evolución del tipo de planta, potencial de rendimiento y ganancia genética en el programa de arroz...
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Evolución del Tipo de Planta, Potencial de Rendimiento y Ganancia Genética en el Programa de Arroz del CIAT, por Edgar TorresTRANSCRIPT
Evolución del Tipo de Planta, Potencial de Rendimiento y Ganancia Genética en
el Programa de Arroz del CIAT
Edgar Torres
Mejorador Programa de Arroz Bogota, Agosto de 2013
Algunas Cifras
Para satisfacer la demanda proyectada, la produccion mundial de arroz debe aumentar de 439 millones de tm (arroz pulido) en 2010 a 496 millones en 2020 y a 555 millones en 2035
Es decir 26% en los proximos 25 años.
En Asia se requeriran 77 millones de tm adicionales, en Africa 30 millones y en America 9 millones; para un total de 116 millones adicionales.
Todo esto con menos area, mas restricciones ambientales, cambio climatico etc.
A nivel mundial, se requiere un crecimiento de 1,2% a 1,5% (60 kg/año) anual en el rendimiento entre 2010 y 2020, y de 1,0% a 12% despues del 2020
Fuente: Documento GRiSP 2010
Region
Estado Actual (2010 - 2012) Tasa de Crecimiento (%)
2000-2012
Area (ha x 1000) Prod (tn x 1000) Rto (tn/ha) Area Production Rto
Caribe 450 1508 3.35 1.77 0.90 -0.86*
America Central 302 1059 3.51 0.71 1.49* 0.79
America del Sur 4748 23745 5.00 -0.93 1.70* 2.63*
Tasas anuales de crecimiento en la produccion, area y rendimiento del 2000 al 2012 en el Caribe, América Central y America del Sur; y estado actual (promedio 2010-2012)
Datos: USDA-PSD
La investigación en Arroz ha contribuido a: .- Seguridad alimentaria, especialmente para la gente pobre viviendo en las grandes ciudades .- Mas ingresos y aliviar la pobreza .- Preservar areas fragiles
Rendimiento promedio (2010-2012) y tasas de crecimiento (2000-2012) paises seleccionados en America 2000-2012
Pais Rendimiento Tn/ha
Tasa de Crecimiento 2000-2012
URUGUAY 8.0 2.40*
PERU 7.2 1.00*
RIO GRANDE DO SUL 7.2 3.10*
ARGENTINA 6.8 1.10*
DOMINICANA 4.9 0.18
BRASIL 4.9 3.90*
COLOMBIA 4.8 -0.22
NICARAGUA 4.4 4.10*
GUYANA 4.3 1.10
VENEZUELA 3.9 -1.58*
SURINAM 3.8 0.08
COSTA RICA 3.4 -0.63
ECUADOR 3.1 -2.21*
BOLIVIA 3.0 2.80*
Datos tomados de USDA-PSD
Manejo del Agua-Riedo Eliminar estres de sequia y mejor manejo de malezas y fertilizantes
Mejor Agronomia Fecha de siembra Densidad de siembra Tratamiento de la semilla Fertilizacion Control de malezas Rotacion de cultivos
Mejoramiento Aumentar potencial de Rto Protejer el rendimiento Agregar valor
Contribute to Rice Crop Ecoefficiency in Latin America …
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Re
nd
imie
nto
Tn
-ha
Año
Evolucion del Rendimiento (tn/ha) en el Uruguay 1991-2013.
tn/ha
Una vez se corrige la diferencia debida a la brecha en rendimiento es necesario invertir en aumentar el rendimiento potencial mediante mejoramiento genetico para crear una nueva brecha explotable mediante agronomia
Como se determina el rendimiento en el Arroz
RENDIMIENTO EN GRANO
Número de granos llenos m2
Peso de los granos
Plantas m2
Paniculas m2
Granos/panícula % Fertilidad
VEGETATIVO REPRODUCTIVO MADURACION
ge
rmin
acio
n
Inic
io M
aco
llam
iento
Má
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Maco
llam
iento
Inic
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Ma
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logic
a
Flo
ració
n
Cose
ch
a
Las variedades de tipo semi-enano
La respuesta a la aplicación del Nitrogeno de dos
variedades semi-enanas IR8 y TN1 y Peta una
variedad alta durante la estación seca de 1966.
(Adaptado de Hargrove y Coffman 2006)
0
2
4
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12
0 30 60 90 120
Nitrogeno Aplicado Kg/ha
To
ns/h
a IR 8
PETA
TN1
El ideotipo del NTP estuvo basado en reducir el número de tallos no productivos e incrementar
el tamaño de la panícula, además de tallos fuertes, resistencia a enfermedades y sistema
radicular vigoroso. No hubo mayor ventaja en rendimiento debido a la baja producción de
biomasa y pobre llenado del grano
El nuevo tipo de planta del IRRI
El mejoramiento en el Programa de Arroz de Riego del CIAT
Variable Coeficiente de Regresión
R2
Floración 0.43 d yr-1 0.16
Rendimiento* 0.13 t ha-1 yr-1 0.56
Altura de Planta* 1.09 cm yr-1 0.70
Paniculas m-2 2.48 pan yr-1 0.08
Granos Panicula-1* 1.08 gran yr-1 0.45
Peso mil granos 0.25 gr. yr-1
0.24
Variable Coeficiente de Regresión
R2
Floración 0.73 d dec-1 0.0
Rendimiento* 0.312 t ha-1 dec-1 0.89
Altura de Planta* 6.14 cm dec-1 0.95
Paniculas m-2 -50.78 pan dec-1 0.69
Granos llenos panicula-1 3.74 gran dec-1
0.43
Peso de mil granos* 1.07 gr. dec-1 0.93
Esterilidad (%) 4.55 % dec-1 0.85 Fuente: Cuevas-Perez et al , 1995
Fuente: Berrio et al , 2012.
La seleccion bajo siembra directa ha producido, comparado con el tipo semi-enano del IRRI: Materiales de alto rendimiento, plantas altas, con menos paniculas, granos mas pesados y mayor esterilidad.
Ideotipo FLAR para alto rendimiento
La estrategia del FLAR y el CIAT para
alto rendimiento se enfocó en
acumular caracteres que confieren
alto rendimiento en ambiente
favorecidos tales como:
Altura intermedia
Hojas erectas, verdes oscuro y con
senescencia lenta
Tallos fuertes
Paniculas largas
Alta fertilidad
Granos más pesados
Jennings et al, 2003.
Evaluación de la ganancia genética en el programa de Arroz 2012A y 2012B 17 variedades y líneas Dos semestres Cuatro repeticiones Siembra en pregerminado Eval rendimiento y componentes
de rendimiento Regresion
y = 58,21x - 107163 R² = 0,83
5000.0
6000.0
7000.0
8000.0
9000.0
10000.0
11000.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Kg
ha
Año liberación
Ganancia Genética y Evolución del Rendimiento 1950-2010
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Pan
icu
las
m2
Año
Evolucion del numero de paniculas por m2
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
110.0
120.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Esp
igu
illas
po
r p
aníc
ula
Año
Evolucion del número de espiguillas por panícula
76.0
78.0
80.0
82.0
84.0
86.0
88.0
90.0
92.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Po
rce
nta
je
Año
Evolución del porcentaje de fertilidad
40.0
50.0
60.0
70.0
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90.0
100.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Nú
me
ro p
or
pan
ícu
la
Año
Evolucion del número de granos llenos por panícula
30000.0
32000.0
34000.0
36000.0
38000.0
40000.0
42000.0
44000.0
46000.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Nu
me
ro p
or
m2
Año
Evolucion del número de granos llenos por metro cuadrado
y = 0,0888x - 152,93 R² = 0,57
19.0
20.0
21.0
22.0
23.0
24.0
25.0
26.0
27.0
28.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Gra
mo
s
Año
Evolución del peso de 1000 granos
y = 5,4276x - 8715,9 R² = 0,71
1600.0
1700.0
1800.0
1900.0
2000.0
2100.0
2200.0
2300.0
2400.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Gra
mo
s p
or
m2
Año
Evolución de la producción de biomasa
y = 0,0015x - 2,5807 R² = 0,49
0.30
0.32
0.34
0.36
0.38
0.40
0.42
0.44
0.46
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Ind
ice
Año
Evolución del Indice de Cosecha
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
110.0
120.0
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1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Ce
nti
me
tro
s
Año
Evolucion de la altura de la planta
60.0
62.0
64.0
66.0
68.0
70.0
72.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Po
rce
nta
je
Año
Evolución del porcentaje de Blanco Total
40.0
45.0
50.0
55.0
60.0
65.0
70.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Po
rce
nta
je
Año
Evolucion del Porcentaje de Grano Entero
70.0
75.0
80.0
85.0
90.0
95.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Dia
s d
esd
e la
sie
mb
ra
Año
Evolución de los dias al 50% de floración
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
BB 50 1950 IR 22 1970 ORY 1 1982 ORY9 1987 FED50 1998 FED733 2007 FED Moc 2008 CT21375 2010
6.2
7.3
8.6
9.4
9.0 9.3 9.3
10.6
Ton
ela
das
po
r h
a
Variedad
Efecto del Mejoramiento Genético en el Rendimiento del Arroz en Colombia
Mayor biomasa a la floracion 80% de la planta con hojas verdes a la cosecha
Flowering
Menor numero de tallos y de hojas pero hojas mas grandes y tallos mas gruesos
Menos tallos y menor mortalidad de los mismos indicando poca competencia entre la fuentes y el sumidero
CT21375 mostro mayor grosor del talle y mayor remobilización de materia seca
CT21375 menor numero de tallos pero mayor numero de granos por panicula
CT21375 mostró paniculas mas grandes con mayor número de ramificaciones secundarias y granos mas largos.
Comparando IR64 y CT21735: • Mayor rendimiento para CT21735 (por 1 a 2 t/ha más) • Igual vigor vegetativo pero mas carbohidratos no estructurales a floracion • Igual duración del ciclo
Caracteres que confieren un alto potencial de rendimiento en CT21735
sampling dates until harvest
Identificación de Genes
Aplicaciones de Marcadores
Pre Mejoramiento
Mejoramiento de Elites
Mejoramiento en el programa de Arroz del CIAT: Una visión integral
•Mapeo de QTLs • Validación QTL • Identificación de marcadores funcionales OPA
•Retrocruzamientos convencional y asistidos • Seleccion Recurrente • Selección genómica
• FLAR Trópico y Templado; • HIAAL Híbridos; • CIRAD-CIAT Suelos Ácidos •MET-Socios
•Valor del carácter • Protocolos de evaluación • Identificación de donantes • Desarrollo de poblaciones • Secuenciación • Validación de genes
Parentales
Fenotipo MET
Pedigrees
Genotipo NGS
SNP Chip
TABLUP/Optimas
F1
F2 500 Plantas por poblacion (25000 semillas)
~ 4000 lineas
SSD (3 ciclos)
F5 Evaluacion (Yld. GrQlty. Siembra y cosecha mecanizada)
Evaluacion Hot Spots Evaluacion MET
SNP Chip
Diseño de los mejores 50 cruces
Selection
Seleccion de 600 Lineas Elites
BLUP´s Modelos con marcadores para caracteres especificos Matriz de parentesco combinada con BLUP
Seleccion de los mejores individuos para ser fijados SSD (Enriquecimiento F2)
5000 selected plants
Esquema propuesto para acelerar el mejoramiento
SNP Chip
Año
1
2
3
0
F6
300 seleccionadas
El mejoramiento del manejo agronómico es el primer paso para lograr aumentos en la producción explotando el potencial existente
El enfoque en la adaptación especifica (ambientes homogeneos relevantes) tambien contribuye a la explotacion del potencial de rendimiento.
El rendimiento ha aumentado debido a incrementos en la producción de biomasa
Asi mismo se ha aumentado el numero de granos por panicula y el peso de los mismos
Se ha disminuido el numero de tallos por planta…. tenemos una planta más eficiente
Se requiere un enfoque que integre las diferentes disciplinas y tecnologias en el desarrollo de un producto orientado al mercado
La ganancia genetica es determinada tambien por la duración de los ciclos de mejoramiento al disminuir el ciclo de mejoramiento se espera aumentar la ganancia genetica
Conclusiones