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Título: Estudo da interação entre híbridos de milho e o fungo endofítico Trichoderma harzianum
Título(s) alternativo(s): Study of the interaction between corn hybrids and the endophytic fungus Trichoderma harzianum
Autor(es): Lustosa Sobrinho, Renato
Orientador(es): Finatto, Taciane
Palavras-chave: Fungos
Agricultura de precisão
Produtividade agrícola
Fungi
Precision farming
Agricultural productivity
Data do documento: 5-Mar-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Pato Branco
Citação: LUSTOSA SOBRINHO, Renato. Estudo da interação entre híbridos de milho e o fungo endofítico Trichoderma harzianum. 2024. Tese (Doutorado em Agronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2024.
Resumo: Este estudo aborda a produção sustentável de milho no contexto dos desafios impostos pelas mudanças climáticas e pela crescente demanda alimentar global. O objetivo do trabalho foi avaliar o efeito da inoculação do fungo endofítico Trichoderma harzianum em cultivares comerciais de milho. Os ensaios a campo foram realizados na área experimental da UNESP, Ilha Solteira, Brasil, em clima tropical úmido. Foram selecionados híbridos simples de milho comumente encontrados nas principais regiões produtoras do Brasil (DKB360, DKB255 e 2B810PW); para a inoculação, foi utilizada a cepa T. harzianum (ESALQ 1306) na dose de 2 mL por kg-1 de sementes. Foram avaliadas duas safras (2020/2021 e 2021/2022), sendo que na última safra ocorreu uma forte estiagem. As metodologias utilizadas neste estudo incluem análises morfológicas, de composição química e de produtividade em resposta à inoculação. Os dados obtidos foram coletados e utilizados na elaboração de um modelo de machine learning baseado no algoritmo "Random Forest", visando determinar a classificação das amostras avaliadas nas classes “inoculada” e “não inoculada”, com base nos modelos aprendidos a partir dos dados coletados, utilizando a linguagem de programação Python. Também foi realizada análise cinemática de crescimento das plantas em função da inoculação, visando acompanhar os processos de divisão e expansão celular, de modo a verificar a possível capacidade da cepa em promover o crescimento de plantas. Os resultados demonstram que a inoculação com a cepa T. harzianum (ESALQ 1306) elevou a produtividade e o teor nutricional de todos os híbridos avaliados, especialmente sob condições de deficiência hídrica; no entanto, esses efeitos variam de acordo com o híbrido, sendo o híbrido DKB360 aquele que demonstrou maior responsividade à inoculação, apresentando elevação média da produção de grãos em torno de 60%. Por outro lado, o menor aumento percentual de produtividade foi observado para o híbrido 2B810, com apenas 7% de aumento, no primeiro ano do estudo. Esses dados demonstram que a escolha do híbrido de milho é crucial para a obtenção de maior eficiência produtiva em relação à inoculação. Os dados obtidos e analisados através do algoritmo de machine learning “Random Forest” possibilitaram a construção de um modelo capaz de classificar com alta precisão amostras pertencentes às classes “inoculada” ou “não inoculada”. Assim, esta inovadora metodologia possibilita a intervenção corretiva por meio da “re-inoculação foliar” em caso de observação de falhas, reduzindo perdas de produtividade através da detecção precoce e correção dos fatores relacionados aos desvios verificados nos padrões esperados para as amostras inoculadas. A análise cinemática de crescimento mostrou que a inoculação promoveu um aumento das taxas de alongamento foliar, especialmente na presença de estresse hídrico, havendo aumento significativo na taxa de produção de células e no tamanho da zona meristemática das folhas. Essas descobertas esclarecem que a inoculação de plantas com a cepa T. harzianum (ESALQ 1306) é efetivamente capaz de promover o crescimento de plantas, mesmo na presença de estresse hídrico; no entanto, a eficiência desse efeito varia de acordo com a constituição genética da planta.
Abstract: This study explores sustainable corn production in the context of the challenges posed by climate change and the increasing global food demand. The aim of this study was to evaluate the effect of inoculation with the endophytic fungus Trichoderma harzianum on commercial corn cultivars. Field trials were conducted in the experimental area of UNESP, Ilha Solteira, Brazil, in a humid tropical climate. Single-cross hybrids of corn commonly found in Brazil's major producing regions (DKB360, DKB255, and 2B810PW) were selected; the T. harzianum strain (ESALQ 1306) was used for inoculation at a dose of 2 mL per kg-1 of seeds. Two harvests were evaluated (2020/2021 and 2021/2022), with the last harvest experiencing severe drought. The methodologies used in this study included morphological analyses, chemical composition, and yield in response to inoculation. The collected data were used to develop a machine learning model based on the 'Random Forest' algorithm to classify the evaluated samples as 'inoculated' or 'non-inoculated' based on models trained with the data, using the Python programming language. Kinematic analysis of plant growth in response to inoculation was also performed to monitor cell division and expansion processes to verify the potential capacity of the strain to promote plant growth. The results show that inoculation with T. harzianum strain (ESALQ 1306) increased productivity and nutritional content for all evaluated hybrids, especially in the presence of water stress; however, these effects vary according to the hybrid, with the DKB360 hybrid showing the greatest responsiveness to inoculation, presenting an average increase in grain production of approximately 60%, while the smallest percentage increase in productivity was observed for the 2B810 hybrid, with only a 7% increase in the first year of the study. These data demonstrate that the choice of corn hybrid is crucial for achieving higher productive efficiency in relation to inoculation. The data obtained and analyzed through the “Random Forest” machine learning algorithm enabled the construction of a model capable of classifying with high precision samples belonging to the “inoculated” or “non-inoculated” classes. Thus, this innovative methodology allows for corrective intervention through 'foliar re-inoculation' in case of observed failures, thereby reducing yield losses by early detection and correction of deviations from the expected patterns in inoculated samples. Kinematic growth analysis showed that inoculation promoted an increase in leaf elongation rates, especially in the presence of water stress, with a significant increase in the rate of cell production and in the size of the meristematic zone of the leaves. These findings demonstrate that inoculation of plants with the T. harzianum strain (ESALQ 1306) is indeed capable of promoting plant growth even under water stress conditions; however, the effectiveness of this effect varies according to the genetic makeup of the plant.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34693
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