupi adaptadas às condições de cultivo do vale do São Francisco. Para todos os demais cruzamentos foram observados valores máximos de proteínas totais em torno de ou superior a 30%, que é superior ao valor médio de 25% reportado para a espécie Vigna unguiculata (IQBAL et al., 2006). Para o mineral potássio o maior valor observado foi no cruzamento IT99K x BRS Tapaihum (Tabela 1), enquanto nos demais cruzamentos os valores máximos observados foram superiores ao valor máximo reportado por SINGH (2007), ppm, em 50 cultivares de feijão-caupi avaliadas na Austrália. Para o mineral cálcio o maior valor observado foi no cruzamento IT99K x Canapu Curaça (Tabela 1), enquanto nos demais cruzamentos os valores máximos observados foram superiores ao valor máximo reportado por SINGH (2007), 1300 ppm, em 50 cultivares de feijão-caupi avaliadas na Austrália. Para o mineral ferro o maior valor observado foi no cruzamento IT97K x BRS Pujante, 137 ppm, enquanto nos demais cruzamentos os valores máximos observados foram superiores ao valor máximo reportado por Singh (2007), 79,1 ppm, em 50 cultivares de feijão-caupi avaliadas na Austrália. Para o mineral zinco o maior valor observado foi no cruzamento IT99K x BRS Tapaihum, 58,0 ppm, enquanto nos demais cruzamentos os valores máximos observados foram próximos ao valor máximo reportado por SINGH (2007), 48 ppm, em 50 cultivares de feijão-caupi avaliadas na Austrália. Para o mineral sódio o maior valor observado foi no cruzamento IT x BRS Tapaihum, 88,0 ppm, sendo esse valor bastante inferior ao reportado para a cultivar de feijão-caupi BRS Milênio, 204 ppm, reportado por FROTA et al. (2008). As correlações simples indicam que o aumento do teor de proteínas totais não provocará impactos negativos na produção de grãos, bem como na concentração dos minerais analisados. A produção de grãos poderá ser impactada negativamente com o aumento da concentração de potássio e cálcio, e positivamente impactada com o aumento nos teores de ferro e sódio nos grãos de feijão-caupi. Apenas as correlações entre os minerais potássio x ferro e ferro x sódio apresentaram correlações negativas significativas, indicando dificuldades para o aumento da concentração simultâneo dos minerais nos grãos das linhagens de feijão-caupi analisadas (Tabela 2). Trinta e seis linhagens que apresentaram produção de grãos em condições de estresse hídrico e com teores de proteínas totais acima de 28% (Tabela 3) foram selecionadas para avaliações em vários ambientes do vale do São Francisco, considerando diferentes densidades populacionais para plantas de porte semiramador e de porte ereto e semi ereto, visando à recomendação de novas cultivares de feijão-caupi adaptadas a região. Conclusões 1. O teor de proteínas totais variou de 22,5 a 34,1%, o teor de potássio de a ppm e o de cálcio de 410 a 6260 ppm. Para os microminerais ferro, zinco, e sódio os valores variaram de 36,5 a 137 ppm, de 36,0 a 58,0 ppm e de 29,2 a 88,0 ppm, respectivamente, indicando a possibilidade da obtenção de cultivares de feijão-caupi, combinando altos valores de proteínas e minerais essenciais para a dieta humana. 2. As correlações simples indicam que a seleção de cultivares com teor de proteínas totais elevados não provocará impactos negativos na produção de grãos, bem como na concentração dos minerais. 3 3

4 Ao CNPq pelo apoio financeiro. Agradecimentos Referências AOAC. Official Methods of Analysis. Washington: Association of Official Analytical Chemists., 1995, 1018p. FROTA, K. de M.G.; SOARES, R.A.M.; AREAS, J.A.G. Composição química do feijão-caupi (Vigna unguiculata L. Walp), cultivar BRS-Milênio. Ciências e Tecnologia de Alimentos 28: , IQBAL, A.I.A., KHALIL, N.; KHAN, M.S. Nutritional quality of important food legumes. Food Chemistry 97: , RIBEIRO, N. D.; JOST, E.; CERUTTI, T.; MAZIERO, S. D.; POERSCH, N. L. Composição de microminerais em cultivares de feijão e aplicações para o melhoramento genético. Bragantia, v. 67, n. 2, p , RIOS, A.S.; ALVES, K.R.; COSTA, N.M.B.; MARTINO, H.S.D. Biofortificação: culturas enriquecidas em micronutrientes pelo melhoramento genético. Revista Ceres 56: , SAS. SAS/STAT User s Guide, Version 6, Fourth Edition, Volume 1. Cary: SAS Institute Inc., 1989, 890 p. SINGH, B.B. Recent Progress in Cowpea Genetics and Breeding. Acta Horticulturae 752: 69-75, Tabela 1. Número de linhagens instaladas e avaliadas, média e valores máximo e mínimo, média geral, quadrado médio de tratamentos e coeficiente de variação para produção de grãos, proteínas e minerais quantificados para 87 linhagens F 6 de feijão-caupi oriundas de seis diferentes cruzamentos, avaliadas em condições de sequeiro, Petrolina, PE, Linhagens Valor Produção Proteínas K Ca Fe Zn Na Cruzamentos Instalada Avaliada g/parcela % Ppm IT99K x BRS Tapaihum Menor 61,6 25, ,5 41,0 42,4 Maior 281,8 30, ,5 58,0 82,9 Média 193,9 28, ,9 49,9 64,9 IT97K x BRS Tapaihum Menor 57,1 24, ,0 38,6 32,3 Maior 317,2 34, ,5 55,5 88,0 Média 191,8 28, ,8 47,8 55,6 IT97K x Linhagem T16 Canapu Menor 20,2 26, ,0 40,0 29,2 Maior 281,4 31, ,0 49,7 59,5 Média 123,1 28, ,3 45,2 44,5 IT99K x Canapu Curaçá Menor 9,3 27, ,5 41,0 42,4 Maior 172,0 29, ,5 53,5 72,8 Média 95,8 28, ,3 45,1 54,5 IT97K x BRS Pujante 16 5 Menor 36,3 22, ,0 38,0 47,5 Maior 182,0 29, ,0 50,0 67,7 Média 72,8 26, ,0 44,2 55,6 IT97K-499 x Linhagem T16 Canapu Menor 56,6 25, ,0 36,0 35,7 Maior 239,7 30, ,5 46,2 62,7 Média 137,3 27, ,3 40,2 50,3 Total Média Geral ,1 28, ,4 46,3 56,2 QMTratamentos ** 4,58** 4700** 1200** 984** 46** 28** Coeficiente de variação ,7 2,9 4,8 41,8 26,8 8,3 22,5 ** e * significativo a 1% e 5% de probabilidade, respectivamente, pelo teste F. 4 4

5 Tabela 2. Correlações simples para produção de grãos, proteína total e alguns minerais em linhagens F6 resultantes de seis cruzamentos entre diferentes cultivares de feijão-caupi. Petrolina, PE, Produção de grãos Potássio cálcio Ferro Zinco Sódio Proteína -0,194-0,127 0,064 0,191 0,185-0,176 Produção grãos -0,375** -0,253* 0,457** 0,001 0,408** Potássio 0,001-0,468** 0,494** 0,556** Cálcio 0,179-0,002-0,027 Ferro -0,02-0,450** Zinco 0,252* ** e * significativo a 1% e 5% de probabilidade, respectivamente, pelo teste t. Tabela 3. Produção de grãos (kg/ha), porte da planta, teores de proteínas e dos minerais potássio, cálcio, ferro, zinco e sódio de linhagens selecionadas para avaliações em vários ambientes do vale do São Francisco. Petrolina, PE, Linhagem Cruzamento Proteína Produção Potássio Cálcio Ferro Zinco Sódio *Porte (%) (Kg/ha) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) (ppm) planta C2R IT97K1042 x Tapaihum 34, ,5 50,0 42,4 SR C3S IT97K1042 x T16Canapu 31, ,6 45,6 47,7 SR C2M IT97K1042 x Tapaihum 31, ,5 54,5 47,5 SE C1N IT99K216 x Tapaihum 30, ,0 50,0 62,6 ER C3M IT97K1042 x T16Canapu 30, ,5 45,0 37,3 SR C1R IT99K216 x Tapaihum 30, ,5 47,5 52,5 ER C3Q IT97K1042 x T16Canapu 30, ,6 49,6 27,4 SR C3O IT97K1042 x T16Canapu 30, ,0 40,0 37,3 ER C2I IT97K1042 x Tapaihum 29, ,5 55,0 32,3 ER C1G IT99K216 x Tapaihum 29, ,5 50,0 82,9 ER C1S IT99K216 x Tapaihum 29, ,0 51,0 57,6 ER C3B IT97K1042 x T16Canapu 29, ,5 44,5 52,5 SR C6P IT97K499 x T16 Canapu 29, ,0 46,0 62,6 SR C1M IT99K216 x Tapaihum 29, ,0 50,0 62,6 SR C2J IT97K1042 x Tapaihum 29, ,5 53,0 32,3 ER C3F IT97K1042 x T16Canapu 29, ,0 47,0 37,3 SR C3L IT97K1042 x T16Canapu 29, ,5 48,0 47,5 SR C2C IT97K1042 x Tapaihum 29, ,0 43,5 62,6 SR C1J IT99K216 x Tapaihum 29, ,5 43,0 72,7 ER C1F IT99K216 x Tapaihum 28, ,5 54,5 72,7 ER C1T IT99K216 x Tapaihum 28, ,0 52,0 67,7 SR C2O IT97K1042 x Tapaihum 28, ,0 46,5 62,6 ER C2S IT97K1042 x Tapaihum 28, ER C3R IT97K1042 x T16Canapu 28, ,6 48,6 57,8 SR C2B IT97K1042 x Tapaihum 28, ,0 42,0 62,6 ER C4G IT99K216 x Canapu Curaçá 28, ,5 45,0 42,4 SR C2A IT97K1042 x Tapaihum 28, ,0 49,0 87,9 ER C6A IT97K499 x T16 Canapu 28, ,6 43,6 47,7 SR C2Q IT97K1042 x Tapaihum 28, ,0 44,5 62,6 ER C2T IT97K1042 x Tapaihum 28, ,6 38,6 37,5 SR C3P IT97K1042 x T16Canapu 28, ,6 43,6 37,5 SR C1O IT99K216 x Tapaihum 28, ,5 51,0 47,5 ER C6D IT97K499 x T16 Canapu 28, ,5 36,5 52,5 SR C1I IT99K216 x Tapaihum 28, ,0 50,0 77,8 ER C1V IT99K216 x Tapaihum 28, ,5 52,5 72,7 SR C4I IT99K216 x Canapu Curaçá 28, ,5 41,5 57,6 SR *SR=semi ramador, ER=ereto, SR-semi ereto. 5 5