Biofortificação de arroz (Oryza sativa L.) em Selénio: um exemplo de sucesso na Lezíria Ribatejana

Com o intuito de implementar um itinerário técnico para biofortificação de arroz em Selénio (Se), foram aplicadas pulverizações foliares, em cinco concentrações de selenato e selenito de sódio (0, 25, 50, 75 e 100g Se.ha^-1) em duas variedades, Ariete e Ceres, em linhas avançadas do Programa de Melhoramento Genético de Arroz (OP1505 e OP1509), em Salvaterra de Magos. Os resultados mostraram aumento crescente de Se no grão, variável entre 2,11-17,7mg.kg^-1, 1,75-16,7mg.kg^-1 e 2,43-17,2mg.kg^-1, nas cultivares Ceres, Ariete e OP1505, respetivamente. Foram monitorizadas as condições de cultivo, tais como, parâmetros do clima, solo e água. Ficou demonstrado que através desta técnica é possível incrementar a presença de Se no grão de arroz e minimizar a carência deste elemento na alimentação humana.

O arroz (Oryza sativa L.), considerado como a 2ª cultura cerealífera mais cultivada e consumida no mundo, antecedida pelo milho, é o alimento básico para aproximadamente 2/3 da população mundial (Fraga et al., 2019). Os países europeus produzem cerca de 4,5 milhões de toneladas, o que se traduz numa taxa de autossuficiência de aproximadamente 65%. Embora os portugueses sejam os principais consumidores na Europa, Portugal contribui somente com 6% da produção europeia (INE, 2021 & Fradinho et al., 2018).

O Selénio (Se) é um micronutriente essencial aos seres humanos, possui funções antioxidantes e com efeitos positivos no crescimento das plantas, particularmente no stress abiótico (Wang et al., 2013 & Sarwar et al., 2020). A reduzida presença de Se nos alimentos básicos, onde se inclui o arroz, resulta na manifestação de deficiências e patologias. O défice deste elemento afeta cerca de 15% da população mundial desencadeando fragilidades nos sistemas imunitário e cardiovascular, estando associado a hipotiroidismo, infertilidade masculina, astenia e cancro (Rayman et al., 2012).

De acordo com Agrawal et al., 2020 a biofortificação é definida como a ‘melhoria das culturas alimentares ao nível nutricional utilizando práticas agronómicas, técnicas de melhoramento transgénico ou convencional’. A biofortificação agronómica centra-se no enriquecimento vitamínico e em micronutrientes enquanto o melhoramento genético recorre à biotecnologia para modificar e inserir genes. Por sua vez, o melhoramento convencional consiste em efetuar cruzamentos entre plantas com características e interesse para obtenção de outras com as características desejáveis. Assim os itinerários técnicos de biofortificação agronómica podem ser adotados como estratégia para incremento do conteúdo de Se no grão de arroz. Contudo a biofortificação coloca questões operacionais, científicas, económicas e sociais, que importa clarificar e contornar, nomeadamente na seleção das variedades a utilizar, no tipo e formas de aplicação de Se, que sejam mais eficientes e que evitem toxicidades.

Considerando a importância da cultura e a necessidade de enriquecimento do grão, num contexto de inovação, a biofortificação agronómica com Se, aliada ao melhoramento convencional, resultará, consequentemente, num acréscimo de valor na cadeia de produção. De facto, sendo um alimento funcional, face às respetivas funções terapêuticas, constitui um nicho de mercado dinâmico e inovador atrativo ao tecido empresarial.

Este ensaio consistiu na produção de arroz biofortificado em Selénio, com particular ênfase no estudo do grão, aliado à introdução de nova diversidade genética de arroz, integrado no Programa de Desenvolvimento Rural (PDR2020-101-030671) e cofinanciado pelo Fundo Europeu Agrícola de Desenvolvimento Rural (FEADER), no âmbito do Portugal 2020 - Projeto Proder PA43374. Considerando que se trata de um projeto de longa duração, a otimização das condições de cultivo envolveu 3 campanhas agrícolas. Os resultados aqui apresentados foram obtidos na campanha agrícola 2018 compreendida entre 30 de maio e 2 de novembro.

2.1 Desenho Experimental

O ensaio foi implementado nos campos experimentais do Centro Operativo e Tecnológico do Arroz (COTArroz), localizado na Lezíria Ribatejana - Salvaterra de Magos. Foram utilizadas 2 variedades comerciais de arroz (Ariete e Ceres) e 2 linhas avançadas (codificadas como OP1505 e OP1509) do Programa de Melhoramento Genético de Arroz do Instituto Nacional de Investigação Agrária e Veterinária (INIAV, Elvas). O sistema de biofortificação consistiu na pulverização, em campo, com selénio nas formas de selenato de sódio (Na2SeO₄) e selenito de sódio (Na2SeO₃), e testadas 5 concentrações (0, 25, 50, 75 e 100 g Se.ha^-1). Foi feita aplicação foliar em 3 fases determinantes do ciclo da cultura: emborrachamento, floração e grão leitoso. As plantas, controlo, não foram pulverizadas em nenhum momento com selénio.

Numa fase inicial, considerou-se um delineamento experimental com 1188m2 (33m x 36 m) dividido em blocos casualizados e com arranjo fatorial (5 concentrações x 2 formas de Se x 4 cultivares de arroz x 4 replicados = 160 blocos). Os 160 blocos foram dispostos em 80 talhões. Cada talhão (constituído por 2 blocos) apresentou área total de 9,6m².

Analisou-se o grão em película (integral) e o descasque dos grãos foi efetuado no COTArroz.

2.2 Monitorização das Condições de cultivo: parâmetros do Clima, Solo e Água

Durante o período da campanha agrícola, as condições meteorológicas foram consideradas e obtidas em estação meteorológica instalada no local dos ensaios. Parâmetros como a aplicação de fertilizantes, controlo de infestantes, pragas, doenças e gestão da água de rega foram os recomendados e tipicamente utilizados para a cultura de arroz naquela região.

Foram recolhidas, de acordo com pontos de amostragem previamente definidos, 16 amostras de solo do canteiro. A recolha ocorreu a 30 cm de profundidade e a metodologia adotada foi a descrita por Pessoa et al., 2021. O conteúdo mineral foi analisado com recurso a analisador por fluorescência de Raio – X com atmosfera enriquecida com Hélio para otimizar as leituras, minimizando interferências (Pelica et al., 2018).

As amostras de água recolhidas foram analisadas no laboratório de hidroquímica localizado no Departamento de Ciências da Terra - FCT NOVA, para determinação de parâmetros físicos (condutividade elétrica, pH e temperatura) e químicos (iões). A condutividade elétrica (CE) e o pH foram determinados com um analisador multiparamétrico. A alcalinidade/bicarbonato foi determinada por titulação segundo o método descrito por Rodier J. et al., 2009. Os catiões cálcio, magnésio, sódio e potássio foram quantificados por cromatografia iónica de alta pressão (HPLC) em cromatógrafo equipado com coluna e pré-coluna. Os aniões cloreto e sulfato foram quantificados por fotometria.

2.3 Quantificação e Localização de Selénio no Grão de Arroz

A quantificação e localização de Se no grão foi determinada por Energia Dispersiva de Fluorescência de Raio-X de acordo com Cardoso et al., 2018.

Durante a campanha agrícola (Figura 1), as temperaturas do ar oscilaram entre 9ºC e 47ºC. O relatório do IPMA, destaca que no período de primavera os valores da temperatura média do ar foram inferiores ao normal, sendo julho o mês mais frio desde 2000. Durante a campanha choveram 69mm enquanto a humidade média relativa do ar registada foi de 41%.

A caraterização do solo foi efetuada considerando os teores de humidade, matéria orgânica, pH, condutividade elétrica e quantificação de elementos minerais, uma vez que as características do solo podem interferir diretamente no processo de biofortificação do arroz. Constatou-se que no canteiro do ensaio os valores de humidade, matéria orgânica, e condutividade elétrica oscilaram entre 12,1 - 17,5%, 1,08 - 1,57% e 145 - 428µS cm^-1, respetivamente. Por oposição, os valores de pH não variaram de forma relevante, oscilando entre 5,70 e 6,02. Na sua generalidade, os solos de Portugal apresentam baixo teor de matéria orgânica com tendência para diminuição progressiva como resultado das condições climáticas favoráveis à decomposição, assim como de práticas culturais, sem reposição adequada dos seus níveis. Considerando que os valores de pH se situaram no intervalo de 5,5 - 6,5, os quais se incluem na faixa considerada ideal para a agricultura pois neste caso os nutrientes apresentam elevada disponibilidade para as plantas. Os teores em elementos minerais obtidos pela análise ao solo do canteiro são apresentados na Tabela 1.

A composição física e química da água de rega deve ser encarada em termos dos seus efeitos no solo (impermeabilização e/ou alcalinização) e nas culturas (toxicidade), bem como os cuidados a ter com os equipamentos utilizados na irrigação (incrustações e corrosão). Com base nestes pressupostos foi feita a classificação da água do campo de ensaio em termos de iões dominantes segundo a metodologia proposta por Piper; determinado o índice SAR (índice de adsorção de sódio) e classificada a água, relacionando este com a condutividade elétrica, nas classes C e S; e estimado o índice de saturação de Langelier (ISL), a partir do pH (pH de saturação), com vista à determinação do poder incrustante ou de agressividade da água em relação ao carbonato de cálcio. A água (furo) de irrigação do canteiro de arroz é de origem subterrânea, tem mineralização intermédia (concentração de sais avaliados em termos de condutividade elétrica, entre 250 e 750μS/cm, a 20ºC) é de fácies cloretada bicarbonatada sódica e, em termos de utilização agrícola, pertence à classe C2S1 com índice SAR igual a 1,98, podendo por isso ser utilizada em culturas moderadamente tolerantes aos sais e em praticamente todos os tipos de solos. Trata-se de uma água subsaturada em carbonato de cálcio sendo, por isso, muito corrosiva, com pHs de 8,4 e ISL igual a -1,8. A água na entrada e no interior do canteiro é cloretada sódica, pertencendo às classes C2S1 e C3S1. Desde a captação até à entrada no canteiro a água sofre evolução, enriquece em Ca²⁺, Mg²⁺ e Na⁺, perde K⁺, diminui o HCO^3- e aumenta em Cl- (Figura 2). O aumento da mineralização é significativo, em termos de condutividade elétrica, passando de 376μS/cm, no furo, para 420μS/cm na entrada do canteiro e 800μS/cm no interior do canteiro. O aumento é mais significativo em Na_⁺ e Ca²⁺.

Os grãos em película (integrais) de plantas sujeitas ao itinerário de biofortificação apresentaram, em ambas as variedades, teores de Se superiores ao controlo (Figura 3). Na pulverização com selenato, o melhor resultado, 17,2mg.kg^-1, foi obtido no tratamento com 100g Se.ha^-1 e no genótipo OP1505, contrastando com o valor do controlo - 2,43mg.kg^-1. Relativamente à biofortificação com selenito, foi na variedade Ceres que o aumento de Se foi mais notório, com subida de 2,11mg.kg^-1, no controlo, para 17,7mg.kg^-1 no tratamento com 100g Se.ha^-1. Ainda nesta concentração é de salientar que, na variedade Ariete, também se registou aumento relevante, de 1,75mg.kg^-1 para 16,7mg.kg^-1. A aplicação de selenito obteve grande relevância em ambas as variedades Ariete e Ceres.

Figura 3. Quantificação de Selénio nos grãos em película (integrais) (mg.kg^-1) ± desvio padrão nos tratamentos selecionados de 50 e 100g Se.ha^-1 de selenato (SE) e selenito (SI) no canteiro de ensaio no COTArroz.

A biofortificação, por pulverização foliar, revelou-se um método eficaz para enriquecer em Se as variedades de arroz e as linhas avançadas em estudo. As aplicações foliares, na forma de selenato e selenito de sódio, em 5 concentrações, compreendidas entre 0-100g Se.ha^-1, permitiram obter grãos biofortificados, com aumentos de 2,11 para 17,7mg.kg^-1 em Ceres; de 1,75 para 16,7mg.kg^-1 em Ariete e de 2,43 para 17,2mg.kg^-1 em OP1505, nas concentrações mais elevadas. Desta forma, o itinerário técnico de biofortificação de arroz em Selénio assume-se como uma opção estratégica para minimizar os efeitos na saúde pública resultantes do défice de Selénio na alimentação, sem comprometer o ciclo natural da planta.

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