mejoramiento genetico de la quinua
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IX MEJORAMIENTO GENETICO DE LA QUINUA
Francisco Fuentes Carmona1
QUINUA: RECURSO FITOGENETICO Y SU USO EN LA AGRICULTURA
Los procesos ancestrales de domesticación de las plantas por parte del hombre, han
utilizado por miles de años lo que en la actualidad denominamos diversidad de los recursos
fitogenéticos. Estos recursos se encuentran distribuidos a lo largo del mundo asociado a
diversas zonas geográficas, como parte de un proceso evolutivo de adaptación a factores
medioambientales. Estos factores determinan en su conjunto la capacidad de sobrevivencia
de las especies vegetales, creando múltiples formas dentro una misma especie.
La coexistencia entre estas formas, ha permitido la combinación de una amplia
gama de caracteres morfológicos y aptitudes de adaptación al medio ambiente, generando
la base del fitomejoramiento, que es aprovechada en la agricultura para la producción de
alimentos.
La zona andina en Sudamérica se caracteriza por ser reservorio de diversidad de
varias especies vegetales en su extensión desde los valles interandinos de Colombia hasta la
zona austral de Chile. Destacan especies como la papa, el tomate, el poroto, el amaranto y
la quinua, ente otros recursos domesticados y seleccionados por diferentes culturas, tales
como la Tiahuanacota e Inca.
La quinua ha sido una especie vegetal utilizada para el consumo humano en diversas
formas de preparación. Tradicionalmente su grano ha sido de interés tanto para su
producción, como para consumo. Esto último debido a su característica de poseer un alto
valor nutritivo, especialmente por su contenido y calidad de sus proteínas y ácidos grasos.
1 Ingeniero Agrónomo, Doctor en Ciencias Agropecuarias
Departamento de Agricultura del Desierto y Biotecnología – Universidad Arturo Prat
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En los países de la zona andina la quinua es uno de los pocos cultivos que crece bajo
las extremas condiciones ambientales del área, caracterizada por la alta altitud (3.500-4.000
msnm), condición de aridez (100-300 mm por año) y de suelos salinos y frecuentes heladas.
No obstante, fuera de la zona andina se registra la introducción de la quinua como cultivo
alternativo para zonas marginales para la agricultura. Algunos de estos países que han
iniciado esta introducción han sido: Estados Unidos, Inglaterra, Dinamarca, Marruecos,
Uruguay e India.
El centro de origen de la quinua está en la zona correspondiente a la cuenca del lago
Titicaca (zona andina entre Perú y Bolivia). Fue descrita por primera vez por el botánico y
farmacéutico alemán Carl Ludwig Willdenow. Su nombre científico es Chenopodium
quinua y pertenece a la familia de las Amarantáceas, familia a la cual pertenecen otras
plantas como el amaranto, paico, kiwicha y cañahua.
Existe información que señala que probablemente la quinua fue domesticada por
antiguas civilizaciones en diferentes tiempos y zonas geográficas, incluyendo Perú (5000
AC), Chile (3000 AC) y Bolivia (750 AC). No obstante, durante la conquista española su
cultivo fue fuertemente desincentivado, debido a su importancia en la sociedad y por
considerarse sagrado en la creencia religiosa de los indígenas. Sumado al desincentivo
ocurrido durante la conquista española, actualmente ocurre el fenómeno de despoblamiento
de zonas rurales de los andes, situación que expone aún más a la quinua al serio riesgo de
erosión genética, proceso consistente en la pérdida de combinaciones de arreglos genéticos,
los cuales son el resultado de miles de años para su existencia.
La variada morfología que presenta esta especie en las principales áreas de cultivo,
ha significado que los agricultores andinos hayan aprovechado sus diversas formas para
hacer uso de ella como alimento. Por ejemplo se puede observar en los campos de cultivo
de quinua, una amplia variedad de colores en plantas y semillas, o diferencias en los tipos
de ramificación y/o arquitectura general de plantas, al mismo tiempo se puede observar una
variada productividad de grano. De este modo, el uso de este recurso genético ha implicado
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que los fitomejoradores comúnmente estudien la variación de estas características
morfológicas y de otros parámetros genéticos para el entendimiento de cómo estas variables
se asocian con caracteres de interés, tales como la producción de grano, contenido de
saponina en los granos, tolerancia al frío y/o resistencia a enfermedades.
Debido a la existencia de adaptaciones particulares de esta especie a ciertas zonas
geográficas a lo largo de Los Andes, es que se reconocen cinco ecotipos asociados a sub-
centros de diversidad (figura IX.1). Estos corresponden a:
- Quinua de los valles interandinos (Colombia, Ecuador y Perú)
- Quinua del altiplano (Perú y Bolivia)
- Quinua de las Yungas (Bolivia)
- Quinua de los salares (Bolivia, Chile y Argentina)
- Quinua de la costa o de nivel del mar (Chile)
Figura IX.1. Distribución de sub-centros de diversidad de la quinua.
Con respecto a la clasificación intra-específica de esta especie, se consideran dos
grupos principales: uno correspondiente a las quinuas cultivadas, de semillas claras con una
delgada y traslúcida testa y un segundo grupo de quinuas silvestres con semillas oscuras y
testa densa. Esta clasificación es coincidente con aquella de tipo ancestral realizada por
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culturas de Los Andes, la cual incluye un tipo silvestre de quinua denominada “ajara” o
“ashpa quinua”, que morfológicamente es similar a la quinua tradicional. Dentro de la
especie C. quinoa existe la variedad melanospermum, descrita por presentar semillas negras
con márgenes semi-redondeados de amplia distribución en Los Andes. Dentro de la misma
clasificación existe la subespecie milleanum, caracterizada por la presencia de semillas
negras de diámetro fluctuante entre 1,5-1,8 mm, teniendo su distribución principal la zona
andina de Ecuador. Debido a este reconocimiento de formas silvestres de quinua por parte
de agricultores y científicos, se ha sugerido incluirlas en una posición intermedia entre
quinua (C. quinoa Willd.) y algunos de sus posibles ancestros como C. berlandieri
distribuida en Norte América o C. hircinum en Los Andes de Sudamérica.
De esta forma, en la actualidad es una prioridad generar iniciativas que tengan como
objetivo la mantención de colecciones de germoplasma in situ y ex situ, es decir la
conservación en los propios campos de cultivo y a través de colecciones en bancos de
germoplasma; para la conservación y estudio de estos recursos con la finalidad de ser
utilizados para el mejoramiento genético de la quinua.
ANTECEDENTES DEL MEJORAMIENTO GENETICO DE LA QUINUA
La conservación de la diversidad genética de la quinua a través de estrategias de
conservación in situ y ex situ, ha permitido implementar los actuales programas de
mejoramiento genético en la región andina. Pese a ello es importante considerar el
comportamiento en campo de esta diversidad, para posteriormente determinar aquellas
líneas promisorias sobresaliente en atributos de interés como el rendimiento, índice de
cosecha, calidad de grano, resistencia a enfermedades, tolerancia a sequía y/o a salinidad,
entre otras características productivas relevantes. Asimismo es importante el conocimiento
de los sistemas reproductivos de las plantas, los cuales facilitan en mayor o menor medida
los procesos de fecundación natural o artificial entre plantas. Por otra parte, es de vital
importancia considerar el uso de la biotecnología como una herramienta capaz de acelerar
el alcance de objetivos en los programas de mejoramiento mediante el estudio de ADN.
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Estudios que pueden ir desde la determinación del nivel de diversidad en un proceso de
selección, hasta el estudio de genes específicos que controlen características importantes
como la resistencia a enfermedades, control genético de la producción de saponinas en el
grano, o la comprensión de características más complejas, tales como la tolerancia a la
sequía y a la salinidad.
El conocimiento referido al mejoramiento genético de la quinua ha ido en aumento
en estos últimos diez años. Diversas organizaciones en el mundo han desarrollado
programas para su estudio. Por ejemplo, varios experimentos han descrito características
morfológicas y productivas, con el propósito de conocer la adaptación de diferentes
variedades y ecotipos de quinua en zonas fuera de la región andina de Sudamérica
(Norteamérica, Europa, norte de África y Asia). Otros estudios han dirigido sus esfuerzos
para el entendimiento del genoma de la quinua, esto significa estudiar las numerosas
secuencias de ADN que posee esta especie. En la Universidad Brigham Young de Estados
Unidos, un grupo de investigadores han desarrollado programas para la creación de
herramientas moleculares para el estudio de la quinua, dentro de éstos destacan los
marcadores moleculares, secuenciación de genes, mapas genéticos, entre otras
herramientas determinantes para el mejoramiento genético.
En Chile también se han desarrollado esfuerzos para el mejoramiento de la quinua.
Durante la década de los 70, la empresa de Semillas Baer en Temuco, comienza sus trabajos
de fitomejoramiento y producción de semillas de quinua, utilizando germoplasma del
ecotipo de costa, el cual a la fecha ha significado la generación de la única variedad
comercial de quinua registrada en Chile: “Regalona”.
En la región de Tarapacá, la Universidad Arturo Prat a través de su Departamento
de Agricultura del Desierto, se han ejecutado programas de estudio y uso diversificado de
su grano para la alimentación humana. El objetivo de estos trabajos se ha dirigido a la
generación de líneas promisorias (futuras variedades) con características homogéneas que
permitan su alta productividad en el altiplano de la Provincia del Tamarugal. De este
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modo se ha experimentado la introducción de su cultivo en la Pampa del Tamarugal (zona
de Desierto Extremo), para su uso como cultivo alternativo.
En la región de Coquimbo, el Centro de Estudios Avanzados en Zonas Áridas
(CEAZA), ha desarrollado diversas investigaciones para determinar la adaptación
productiva de distintas accesiones de quinua con el objetivo de producción de grano y uso
alternativo en la alimentación de ganado menor en la zona costera, de valle y pre cordillera
de la región.
Los trabajos realizados en Chile se basan en el uso de los dos ecotipos de quinua
existentes, estos son: ecotipo de salares y ecotipo de costa. El ecotipo de salares, se
encuentra distribuido en las regiones de Tarapacá y Antofagasta, estos materiales son
tradicionalmente cultivados por comunidades Indígenas en zonas ubicadas a alturas
variables entre 2.500 a 4.000 ms.n.m, suelos salinos y pluviometría fluctuante entre 100 –
200 mm/año entre los meses de diciembre a febrero.
Según estudios realizados en Chile, estos materiales se encuentran estrechamente
emparentados con variedades de quinua de Bolivia (ecotipo de salares). No obstante existen
evidencias de la introducción de algunos materiales desde la zona andina de Perú en la
región de Antofagasta. Pese a ello la morfología dominante en la mayor parte de los
materiales estudiados, corresponde al de quinua de salares.
En la zona centro y sur de Chile se cultiva la quinua correspondiente al ecotipo de la
costa. Su cultivo se caracteriza por desarrollarse a altitudes variables entre 100 a 800
m.s.n.m, bajo condiciones de secano. Una notable diferencia existente en su cultivo,
respecto a la condición de secano de la quinua de salares en el norte de Chile, es que la
concentración de las lluvias en la zona centro y sur del país se concentra durante el período
invernal, el cual fluctúa de acuerdo la zona geográfica comprendida entre la región del
Libertador Bernardo O’Higgins y la región de Los Ríos de 700 a 1.900 mm/año.
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En relación a estos dos ecotipos, existe una reconocida y marcada diferencia en
términos de adaptación a la altitud, tolerancia a la sequía, salinidad y sensibilidad a la
longitud del día, lo cual podría implicar desde el punto de vista agronómico que ecotipos de
la costa puedan adaptarse a altas altitudes y que puedan servir en el mejoramiento de
características de calidad de ecotipos de salares y viceversa para lograr su cultivo de
ecotipos de salares en zonas de baja altitud de la zona centro y sur de Chile, mediante
cruzamientos dirigidos.
Las metodologías de mejoramiento aplicados en quinua son variados. Algunos se
basan en procedimientos clásicos como la selección masal, individual o por pedigrí. Sin
embargo el uso de metodologías basadas en cruzamientos y retro cruzas han significados
igualmente logros importantes estas últimas décadas. No obstante, el o los procedimientos a
utilizar dependerán principalmente de la facilidad y costo de su implementación en algún
programa.
A través de las metodologías de cruzamiento y posterior estudio de poblaciones
generadas por autofecundación, se ha podido determinar los mecanismos de herencia de
algunos caracteres como color de planta, pigmentación axilar de tallos, tipo de
inflorescencia, contenido de saponinas, color de grano, precocidad, altura de planta y
esterilidad masculina. Estos trabajos considerados pioneros en los estudios genéticos en
quinua, han sido desarrollados principalmente en Bolivia, los cuales a la fecha ha
significado la generación de algunas variedades de quinua, tales como Chucapaca, Sajama,
Kamiri y Huaranga.
A continuación se entrega una descripción de algunas variedades y líneas
promisorias de quinua utilizadas en diversos países de la zona andina de Sudamérica.
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Cuadro 1. Variedades y líneas promisorias de quinua utilizados en países de zona andina de Sudamérica.
Rendimiento Tamaño de Grano Contenido Altitud Período
(ton/ha) (mm) saponinas msnm vegetativo (días)
1 Blanca de Nariño Valle Colombia Blanco claro 3,5 - 4,5 1,9 - 2,2 Bajo 2.800 - 3.250 185 - 205 Mildiu y phoma
Interandino
2 Huancayo Valle Rosada de Junin (Perú) Blanco - Rosado 3,0 - 4,0 1,8 - 2,1 Bajo 2.400 - 3.000 150 - 160 Mildiu y phoma
Interandino X Real purpura (Bolivia)
3 Hualhuas Valle Segregante Rosada Blanco 3,5 - 4,0 1,9 - 2,2 Bajo 3.000 - 3.800 150 - 160 Desgrane, mildiu
Interandino Junin X Real Purpura y phoma
4 Mantaro Valle Huancayo X Blanco 3,5 - 4,5 1,6 - 1,9 Alto 3.000 - 4.000 135 - 145 Mildiu
Interandino Sajama
5 Amarilla de Marangani Valle Selección masal de s/i s/i 2,0 - 2,2 Alto 3.500 -3.800 200 - 210 Mildiu y tumbado
Interandino la zona sur Sicuani Cusco
6 Blanca y Rosada de Junin Valle Selección de variedades Blanco 3,5 - 4,0 1,6 - 1,9 Bajo 3.000 - 3.400 180 - 200 Mildiu
Interandino de Huancayo
7 Cheweca Altiplano Selección masal de Blanco 1,6 - 1,9 1,2 Bajo 3.800 - 3.900 180 - 210 Desgrane
ecotipos de Orurillo
8 Sajama Altiplano 547 Real X 559 Illimani Blanco 2,5 - 3,5 2,0 - 2,2 Sin 3.800 - 3.900 140 - 160 Heladas y
saponina granizadas
9 Kancolla Altiplano Selección masal de Blanco 1,5 - 2,0 1,6 - 1,9 Alto 3.800 - 3.900 160 - 180 Mildiu y
ecotipos de Cabanillas Nacobus
10 Witulla Altiplano Perú (Puno) Blanco 1,2 - 1,8 1,5 - 1,8 Medio a 3.800 - 3.900 160 - 180 Mildiu
Alto
11 Camacani Altiplano Bolivia Blanco 3,2 - 3,6 1,5 - 1,7 Alto 3.800 - 3.900 160 - 180 Mildiu
12 Tahuaco Altiplano Perú Blanco 2,5 - 3,0 1,5 - 1,7 Alto 3.800 - 3.900 160 - 180 Mildiu
13 Chupaca Altiplano Bolivia Blanco 3,3 - 3,4 2,0 - 2,2 s/i 3.800 - 3.900 150 - 170 Mildiu y
heladas
14 Blanca de Juli Altiplano Perú Blanco 1,2 - 2,5 1,4 - 1,8 Medio 3.800 - 3.900 160 - 170 s/i
15 Real Salares Bolivia Blanco 1,5 - 3,5 1,9 - 2,2 Alto 3.800 - 4.000 180 - 210 s/i
16 Baer Costa Chile Blanco opaco 2,5 - 6,0 Medio 200 - 800 Tumbado
17 Linea Roja Ancovinto Salares Chile Blanco - Rosado 0,5 - 2,0 2,2 - 2,5 Alto 3.500 - 3.900 150 - 180 Heladas
18 Linea Amarilla Ancovinto Salares Chile Blanco 0,4 - 1,5 2,0 - 2,4 Medio 3.500 - 3.900 150 - 180 s/i
Variedades Ecotipo Origen Color de grano Tolerancia
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Algunos de las metodologías utilizadas en el mejoramiento de la quinua incluyen la
selección masal, selección individual, método de pedigrí, cruzamiento y retro cruzas. No
obstante, uno de los métodos más utilizado combina el cruzamiento intra y/o intervarietal
con selección masal de poblaciones segregantes.
Selección masal: La selección masal consiste en una metodología de selección aplicable a
un conjunto de semillas originales heterogéneas, la cual se basa en elegir aquellas plantas
de interés y descartar los tipos no deseables, para posteriormente mezclar toda la semilla
que se produce en conjunto de aquellas plantas seleccionadas. Una variación a esta
metodología consiste en cosechar las mejores plantas y posteriormente cultivarlas como
líneas puras para compararlas entre sí (figura IX.2). Una vez evaluadas, las líneas puras
superiores y similares se mezclan para pasar a la etapa de multiplicación de semilla, con la
consiguiente evaluación por etapa de la estabilidad de las características a mejorar.
Este proceso se repite tantas veces como sea necesario a fin de mantener las
características de la variedad.
X X X
Multiplicación
Semilla original
Evaluación y selección
Evaluación y selección
Evaluación y selección
Fase 1
Fase 2
Fase 3
Figura IX.2. Esquema representando metodología de selección masal.
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Selección individual: Las semillas cosechadas de plantas F1 se siembran de manera
espaciada en la F2 (figura IX.3). Una sola semilla cosechada de cada planta F2 se utiliza
para obtener la generación F3. Las generaciones sucesivas hasta la F5 se siembran del
mismo modo a partir de semillas individuales cosechadas de cada planta cultivada en la
generación anterior. En la generación F5 las plantas se cosechan y se siembra en un surco
de progenie en la F6. En la generación F7, se establece un ensayo preliminar de rendimiento
y continúan realizándose experimentos de la misma clase hasta la F10. Algunos
fitomejoradores combinan el método de descendencia individual con el método de
selección por pedigrí, cultivan sólo las generaciones F3 y F4 utilizando el primero de estos
métodos para acortar el tiempo que se requiere para alcanzar la etapa de prueba de
rendimiento.
Variedad A X Variedad B
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8 a F10
Parcela masiva
Plantas individuales
Plantas individuales
Plantas individuales
Plantas individuales
Surcos de plantas o de cabezas de línea
Prueba preliminarde rendimiento
Prueba de rendimiento
Figura IX.3. Esquema representando metodología de selección individual
Selección por pedigrí: A partir de plantas seleccionadas de F2, se hacen crecer en surcos
progenies de 25 a 30 plantas en la F3. De los mejores surcos se seleccionan las plantas
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superiores y se siembran en familias de surcos en la F4, F5 y F6, la selección consiste en las
mejores plantas –en los mejores surcos – de las mismas familias. Al llegar a la F6, las
familias deben ser relativamente uniformes. En la F7 se establecen pruebas preliminares de
rendimiento, mismas que se continúan hasta la F10. Pueden hacerse varias modificaciones a
este procedimiento. Por ejemplo, después de que se seleccionan plantas en la F3 y la F4, las
que quedan en los surcos pueden mezclarse entre sí e iniciar nuevos ensayos preliminares
de rendimiento (Figura IX.4).
Variedad A X Variedad B
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8 a F10
Siembra espaciada
Surcos de plantas
Familias de surcos de plantas
Familias de surcos de plantas
Familias de surcos de plantas
Prueba preliminar de rendimiento
Prueba de rendimiento
Figura IX.4. Esquema representando metodología de selección por pedigrí.
Selección por cruza y retro cruza: Consiste en que el alelo dominante que confiere
resistencia a una enfermedad (R), es transferido de una variedad resistente a una variedad
susceptible. La variedad resistente donadora se cruza con la variedad recurrente
susceptible, y la generación F1 se retro cruza con la variedad susceptible (figura IX.5). La
generación de retro cruza 1 (RC1) de esta cruza segregará para la resistencia a la
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enfermedad (Rr:rr). Las plantas “Rr” pueden distinguirse de las plantas “rr” inoculando las
plántulas con el patógeno y observando si las plantas presentan resistencia o susceptibilidad
a la enfermedad. Sólo las plantas Rr (resistentes) se retro cruzan con la susceptible en la
segunda y las sucesivas generaciones de retro cruza. Después de la última retro cruza, las
plantas heterocigotas (Rr) se auto fecundan para obtener plantas resistentes homocigotas
(RR) y heterocigotas (Rr). Se realizan pruebas de progenie de las plantas resistentes (RR y
Rr) para distinguir las plantas homocigóticas (RR) de las heterocigóticas (Rr), de modo que
puedan establecerse líneas puras que posean la característica de resistencia.
Figura IX.5. Metodología de selección por cruza y retro cruza.
Otro factor a considerar en el mejoramiento genético de la quinua es el tipo de
inflorescencia (figura IX.6a y IX.6b). De esta característica dependerán los niveles de
fecundación realizados mediante polinización cruzada. A continuación se ilustran las
principales inflorescencias descritas en quinua.
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Figura IX.6a. Tipos de inflorescencias descritas en quinua (Bhargava et. al., 2007).
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Figura IX.6b. Tipos de inflorescencias descritas en quinua (Bhargava et. al., 2007).
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El conocimiento de la proporción de flores bisexuales y masculinas permite por una
parte facilitar los trabajos de cruzamiento entre variedades de quinua para el
establecimiento de programas de mejoramiento genético, debido a que mayor proporción de
flores masculinas, mayor es la facilidad para realizar los cruzamientos dirigidos, a
diferencia de aquellas inflorescencias que poseen mayor proporción de flores bisexuales.
Esto último obliga a los fitomejoradores a realizar el procedimiento de emasculación o
castración de flores bisexuales, esto significa remover las anteras desde las flores, antes de
que estas abran para la liberación de su polen.
Por otra parte, los diversos tipos de flores descritos en quinua determina la
producción de distintos tipos de semillas, a causa de que flores pequeñas producen semillas
abortivas, implicando una menor producción de granos por planta.
EXPERIENCIAS DE MEJORAMIENTO GENETICO DE LA QUINUA EN EL
ALTIPLANO DE CHILE
Antecedentes generales
El cultivo de la quinua ha constituido el principal componente de la cadena
agroalimentaria de comunidades Aymaras de la zona Andina de Chile. La mayor superficie
sembrada de quinua en el país se encuentra en el altiplano de la Provincia de Iquique,
específicamente en el vasto sector de la Comuna de Colchane.
En los países vecinos de Bolivia y Perú, la quinua se constituye en una alternativa
comercial rentable dada la creciente demanda de países desarrollados como Alemania,
Japón y Canadá. Esto ha implicado transformar el manejo agronómico a sistemas de
producción intensiva, al mismo tiempo los manejos de post cosecha se han dirigido hacia la
transformación del grano en productos con mayor valor agregado. Pese a esta experiencia
cercana, la situación en el altiplano de la región de Tarapacá, la quinua todavía sigue
siendo un cultivo con escaso manejo agronómico y de bajo valor agregado, siendo
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dedicado principalmente al autoconsumo de las familias productoras, siendo ocasional la
transacción comercial del grano en el mercado local.
Dada la perspectiva emergente que presenta el mercado de la quinua, las
comunidades indígenas del sector han proyectado su potencial desarrollo a través de la
promoción de inversiones tanto propias como de organismos gubernamentales y no
gubernamentales; para aumentar la superficie cultivable e incorporar nuevas técnicas de
cultivo y de post cosecha, a través de la adquisición de maquinarias para la siembra y
procesamiento del grano de quinua. No obstante, el desarrollo de estas iniciativas se
encuentra aún frenado por la calidad heterogénea de los granos de quinua, esto como
consecuencia de la siembra de mezclas de germoplasma, lo que ha generado genotipos con
mucha variabilidad.
Estas mezclas provienen de arquetipos denominados rojos, rosados, amarillos y
blancos. Para el agricultor, esta mezcla tiene una razón: cautelar la producción ante una
ambiente altamente variable en precipitaciones y temperaturas. De esta forma el agricultor
busca obtener rendimientos con algunos de los arquetipos sembrados, los que finalmente
difieren a su vez en su capacidad productiva bajo condiciones de sequía. Finalmente la
cosecha resultante es una mezcla se semillas - no adecuada para el desamargado industrial
- afectando la calidad final del producto.
El proyecto desarrollado en el altiplano de la región de Tarapacá, dentro de su
estrategia de Innovación tecnológica para la creación de una unidad de negocios en base a
la producción mejorada de quinua en la comunidad de Ancovinto, llevó a cabo la
validación de manejos culturales en el cultivo de la quinua, tales como fertilización, riego,
control fitosanitario y selección de germoplasma. Este último tuvo por finalidad seleccionar
dentro de un campo comunitario de agricultores Aymaras, plantas representativas de
características de interés definidas por los mismos agricultores, de manera de dar inicio a
un proceso de evaluación y selección de individuos que permitan la homogenización de
estas características del cultivo y posteriormente proceder a la multiplicar estas líneas
promisorias para su uso por parte de agricultores de la comunidad.
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Metodología
El trabajo se inició durante la temporada agrícola 2004-2005 en los terrenos de la
comunidad Indígena de Ancovinto, donde se colectaron semillas a partir de una selección
de plantas, según características de interés descritas por agricultores de la comunidad. Las
características de interés fueron: altura de planta, forma de panoja, color de grano y
rendimiento de grano.
El proceso de identificación y selección masal de plantas se inició en un campo de
cultivo de ocho hectáreas en el sector denominado Po’ koloma (Latitud Sur 19 º26’15.7’’,
Longitud Oeste 68º37’42.3’’, altitud: 3.756 m.s.n.m.). La recolección de plantas se realizó
en estado reproductivo, mediante el criterio de color de panoja. Este criterio es
comúnmente utilizado por los agricultores para el proceso de desamargado del grano
(desaponificación). De esta forma se estableció como base dos categorías. En la unidad de
selección descrita se eligieron 50 plantas de panoja color amarillo y 50 plantas con panoja
color rojo, las cuales fueron individualizadas mediante codificación y almacenadas en el
banco activo de germoplasma de quinua de la Universidad Arturo Prat.
El trabajo de evaluación y selección fue realizado durante tres temporadas agrícolas
consecutivas, considerando en cada ciclo la selección de cincuenta plantas de panoja
amarilla y cincuenta rojas. Las técnicas empleadas para efectuar la selección se basaron en
la evaluación de trece descriptores morfológicos, que describen la forma de la planta y
grano de quinua (figura IX.7). Adicionalmente se utilizaron herramientas moleculares para
el estudio de ADN, el cual sirvió de complemento al estudio morfológico, de esta forma se
contribuyó a acelerar los resultados de homogenización de ambas selecciones (figura IX.8).
Cada vez que se realizó la selección de plantas por cada categoría, se evaluó las
relaciones estadísticas entre descriptores de manera de seleccionar aquellas plantas que
presentaron la mayor similaridad morfológica del grupo. Posterior a ello, cada subgrupo
generado fue analizado molecularmente para hacer una nueva selección de aquellas plantas
de mayor similaridad molecular. A partir de esta última selección se procedió a mezclar las
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semillas provenientes de cada planta, las que posteriormente fueron utilizadas para su
cultivo en campo y servir de fuente de selección en un nuevo ciclo de selección (figura
IX.8).
Figura7. Descriptores morfológicos evaluados en plantas y granos de quinua. 1. Altura de
planta, 2.Longitud de panoja, 3.Ancho de panoja, 4.Ancho de tallo, 5. Número de
ramificaciones de panoja, 6. Largo de hoja, 7. Ancho de hoja, 8. Número de dientes en
hojas intermedias, 9. Contenido de saponinas, 10. Rendimiento de grano, 11. Diámetro de
grano, 12. Peso de 100 granos, 13. Índice de cosecha y 14. Peso de planta.
Figura 8. Metodología en ejecución para la selección de germoplasma de quinua rojo y
amarillo de la comunidad de Ancovinto.
1
23
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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Resultados del proceso
Durante el proceso de selección y mejoramiento realizado durante las tres
temporadas en altiplano de la región de Tarapacá, los resultados demostraron un efectivo
avance en la obtención de características morfológicas que significan una uniformidad en la
cantidad y calidad de la producción obtenida en campo.
Los resultados del proceso muestran que la altura promedio de plantas presentó un
leve aumento, pasando de 79,8 a 95,1 cm para la línea amarilla y de 87,0 a 98,0 cm en la
línea roja. Asimismo, la variable de largo de panoja incrementó su magnitud de 30,3 a 70,3
cm en la línea amarilla y de 35,5 a 56,7 cm en la línea roja. Por otra parte el ancho de
panoja mostró una disminución desde 68,3 a 33,8 cm como promedio para la línea amarilla
y de 64,5 a 28,3 cm para la línea roja.
Adicionalmente la evaluación de la ramificación de la panoja en ambas líneas
mostró una disminución en el número de ramificaciones, significando en general un tipo de
panoja compacta con baja proporción de glomérulos laterales. La disminución de
ramificaciones en la línea amarilla varió desde inicio del proceso de 29 a 14,6
ramificaciones en promedio al final del proceso, en tanto en la línea roja vario desde 31,1 a
14,4 ramificaciones en promedio.
La variación de las dimensiones y arquitectura de la panoja, resulta en un
importante avance en el mejoramiento del rendimiento de ambas líneas de quinua, debido a
que ha sido posible producir más grano por planta, con la característica adicional de
homogenización de madurez del grano en toda la panoja, evitando de esta forma el
problema de desgrane al momento de la cosecha.
Con respecto a las características de grano, la variable de peso de 100 granos mostró
una variación positiva a favor de la producción de granos de mayor peso, esta variación
significó pasar de 0,48 a 0,51 gramos en la línea amarilla y desde 0,42 a 0,51 gramos en la
línea roja. Estos resultados guardan directa relación con la variable de diámetro de grano,
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la cual experimentó una variación desde el primer ciclo de selección al tercero, un cambió
promedio de 2,31 a 2,45 en la línea amarilla y de 2,23 a 2,54 en la línea roja.
El rendimiento de grano promedio individual en plantas presentó también un
mejoramiento desde el inicio del proceso de selección, este consistió en el aumento de 40,9
a 86,9 gr de grano por planta en promedio en la línea amarilla, mientras que para la línea
roja el aumento registrado fue desde 62,9 a 72, 2 gr de grano por planta.
La variable de índice de cosecha experimento un aumento para ambas líneas de
quinua, lo cual se reafirma a través de la variación de la arquitectura de planta y aumento de
rendimiento promedio individual por planta, significando aproximadamente que 50% del
peso total de la planta está representado por grano.
Las variables que describieron el tipo de hoja (largo, ancho y número de dientes en
hojas intermedias), fueron descartadas del análisis general, debido a que no contribuyeron
de manera determinante al proceso de selección.
Los datos recogidos durante las tres temporadas de cultivo experimentaron un
descenso en la amplitud de sus valores, demostrando en este sentido la efectiva
homogenización de las características morfológicas de ambas líneas promisorias de quinua.
Dentro del conjunto de variables definidas en el estudio, destacaron de manera
relevante para fines de selección y establecimiento de un nuevo proceso de selección, las
características que describieron la forma de planta: altura de planta y largo de panoja,
mientras que en el grano fueron importantes las variables de peso de grano por planta y
diámetro.
Según la clasificación general de contenido de saponinas, medido a través de la
metodología de determinación de la altura de espuma producida por agitación, se clasificó
la línea promisoria de quinua amarilla como semidulce, desde el inicio del proceso de
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selección hasta el tercer ciclo. Por su parte la línea promisoria de quinua roja pasó de
amarga a semidulce sólo en el tercer ciclo.
92
Glosario
1. Accesiones: Se denomina así a la
muestra viva de una planta o
población mantenida en un banco
de germoplasma para su
conservación y/o uso.
2. ADN: Es un tipo ácido nucleico
que contiene las instrucciones
genéticas usadas en el desarrollo y
el funcionamiento de todos los
organismos vivos conocidos.
3. Alelo: Se define como las
diferentes formas de expresión de
un gen, este puede ser dominante
o recesivo.
4. Altiplano: Planicie ubicada en
altura (3.000 – 4.000
msnm),comprendida entre
montañas,
5. Amarantáceas: Clasificación
botánica que se da a un grupo de
plantas que se reúnen en una
familia.
6. Arquetipo: Tipo morfológico
distintivo de una planta o grupo de
plantas.
7. Autofecundación: Proceso de
reproducción sexual, en el cual el
polen de una flor fecunda el óvulo
de su misma flor.
8. Banco activo de Germoplasma:
Instalación cuyo objetivo es la
conservación de material genético
a corto y mediano plazo.
9. Banco de germoplasma: Son
centro de conservación de material
genético a largo plazo.
10. Biotecnología: Es un conjunto
tecnologías basada en principios
de la biología e Ingeniería con la
finalidad de utilizar organismos
vivos o de compuestos de
organismos vivos para la
obtención de productos de valor
para el hombre.
11. Colección ex situ: Es la
conservación de los componentes
de la diversidad biológica fuera de
su hábitat natural.
12. Colección in situ: Conservación
de ecosistemas, hábitat naturales,
mantenimiento y recuperación de
poblaciones viables de especies en
su medio natural.
13. Conglomerado floral: Término
usado para referirse a cada una de
las unidades que componen la
inflorescencia (panoja) de quinua.
14. Cruzamiento: Intercambiar polen
desde una flor de una planta a la
93
flor de una planta diferente para
inducir la fecundación.
15. Desaponificación: Acción que
involucra la eliminación de la
saponina del grano de quinua.
16. Descriptores morfológicos: Es
una característica que se puede
identificar y medir, propia de una
especie. Es usada para simplificar
la clasificación, almacenamiento,
recuperación y uso de datos.
17. Ecotipo: Es una sub población
genéticamente diferenciada que
está restringida a un hábitat
específico, un ambiente particular
o un ecosistema definido, con
unos límites de tolerancia a los
factores ambientales.
18. Erosión genética: Es la pérdida
gradual de la base genética
(diversidad genética) de una
especie o la pérdida de toda una
especie debido a la intervención
antrópica, factores ambientales,
etc.
19. F1, F2, F3…: Corresponde a la
denominación de generaciones de
familias, resultantes del
cruzamiento de dos individuos.
20. Fitomejoramiento: Es la
disciplina responsable de la
creación de nuevas variedades de
plantas, a través del conocimiento
y uso de la genética, estadística,
fisiología y agronomía.
21. Flor bisexual: Se refiere a la flor
que posee estructura femenina y
masculina.
22. Gen: Es un conjunto de
secuencias de nucleótidos que
determinan la unidad base de la
herencia es todas las especies.
23. Genoma: Es el término usado
para referirse a todo el material
genético contenido en las células
de un organismo en particular.
24. Genotipos: Es el término
específico para referirse a un
conjunto de genes de un
organismo que lo hacen particular
de un grupo de otros organismos.
25. Germoplasma: Individuo, grupo
de individuos o clones
representativos de un genotipo,
variedad, especie o cultivo, que
forma parte de una colección
mantenida in situ o ex situ.
26. Heterocigoto: Término utilizado
en genética para referirse al estado
de formas diferentes de un
determinado gen.
94
27. Homocigoto: Término utilizado
en genética para referirse al estado
de formas idénticas de un
determinado gen.
28. Índice de cosecha: Valor
porcentual que indica la
proporción de producto cosechado
del total de la planta.
29. Inflorescencia: Denominación al
órgano floral de la quinua, el cual
está compuesto por un
conglomerado flore, conformando
un conjunto de flores.
30. Línea promisoria: Conjunto de
individuos componentes de la
base de material genético
constitutivo de una futura
variedad.
31. Línea pura: Conjunto de
individuos del mismo genotipo,
obtenidos por autofecundación en
varias generaciones.
32. Mapas genéticos: Es la
disposición gráfica del
posicionamiento de los genes en
los cromosomas de una especie.
33. Marcadores moleculares:
Corresponde a una herramienta
biotecnológica de localización de
secuencias específicas de ADN, el
cual permite caracterizar
germoplasma, identificación de
genotipos, selección asistida,
aislar y caracterizar genes, entre
otras aplicaciones.
34. Nombre científico: Nombre dado
por los científicos a las especies
vegetales para su identificación
clara sin ambigüedades.
35. Panoja: Nombre común dado a la
inflorescencia de la quinua.
36. Poblaciones segregantes:
Conjunto de individuos resultantes
del cruzamiento de dos individuos
distintos genéticamente.
37. Polinización cruzada: Proceso de
fecundación en plantas realizado
con polen proveniente de otros
individuo.
38. Progenie: Es el resultado de la
reproducción entre plantas, es
decir, es el individuo o los
individuos producidos mediante la
intervención de uno o más
parentales.
39. Recursos Fitogenéticos: Plantas
de valor real o potencial para el
ser humano.
40. Retro cruza: Es el cruzamiento de
un individuo de la F1 con unos de
sus parentales.
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41. Saponina: Compuesto natural que
contiene la superficie del grano de
quinua, el cual le confiere sabor
amargo y capacidad espumante.
42. Secuenciación de genes: Técnica
que permite conocer el orden
consecutivo de los nucleótidos
que componen el ADN.
43. Testa: Cubierta membranosa
externa que tienen las semillas.
44. Variedad: Sub-división natural de
una especie agrupada por
caracteres morfológicos distintos.
45. Variedad recurrente: Es una
variedad que se desea mejorar, la
cual es usada para cruzarse con
otra variedad que aporta la
característica que la variedad
recurrente no posee.