Characterization and evaluation of portuguese Opuntia spp. germplasm

Abstract

The main objectives of this thesis were to characterize and evaluate Portuguese Opuntia spp. ecotypes for biomass production and the cladodes nutritional quality for fodder, and for fruit yield and quality. In addition, the genetic diversity was assessed with nuclear microsatellite (nuSSR) markers. The plant vigour and biomass production were evaluated in germplasm of O. ficus-indica by non-destructive methods, 3 years following planting. Among ecotypes, significant differences were found in the studied biomass-related parameters and several homogeneous groups were established. In the case of the cladodes nutritional profile significant, differences were found in the crude protein and the ash content, and different groups were unfolded. In general, O. ficus-indica has a low dry matter content, crude protein, and neutral detergent fiber, and high content in non-fiber carbohydrates and metabolizable energy. Fruit production was evaluated in the second and third years after plantation. Significant differences were found among O. ficus-indica ecotypes, and different groups were established. The Italian cultivars “Gialla” and “Bianca” had highest fruit yield than Portuguese ecotypes. Besides, the morphology, bioactive compounds and antioxidant properties of fruits were studied in twenty ecotypes belonging to the species O. ficus-indica, O. robusta, O. dillenii and O. elata. The fruits displayed variability in morphological and bioactive characteristics. The analysis of genetic diversity using nuSSR markers within a set of 19 ecotypes, belonging to the four previouslymentioned species, was undertaken. The hierarchical clustering analysis revealed four major groups that clearly disentangled the Opuntia spp. species. Two subclusters were found considering the O. ficus-indica ecotypes. The results revealed a low level of genetic diversity among the ecotypes of O. ficus-indica; RESUMO: A presente tese teve como principais objetivos a caracterização e avaliação de ecótipos Portugueses de Opuntia spp. no que se refere à produção de biomassa, qualidade nutricional dos cladódios como forragem e produção e qualidade do fruto. Adicionalmente, foi avaliada a sua diversidade genética por microssatélites nucleares. A produção de biomassa em ecótipos de O. ficus-indica foi avaliada por métodos não destrutivos nos primeiros três anos após a plantação. Foram encontradas diferenças significativas nos parâmetros relacionados com a produção de biomassa e vários grupos homogéneos foram estabelecidos. No caso do perfil nutricional dos cladódios, foram encontradas diferenças significativas para a proteína bruta e teor de cinzas. Em geral, O. ficus-indica tem baixo teor de matéria seca, proteína bruta e fibra em detergente neutro e alto teor de hidratos de carbono não fibrosos e energia metabolizável. A produção de fruto em O. ficus-indica foi avaliada no segundo e terceiro anos após a plantação. Diferenças significativas foram encontradas entre ecótipos e diferentes grupos foram estabelecidos. As cultivares italianas “Gialla” e “Bianca” apresentaram maior produção de fruto comparativamente aos ecótipos portugueses. Em 20 ecótipos pertencentes às espécies O. ficus-indica, O. robusta, O. dillenii e O. elata, foi estudada a morfologia do fruto, a composição em ácido ascórbico, betalaínas e fenóis totais, bem como a atividade antioxidante. Os frutos mostraram variabilidade nas várias características estudadas. Foi realizada a análise da diversidade genética, em 19 ecótipos pertencentes às quatro espécies anteriormente mencionadas, com utilização de microssatélites nucleares. A análise de agrupamento hierárquico revelou quatro grandes grupos que separaram claramente as quatro espécies de Opuntia spp. Entre os ecótipos de O. ficus-indica dois subgrupos foram constituídos. Os resultados revelaram um baixo nível de diversidade genética entre ecótipos de O. ficus-indica.