Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas

LGN 5799 - SEMINÁRIOS EMGENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS

Estudos genéticos auxiliando no manejo e na conservação de espécies arbóreas na Amazônia

Doutoranda: Andréa RaposoOrientadora: Profa.Dra. Elizabeth Ann Veasey

Departamento de GenéticaAvenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil

Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php

Florestas Tropicais

Localizam-se entre os trópicos, ocupam cerca de 7% da superfície da terra.

As Florestas Tropicais Úmidas são caracterizadas por apresentarem aproximadamente 1.500 mm de chuvas por ano e possuírem uma estação seca menor que seis meses.

Quase nenhuma espécie ocorre em mais de um continente e a maioria dos gêneros também é restrita.

A diversidade destas florestas é a maior do planeta, estima-se que em cada hectare existem aproximadamente 300 espécies arbóreas.

Seringueira

CastanheiraSamauma

Estes ecossistemas são facilmente degradados porque os seus solos são com freqüência rasos e pobre em

nutrientes, estando sujeitos a erosões devido à alta densidade pluviométrica.

Em uma escala global, cerca da metade da destruição da floresta tropical úmida, resulta do cultivo de pequenas plantações para subsistência.

Muitas são usadas para agricultura itinerante, na qual parte da floresta é derrubada, queimada e cultivada durante algumas estações até que a fertilidade do solo caia a tal ponto que a terra tem que ser abandonada.

As Florestas Tropicais Úmidas estão desaparecendo rapidamente no mundo inteiro.

Última grande extensão remanescente é a Floresta Amazônica, onde o Brasil abriga grande parte de sua área.

A Floresta Amazônica compreende aproximadamente 7 milhões de Km2 que incluem todos os estados brasileiros da região norte e grande parte dos paises vizinhos entre as Guianas e a Bolívia, ela ocupa 59% do nosso território.

Riqueza da Amazônia Brasileira

Plantas vasculares 40 mil espécies (30 mil endêmicas)

Aves 1.300 espéciesMamíferos 425 mil espécies

Répteis 371 espéciesAnfíbios 427 espécies

Grande parte da biodiversidade localiza-se em áreas de floresta tropical, cuja maior parte esta

situada nas áreas mais pobres do mundo.

Portanto, a utilização sustentável dos recursos florestais tem sido sugerida como uma alternativa para reconciliar a conservação das florestas com as necessidades de

desenvolvimento.

Para a conservação e o manejo sustentável de qualquer espécie florestal, é necessário um amplo conhecimento de suas características ecológicas e também de aspectos da estrutura genética das populações.

A falta destes conhecimentos é preocupante devido ao risco de exploração irracional, sem previsão de conseqüências tanto para a espécie alvo como para o ecossistema como um todo.

As espécies arbóreas são fundamentais para os ecossistemas florestais, servindo de nichos e sombra para espécies arbustivas e herbáceas, assim como ainda sustentam espécies epífitas e lianas. Além de fornecer alimento e moradia a uma série de animais.

Tipos de exploração das espécies arbóreas na Amazônia

Exploração extrativista: constitui na retirada de produtos da floresta primária ou não-plantada para uso pessoal. Não promove grandes danos a floresta.

Exploração convencional: a extração da madeira ocorre com maquinaria pesada e remove cerca de 10 indivíduos/hectare.

Este tipo de exploração não leva em conta informações básicas sobre ecologia e o cultivo de espécies madeireiras, todas as árvores são tratadas da mesma maneira.

O ciclo de corte é de geralmente 60 anos.

O resultado desta exploração, é a diminuição da cobertura vegetal em até 50%.

As áreas desmatadas são altamente propensas a incêndios, devido a crescente penetração de luz e do acúmulo de resíduos da exploração.

Exploração de impacto reduzido: exploração seletiva da madeira, ocorre em três etapas:

- Pré exploratória: realizada um ano antes da exploração, nesta fase ocorre o inventário florestal, planejamento e abertura de trilhas e de estradas para o arraste, além da retiradas de cipós.

- Exploratória: ocorre a seleção, sinalização e a retirada das árvores (2 a 3 indivíduos/hectare), corte direcional e planejamento do arraste.

- Pós exploratória: avaliação do desperdício, manutenção da infra-estrutura, dentre outros.

Este tipo de exploração se baseia em tecnologia adequada, planejamento, treinamento e desenvolvimento de mão-de-obra especializada, adotando tratamentos silviculturais.

Tudo isso faz com que o ciclo de corte possa ser realizado em 30 anos.

Vantagens:

- Eficiência na exploração;- Redução dos custos do arraste e do volume de

madeira desperdiçado;- Maior segurança para os trabalhadores, além de

gerar aproximadamente 35% a mais de empregos.

Área de exploração de baixo impacto.Área de exploração convencional.

O desenvolvimento e aplicação de critérios e indicadores no âmbito de planos de manejo florestal, são fundamentais para garantir a conservação e a manutenção da variabilidade genética das espécies exploradas.

Para se tentar minimizar os danos causados pela retirada de espécies florestais, devem ser realizados estudos básicos de genética e ecologia.

Dentro deste contexto, algumas organizações tais como CIFOR e FSC, vêem tentando padronizar práticas para se manter a sustentabilidade do manejo nas Florestas Tropicais. Cumaru

Estimadores para estratégias de manejo e conservação em

espécies arbóreas

Ecológicos

Padrão de distribuição geográfica (tipos e variedades de habitas);

Biologia da reprodução;

Taxa de crescimento (regeneração);

Sucessão florestal.

Genéticos

Índices para quantificar a variabilidade genética dentro e entre as populações;

Tamanho efetivo populacional (Ne);

Sistema reprodutivo;

Fluxo gênico.

Embora estes parâmetros já existam a algum tempo, eles não tem sido levados em consideração na maioria dos planos de manejo.

Este fato se deve a estes serem muito dispendiosos e demorados.

Parâmetros Ecológicos

Padrão de distribuição geográfica: onde é que as populações de determinada espécie ocorrem e quais os tipos de ambientes que a elas predominam.

Biologia da reprodução: diz respeito a todos os eventos relacionados com a reprodução (estrutura floral, eventos fenológicos, síndrome de polizinação dentre outros).

Parâmetros Ecológicos

Taxa de crescimento (regeneração).

Sucessão florestal: a constante troca de espécies em um ambiente que sofreu um distúrbio natural ou não.

Para ecossistemas de alta diversidade de espécies, onde é impossível estudar todas do ponto de vista genético e ecológico, a escolha da espécie que seráestudada, é de grande importância.

Acredita-se que espécies arbóreas de diferentes grupos sucessionais apresentem padrões característicos da estrutura genética e ecológica.

Ocorrência ImportânciaBanco de sementes

Ciclo vida Exemplos

Curva de distribuição

Espécies pioneiras

Comuns em clareiras grandes

Colonizadoras Sim Curto Embaúba e pimenta longa.

Normal

Espécies secundárias

Raras de pequenas clareiras

Árvores de grande porte, utilizadas na

indústria madeireira.

Sim Longo Mogno, cedro e jatobá.

Normal

Espécies Climácicas

Comuns Árvores utilizadas como madeira e não

madeira.

Não Médio Andiroba e palmito.

“J”invertido

A atividade madeireira gera impacto significativo sobre a biodiversidade.

O impacto no componente genético talvez seja o mais sensitivo de todos, devido a esta atividade promover reduções no tamanho efetivo da população e de interromper o fluxo gênico.

O uso de marcadores moleculares tem sido uma ferramenta efetiva para o entendimento da estrutura genética, do fluxo gênico, do grau de parentesco, além de quantificar os efeitos da fragmentação florestal e guiar estratégias de conservação.

Gel de poliacrilamida corado com prata

Gel de agarose Genotipagem em seqüenciador de DNA

Parâmetros Genéticos

Índices para quantificar a variabilidade genética dentro as populações- Porcentagem de locos polimórficos; número médio de alelos observados; diversidade gênica; heterozigosidade observada e índice de fixação.

Índices para quantificar a variabilidade genética entre as populações

- Estatísticas F de Wright (1965);

- Análise da variância das freqüências gênicas (Cockerham, 1969);

- Análise da diversidade genética em populações subdivididas (Nei, 1973).

Parâmetros Genéticos

Tamanho efetivo populacional (Ne)- Ele é quantificado à partir da variância alélica devida à amostragem,

é uma medida de representatividade genética de indivíduos avaliados em determinada área.

- As taxas de perda da diversidade genética devido a deriva genética podem ser altas em populações com Ne pequeno, que por sua vez édeterminado pela taxa de migração (Nm) entre populações e pela

variação do sucesso reprodutivo.

Parâmetros Genéticos

Sistema reprodutivo- Determina o modo de transmissão dos genes de uma geração para

outra, determinando em parte a estrutura genética espacial e temporal das espécies.

- Seu conhecimento é útil no plantio e manejo de espécies que estão sendo conservadas, pois influencia na forma com que as populações devem receber prioridades

O sistema reprodutivo é muito importante na definição da estrutura genética de uma população, se a

espécie possui fecundação cruzada ela apresenta grande variabilidade genética dentro das populações

e pouca entre elas. Sendo maior a divergência quanto menor for o fluxo gênico.

Parâmetros Genéticos

Fluxo gênico- Via pólen (n) e sementes (2n);

- Função: homogeneizar a variação genética espacial entre as populações;

- Quando o pólen atinge a população ele já é incorporado por ela, já a semente tem que se transformar em plântula e se desenvolver paraser incorporada.

- Determinar a distância de fluxo gênico é importante para poder verificar quais as distâncias necessárias entre as árvores para o manejo.

Distânciafluxo gênico

Diversidade entre populações Exemplos

Espécies pioneiras

Curta Alta de 15 a 25% Embaúba e pimenta longa.

Espécies secundárias

Longa Moderada de 5 a 15% Mogno, cedro e jatobá.

Espécies Climácicas

Média Baixa até 5% Andiroba e palmito.

Na década de 80 descobriu-se que a diversidade genética esta associada com o tipo de polinização, dispersão e com o estágio de sucessão das plantas.

Conservação Genética em Florestas Manejadas na Amazônia

Coordenação: Embrapa Amazônia Oriental

O Dendrogene fez a caracterização genética de espécies florestais, através do uso de marcadores moleculares.

O manejo das espécies arbóreas na Amazônia ocorre de forma arbitrária, como se todas fossem iguais e afetadas da mesma maneira pela exploração seletiva.

Desta forma, foram selecionadas algumas espécies, que representam diferentes grupos ecológicos e que estão entre as mais exploradas.

- parapará (Jacaranda copaia, Bignoniaceae); - andiroba (Carapa guianensis, Meliaceae); - anani (Symphonia globulifera, Clusiacea); - cumaru (Dipterix odorata, Leguminosae); - jatobá (Hymenaea courbaril, Leguminosae); - tatajuba (Bagassa guianensis, Moraceae);- maçaranduba (Manilkara huberi, Sapotaceae).

A meta global do projeto foi desenvolver mecanismos para usar o conhecimento cientifico, para promover o manejo florestal sustentável e a conservação das espécies.

Foram realizados estudos individuais de ecologia reprodutiva, genética e botânica. Então foram utilizados mecanismos que possibilitaram a aplicação integrada dessas informações para orientar as atividades operacionais do manejo florestal.

O modelo de simulação, Eco-gene, que foi desenvolvido para analisar os impactos antrópicos ao sistema genético de espécies arbóreas de florestas temperadas, foi adaptado à floresta tropical úmida.

(Degen e Watson, 2004)

Este modelo combina elementos de genética de populações, dinâmica demográfica, crescimento e manejo.

(Degen e Watson, 2004)

Eco-Gene.lnk

Gerações sobrepostas ou separadas podem ser criadas e diferentes processos como fluxo gênico, sistema de cruzamento, fenologia e seleção podem ser implementados.

O programa pode ainda ser utilizado baseando-se em dados reais ou fictícios.

Eco-Gene.lnk

Os objetivos:- promover análises de interações genéticas em populações arbóreas;

- testar hipóteses no sistema genético destas populações;

- analisar os efeitos da atividade humana na estrutura genética de populações naturais;

- gerar recomendações para manejo sustentável.

Maçaranduba - Manilkara huberi (Sapotaceae)

Espécie arbórea, intensivamente explorada na Amazônia.

Foram desenvolvidos 12 locos de SSRs

Resultados:

9 locos com He maior que 80%;

Locos ideais para estudo da diversidade genética, fluxo gênico, sistema reprodutivo e testes de paternidade.

(Dados de pesquisa de Vânia Cristina R. Azevedo– doutoranda da UnB).

Foi criado um cenário virtual, onde a população maçaranduba, foi submetida a um único ciclo de corte, efetuado de acordo com os preceitos considerados racionais da atual sustentabilidade.

Essa situação foi representada com o auxílio do Eco-Gene, que calculou quanto tempo seria necessário para que as árvores remanescentes se multiplicassem e a mata voltasse a ter a sua quantidade original.

(Dados de pesquisa de Vânia Cristina R. Azevedo– doutoranda da UnB).

Resultados: - Verificou-se que a espécie necessitou de 130 anos para exibir de novo a quantidade original de madeira;

Conclusões- O programa de manejo aplicado a esta espécie não esta sendo sustentável.

(Dados de pesquisa de Vânia Cristina R. Azevedo– doutoranda da UnB).

Programas estatísticos

Gda.lnk Tfpga.lnk F s t a t.lnk RST 22.pif

Cervus.lnkSgs.lnk Mltr.lnkSPAGeDi_1-2d.exe

Eco-Gene.exe Bottleneck.lnk

“É preciso conhecer para preservar.”

Obrigada!!!