Ferramentas da Biotecnologia no Melhoramento Florestal

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1 Ferramentas da Biotecnologia no Melhoramento Florestal III Reunião de Integração e Atualização Técnica em Floresta Plantada Piracicaba SP 16 / 09 / 2008 Fernando S. Gomes ArborGen Ltda

2 ArborGen RUBICON MeadWestvaco INTERNATIONAL PAPER Maior empresa produtora de mudas florestais no mundo Produção, Vendas e Distribuição Mais de 300 milhões de mudas por ano Líder mundial em Melhoramento Florestal Germoplasma elite (Pinus e Eucalipto) Summerville, SC Campinas, SP, BR America do Sul Whakatane, NZ Australasia Viveiros / Laboratórios / Pomares de Sementes em 20 regiões; 4 países

3 Oportunidades Biotecnologia em espécies florestais Eucalipto geneticamente melhorado Desenvolvimento clonal do Pinus taeda

4 Produtos agrícolas melhorados via Biotecnologia O crescimento populacional exigirá recursos naturais População mundial atual: 6,2 bilhões Estimativa para 2050: 9,4 bilhões

5 A produtividade das plantações geneticamente melhoradas é fundamental para suprir a demanda global por madeira O consumo per capita de madeira e produtos à base de madeira aumentou 17% no decorrer do século XX A demanda por madeira e produtos derivados cresce 1,7% ao ano O consumo de celulose cresce 5% ao ano nos países em desenvolvimento (China >15%) Estima-se que as plantações comerciais de crescimento rápido fornecerão 50% da madeira industrial em 2025 e até 75% em 2050 Source: RISI

6 Países que já adotaram a biotecnologia

7 Produtos agrícolas melhorados via Biotecnologia Aspectos regulatórios rios USDA-APHIS EUA Aprovações comerciais Mais de 60 produtos 2 espécies arbóreas (Mamão e Ameixa) ArborGen Mais de 200 experimentos CTNBio Brasil Aprovações comerciais 10 produtos agrícolas ArborGen Experimentos com eucalipto estabelecidos desde 2005

8 Biotechnology Oportunidades Biotecnologia Potential for em Eucalyptus espécies & Pulp florestais in Brazil Eucalipto geneticamente melhorado Desenvolvimento clonal do Pinus taeda

9 Plataforma para Biotecnologia: Melhoramento / Clonagem / Produção Programas de Melhoramento (Assis & Mafia, 2007) Métodos de Propagação (Higashi et al., 2000) Práticas de Viveiro (Stape et al., 2001 / Alfenas et al., 2004) 1970 s Estratégias combinadas (sexuada e assexuada) Jardins clonais com espaçamentos entre cepas de 3m x 3m Utilização de híbridos: seleção massal 1980 s Crescente disponibilidade de sementes melhoradas; Semeadura direta; Plantas produzidas sob Pleno Sol Hibridação através de Seleção Recorrente Simples Jardins clonais com espaçamentos entre cepas de 0,5m x 0,5m (15 macro-estacas / m 2 / mês) 1990 s Desenvolvimento de estruturas de propagação e casas de vegetação Híbridos F1 utilizados para gerar novos cruzamentos Mini-jardins com 25 a 50 plantas / m2 (até 1,500 miniestacas / m 2 / mês) 2000 s Foco em qualidade da madeira ; resistência ao frio Crescente disponibilidade de micro-estacas Práticas de viveiro adaptadas a um pequeno número de clones Plantios em escala comercial Plantios heterogêneos Gradual estabelecimento de plantios clonais em larga escala Total adoção de programas clonais Clones elite IMA (m 3 /ha/year)

10 Plataforma para Biotecnologia: Silvicultura / Manejo 1970 s 1980 s 1990 s 2000 s Preparo de solo (Gonçalves et al, 2000) Revolvimento das camadas superiores do solo; total ou parcial incorporação de resíduos da colheita Remoção dos resíduos da colheita da linha de plantio e subsolagem Tendência: manutenção dos resíduos orgânicos sobre o solo Controle de matocompetição Área total Restrito à linha de plantio Fertilização (Barros et al., 1995 / Stape et al., 2000) Regimes de adubação distintos entre empresas / Dados não publicados Fertilização baseada em tabelas gerais de análise de solo Consideração de aspectos relacionados à relação solo / planta Sistemas específicos, por clone / solo Espaçamento de plantio Espaçamentos menores visando compensar alta mortalidade e maximizar volume por hectare Adoção gradual de espaçamentos mais amplos Espaçamento em função da capacidade produtiva do sítio Alterações na configuração ( quadrado ) 45 Crescente disponibilidade de materiais genéticos superiores Práticas de manejo extensivamente estudadas para clones elite 40 MAI (m 3 /ha/year)

11 Caracterização de qualidade da madeira em clones elite no Brasil Maiores variações E. grandis E. urograndis 48,6% 49,3% 43,9% 57,6% 44,4% 46,7% 50,2% 54,5% 31,7% 27,5% 30,5% 27,5% Lignina Celulose Rendimento em Celulose Lignina Celulose Rendimento em Celulose Clone A Clone B Clone C Clone D 482 Kg/m Kg/m Kg/m Kg/m 3 Fonte: Gomide et al (2006)

12 Aplicações da Biotecnologia Melhoramento para rendimento em celulose Redução de Lignina Menor tempo de processamento e redução nos custos de produção Redução no uso de produtos químicos Maior rendimento em celulose Maior relação S:G Lignina mais facilmente removível Correlação com rendimento em celulose Menor consumo de Dióxido de Cloro no processo de branqueamento

13 Primeiro experimento com Eucalipto transformado para Redução de Lignina Teor de lignina Testemunha Oportunidades Linhagens selecionadas Maior produtividade (eficiência) 85 lines Teor de Celulose Madeira de maior valor Melhoria de todo o processo produtivo (floresta indústria) Testemunha 85 lines

14 Eucalipto tropical resistente ao frio Resultados indicam tolerância de até - 9ºC Testemunha Melhorado Melhorado

15 Demanda por materiais resistentes ao frio Potencial no Sul do Brasil Eucalipto convencional em baixas temperaturas (- 6ºC) no Paraná E. dunnii 3 meses E. grandis 9 meses

16 Eucalipto resistente ao frio Oportunidades na Silvicultura Classificação da capacidade produtiva do solo para E. grandis (15,000 ha Arapoti PR) Implicações Operações de Silvicultura não são restritas a pequenas áreas Áreas de alta capacidade produtiva (50-60 m 3 /ha/year) para E. grandis e E. urophylla Restrição: baixas temperaturas Plantio pode ser realizado durante todo o ano Alternativas de espécies Clone elite de E. urophylla 2 anos Fonte: Gomes et al (2004)

17 Biotechnology Oportunidades Biotecnologia Potential for em Eucalyptus espécies & Pulp florestais in Brazil Eucalipto Eucalyptus geneticamente Product Status melhorado Desenvolvimento clonal do Pinus taeda

18 Performance de sementes de Pinus taeda Média Freqüência σ σ Baixa = 17% Média = 66% Performance Alta = 12% Muito alta = 5%

19 Melhoramento florestal Geração Freqüência Performance

20 Clonagem Sementes Clone

21 Benefícios da Silvicultura Clonal Eucalipto em contexto 50 Melhoria da qualidade da madeira / rendimento em celulose 45 IMA (m3/ha/ano) Inicio dos Programas de Melhoramento Programas de Melhoramento avançados Plantios florestais clonais

22 Produção de Clones de Pinus Embriogênese Somática Extração de sementes Meio de cultura Tecido embriogênico Crio-preserva preservação Multiplicação Produção de embriões

23 Desenvolvimento clonal 1 Tecido embriogênico 6 Plantio comercial 2 Crio-preservação 5 Propagação do clone selecionado 3 4 Propagacao de centenas de clones Teste clonal

24 Estratégias desenvolvimento clonal no Brasil Material genético desenvolvido no Brasil Mais de clones de famílias elite em testes de 1ª fase Material selecionado nos EUA ( ArborGen Testing Service ATS) Teste clonal - Klabin Milhares de clones de famílias elite em testes de 1ª fase Participação: Weyerhaeuser, International Paper e MeadWestvaco Teste clonal - EUA

25 Experimentos com clones de Pinus taeda na América do Sul São Paulo Paraná Sta Catarina Minas Gerais Mato Grosso do Sul Uruguai Argentina

26 Testes de 2ª fase no Brasil (Rigesa) Idade 1 ano Clone A (pré-selecionado nos EUA) Testemunha (Material elite sementes)

27 Testes de 1ª fase no Brasil (Klabin) Idade 15 meses Centenas de clones em testes de campo Teste clonal (clones provenientes de famílias de polinização aberta) Ranking Clone Altura (m) Diferença 1 2 A B % 27% 4 sites 2 sites 3 C % 4 D % 79 Testemunha (Polinização Controlada) Testemunha (Polinização Aberta) 1.36

28 Programa Cooperativo de Pesquisa PPPIB (Pinus Potential Productivity in Brazil) Programa formado por 9 empresas plantadoras de Pinus no Brasil e pela ArborGen, e coordenado pelo IPEF O objetivo geral é quantificar e endender os processos que controlam a produtividade (aspectos relacionados ao manejo e silvicultura clonal) e suas interações com o ambiente Testes de campo: Parcelas gemeas ( n sitios, 8 empresas) Silvicultura (2 sitios) Silvicultura / clones (1 sitio) Homogeneo Tratamento Heterogeneo Fertilizado Naofertilizado Naofertilizado Fertilizado Parcelas (12 linhas x 16 plantas) x 3 reps (12 linhas x 16 plantas) x 3 reps (12 linhas x 16 plantas) x 3 reps (12 linhas x 16 plantas) x 3 reps Numero de mudas Feb 07 Jul 07 Dez Total 2, plantas Parcela 12 linhas 4

29 Programa Cooperativo de Pesquisa PPPIB (Pinus Potential Productivity in Brazil) Clone GE34 Parcela Homogênea (idade de 1 ano) Foto: Klabin

30 Programa Cooperativo de Pesquisa PPPIB (Pinus Potential Productivity in Brazil) Plantio 21/12/2007 Plantio 23/07/2007 Plantio 23/02/2007 Clone GE34 Parcela Heterogênea (idade de 1 ano) Foto: Klabin

31 Clones de Pinus Oportunidades na Silvicultura Maior produtividade / uniformidade Redução nos custos de plantio e manutenção Desbastes antecipados Uniformidade de produtos Eliminação de desbaste précomercial em áreas de alta produtividade Número Number de of Genotypes genótipos Altura Mean Distribuição Clonal Test de média height Genótipos Genotype Teste Distribution Clonal -2σ +2σ 2.5% 95% Height Altura Selection Altura threshold limite de seleção height 2.5% Desrama em plantios heterogêneos aos 3 anos (áreas de alta produtividade) Plantio clonal 6 anos (EUA)

32 Clones de Pinus Oportunidades na Silvicultura Efeito da homogeneidade nas operações de colheita Plantio heterogêneo Plantio homogêneo 63 % (d > 18 cm) 45 % de toras de 3,76m 55 % de toras de 2,50m 85 % (d > 18 cm) 60 % de toras de 3,76m 40 % de toras de 2,50m 27 cargas / turno 38 cargas / turno

33 Benefícios da Silvicultura Clonal Eucalipto em contexto Havaí - Semente 1.0 Brasil - Clone Percentual Proportion de of Biomass biomassa Hawaii Havaí - Seedling semente- Fertilized Brazil Brasil - Clone clone- Irrigated Fertilized Biomassa na idade de 4,5 anos: Hw = 85 t/ha Br = 86 t/ha Percentual Proportion de of árvores Trees Fonte: Stape (2008)

34 Clones de Pinus Oportunidades na Silvicultura Tendência recente de adoção de maiores espaçamentos Terreno mecanizável Declividade > 20% Linha da subsolagem (em nível) Sentido de retirada da madeira 2,5 3,0 4,5 3.0 m x 2.0 m / 4.5 m x 2.0 m 3.0 m x 2.5 m / 4.5 m x 2.5 m Fonte: Gomes et al (2004) Clone espaçamentos ainda maiores Maior eficiência nas operações de silvicultura e colheita

35 Conclusão A transformação genética é uma tecnologia já amplamente utilizada na produção agrícola, e agora também disponível para espécies florestais. O desenvolvimento da tecnologia de transformação genética deve ocorrer paralelamente aos avanços obtidos na área de melhoramento florestal. Futuros resultados de experimentos estabelecidos no Brasil fornecerão estimativas precisas a respeito das oportunidades para a indústria de celulose e papel. A tecnologia de clonagem de Pinus taeda será responsável por ganhos de produtividade e uniformidade comparáveis aos já obtidos com o advento da clonagem de eucalipto. Os ganhos significativos que podem ser obtidos a curto prazo, como resultado da adoção de ferramentas de biotecnologia, ampliarão ainda mais a vantagem competitiva ja alcançada pelo setor florestal brasileiro.

36 MUITO OBRIGADO!