https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/79419 2026-10-17T22:23:41Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/277087 Diversidade genética, seleção e fenotipagem por imagens no melhoramento da batata-doce de polpa roxa Betancur Gonzalez, Jorge Andrés A batata-doce (Ipomoea batatas (L.) Lam.) destaca-se pelo elevado potencial agronômico, valor nutricional e ampla variabilidade genética, constituindo uma cultura de interesse para programas de melhoramento voltados ao aumento da produtividade e da qualidade das raízes tuberosas. Entre os principais atributos de interesse, o teor de antocianinas em genótipos de polpa roxa tem recebido atenção devido às suas propriedades funcionais e ao crescente interesse do mercado por alimentos biofortificados. Neste contexto, esta tese teve como objetivo integrar diferentes estratégias para o melhoramento genético da batata-doce, contemplando a caracterização da diversidade genética, a seleção de genótipos superiores e o desenvolvimento de ferramentas de fenotipagem digital para estimativa preliminar do teor de antocianinas. No primeiro estudo, foram avaliados 30 genótipos de batatadoce, incluindo cultivares comerciais e genótipos experimentais, por meio de descritores morfoagronômicos, características pós-colheita e 646 marcadores moleculares AFLP e S-SAP. As análises multivariadas evidenciaram diferenças consistentes entre os grupos, demonstrando que os genótipos experimentais apresentaram maior diversidade genética, produtividade e qualidade de raízes, confirmando a eficiência do programa de melhoramento na obtenção de clones superiores e na ampliação da variabilidade genética disponível para cultivo. No segundo estudo, foi conduzido um processo de seleção multicaracterística de genótipos de batata-doce de polpa roxa a partir da avaliação de produtividade, qualidade pós-colheita e teor de antocianinas. Após a triagem inicial de 1.048 genótipos experimentais, dois experimentos permitiram identificar 21 genótipos com desempenho agronômico superior e elevado conteúdo de antocianinas, utilizando o índice de distância genótipo-ideótipo multicaracterística (MGIDI). Os genótipos selecionados reuniram características desejáveis para o cultivo comercial e constituem materiais promissores para o lançamento de novas cultivares e para utilização como genitores em programas de melhoramento. No terceiro estudo, foi investigado o potencial da fenotipagem digital associada a modelos de aprendizado de máquina para estimar o teor de antocianinas em raízes de batata-doce de polpa roxa. Foram avaliados 36 descritores de cor, textura e forma extraídos de imagens digitais de 40 genótipos e comparados modelos de Random Forest e regressão linear múltipla. O modelo Random Forest apresentou maior capacidade preditiva e menor erro de estimativa em relação à regressão linear múltipla, embora sua precisão ainda seja insuficiente para substituir a quantificação química. Os resultados indicam que a metodologia pode ser empregada como ferramenta de triagem preliminar em programas de melhoramento, reduzindo o número de amostras destinadas às análises laboratoriais. De forma integrada, os resultados desta tese demonstram que a combinação entre caracterização genética, seleção multicaracterística e fenotipagem digital amplia a eficiência dos programas de melhoramento da batata-doce de polpa roxa. A identificação de genótipos superiores, aliada ao desenvolvimento de ferramentas de avaliação rápida do teor de antocianinas, fornece subsídios para o desenvolvimento de novas cultivares mais produtivas, com maior qualidade póscolheita e maior valor nutricional, contribuindo para o fortalecimento da cadeia produtiva da batata-doce e para a oferta de alimentos biofortificados.; Abstract: Sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam.) is recognized for its high agronomic potential, nutritional value, and broad genetic variability, making it an important crop for breeding programs aimed at increasing the productivity and quality of storage roots. Among the main target traits, the anthocyanin content of purple-fleshed genotypes has attracted considerable attention because of its functional properties and the growing market demand for biofortified foods. In this context, this thesis aimed to integrate different strategies for sweet potato breeding, encompassing the characterization of genetic diversity, the selection of superior genotypes, and the development of digital phenotyping tools for the preliminary estimation of anthocyanin content. In the first study, 30 sweet potato genotypes, including commercial cultivars and experimental breeding lines, were evaluated using morphoagronomic descriptors, postharvest traits, and 646 AFLP and S-SAP molecular markers. Multivariate analyses revealed consistent differences between the groups, showing that the experimental genotypes exhibited greater genetic diversity, higher productivity, and superior root quality, confirming the effectiveness of the breeding program in developing superior clones and expanding the genetic variability available for cultivation. In the second study, a multi-trait selection process was conducted for purple-fleshed sweet potato genotypes based on productivity, postharvest quality, and anthocyanin content. Following the initial screening of 1,048 experimental genotypes, two experiments enabled the identification of 21 genotypes with superior agronomic performance and high anthocyanin content using the Multi-trait Genotype?Ideotype Distance Index (MGIDI). The selected genotypes combined desirable agronomic and quality traits, representing promising materials for cultivar release and use as parental lines in breeding programs. In the third study, the potential of digital phenotyping combined with machine learning models to estimate anthocyanin content in purple-fleshed sweet potato storage roots was investigated. Thirty-six color, texture, and shape descriptors extracted from digital images of 40 genotypes were evaluated, and Random Forest and multiple linear regression models were compared. The Random Forest model showed higher predictive performance and lower estimation error than multiple linear regression, although its accuracy remains insufficient to replace chemical quantification. The results indicate that this methodology can be used as a preliminary screening tool in breeding programs, reducing the number of samples requiring laboratory analysis. Overall, the findings of this thesis demonstrate that integrating genetic characterization, multi-trait selection, and digital phenotyping enhances the efficiency of purple-fleshed sweet potato breeding programs. The identification of superior genotypes, together with the development of rapid tools for estimating anthocyanin content, provides valuable support for the development of new cultivars with higher productivity, improved postharvest quality, and greater nutritional value, thereby strengthening the sweet potato production chain and promoting the availability of biofortified foods. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2026. 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/276713 Controle espectral da luz e criopreservação como estratégias para micropropagação e conservação ex situ de Cattleya spp. Seledes, Rose Mari A Mata Atlântica constitui um dos principais hotspots de biodiversidade mundial, abrigando elevada riqueza de espécies endêmicas, muitas das quais ameaçadas de extinção. Entre estas, destacam-se as espécies da família Orchidaceae, altamente vulneráveis à perda de habitat e à pressão extrativista. Nesse contexto, técnicas biotecnológicas, como a germinação in vitro e a criopreservação, representam estratégias promissoras para a conservação ex situ. Esta tese teve como objetivo avaliar a influência da qualidade espectral da luz na micropropagação de Cattleya crispa Lindl., bem como analisar os efeitos da criopreservação associados à qualidade da luz na viabilidade, germinação e desenvolvimento inicial de Cattleya labiata Lindl. Sementes de Cattleya crispa foram germinadas in vitro e as plântulas submetidas a diferentes qualidades espectrais durante o cultivo e a aclimatização, sendo avaliados parâmetros morfológicos e fisiológicos relacionados à atividade fotossintética. Para Cattleya labiata, sementes foram criopreservadas por imersão em nitrogênio líquido, avaliando-se a viabilidade, germinação e desenvolvimento inicial sob diferentes espectros de luz. A qualidade espectral influenciou significativamente o crescimento e a fisiologia de Cattleya crispa, com destaque para a combinação de luz azul com vermelha, que promoveu maior crescimento vegetativo e eficiência fotossintética, enquanto a luz azul isolada apresentou efeito restritivo. A criopreservação não comprometeu a viabilidade nem a germinação de Cattleya labiata; entretanto, o desenvolvimento inicial foi influenciado pela qualidade espectral da luz, com melhor desempenho sob luz branca e na combinação de azul com vermelha. Os resultados demonstram que a manipulação da qualidade espectral constitui ferramenta eficiente para aperfeiçoar a micropropagação e o desenvolvimento pós-seminal de espécies de Cattleya. Adicionalmente, a criopreservação mostrou-se eficaz para a conservação de longo prazo, sendo as condições de cultivo pós-descongelamento determinantes para o sucesso no estabelecimento das plântulas. Assim, a integração entre controle espectral da luz e criopreservação representa estratégia promissora para a conservação ex situ de orquídeas ameaçadas.; Abstract: The Atlantic Forest is one of the world?s hotspots biodiversity hotspots, harboring a high richness of endemic species, many of which are threatened with extinction. Among these, species of the Orchidaceae family stand out as highly vulnerable to habitat loss and extractive pressure. In this context, biotechnological techniques such as in vitro germination and cryopreservation represent promising strategies for ex situ conservation. This thesis aimed to evaluate the influence of light spectral quality on the micropropagation of Cattleya crispa Lindl., as well as to analyze the effects of cryopreservation associated with light quality on the viability, germination, and initial development of Cattleya labiata Lindl. Seeds of Cattleya crispa were germinated in vitro, and the plantlets were subjected to different spectral light qualities during cultivation and acclimatization. Morphological and physiological parameters related to photosynthetic activity were evaluated. For Cattleya labiata, seeds were cryopreserved by immersion in liquid nitrogen, and viability, germination, and initial development were assessed under different light spectra. Light spectral quality significantly influenced the growth and physiology of Cattleya crispa, with emphasis on the combination of blue and red light, which promoted greater vegetative growth and photosynthetic efficiency, while monochromatic blue light showed a restrictive effect. Cryopreservation did not compromise the viability or germination of Cattleya labiata; however, initial development was influenced by light quality, with better performance observed under white light and under the combination of blue and red light. The results demonstrate that the manipulation of light spectral quality is an effective tool for optimizing micropropagation and post-seminal development of Cattleya species. Additionally, cryopreservation proved to be effective for long-term conservation, with post-thaw culture conditions being crucial for the successful establishment of plantlets. Thus, the integration of light spectral control and cryopreservation represents a promising strategy for the ex situ conservation of threatened orchids. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2026. 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275166 Efeitos da diversidade funcional sobre contribuições materiais em sistemas agroflorestais: multifuncionalidade e versatilidade Teleginski, Marinice As perdas de biodiversidade e funcionamento do ecossistema ocasionadas pela destruição de florestas, uso da terra para intensificação agrícola e homogeneização de paisagens são as principais preocupações da ciência e sociedade. Afetam os ecossistemas ocasionando perdas ecológicas enormes para satisfazer altas taxas de produção e ganhos econômicos. Os Sistemas Agroflorestais sucessionais são alternativas eficientes de mitigação desses desafios ambientais, de recuperação e restauração de áreas degradadas que têm potencial multifuncional para anteder tanto a demanda por alimentos, como de reestruturação da biodiversidade e impulsionamento do funcionamento dos ecossistemas. Tanto pela multifuncionalidade quanto pela capacidade versátil, SAFs impulsionam a biodiversidade em vários níveis, oferta de múltiplos Contribuições materiais e não materiais da natureza para as pessoas, e possibilitam rápido retorno socioeconômico ao agricultor. Diferentes maneiras de avaliar o funcionamento dos ecossistemas são propostas. A literatura aponta a eficiência de aplicação de abordagens ecológicas baseadas em estrutura funcional na pesquisa agrícola, para avaliar diferentes aspectos da biodiversidade relacionados ao funcionamento dos ecossistemas. O objetivo principal desta pesquisa é avaliar o efeito da diversidade funcional e da média funcional (medidas baseadas em atributos funcionais) de espécies cultivadas, sobre a disponibilidade de quatro contribuições materiais, da multifuncionalidade e versatilidade em Sistemas Agroflorestais Agroecológicos. Um experimento utilizando três diferentes composições funcionais de plantas cultivadas foi implantado em 2016 em Florianópolis (SC), Brasil. Seis atributos funcionais de 26 espécies foram utilizados: altura máxima da planta, área foliar, área foliar específica, densidade específica do caule, conteúdo de matéria seca e concentração de nitrogênio foliar. A média funcional foi determinada através do CWM (Community-Weighted Mean trait value) ponderado pela biomassa. O índice de entropia de Rao pelo pacote FD. No capítulo 1 utilizamos o CP1 da análise de componentes principais para composição da estrutura fixa dos modelos, para realizar a análise estatística através de modelos lineares mistos para testar os efeitos de diversidade e média funcional. Forragem, adubo verde, alimentos e germoplasmas foram medidos nas linhas de plantio com gabaritos padronizados. Descobrimos que no início da sucessão, principalmente a dominância de plantas com folhas pequenas, baixa concentração de nitrogênio foliar e maior densidade de caule promovem maiores produções de duas contribuições materiais. Mas independentemente do tempo de sucessão, consórcios dominados por plantas com baixa altura vegetativa e folhas grandes são os que devolvem maiores produções. Já consórcios com maior diversidade de atributos promovem maiores produtividade também no início da sucessão e, independente do tempo, consórcios com plantas maiores e baixa densidade de caule são as que promovem esse maior benefício. Nossos resultados sugerem que os agroflorestas devem ser planejadas com um grande número de espécies por unidade amostral para obter os benefícios tanto do efeito de seleção como de complementaridade. O capítulo 2 está em fase de análise dos dados e temos a expectativa de encontrar uma maneira robusta de análise da versatilidade em Sistemas Agroflorestais e outros agroecossistemas biodiversos.; Abstract: Biodiversity loss and ecosystem functioning decline caused by forest destruction, land-use intensification for agriculture, and landscape homogenization are major concerns for science and society. These processes affect ecosystems by generating substantial ecological losses in order to sustain high production rates and economic gains. Successional Agroforestry Systems are efficient alternatives for mitigating these environmental challenges and for recovering and restoring degraded areas, with multifunctional potential to meet both food demand and the restructuring of biodiversity and the enhancement of ecosystem functioning. Through both multifunctionality and versatility, Agroforestry Systems promote biodiversity at multiple levels, provide multiple material and non-material Nature?s Contributions to People, and enable rapid socioeconomic returns to farmers. Different approaches to assessing ecosystem functioning have been proposed. The literature highlights the effectiveness of applying ecological approaches based on functional structure in agricultural research to evaluate different aspects of biodiversity related to ecosystem functioning. The main objective of this research is to assess the effect of functional diversity and community-weighted mean (measures based on functional traits) of cultivated species on the availability of four material contributions, as well as on multifunctionality and versatility in Agroecological Agroforestry Systems. An experiment using three different functional compositions of cultivated plants was established in 2016 in Florianópolis (SC), Brazil. Six functional traits of 26 species were used: maximum plant height, leaf area, specific leaf area, stem specific density, leaf dry matter content, and leaf nitrogen concentration. The community-weighted mean trait value (CWM) was calculated weighted by biomass. Rao?s entropy index was calculated using the FD package. In Chapter 1, we used PC1 from principal component analysis to define the fixed structure of the models and performed statistical analyses using linear mixed models to test the effects of functional diversity and community-weighted mean. Forage, green manure, food, and germplasm were measured along planting rows using standardized quadrats. We found that at the beginning of succession, especially the dominance of plants with small leaves, low leaf nitrogen concentration, and higher stem density promotes greater production of two material contributions. However, regardless of successional stage, consortia dominated by plants with low vegetative height and large leaves yield higher production. Consortia with greater trait diversity also promote higher productivity at the beginning of succession and, independent of time, consortia with taller plants and low stem density provide greater benefits. Our results suggest that agroforestry systems should be designed with a large number of species per sampling unit to obtain benefits from both selection and complementarity effects. Chapter 2 is currently under data analysis, and we expect to identify a robust approach to analyze versatility in Agroforestry Systems and other biodiverse agroecosystems. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2026. 2026-01-01T00:00:00Z https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/275017 Efeito da poda de rejuvenescimento na multifuncionalidade de árvores frutíferas nativas da Mata Atlântica Mora Rave, Jhoan Sebastián O hotspot Mata Atlântica no Brasil, abriga um grande número de espécies de árvores frutíferas nativas. Os frutos e folhas destas espécies contêm uma enorme riqueza de compostos de alto valor nutricional e medicinal; fundamentais na soberania alimentaria e na autonomia das comunidades locais. Além disso apresentam potencial para desenvolvimento de produtos nas indústrias alimentícia e farmacêutica que podem beneficiar os médios de subsistência dos agricultores familiares. A Poda de rejuvenescimento (PR) de espécies frutíferas nativas da Mata Atlântica (EAFA), por meio da renovação e transformação da copa dessas espécies; pode promover a entrega simultânea de funções ecossistêmicas (Multifuncionalidade) relacionadas ao fornecimento de folhas e frutos. Nosso objetivo foi avaliar durante 3 anos o efeito de 4 diferentes intensidades de poda de rejuvenescimento realizadas em árvores adultas de E. brasiliensis, P. cattleianum, E. uniflora e A. mucosa, no contexto de sistemas agroflorestais; sobre: Capítulo 1: produtividade, características físico-químicas dos frutos, eficiência produtiva, evolução do tamanho e crescimento vegetativo da árvore, e fenologia reprodutiva. Capítulo 2: Entrega de diferentes funções ecossistêmicas relacionada à provisão de folhas e frutos Resultados: Todas as espécies toleram as diferentes intensidades de poda de rejuvenescimento avaliadas. Capítulo 1: São apresentados para um período de três anos, dados inéditos para o litoral catarinense da fenologia reprodutiva das espécies avaliadas. A duração da amplitude de colheita em grumixama, foi maior para as árvores submetidas a poda leve. Nas espécies grumixama, pitanga e biribá, conforme aumenta a intensidade de poda, diminui a produção de frutos. Intensidades leves e média da poda de rejuvenescimento, estimularam o desenvolvimento de frutos maiores nas árvores de grumixama, pitanga e araçá e atenuaram a perda de produtividade de frutos nessas espécies. Adicionalmente devido ao menor porte da árvore alcançado através deste tipo de poda, foi promovido um aumento na eficiência produtiva nestas duas espécies durante os dois primeiros anos. Capítulo 2: evidenciou-se que com a intensidade da poda, aumentam as funções de produção de biomassa foliar e lenhosa e é promovido o crescimento da área foliar (Sinergias); porém, diminui a função de produção de alimento (trade-off). Foi observado um aumento no índice de multifuncionalidade e desempenhos mais altos das funções nas árvores grumixama, araçá, pitanga submetidas à PR com intensidade leve e média; em relação às árvores não podadas. Isto, devido a que as árvores submetidas a intensidades de poda leve e média; proporcionam mais funções e a maioria delas em níveis equilibrados. Enquanto para todas as espécies, intensidades drásticas de PR proporcionam menos funções em níveis elevados, e as funções estão principalmente relacionadas ao fornecimento de biomassa vegetativa. Mostramos pela primeira vez que a multifuncionalidade das árvores das espécies grumixama, pitanga e araçá, pode ser promovida através da PR, quando realizada em intensidade leve e média; e isto, possibilita a produção de folhas e frutos simultaneamente nessas espécies. A articulação da produção desses tecidos vegetais a cadeias produtivas pode melhorar os médios de subsistência dos agricultores familiares e assim contribuir para a conservação através do uso das espécies aqui avaliadas, bem como de outras EAFA.; Abstract: The Brazilian Atlantic Rainforest hotspot is home to many species of native fruit trees. The fruits and leaves of this species contain a surprising wealth of compounds with high nutritional and medicinal value, used by local communities, and with potential for development products of the food and pharmaceutical industries. Rejuvenation pruning (RP) in native Atlantic rainforest fruit trees (NARFT) can renew and transform the canopy of these species and can promote the simultaneous provision of ecosystem functions (Multifunctionality) related to the supply of these plant tissues. Our objective was to evaluate the effect of different rejuvenation pruning intensities on the multifunctionality of mature trees of E. brasiliensis, P. cattleianum, E. uniflora, and A. mucosa in an agroforestry systems context, regarding Chapter 1: Reproductive phenology, productivity and physical-chemical characteristics of fruits, productive efficiency, size evolution, and vegetative growth. Chapter 2: The delivery of different ecosystem functions related to the supply of leaves and fruits. Results: We found that all species tolerate different PR intensities. Chapter 1:, For three years, the reproductive phenology data of the species evaluated in this work are presented. The duration of the harvest breadth in grumixama was greater for trees subjected to light pruning. In the grumixama, pitanga, and biribá trees, as pruning intensity increases, fruit production decreases. Light and medium intensities of rejuvenation pruning stimulated the development of larger fruits in grumixama, pitanga, and araçá trees and mitigated the loss of fruit productivity in these species. Additionally, due to the smaller size of the tree achieved through this type of pruning, productive efficiency was promoted in these two species during the first two years. Chapter 2:, with pruning intensity, the functions leaf and woody biomass production and leaf area index growth increase (Synergies); but the Food productivity function decreases (trade-off). In relation to unpruned trees, an increase in tree multifunctionality and greater performance of functions was observed in grumixama, araçá, pitanga trees subjected to PR with light and medium intensity, because these intensities provide more functions and the most of them at balanced levels. Whereas for all species, drastic intensities of RP provide fewer functions at high levels, mainly related to the provision of vegetative biomass. We show for the first time that, tree multifunctionality can be promoted through RP in low and medium intensities in grumixama, pitanga and araçá and thus enable the production of fruits and leaves simultaneously in those species. Productive chains that promote the demand for these plant tissues could improve the livelihoods of smallholders and thus contribute to conservation through the use of the species evaluated here and other NARTF. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2024. 2024-01-01T00:00:00Z