Os herbicidas aplicados em pré-plantio das mudas pré-brotadas (MPB) de cana-de-açúcar podem lixiviar e serem absorvidos pelas raízes da planta e causar fitotoxicidade, implicando em perdas de produtividade. Por isso, estudos da lixiviação do diuron e hexazinone amplamente utilizados na cana-de-açúcar associados ou não ao aminocyclopyrachlor fornecem informações sobre os possíveis impactos na seletividade à cultura. Assim, o objetivo foi avaliar a seletividade dos herbicidas diuron, hexazinone e aminocyclopyrachlor isolados e associados em MPB de cana-de-açúcar cultivar RB966928 em diferentes doses, a lixiviação em solo argiloso em campo e a lixiviação na presença de palha em condições de laboratório. Para o estudo da seletividade foram realizados dois experimentos, um em campo e outro em casa de vegetação. Os herbicidas diuron, hexazinone e aminocyclopyrachlor isolados e associados foram aplicados em quatro diferentes doses em pré-plantio das MPBs de cana-de-açúcar cultivar RB966928. As avaliações foram realizadas no tempo para as variáveis fitotoxicidade, índice SPAD, altura e número de perfilhos. Ao término do experimento em casa de vegetação foi avaliado a massa seca da parte aérea e raiz e no experimento em campo avaliado a produtividade. O experimento de lixiviação em campo foi realizado simultaneamente ao experimento de seletividade, na mesma área. Foram coletadas amostras de solo aos 30, 60 e 90 dias após a aplicação (DAA) dos herbicidas nas profundidades de 0-10, 10-20 e 20-30 cm e analisadas em laboratório por cromatografia líquida em detector de massas (LC/MS/MS) para determinação da concentração no tempo e em cada profundidade. Para a melhor compreensão da lixiviação do aminocyclopyrachlor, foi realizado um experimento em laboratório com aplicação de 14C-aminocyclopyrachlor sobre 0, 5, 10 e 20 t ha-1 de palha de cana-de-açúcar em colunas de solo e simulada precipitação. Foi determinada a lixiviação do 14C-aminocyclopyrachlor nas diferentes profundidades da coluna (0-30 cm) e no lixiviado. Como resultado dos experimentos, os herbicidas diuron, hexazinone e aminocyclopyrachlor associados foram seletivos às MPBs de cana-de-açúcar até a dose de 1299,50 + 345,00 + 80,50 g i.a. ha-1, com menor impacto na produtividade comparado aos herbicidas aplicados isolados. Em campo, o diuron associado ao hexazinone e ao aminocyclopyrachlor lixiviou menos e ficou mais retido de 0-10 cm em todas as avaliações. O hexazinone isolado ou associado lixiviou não havendo diferença entre os modos de aplicação. O aminocyclopyrachlor isolado ou associado lixiviou, com maior concentração na camada de 20-30 cm aos 90 DAA. O 14C-aminocyclopyrachlor foi detectado em todo o perfil do solo (0- 30 cm), independente da quantidade de palha de cana-de-açúcar. Contudo, 20 t ha-1 de palha aumentou a dificuldade do herbicida em ultrapassar a barreira formada pelo material. / The herbicides applied in pre-planting of the pre-sprouted seedlings (MPB) of sugarcane can be absorbed by the roots of the plant and cause phytotoxicity, implying yield loss. Therefore, studies of the leaching of diuron and hexazinone widely used in sugarcane associated or not to aminocyclopyrachlor provide information on the possible impacts to the environment as well as the effects on crop selectivity. Thus, the aim was to evaluate the selectivity of diuron, hexazinone and aminocyclopyrachlor herbicides isolated and associated in MPB of sugarcane cultivar RB966928 in different doses, the leaching in clay soil in the field and leaching in the presence of straw under laboratory conditions. For the study of the selectivity two experiments were carried out, one in the field and the other in a greenhouse, the herbicides diuron, hexazinone and aminocyclopyrachlor isolated and associated were applied in four different doses in pre-planting of the sugarcane MPBs RB966928. The evaluations were carried out in time for the variables SPAD index, height, number of tillers, phytotoxicity and at the end of the experiments dry mass of shoot and root and yield. The field leaching experiment was carried out simultaneously to the selectivity experiment, in the same area. Soil samples were collected at 30, 60 and 90 days after application (DAA) of the herbicides at depths of 0-10, 10-20 and 20-30 cm and analyzed in laboratory in LC/MS/MS for determination of concentration in time and in each depth. To better understand the leaching of aminocyclopyrachlor, a laboratory experiment was carried out with 14Caminocyclopyrachlor on 0, 5, 10 and 20 t ha-1 of sugarcane straw in soil columns and simulated precipitation. Was determined the leaching of 14C-aminocyclopyrachlor at different depths of the column (0-30 cm) and in the leachate. As result of the experiments, the herbicides diuron, hexazinone and aminocyclopyrachlor associated were selective to the sugarcane MPBs up to the dose of 1299.50 + 345.00 + 80.50 g a.i. ha-1, with less impact in the yield compared to the herbicides applied isolated. In the field, diuron associated to the hexazinone and aminocyclopyrachlor leached less and was more retained of 0-10 cm in all evaluations. Hexazinone isolated or associated leached without difference between the modes of application. Aminocyclopyrachlor isolated or associated leached, with a higher concentration in the 20-30 cm soil layer at 90 DAA. 14C-aminocyclopyrachlor was detected throughout the soil profile (0-30 cm), regardless of the amount of sugarcane straw. However, 20 t ha-1 of straw increased the difficulty of the herbicide in overcoming the barrier formed by the material.

A cana-de-açúcar, uma das maiores culturas agrícolas no mundo, é uma antiga fonte de energia para os seres humanos e mais recentemente, tem sido utilizada como fonte para a produção de etanol. Em estudos moleculares sobre a cana-de-açúcar, sua complexidade genética e o fato de seu genoma não estar completamente sequenciado, dificultam a análise dos proteomas de seus diferentes tecidos. Recentemente, em um estudo de um grupo brasileiro sobre os transcriptomas de vários tecidos de cana-de-açúcar, 17.563 transcritos completos foram sequenciados, os quais correspondem a aproximadamente 53% do genoma predito desta planta. Entretanto, sabe-se que o conteúdo de mRNA nem sempre se correlaciona diretamente com os níveis de expressão de proteínas. Dessa forma, a caracterização do proteoma é importante para identificar as proteínas que são de fato expressas, em complementaridade aos estudos sobre o genoma, e fornece informação preditiva sobre a composição do proteoma de diferentes cultivares. Entretanto, estudos sobre folhas de cana-de-açúcar são raros. Neste estudo, com o objetivo de caracterizar o proteoma de folhas +1 de cana-de-açúcar, foram selecionadas duas espécies ancestrais (Saccharum officinarum [S. off] e S. spontaneum [S. sp]) e uma cultivar híbrida (SP80-3280 [SP]), as quais diferem-se na capacidade de produção de sacarose e na resistência a patógenos. A análise de parâmetros fisiológicos (taxa de fotossíntese, condutância estomática, taxa de transpiração e eficiência no uso de água), em folhas de 12 meses revelaram que em S. off e SP existe uma relação melhor entre o número de moléculas de água perdidas na transpiração e o número de moléculas de CO2 assimiladas na fotossíntese do que em S. sp. Os mesmos parâmetros foram avaliados em folhas +1 de SP com 4, 8, 11 e 13 meses de crescimento e revelaram o papel dos estômatos na manutenção do potencial hídrico das folhas, atuando na modulação da taxa de respiração em resposta às mudanças ambientais, entretanto sem induzir alterações drásticas na taxa de fotossíntese, no período avaliado neste estudo. Com o objetivo de obter proteínas em condições ótimas para análise proteômica, foram testados diferentes métodos de extração de proteínas, que foram avaliados quanto ao rendimento e perfil eletroforético das proteínas extraídas, e selecionado um protocolo que utiliza uma combinação de fenol e dodecil sulfato de sódio para este estudo. Para caracterizar e comparar os proteomas de folhas +1 de S. off, S. sp e SP, foram utilizadas as abordagens proteômicas Shotgun/bottom-up, GeLC-MS/MS e Multidimensional Protein Identification Technology (MudPIT) (off-line e \"on-line\"), e as plataformas MaxQuant e Perseus, como ferramentas de bioinformática para análise dos dados. Os dados obtidos por meio destas abordagens foram combinados e resultaram na identificação de 5.825 grupos de proteínas em folhas +1 de S. off, S. sp e SP, e a análise de enriquecimento de termos pelo Gene Ontology destacou a natureza fotossintética desses proteomas, além da representatividade de organelas envolvidas em processos de fotossíntese e metabolismo de carbono. A análise quantitativa comparativa dos 1.060 grupos de proteínas identificados por meio da abordagem Shotgun/bottom-up revelou que 120 proteínas encontravam-se diferencialmente expressas em folhas de S. off, S. sp e SP, e destas, aquelas que mostraram diferença em abundância de pelo menos quatro vezes, são relacionadas com processos biológicos envolvidos com os estresses biótico e abiótico (resposta a outros organismos, resposta ao íon cádmio, defesa contra fungos e defesa ao estresse oxidativo). Para a análise da variação ontogenética no proteoma de folhas +1 de SP (de 4, 8, 11 e 13 meses de crescimento) foi aplicada a abordagem Shotgun/bottom-up, que resultou na identificação de 5.780 peptídeos, correspondendo a 1.615 grupos de proteínas únicos. Sessenta e cinco proteínas foram identificadas com abundância diferencial entre as amostras, e a análise de agrupamento hierárquico revelou que as folhas de 13 meses mostraram um perfil mais distinto, enquanto que as outras formaram um grupo separado. A caracterização dos fosfoproteomas de folhas +1 de S. off, S. sp e SP utilizando a abordagem Immobilized Metal Affinity Chromatography (IMAC) como método de enriquecimento de fosfopeptídeos, e identificação por LC-MS/MS, resultou na identificação de 633 fosfopeptídeos únicos em 515 proteínas. A caracterização dos fosfoproteomas de folhas +1 de SP (de 4, 8, 11 e 13 meses de crescimento) utilizando a abordagens IMAC e Hydroxy Acid-Modified Metal Oxide Chromatography (HAMMOC) como métodos de enriquecimento de fosfopetídeos, e identificação por LC-MS/MS, resultou na identificação de 558 fosfopeptídeos únicos em 413 proteínas. Em ambas análises, foram identificadas várias proteínas quinases fosforiladas, e de forma geral, a análise de enriquecimento de termos pelo Gene Ontology revelou o núcleo e o citoplasma, entre os componentes celulares, e a regulação da transcrição, a resposta ao estresse abiótico e a glicólise, entre os processos biológicos, como os termos mais enriquecidos. Este é o primeiro estudo objetivando a caracterização dos proteomas totais de folhas de cultivares e genótipos de cana-de-açúcar no Brasil, e seus resultados representam um significante esforço para o uso de diferentes abordagens de proteômica para aprofundar o conhecimento sobre os complexos processos fisiológicos que modulam o crescimento e a performance em cana-de-açúcar / Sugarcane, one of the major crops worldwide, is an old energy source for humans and, more recently, has been used as a source for ethanol production. In sugarcane molecular studies, its complex genetic background and the lack of a complete genome sequencing hinder the analysis of proteomes of different tissues. Recently, in a Brazilian research study focused on the transcriptomes of different sugarcane tissues, 17,563 full-length transcripts were sequenced and covered approximately 53% of the predicted sugarcane genome. However, it is known that mRNA levels are not always directly correlated with protein expression levels. Therefore, the study of the sugarcane proteome is important to identify proteins that are actually expressed, complementing the genome studies, and provides predictive information on the proteome composition of different cultivars. However, studies on sugarcane leaves are rare. In this study, with the aim of characterizing the proteome of sugarcane +1 leaves, we selected two ancestral species (Saccharum officinarum [S. off] and S. spontaneum[S. sp]), and a hybrid cultivar (SP80-3280 [SP]), which differ in sucrose production and pathogen resistance. The analysis of physiological parameters (photosynthesis rate, stomatal conductance, transpiration and efficiency in water use) of 12 month-old +1 leaves revealed that in S. off and SP there is a better relationship between the number of H2O molecules lost by transpiration and the number of CO2 molecules assimilated upon photosynthesis than in S. sp. The same parameters were evaluated in +1 leaves of SP upon 4, 8, 11 and 13 months of growth and revealed the role of stomata in the maintenance of leaf water potential, acting in the modulation of the transpiration rate in response to environmental changes, however without inducing drastic changes in the photosynthesis rate, during the period evaluated in this study. In order to obtain proteins in optimal conditions for proteomic analysis, we carried out different protein extraction methods and evaluated the yield and electrophoretic profiles of extracted proteins, and selected a protocol using a combination of phenol and sodium dodecyl sulfate to carry out this study. To characterize and compare the +1 leaf proteomes of S. off, S. sp and SP we used Shotgun/bottom-up, GeLC-MS/MS and Multidimensional Protein Identification Technology (MudPIT) (off-line and \"on-line\") as proteomic approaches, and the software MaxQuant and Perseus as bioinformatic tools for data analysis. The combined results of these approaches allowed for the identification of 5,825 protein groups in +1 leaves of S. off, S. sp and SP, and the Gene Ontology enrichment analysis highlighted the photosynthetic nature of these proteomes, along with high representativeness of organeles involved in the processes of photosynthesis and carbon metabolism. The comparative quantitative analysis of 1,060 protein groups identified using the Shotgun/bottom-up approach revealed that 120 proteins were differentially expressed in +1 leaves of S. off, S. sp and SP, and of these, those that showed at least a 4-fold change are related to biological processes involved in both abiotic and biotic stress (response to other organism, response to cadmium ion, defense response to fungus, and defense to oxidative stress). For the analysis of the ontogenetic variation in the proteome of +1 leaves of SP (of 4, 8, 11 and 13 months old plants) the Shotgun/bottom-up proteomic approach was employed and resulted in the identification of a total of 5,780 peptides corresponding to 1,615 unique protein groups. Sixty five proteins were identified as differentially abundant between the samples and a hierarchical cluster analysis revealed that the 13 months-old leaves showed the most distinct profile, while the others clustered together. The characterization of the phosphoproteomes of +1 leaves of S. off, S. sp and SP using Immobilized Metal Affinity Chromatography (IMAC) as an enrichment method for phosphopeptides, and LC-MS/MS analysis, resulted in the identification of 633 unique phosphopeptides in 515 proteins. The characterization of the phosphoproteome of +1 leaves of SP (of 4, 8, 11 and 13 months old plants) using IMAC and Hydroxy Acid-Modified Metal Oxide Chromatography (HAMMOC) as enrichment methods for phosphopeptides, and LC-MS/MS analysis, resulted in the identification of 558 unique phosphopeptides in 413 proteins. In both analyses various phosphorylated kinases were identified, and the overall Gene Ontology enrichment analysis showed as most enriched terms nucleus and cytoplasm, as cellular components, and regulation of transcription, response to abiotic stress and glycolysis in biological process. This is the first study to characterize the whole proteome of leaves from sugarcane cultivars and genotypes in Brazil, and its results constitute a significant effort to use different proteomic approaches to advance the knowledge on the complex physiological processes modulating sugarcane growth and performance

Os herbicidas aplicados em pré-plantio das mudas pré-brotadas (MPB) de cana-de-açúcar podem lixiviar e serem absorvidos pelas raízes da planta e causar fitotoxicidade, implicando em perdas de produtividade. Por isso, estudos da lixiviação do diuron e hexazinone amplamente utilizados na cana-de-açúcar associados ou não ao aminocyclopyrachlor fornecem informações sobre os possíveis impactos na seletividade à cultura. Assim, o objetivo foi avaliar a seletividade dos herbicidas diuron, hexazinone e aminocyclopyrachlor isolados e associados em MPB de cana-de-açúcar cultivar RB966928 em diferentes doses, a lixiviação em solo argiloso em campo e a lixiviação na presença de palha em condições de laboratório. Para o estudo da seletividade foram realizados dois experimentos, um em campo e outro em casa de vegetação. Os herbicidas diuron, hexazinone e aminocyclopyrachlor isolados e associados foram aplicados em quatro diferentes doses em pré-plantio das MPBs de cana-de-açúcar cultivar RB966928. As avaliações foram realizadas no tempo para as variáveis fitotoxicidade, índice SPAD, altura e número de perfilhos. Ao término do experimento em casa de vegetação foi avaliado a massa seca da parte aérea e raiz e no experimento em campo avaliado a produtividade. O experimento de lixiviação em campo foi realizado simultaneamente ao experimento de seletividade, na mesma área. Foram coletadas amostras de solo aos 30, 60 e 90 dias após a aplicação (DAA) dos herbicidas nas profundidades de 0-10, 10-20 e 20-30 cm e analisadas em laboratório por cromatografia líquida em detector de massas (LC/MS/MS) para determinação da concentração no tempo e em cada profundidade. Para a melhor compreensão da lixiviação do aminocyclopyrachlor, foi realizado um experimento em laboratório com aplicação de 14C-aminocyclopyrachlor sobre 0, 5, 10 e 20 t ha-1 de palha de cana-de-açúcar em colunas de solo e simulada precipitação. Foi determinada a lixiviação do 14C-aminocyclopyrachlor nas diferentes profundidades da coluna (0-30 cm) e no lixiviado. Como resultado dos experimentos, os herbicidas diuron, hexazinone e aminocyclopyrachlor associados foram seletivos às MPBs de cana-de-açúcar até a dose de 1299,50 + 345,00 + 80,50 g i.a. ha-1, com menor impacto na produtividade comparado aos herbicidas aplicados isolados. Em campo, o diuron associado ao hexazinone e ao aminocyclopyrachlor lixiviou menos e ficou mais retido de 0-10 cm em todas as avaliações. O hexazinone isolado ou associado lixiviou não havendo diferença entre os modos de aplicação. O aminocyclopyrachlor isolado ou associado lixiviou, com maior concentração na camada de 20-30 cm aos 90 DAA. O 14C-aminocyclopyrachlor foi detectado em todo o perfil do solo (0- 30 cm), independente da quantidade de palha de cana-de-açúcar. Contudo, 20 t ha-1 de palha aumentou a dificuldade do herbicida em ultrapassar a barreira formada pelo material. / The herbicides applied in pre-planting of the pre-sprouted seedlings (MPB) of sugarcane can be absorbed by the roots of the plant and cause phytotoxicity, implying yield loss. Therefore, studies of the leaching of diuron and hexazinone widely used in sugarcane associated or not to aminocyclopyrachlor provide information on the possible impacts to the environment as well as the effects on crop selectivity. Thus, the aim was to evaluate the selectivity of diuron, hexazinone and aminocyclopyrachlor herbicides isolated and associated in MPB of sugarcane cultivar RB966928 in different doses, the leaching in clay soil in the field and leaching in the presence of straw under laboratory conditions. For the study of the selectivity two experiments were carried out, one in the field and the other in a greenhouse, the herbicides diuron, hexazinone and aminocyclopyrachlor isolated and associated were applied in four different doses in pre-planting of the sugarcane MPBs RB966928. The evaluations were carried out in time for the variables SPAD index, height, number of tillers, phytotoxicity and at the end of the experiments dry mass of shoot and root and yield. The field leaching experiment was carried out simultaneously to the selectivity experiment, in the same area. Soil samples were collected at 30, 60 and 90 days after application (DAA) of the herbicides at depths of 0-10, 10-20 and 20-30 cm and analyzed in laboratory in LC/MS/MS for determination of concentration in time and in each depth. To better understand the leaching of aminocyclopyrachlor, a laboratory experiment was carried out with 14Caminocyclopyrachlor on 0, 5, 10 and 20 t ha-1 of sugarcane straw in soil columns and simulated precipitation. Was determined the leaching of 14C-aminocyclopyrachlor at different depths of the column (0-30 cm) and in the leachate. As result of the experiments, the herbicides diuron, hexazinone and aminocyclopyrachlor associated were selective to the sugarcane MPBs up to the dose of 1299.50 + 345.00 + 80.50 g a.i. ha-1, with less impact in the yield compared to the herbicides applied isolated. In the field, diuron associated to the hexazinone and aminocyclopyrachlor leached less and was more retained of 0-10 cm in all evaluations. Hexazinone isolated or associated leached without difference between the modes of application. Aminocyclopyrachlor isolated or associated leached, with a higher concentration in the 20-30 cm soil layer at 90 DAA. 14C-aminocyclopyrachlor was detected throughout the soil profile (0-30 cm), regardless of the amount of sugarcane straw. However, 20 t ha-1 of straw increased the difficulty of the herbicide in overcoming the barrier formed by the material.

De forma geral, as fases iniciais dos programas de melhoramento se caracterizam pelo tamanho populacional elevado e a natureza subjetiva da seleção. Por serem consideradas etapas de grande importância e de alto grau de complexidade, torna-se necessário a utilização de metodologias que, de forma eficiente, auxiliem os melhoristas a obterem resultados mais precisos, otimizando tempo e recursos para liberação de novas cultivares. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o nível de ganho genético que um programa de melhoramento de cana-de-açúcar pode ter, adotando diferentes estratégias de seleção, em fases iniciais do melhoramento. Para tanto, dois experimentos referentes à primeira e à segunda fase de seleção do Programa de Melhoramento Genético da Cana-de-açúcar da RIDESA/UFSCar, foram instalados. Na primeira etapa, identificou-se o método de seleção entre e dentro de família (BLUPi, BLUPis e BLUPseq) com maior potencial a ser aplicado na população base do experimento, utilizando a abordagem de modelos mistos. Posteriormente, praticou-se seleção, incluindo o método massal e aleatória. Na segunda etapa, a população experimental foi constituída pelos clones previamente selecionados na etapa anterior, através das diferentes estratégias de seleção. Os valores genotípicos dos indivíduos foram preditos, e então, classificados de acordo com o caráter de interesse econômico. Na primeira etapa, dentre os métodos de seleção entre e dentro de família, o que apresentou maior ganho de seleção predito (12,7%), para toneladas de Pol por hectare (TPH), foi o procedimento BLUPseq. O método BLUPis apresentou alta correlação com o método de seleção via BLUPseq e se mostrou bastante eficiente, uma vez que, o número de indivíduos a serem selecionados em cada família é determinado de forma dinâmica, assim como a intensidade de seleção em cada repetição. Por outro lado, o método BLUPi apresentou-se impraticável, uma vez que as avaliações fenotípicas devem ser realizadas em nível de indivíduo, o que demanda muito tempo e mão de obra, além do que, identificou-se tendência em selecionar indivíduos das extremidades das parcelas. De acordo com os resultados obtidos no experimento - segunda etapa, devido a baixa variância genética (CVg ≤ 15) entre as famílias que constituíram a população base do experimento, o método de seleção de família via BLUPseq foi equivalente ao método de seleção massal. Por outro lado, se ênfase for dada na escolha de genitores em etapas de hibridação para a ampliação da base genética, o método de seleção de família pode ser recomendado. / Overall, the early stages of breeding programs are characterized by high population size and the subjective nature of the selection. Considered as a stage of great importance and with high degree of complexity, it becomes necessary to use methodologies that efficiently assist plant breeders to obtain more accurate results, optimizing time and resources for releasing new cultivars. Thus, the aim of this study was to evaluate the genetic gain level that a sugarcane breeding program may have, adopting different selection strategies at early breeding stages. Therefore, two experiments concerning the first and the second selection stages of the Sugarcane Breeding Program of RIDESA/UFSCar, were installed. In the first step, the method of selection between and within families (BLUPi, BLUPis and BLUPseq) with greatest potential to be applied into the population of the experiment were identified, through mixed models approach. Later, the selection was practiced including the mass and random selection methods. In the second stage, the experimental population consisted of clones previously selected in the previous stage through the different selection strategies. The genotypic values of individuals were predicted, and then classified according to the character of economic interest. In the first stage, from the selection methods between and within families, the BLUPseq procedure was the one with highest predicted selection gain (12.7 %) for tons of Pol per hectare (TPH). The BLUPis procedure showed high correlation with BLUPseq procedure and was quite efficient, since the number of individuals to be selected in each family is determined dynamically, as well as the selection intensity in each repetition. Moreover, the BLUPi method proved to be impracticable, since the phenotypic evaluations must be performed at the individual level, which requires long time and labor force, in addition to that, it was identified trend in selecting individuals from the plots edges. According to the results of the second stage experiment, due to low genetic variance (CVg ≤ 15) among the families which composed the experimental population base, the family selection via BLUPseq was equivalent to mass selection. On the other hand, if emphasis is given on the choice of parents in hybridization steps to broaden the genetic basis, the family selection method can be recommended.

Sugarcane crop is the main source of sugar and the second largest source of biofuel in the world. Since the 1980s, Brazil has been the largest sugarcane producing nation, producing half of the global amount. Ethanol and biomass from sugarcane account for more than 15% of the country´s energy source. Nevertheless, commercial Brazilian sugarcane yield has plateaued at 75 t ha-1, and to meet the increasing demand for sugar and ethanol, the crop has strongly expanded towards central-western regions, where irrigation is mandatory to offset water stress risks. To support decision making and scientific guidance towards where and how the crop should expand and/or to increase yields, a heuristic view of the crop system is needed, which can mathematically be translated into a crop model. In turn, the effects of crop management, land use change, climate variability and agro-economic change factors on crop production and associated quantities can and have been assessed by using crop process-based models (PBM). In contrast to other crops, however, sugarcane has only two PBMs available for end users (DSSAT-CANEGRO and APSIM-Sugar), and further modifications of these models are required to better assess and support sustainable sugarcane production in Brazil. Therefore, this study aimed to develop, calibrate and evaluate different crop modelling approaches for Brazilian sugarcane farming systems, water management strategies, climate change impacts and canopy structures to support improved decisions for private and public stakeholders in the sugarcane sector, provide scientific guidance and establish a Brazilian platform of crop simulations. A new version of the sugarcane process-based model (SAMUCA) was developed to operate at phytomer level, focusing on soil mulch effects on crop growth and development, tillering process under competition for light and sucrose accumulation based on source-sink relations. The model was embedded into a modular platform dedicated to simulating the soil-plant-atmosphere and the management of the sugarcane farm system. The previous version of SAMUCA was also re-structured and coupled to the SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant) agrohydrological model platform, focusing on soil water relations to crop growth. Moreover, a Functional-Structural Plant Model (FSPM) for sugarcane was developed by integrating the main crop components at the organ level (phytomer), based on a relative source-sink approach and a robust light model embedded into a three-dimensional modelling platform (GroIMP). All approaches were evaluated, and the performance under experimental conditions for different Brazilian conditions was determined. The performance of the new version of SAMUCA in a long-term experiment and under different Brazilian conditions was satisfactory, with agreement indices close to those of other widely used sugarcane crop models (CANEGRO and APSIM-Sugar). In addition, the modulated crop simulation platform can be used to host more crop models and integrate new features of Brazilian farming systems. The coupling of the SWAP-SAMUCA model was accomplished, and although non-expressive improvements in model performance regarding crop yield were noticed (with an overall 6% lower RMSE), the ability of SWAP-SAMUCA to simulate soil water content was higher than that of the original \"tipping bucket\" approach (32% lower RMSE). The Functional-Structural Plant Model for sugarcane was able to satisfactorily simulate canopy development, tillering and sucrose accumulation at the organ level and its integration at the whole-plant level. Besides its ability to simulate competition for light, helping to understand intra-specific competition among tillers, the sugarcane FSPM framework can be used to support sucrose accumulation and translocation mechanism studies as well as intercropping studies for sugarcane, which has already successfully been done for other crops. / A cultura da cana-de-açúcar é a principal fonte de açúcar e a segunda maior fonte de biocombustíveis do mundo. O Brasil é o maior produtor mundial desde a década de 80 e atualmente representa metade da produção mundial, enquanto que ao mesmo tempo o etanol e a biomassa correspondem a mais de 15% da fonte de energia do país. Contudo, a produtividade comercial da cana-de-açúcar brasileira atingiu um limiar de cerca de 75 t ha-1 e para atender à crescente demanda de açúcar e etanol, a cultura expandiu-se fortemente para a região centro-oeste, onde a irrigação é obrigatória para manter os níveis de produção e diminuir riscos de quebra de safra. Para dar suporte a tomada de decisão e avanço científico sobre onde e como a cultura deve se expandir e/ou aumentar a produtividade, é necessária uma visão heurística do sistema agrícola brasileiro que pode ser traduzida matematicamente para um modelo de cultura. Desta forma, os efeitos do manejo e tipo de solo, variabilidade climática e fatores econômicos na produtividade de culturas agrícolas podem ser avaliados quantitativamente por meio de modelos de culturas baseados em processos (MBP). No entanto, em contraste a outras culturas, a cana-de-açúcar possui apenas dois MBPs disponíveis para usuários finais (DSSAT-CANEGRO e APSIM-Sugar) que requerem calibração e parametrização para melhor representar o sistema agrícola de cana-de-açúcar do Brasil. Portanto, este estudo teve como objetivo desenvolver, calibrar e avaliar diferentes abordagens de modelagem de culturas voltadas a produção de cana-de-açúcar no Brasil, para servir como ferramenta de tomada de decisão para o setor público e privado, auxilio no manejo da água e avaliação dos impactos nas mudanças climáticas. Portanto, uma nova versão do modelo baseado em processo de cana-de-açúcar (SAMUCA) foi desenvolvida para operar a nível de fitômeros, incluindo os efeitos no crescimento e desenvolvimento da cana com base na cobertura da palha no solo, competição por luz no processo de perfilhamento e acúmulo de sacarose com base nas relações fonte-dreno. O modelo foi incorporado em uma plataforma modular dedicada a simular o sistema solo-planta-atmosfera e manejo do sistema agrícola. Além disso, a versão anterior do SAMUCA também foi reestruturada e acoplada à plataforma agro-hidrológica SWAP (\"Soil, Water, Atmosphere and Plant\") com objetivo de aprimorar as simulações de balanço hídrico no solo e efeito no crescimento da cana-de-açúcar. Por fim, um Modelo Funcional-Estrutural de Plantas (MFEP) para a cana-de-açúcar foi desenvolvido integrando os principais componentes da cultura a nível de órgãos (fitômeros) com base em uma abordagem de fonte-dreno e um modelo robusto de radiação que foram introduzidos em uma plataforma de modelagem tridimensional (GroIMP). As três abordagens foram avaliadas e seu desempenho foi determinado com base em condições experimentais para diferentes regiões brasileiras. O desempenho da nova versão do modelo SAMUCA em experimento de longo prazo e em diferentes condições brasileiras foi satisfatório e os índices de concordância foram próximos de outros modelos de cana-de-açúcar amplamente utilizados (CANEGRO e APSIM-Sugar). Além disso, a plataforma de simulação de culturas modulada pode ser usada para hospedar mais modelos de culturas e integrar novas características do sistema de cultivo brasileiro. O acoplamento do modelo SWAP-SAMUCA foi realizado e apesar não apresentar melhorias expressivas no desempenho do modelo em simular os componentes da cultura (com erro médio quadrático [RMSE] 6% menor), a habilidade do modelo SWAP-SAMUCA em simular o teor de água no solo mostrou-se consideravelmente superior em comparação ao modelo original (RMSE 32% menor). O MFEP para cana-de-açúcar foi capaz de simular o desenvolvimento do dossel, o processo de perfilhamento e o acúmulo de sacarose ao nível de órgãos e planta de forma satisfatória. Além de sua capacidade em simular com precisão a interceptação da radiação por cada estrutura do dossel, podendo auxiliar na compreensão do processo de competição intraespecífica entre perfilhos, a estrutura do MFEP da cana-de-açúcar também pode ser usada no apoio à pesquisa focando os mecanismos de acúmulo de sacarose e translocação de açúcares bem como em estudos de consórcio em cana-de-açúcar, como têm sido realizado com sucesso para outras culturas nos últimos anos.

Ce travail de thèse porte sur l’extraction et la caractérisation mécanique des fibres de canne à sucre. A partir de la bagasse de canne à sucre, résidu fibreux de l’industrie sucrière, des techniques d’extractions sont mises en place afin d’extraire des fibres techniques, dont l’analyse des propriétés chimiques et physico-mécaniques définira par la suite, les domaines d’application textile possibles. Les fibres de canne obtenues ont d’abord été étudiées d’un point de vue physique et morphologique, à partir de mesures et d’observations de leurs sections et de leurs profils. Ainsi, l’analyse de la distribution en diamètre et en longueur des fibres ont été étudiés avec l’établissement de paramètres de centrage barbe et hauteur (longueur pondérée à la masse), ont permis de déterminer leurs tailles moyennes, leurs finesses et leurs dispersions tout en vérifiant l’effet des conditions de traitement. Ont ainsi été obtenus différents types de fibres, présentant des propriétés mécaniques (en flexion et en traction) variées en relation avec les changements de structure dus à l’extraction. Les performances mécaniques de ces fibres restent comparables aux autres fibres naturelles, confirmant ainsi leur potentiel textile. Une première piste de valorisation de ces fibres a été envisagée lors de la fabrication d’un fil de canne à sucre. Des essais de filature ont ainsi été menés sur micro-filature, en 100% fibres de canne mais aussi en mélange 30-70% coton/bagasse.Enfin, une introduction à l’approche environnementale basée sur l’analyse de cycle de vie, a été succinctement abordée, ouvrant le champ à d’autres études. Les résultats montrent que le potentiel textile de la canne à sucre est quantifiable, et que ses fibres extractibles, sont comparables à d’autres fibres naturelles non conventionnelles utilisés dans le domaine textile. / This doctoral dissertation deals with extraction and mechanical characterization of sugarcane fibers. From bagasse, the fibrous residue left from the sugar mill, several extraction conditions were investigated in order to extract technical sugarcane fibers. At first, morphological and physical characterization were analyzed, based on their sections and longitudinal profiles. Thus, mean size, fiber fineness and scattering were studied regarding adjusting parameters barbe and hauteur, for the fiber length distribution as weighted mean. Different types of technical fibers were obtained and their mechanical characterization as bending and tensile properties linked with the extraction conditions. Mechanical performances of the extracted fibers are common to other natural fibers that confirm their textile potential. To valorize these fibers, some experiments were conducted by producing sugarcane yarn. A micro-spinning were piloted for a 100% bagasse and 30/70% cotton/bagasse yarn made. Finally, an introduction to an environmental approach was analyzed, based on the lifecycle analysis from the sugarcane culture to the fiber extraction, opening new perspectives to study. The results show that good fibers can be extracted from sugarcane, thanks to its chemical and physical composition, but also can be characterized for textile application.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objectives of this Dissertation were to estimate the base temperature of leaf appearance, determine the phyllochron, leaf area, tillering, leaves number on stem elongation and determine the crop yield of three clones of sugarcane in crops plant and ratooning of one year. A field experiment was conducted during the years 2008 at 2010 at the experimental area of the Crop Science Department, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS. Three sugarcane clones were used: IAC 822045 (early), SP 711406 (medium) and CB 4176 (late). Experimental design was a complete randomizes block with four replications. Green leaf area was calculated from leaflet length and width. Base temperature (Tb) was estimated using the Mean Square Error (MSE) approach of the regression between accumulated leaf number (LN) and accumulated thermal time (TT). The phyllochron (°C day leaf-1) based on expanded and tip leaf number was estimating using 10°C as base temperature. Phyllochron was calculated as the inverse of the slope of the linear regression between NF and TT. We obtained nonlinear models of power type for the cumulative leaf area (AF) and NF stem. The productivity was determined used the four stems in the growing season of 2008/2009 and eight stems in the growing season 2009/2010. The phyllochron varies during the development sugarcane cycle, with a break point on 15 leaves and increasing following PHYLearly<PHYLentire<PHYLlate. The phyllochron in crops plant is less than phyllochron ratooning of one year to the first 15 leaves. The phyllochron based on expanded leaves number in general was greater than that based on tip leaves number, especially for the first 15 leaves. The power model is appropriate to characterize the allometric relationship between the evolution of green accumulated leaf area from the accumulated number of leaves on main stem. The medium clone (SP 711406) which had slower tillering and constant during its development cycle and has thicker stem and larger leaf area had a greater productivity in the ratooning of one year. The tip number leaves ranges from 14 to 18 leaves at the elongation stem. A variation in the production of green biomass of stem is more affected by the genetic trait of clones than by changes on environment. / Os objetivos nesta dissertação foram estimar a temperatura base de aparecimento de folhas, determinar o filocrono, área foliar, perfilhamento, número de folhas na elongação do colmo e determinar a produtividade de colmos de três clones de cana-de-açúcar em cultivo de cana-planta e de cana-soca de um ano. Um experimento de campo foi conduzido durante os anos de 2008 a 2010, na área experimental do Departamento de Fitotecnia da Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS. Os clones de cana-de-açúcar utilizados foram: IAC 822045 (ciclo precoce), SP 711406 (ciclo médio) e CB 4176 (ciclo tardio). O delineamento foi Blocos ao Acaso com quatro repetições. A temperatura base (Tb) foi estimada pela metodologia de menor quadrado médio do erro (QME) da regressão linear entre o número de folhas acumuladas (NF) e a Soma Térmica acumulada (STa). O filocrono (°C dia folha-1) com base no número de folhas expandidas e número de folhas totais foi estimado usando como temperatura base 10°C. O filocrono foi calculado pelo inverso do coeficiente angular da regressão linear entre NF e STa . Obtiveram-se modelos não lineares do tipo potência para a área foliar acumulada (AF) e o NF no colmo. Para determinação da produtividade utilizou-se quatro colmos na estação de crescimento de 2008/2009 e oito colmos na estação de crescimento de 2009/2010. O filocrono varia durante o ciclo de desenvolvimento da cana-de-açúcar, tendo uma quebra em 15 folhas e aumentando na sequência FILO≤15 >FILOtotal > FILO>15. O filocrono da cana-planta é menor que o filocrono da cana-soca de um ano para as primeiras 15 folhas. O filocrono com base no número de folhas expandidas em geral foi maior que o com base no número de folhas totais , especialmente para as primeiras 15 folhas. O modelo potência é apropriado para caracterizar a relação alométrica entre a evolução da área foliar verde acumulada a partir do número de folhas acumulado no colmo principal. O clone de ciclo médio (SP 711406) que teve perfilhamento mais lento e constante durante seu ciclo de desenvolvimento e apresenta colmos mais grossos e área foliar maior obteve maior produtividade no cultivo de cana-soca. O número de folhas totais varia de 14 a 18 folhas na elongação do colmo. A variação da produtividade de fitomassa verde de colmos é mais afetada pela constituição genética dos clones do que pela variação do ambiente.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Sugarcane crop has great socio-economic importance worldwide. Brazil has the largest acreage and production volume in the world, with promising Northeast region because it has areas for expansion of the crop and stilling have a great energy potential. However, the cropping under natural water conditions limit production, making essential the use of supplemental irrigation during periods of drought. For thus its necessary studies to determine the water demand at various stages of crop development. The objective of this study was to determine the crop coefficient and water demand of sugarcane, through the energy balance method, based on the Bowen ratio, at the Teresina region, Piauà State, Brazil. The experiment was conducted at COMVAP - Sugar and Alcohol Ltda. The cultivar used was RB867515, irrigated by center pivot. The biometric analyzes were length and stem diameter, number of green leaves, leaf area and matter fresh and dry of stem, leaves and sheaths. To estimate crop evapotranspiration (ETc) was used an equipped tower with microelectronic sensors installed near the center of the growing area (10 ha plot). The reference evapotranspiration (ETo) was estimated by the Penman-Monteith method / FAO-56, based on data from a weather station located near the experiment. Soil moisture was monitored by an automated system (Time Domain Reflectometry) TDR at depths from 0 to 0.30 0.30 to 0.60 m, at four points surrounding the tower. The number of green leaves per plant ranged from six to nine, reducing to seven leaves in the end of the cycle. The stems reached approximately 3.3 m long and 2.02 kg of weight, presenting linear gains in length and mass, while its diameter remained stable (25-27 mm). The plant leaf area showed quadratic behavior, with maximum peak of 4,197 cm2 to 254 days after cutting. The balance of average daily solar radiation was 13.7, 13.2 and 16.1 MJ m-2, corresponding to 79%, 80% and 85% of the total radiation, while the coefficient clarity showed values of 0.46, 0.48 and 0.52 and the albedo of 0.15, 0.16 and 0.14, in phenological development phases II, III and IV, respectively. The physical consistency of the ETC analysis data showed that 33% of 406 days monitored were agreement. The ETc daily average was 5.3 mm, with a demand of 2,650 mm for the 498 days of the cycle. The crop coefficient (Kc) average per phase was 0.9 (fast growth), 1.32 (maximum development) and 1.07 (maturation). / A cana-de-aÃÃcar possui grande importÃncia socioeconÃmica em Ãmbito mundial. O Brasil detÃm a maior Ãrea cultivada e volume de produÃÃo no mundo, sendo a regiÃo Nordeste promissora para o setor por possuir Ãreas para expansÃo da cultura e ainda ter um Ãtimo potencial energÃtico. PorÃm, as condiÃÃes hÃdricas naturais limitam a produÃÃo, tornando essencial o uso de irrigaÃÃo complementar nos perÃodos de dÃficit hÃdrico. Para a adequada suplementaÃÃo hÃdrica da cultura necessita-se determinar a demanda hÃdrica nos diferentes estÃdios de desenvolvimento da cultura. Assim, o objetivo deste estudo foi determinar o coeficiente de cultura e a demanda hÃdrica da cana-de-aÃÃcar, por meio do mÃtodo de balanÃo de energia, com base na razÃo de Bowen, na microrregiÃo de Teresina, PiauÃ. O experimento foi conduzido na Usina COMVAP â AÃÃcar e Ãlcool Ltda., municÃpio de UniÃo, microrregiÃo de Teresina, PiauÃ. A cultivar utilizada foi a RB867515, irrigada por pivà central. As anÃlises biomÃtricas realizadas foram: comprimento e diÃmetro do colmo, nÃmero de folhas verdes, comprimento e largura da folha +3, Ãrea foliar e matÃria fresca e seca do colmo, bainhas e folhas. Para a estimativa de evapotranspiraÃÃo da cultura (ETc) usou-se uma torre equipada com sensores automÃticos, instalada prÃxima ao centro da Ãrea de cultivo (talhÃo de 10 ha). A evapotranspiraÃÃo de referÃncia (ETo) foi estimada pelo mÃtodo Penman-Monteith/FAO-56, a partir de dados de uma estaÃÃo agrometeorolÃgica localizada prÃximo ao experimento. A umidade do solo foi monitorada por um sistema automatizado com base em Reflectometria no DomÃnio do Tempo (TDR), nas profundidades de 0 a 0,30 m e 0,30 a 0,60 m, em quatro pontos no entorno da torre. O nÃmero de folhas verdes por planta variou de seis a nove, reduzindo a sete folhas ao final do ciclo. O colmo alcanÃou aproximadamente 3,3 m de comprimento e 2,02 kg de massa fresca, apresentando ganhos lineares de comprimento e massa, enquanto o seu diÃmetro permaneceu praticamente estÃvel (25 a 27 mm). A Ãrea foliar da planta demonstrou comportamento quadrÃtico, com pico mÃximo de 4.197 cm2, aos 254 dias apÃs o corte. O saldo de radiaÃÃo solar mÃdio diÃrio foi de 13,7 MJ m-2, 13,2 MJ m-2 e 16,1 MJ m-2, correspondendo a 79%, 80% e 85% da radiaÃÃo global, enquanto o coeficiente de claridade apresentou valores de 0,46, 0,48 e 0,52 e o albedo de 0,15, 0,16 e 0,14, nas fases II, III e IV de desenvolvimento fenolÃgico da cultura, respectivamente. A anÃlise de consistÃncia fÃsica dos dados de ETc mostrou que 33% dos 406 dias monitorados foram consistentes. A ETc mÃdia diÃria foi de 5,3 mm, totalizando uma demanda de 2.650 mm para os 498 dias do ciclo. O coeficiente de cultura (Kc) mÃdio por fase foi de 0,9 (crescimento rÃpido), 1,32 (mÃximo desenvolvimento) e 1,07 (maturaÃÃo).

Sugarcane crop is the main source of sugar and the second largest source of biofuel in the world. Since the 1980s, Brazil has been the largest sugarcane producing nation, producing half of the global amount. Ethanol and biomass from sugarcane account for more than 15% of the country´s energy source. Nevertheless, commercial Brazilian sugarcane yield has plateaued at 75 t ha-1, and to meet the increasing demand for sugar and ethanol, the crop has strongly expanded towards central-western regions, where irrigation is mandatory to offset water stress risks. To support decision making and scientific guidance towards where and how the crop should expand and/or to increase yields, a heuristic view of the crop system is needed, which can mathematically be translated into a crop model. In turn, the effects of crop management, land use change, climate variability and agro-economic change factors on crop production and associated quantities can and have been assessed by using crop process-based models (PBM). In contrast to other crops, however, sugarcane has only two PBMs available for end users (DSSAT-CANEGRO and APSIM-Sugar), and further modifications of these models are required to better assess and support sustainable sugarcane production in Brazil. Therefore, this study aimed to develop, calibrate and evaluate different crop modelling approaches for Brazilian sugarcane farming systems, water management strategies, climate change impacts and canopy structures to support improved decisions for private and public stakeholders in the sugarcane sector, provide scientific guidance and establish a Brazilian platform of crop simulations. A new version of the sugarcane process-based model (SAMUCA) was developed to operate at phytomer level, focusing on soil mulch effects on crop growth and development, tillering process under competition for light and sucrose accumulation based on source-sink relations. The model was embedded into a modular platform dedicated to simulating the soil-plant-atmosphere and the management of the sugarcane farm system. The previous version of SAMUCA was also re-structured and coupled to the SWAP (Soil, Water, Atmosphere and Plant) agrohydrological model platform, focusing on soil water relations to crop growth. Moreover, a Functional-Structural Plant Model (FSPM) for sugarcane was developed by integrating the main crop components at the organ level (phytomer), based on a relative source-sink approach and a robust light model embedded into a three-dimensional modelling platform (GroIMP). All approaches were evaluated, and the performance under experimental conditions for different Brazilian conditions was determined. The performance of the new version of SAMUCA in a long-term experiment and under different Brazilian conditions was satisfactory, with agreement indices close to those of other widely used sugarcane crop models (CANEGRO and APSIM-Sugar). In addition, the modulated crop simulation platform can be used to host more crop models and integrate new features of Brazilian farming systems. The coupling of the SWAP-SAMUCA model was accomplished, and although non-expressive improvements in model performance regarding crop yield were noticed (with an overall 6% lower RMSE), the ability of SWAP-SAMUCA to simulate soil water content was higher than that of the original \"tipping bucket\" approach (32% lower RMSE). The Functional-Structural Plant Model for sugarcane was able to satisfactorily simulate canopy development, tillering and sucrose accumulation at the organ level and its integration at the whole-plant level. Besides its ability to simulate competition for light, helping to understand intra-specific competition among tillers, the sugarcane FSPM framework can be used to support sucrose accumulation and translocation mechanism studies as well as intercropping studies for sugarcane, which has already successfully been done for other crops. / A cultura da cana-de-açúcar é a principal fonte de açúcar e a segunda maior fonte de biocombustíveis do mundo. O Brasil é o maior produtor mundial desde a década de 80 e atualmente representa metade da produção mundial, enquanto que ao mesmo tempo o etanol e a biomassa correspondem a mais de 15% da fonte de energia do país. Contudo, a produtividade comercial da cana-de-açúcar brasileira atingiu um limiar de cerca de 75 t ha-1 e para atender à crescente demanda de açúcar e etanol, a cultura expandiu-se fortemente para a região centro-oeste, onde a irrigação é obrigatória para manter os níveis de produção e diminuir riscos de quebra de safra. Para dar suporte a tomada de decisão e avanço científico sobre onde e como a cultura deve se expandir e/ou aumentar a produtividade, é necessária uma visão heurística do sistema agrícola brasileiro que pode ser traduzida matematicamente para um modelo de cultura. Desta forma, os efeitos do manejo e tipo de solo, variabilidade climática e fatores econômicos na produtividade de culturas agrícolas podem ser avaliados quantitativamente por meio de modelos de culturas baseados em processos (MBP). No entanto, em contraste a outras culturas, a cana-de-açúcar possui apenas dois MBPs disponíveis para usuários finais (DSSAT-CANEGRO e APSIM-Sugar) que requerem calibração e parametrização para melhor representar o sistema agrícola de cana-de-açúcar do Brasil. Portanto, este estudo teve como objetivo desenvolver, calibrar e avaliar diferentes abordagens de modelagem de culturas voltadas a produção de cana-de-açúcar no Brasil, para servir como ferramenta de tomada de decisão para o setor público e privado, auxilio no manejo da água e avaliação dos impactos nas mudanças climáticas. Portanto, uma nova versão do modelo baseado em processo de cana-de-açúcar (SAMUCA) foi desenvolvida para operar a nível de fitômeros, incluindo os efeitos no crescimento e desenvolvimento da cana com base na cobertura da palha no solo, competição por luz no processo de perfilhamento e acúmulo de sacarose com base nas relações fonte-dreno. O modelo foi incorporado em uma plataforma modular dedicada a simular o sistema solo-planta-atmosfera e manejo do sistema agrícola. Além disso, a versão anterior do SAMUCA também foi reestruturada e acoplada à plataforma agro-hidrológica SWAP (\"Soil, Water, Atmosphere and Plant\") com objetivo de aprimorar as simulações de balanço hídrico no solo e efeito no crescimento da cana-de-açúcar. Por fim, um Modelo Funcional-Estrutural de Plantas (MFEP) para a cana-de-açúcar foi desenvolvido integrando os principais componentes da cultura a nível de órgãos (fitômeros) com base em uma abordagem de fonte-dreno e um modelo robusto de radiação que foram introduzidos em uma plataforma de modelagem tridimensional (GroIMP). As três abordagens foram avaliadas e seu desempenho foi determinado com base em condições experimentais para diferentes regiões brasileiras. O desempenho da nova versão do modelo SAMUCA em experimento de longo prazo e em diferentes condições brasileiras foi satisfatório e os índices de concordância foram próximos de outros modelos de cana-de-açúcar amplamente utilizados (CANEGRO e APSIM-Sugar). Além disso, a plataforma de simulação de culturas modulada pode ser usada para hospedar mais modelos de culturas e integrar novas características do sistema de cultivo brasileiro. O acoplamento do modelo SWAP-SAMUCA foi realizado e apesar não apresentar melhorias expressivas no desempenho do modelo em simular os componentes da cultura (com erro médio quadrático [RMSE] 6% menor), a habilidade do modelo SWAP-SAMUCA em simular o teor de água no solo mostrou-se consideravelmente superior em comparação ao modelo original (RMSE 32% menor). O MFEP para cana-de-açúcar foi capaz de simular o desenvolvimento do dossel, o processo de perfilhamento e o acúmulo de sacarose ao nível de órgãos e planta de forma satisfatória. Além de sua capacidade em simular com precisão a interceptação da radiação por cada estrutura do dossel, podendo auxiliar na compreensão do processo de competição intraespecífica entre perfilhos, a estrutura do MFEP da cana-de-açúcar também pode ser usada no apoio à pesquisa focando os mecanismos de acúmulo de sacarose e translocação de açúcares bem como em estudos de consórcio em cana-de-açúcar, como têm sido realizado com sucesso para outras culturas nos últimos anos.

De forma geral, as fases iniciais dos programas de melhoramento se caracterizam pelo tamanho populacional elevado e a natureza subjetiva da seleção. Por serem consideradas etapas de grande importância e de alto grau de complexidade, torna-se necessário a utilização de metodologias que, de forma eficiente, auxiliem os melhoristas a obterem resultados mais precisos, otimizando tempo e recursos para liberação de novas cultivares. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar o nível de ganho genético que um programa de melhoramento de cana-de-açúcar pode ter, adotando diferentes estratégias de seleção, em fases iniciais do melhoramento. Para tanto, dois experimentos referentes à primeira e à segunda fase de seleção do Programa de Melhoramento Genético da Cana-de-açúcar da RIDESA/UFSCar, foram instalados. Na primeira etapa, identificou-se o método de seleção entre e dentro de família (BLUPi, BLUPis e BLUPseq) com maior potencial a ser aplicado na população base do experimento, utilizando a abordagem de modelos mistos. Posteriormente, praticou-se seleção, incluindo o método massal e aleatória. Na segunda etapa, a população experimental foi constituída pelos clones previamente selecionados na etapa anterior, através das diferentes estratégias de seleção. Os valores genotípicos dos indivíduos foram preditos, e então, classificados de acordo com o caráter de interesse econômico. Na primeira etapa, dentre os métodos de seleção entre e dentro de família, o que apresentou maior ganho de seleção predito (12,7%), para toneladas de Pol por hectare (TPH), foi o procedimento BLUPseq. O método BLUPis apresentou alta correlação com o método de seleção via BLUPseq e se mostrou bastante eficiente, uma vez que, o número de indivíduos a serem selecionados em cada família é determinado de forma dinâmica, assim como a intensidade de seleção em cada repetição. Por outro lado, o método BLUPi apresentou-se impraticável, uma vez que as avaliações fenotípicas devem ser realizadas em nível de indivíduo, o que demanda muito tempo e mão de obra, além do que, identificou-se tendência em selecionar indivíduos das extremidades das parcelas. De acordo com os resultados obtidos no experimento - segunda etapa, devido a baixa variância genética (CVg &le; 15) entre as famílias que constituíram a população base do experimento, o método de seleção de família via BLUPseq foi equivalente ao método de seleção massal. Por outro lado, se ênfase for dada na escolha de genitores em etapas de hibridação para a ampliação da base genética, o método de seleção de família pode ser recomendado. / Overall, the early stages of breeding programs are characterized by high population size and the subjective nature of the selection. Considered as a stage of great importance and with high degree of complexity, it becomes necessary to use methodologies that efficiently assist plant breeders to obtain more accurate results, optimizing time and resources for releasing new cultivars. Thus, the aim of this study was to evaluate the genetic gain level that a sugarcane breeding program may have, adopting different selection strategies at early breeding stages. Therefore, two experiments concerning the first and the second selection stages of the Sugarcane Breeding Program of RIDESA/UFSCar, were installed. In the first step, the method of selection between and within families (BLUPi, BLUPis and BLUPseq) with greatest potential to be applied into the population of the experiment were identified, through mixed models approach. Later, the selection was practiced including the mass and random selection methods. In the second stage, the experimental population consisted of clones previously selected in the previous stage through the different selection strategies. The genotypic values of individuals were predicted, and then classified according to the character of economic interest. In the first stage, from the selection methods between and within families, the BLUPseq procedure was the one with highest predicted selection gain (12.7 %) for tons of Pol per hectare (TPH). The BLUPis procedure showed high correlation with BLUPseq procedure and was quite efficient, since the number of individuals to be selected in each family is determined dynamically, as well as the selection intensity in each repetition. Moreover, the BLUPi method proved to be impracticable, since the phenotypic evaluations must be performed at the individual level, which requires long time and labor force, in addition to that, it was identified trend in selecting individuals from the plots edges. According to the results of the second stage experiment, due to low genetic variance (CVg &le; 15) among the families which composed the experimental population base, the family selection via BLUPseq was equivalent to mass selection. On the other hand, if emphasis is given on the choice of parents in hybridization steps to broaden the genetic basis, the family selection method can be recommended.