Physiological, yield and grain quality responses in soybean and wheat genotypes subjected to water stress in the Cerrado

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Programa de Pós-Graduação em Agronomia, 2022.A seleção de genótipos de soja e de trigo tolerantes à seca em plantio de sequeiro e com maior eficiência no uso de água no caso de se utilizar irrigação, é uma prioridade de pesquisa, especificamente em regiões onde ocorre precipitações pluviométricas irregulares ou em locais onde as mudanças climáticas devem resultar em redução na disponibilidade de água, pois essa situação reduz a produtividade e a qualidade de grãos nessas culturas. Nesse contexto, o uso de novas tecnologias que permitam mitigar os efeitos da seca e ainda, a seleção eficiente de materiais geneticamente superiores em relação à tolerância a seca é de suma importância. Neste trabalho, objetivou-se: (1) avaliar as respostas de cultivares de soja ao estresse hídrico, em relação ao rendimento e à qualidade dos grãos cultivados em condições típicas de Cerrado (Experimento 01); (2) estimar as correlações canônicas entre índices de vegetação e variáveis fisiológicas, componentes de rendimento e qualidade de grãos de cultivares de soja submetidos ao estresse hídrico no Cerrado (Experimento 01); (3) avaliar as respostas fisiológicas, espectrais e agronômicas de genótipos de trigo ao estresse hídrico, cultivados em condições típicas de Cerrado (experimento 02). Os experimentos foram conduzidos na Embrapa Cerrados, Planaltina-DF, em delineamento em blocos ao acaso (DBC), em esquema de parcelas subdivididas, com três repetições, em dois anos de cultivo (maio a setembro de 2018 e de 2019). Nas parcelas foram alocados os genótipos (experimento 01: NA 5909RG; M 6410IPRO; BRS 5980IPRO; BRS 7180IPRO; BRS 7280RR; BRS 7380RR e, experimento 02: BRS 254; BRS 264; CPAC 01019; CPAC 01047; CPAC 07258; CPAC 08318; CPAC 9110; BRS 394 (bióticos irrigados) e Aliança; BR 18 (Terena); BRS 404; MGS Brilhante; PF 020037; PF 020062; PF 120337; PF 368; PF 080492; TBIO Sintonia (biótipos de sequeiro)) e, nas subparcelas os quatro regimes hídricos (experimento 01: RH1, RH2, RH3 e RH4, representando 31, 44, 64 e 100% da reposição da evapotranspiração da cultura – ETc e, experimento 02: 22, 43, 81 e 100% da reposição da evapotranspiração da cultura - ETc). Foram realizadas avaliações das características de trocas gasosas, índices de vegetação, componentes de produção e qualidade dos grãos. Os dados observados foram submetidos à análise de variância conjunta multivariada, por safra. No experimento 02 realizou-se agrupamento de genótipos pelo método de Ward com base na distância de Mahalanobis. Em ambos os experimentos, os tratamentos (genótipos e regimes hídricos) foram representados em biplot a partir da decomposição em valores singulares da matriz de médias dos tratamentos nos dois anos. Em ambas as culturas, a condição de estresse hídrico afetou negativamente as trocas gasosas, os índices de vegetação e o rendimento dos grãos, mas em grau diferente nos genótipos estudados. Nessa condição, observa maior eficiência no uso da água e maior massa de raízes nos genótipos de trigo. Índices espectrais são importantes na divergência dos genótipos e os índices baseados na banda do infravermelho próximo são relacionados com respostas fisiológicas e agronômicas de trigo e soja. Os genótipos de trigo (BRS 264; BRS 394; CPAC 01047; CPAC 07258; CPAC 8318; CPAC 9110; PF 100368; TBIO Sintonia) são mais afetados pela indisponibilidade de água. As cultivares de soja BRS 7280RR e NA 5909RG apresentam maior desempenho produtivo tanto em maior quanto em menor disponibilidade hídrica.The selection of drought-tolerant soybean and wheat genotypes for rainfed plant period and with greater efficiency in the use of water for irrigated conditions, is a research priority, specifically in regions where irregular rainfall occurs or in places where climate change should result in a reduction in water availability, as this situation reduces productivity and grain quality in these crops. In this context, the use of new technologies that mitigate the effects of drought and the efficient selection of genetically superior materials in relation to drought tolerance is paramount. This work aimed to: (1) evaluate the responses of soybean cultivars to water stress, in relation to yield and quality of grains cultivated under typical Cerrado conditions (Experiment 01); (2) estimate the canonical correlations between vegetation indices and physiological variables, yield components and grain quality of soybean cultivars to water stress in the Cerrado (Experiment 01); (3) evaluate the physiological, spectral and agronomic responses of wheat genotypes to water stress, cultivated under typical Cerrado conditions (experiment 02). The experiments were carried out at Embrapa Cerrados, Planaltina-DF, in a randomized block design (DBC), in a split-plot scheme, with three replications, in two years of cultivation (May to September of 2018 and 2019). The genotypes were allocated in the plots (experiment 01: NA 5909RG; M 6410IPRO; BRS 5980IPRO; BRS 7180IPRO; BRS 7280RR; BRS 7380RR and, experiment 02: BRS 254; BRS 264; CPAC 01019; CPAC 01047; CPAC 07258; CPAC 08318; CPAC 9110; BRS 394 (irrigated biotics) and Aliança; BR 18 (Terena); BRS 404; MGS Brilhante; PF 020037; PF 020062; PF 120337; PF 368; PF 080492; TBIO Sintonia (rainfed biotypes)) and, in the subplots, the four water regimes (experiment 01: RH1, RH2, RH3 and RH4, representing 31, 44, 64 and 100% of the replacement of crop evapotranspiration - ETc and, experiment 02: 22, 43, 81 and 100% of crop evapotranspiration replacement - ETc). Assessments of gas exchange characteristics, vegetation indexes, production components, and grain quality were carried out. The observed data were submitted to joint multivariate analysis of variance by crop. In experiment 02, genotypes were grouped using the Ward method based on the Mahalanobis distance. In both experiments, the treatments (genotypes and water regimes) were represented in biplot, from the decomposition into singular values of the matrix of means of the treatments in the two years. In both cultures, the water stress condition negatively affected gas exchange, vegetation rates and grain yield, but to a different degree in the studied genotypes. In this condition, it observes greater water use efficiency and greater mass of roots in the wheat genotypes. Spectral indices are important in the divergence of genotypes, and indices based on the near-infrared band are related to physiological and agronomic responses of wheat and soybean. Wheat genotypes (BRS 264; BRS 394; CPAC 01047; CPAC 07258; CPAC 8318; CPAC 9110; PF 100368; TBIO Sintonia) are most affected by water unavailability. Soybean cultivars BRS 7280RR and NA 5909RG present greater productive performance in both higher and lower water availability