Incremento del potencial de rendimiento en la alianza global de la ciencia del arroz

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  • 1. Incremento del Potencial deRendimiento en la Alianza Global de la Ciencia del Arroz. Edgar Torres Programa de Arroz I Taller para Fitomejoradores de América Latina de la Alianza Global para la Ciencia del Arroz (GRiSP) Cali, 20 al 24 de Febrero de 2012
  • 2. Algunas Cifras.- Para satisfacer la demandaproyectada, la produccion mundial dearroz debe aumentar de 439 millonesde tm (arroz pulido) en 2010 a 496millones en 2020 y a 555 millones en2035.- Es decir 26% en los proximos 25años..- En Asia se requeriran 77 millones detm adicionales, en Africa 30 millones yen America 9 millones; para un total de116 millones adicionales..- Todo esto con menos area, masrestricciones ambientales, cambioclimatico etc..- A nivel mundial, se requiere un Fuente: Documento GRiSP 2010crecimiento de 1.2% a 1.5% (60kg/año) anual en el rendimiento entre2010 y 2020, y de 1.0% a 1.2%despues del 2020..
  • 3. Efecto de manejo del cultivo, manejo de nutrientes y mejoramiento genético en el rendimiento potencial del Arroz Rendimiento potencial de una determinada variedad 13 en un clima dado 20% NUEVO TECHO 12 11 Rendimiento 20% 10 Clima o economico desbalance de 9 nutrientes 10% 8 ManejoTn ha agronomico 20% 7 deficiente 6 5 4 3 2 1 0 Yactual Yposible Yobjetivo Ypotencial Ynuevo Adaptado de Fairhust et al 2007
  • 4. Aumentar laadaptabilidad Interacción genotipo por ambienteespecifica… Donde ycuando una variedadgana. Explotación: CV3 en región 1 y CV1 en región 2 + Minimización: CV2 en región 1 y región 2 + región 1 región 2
  • 5. Que es el Rendimiento Potencial“El rendimiento potencial es el rendimiento en un ambiente fisico óptimo (radiación solar, temperatura, nutrición mineral) y con completa protección de malezas y plagas” Evans y Fisher, 1999.
  • 6. America Latina tiene una gran diversidad deambientes dedicados a la produccion de Arroz
  • 7. Mejoramiento del rendimiento mediante el Ideotipo Máx, Macollamiento Madurez fisiologica Inicio Macollamiento Llenado del grano Inicio del primordioGerminacion Floración Cosecha VEGETATIVO REPRODUCTIVO MADURACION Plantas m2 Paniculas m2 Granos/panícula % Fertilidad Número de granos llenos m2 Peso de los granos RENDIMIENTO EN GRANO
  • 8. Las variedades de tipo semi-enanoUna combinacion de tallos cortos y fuertes, baja estatura, hojas erectas, resistente al acame, con alta respuesta al nitrógeno e insensibles al fotoperiodo
  • 9. Las variedades de tipo semi-enano La respuesta a la aplicación del Nitrogeno de dos variedades sem i-enanas IR8 y TN1 y Peta una variedad alta durante la estación seca de 1966. (Adaptado de Hargrove y Coffm an 2006) 12 10 8 IR 8 Tons/ha 6 PETA TN1 4 2 0 0 30 60 90 120 Nitrogeno Aplicado Kg/ha
  • 10. Las variedades de tipo semi-enano Maxim o rendim iento de IR 8 y IR72 en la estación seca de 1998 en IRRI com parado con el m axim o rendim iento de IR 8 en 1966. Peng et al 1999 10 -2 tn/ha 9 8 7 6 Tn/ha 5 4 3 2 1 0 IR 8 1966 IR 8 1998 IR 72 1998 Variedad-AñoEl maximo rendimiento de IR8 ha disminuido en 2 tn/ha en 30 años; el mejoramiento “empirico” en el germoplasma indica ha resultado en el mantenimiento del potencial de rendimiento en cerca de 10 tn/ha, Peng et al 1999,
  • 11. El nuevo tipo de planta del IRRIEl 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
  • 12. El nuevo tipo de planta del IRRI Estacion seca 2003 Genotipo Tn ha-1 Biomasa IC Pan m2 Gr pan-1 Fert P1000 Promedio 9,03 1726 47,8 439 92,4 84,8 24,2Indicas Rango 8,54-9,51 1515-1858 41,8-50,8 379-483 82,2-106 76-89,4 22,2-28,4 Promedio 8,6 1673 45,4 396 106,1 75,0 24,3NTP -II Rango 6,27-10,2 1480-1877 32,5-54,1 343-493 97,7-113,4 56,9-84,8 19,8-27,8 Estacion seca 2004 Genotipo Tn ha-1 Biomasa IC Pan m2 Gr pan-1 Fert P1000 Promedio 8,19 1754 42,8 438 101,3 79,5 21,6Indicas Rango 7,25-9,32 1612-1907 41,4-44,7 376-481 81,8-118,6 78,8-82,1 19,4-24,2 Promedio 8,17 1708 42,6 383 112,3 72,9 23,9NTP -II Rango 7,39-8,76 1493-1850 39,7-47,5 339-512 98,3-135,6 61,8-81,9 18,6-25,7 La segunda generación de NTP, con introgression de genes indica, no mostró superioridad en rendimiento debido a: similar producción de biomasa, índice de cosecha y tamaño de la panícula; y menor llenado del grano. Peng et al 2005
  • 13. Ideotipo japones para alto rendimiento YR929 MILYANG 42 YR901 TAKANARI IR1317 MILYANG 25 IR24Varios cultivares de alto rendimiento han sido desarrollados recientemente en japón inspirados en el modelo “Tongil” de Korea. Variedades de cruzamientos indica por japonica de tipo panículas largas. Yonezawa, 2007; Goto et al 2009; Fisher y Edmeades 2010;
  • 14. Ideotipo japonés para alto rendimientoGenotipo Ton ha-1 Paniculas Granos m-2 Granos % P1000 (gr) m-2 x103 pan-1 Llenado2003Liangyoupeijiu 9,9 223 37,9 170 77 25,9Takanari 9,6 239 41,0 172 70 23,6Nipponbare 7,6 326 30,0 92 81 22,82003 Alto-NLiangyoupeijiu 9,7 243 38,7 160 73 25,5Takanari 9,8 256 41,3 161 69 23,32004Liangyoupeijiu 11,8 217 50,1 231 77 24,0Takanari 11,4 274 49,1 179 81 22,9Nipponbare 7,7 304 29,7 98 89 23,4 Takanari, una variedad de paniculas largas, mostró una capacidad de rendimiento similar al super hibrido chino en las condiciones de Kyto debido a la mayo eficiencia en el uso de la radiación y a la capacidad de translocar carbohidratos al grano. Katsura et al 2007
  • 15. Ideotipo CIAT- FLAR para alto rendimientoLa estrategia del FLAR y el CIAT paraalto rendimiento se enfoca enacumular caracteres que confierenalto rendimiento en ambientefavorecidos tales como: Altura intermedia Hojas erectas, verdes oscuro y consenescencia lenta Tallos fuertes Paniculas largas Alta fertilidad Granos más pesados
  • 16. El mejoramiento en el Programa de Arroz de Riego del CIAT. Variable Coeficiente de R2Variable Coeficiente R2 Regresión de Regresión Floración 0.73 d dec-1 0.0Floración 0.43 d yr-1 0.16 Rendimiento* 0.312 t ha-1 dec-1 0.89Rendimiento* 0.13 t ha-1 yr-1 0.56 Altura de Planta* 6.14 cm dec-1 0.95Altura de Planta* 1.09 cm yr-1 0.70 Paniculas m-2 -50.78 pan dec-1 0.69Paniculas m-2 2.48 pan yr-1 0.08 Granos llenos 3.74 gran dec-1 0.43Granos Panicula-1* 1.08 gran yr-1 0.45 panicula-1Peso mil granos 0.25 gr. yr-1 0.24 Peso de mil granos* 1.07 gr. dec-1 0.93Source: Cuevas-Perez et al , Estirilidad (%) 4.55 % dec-1 0.851995 Source: Berrio et al , no publicado 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.
  • 17. IdeotipoRendimiento y componentes de rendimiento en líneas de Paniculas Largas. Palmira 2009B Granos Granos Granos Fertilidad Peso de mil Biomasa Parcela Potencial PanGenotipo Totales m-2 llenos totales (%) granos gr m-2 Ton ha-1 Ton ha-1 m-2 x103 pan-1 pan-1 (gr) 2027 9.70 12.0 498.0 58.65 96.7 117.8 82.1 23.8 2339 IR 64 9.12 10.7 802.0 49.58 51.5 61.8 83.3 24.3 2022 2074 8.83 9.8 521.3 48.99 72.9 93.9 77.6 24.5 1985 2122 8.57 9.8 453.5 48.80 81.2 108.2 74.7 25.6 1982 1856 8.50 10.0 749.0 49.65 48.8 66.3 76.7 26.0 2131 1817 8.39 9.3 660.5 53.59 52.7 81.7 64.6 25.5 1885 1841 8.22 11.0 557.3 65.72 81.4 119.9 68.2 23.2 2134 2063 8.13 9.2 481.5 56.42 79.8 117.6 68.2 22.6 1987 2065 8.08 10.5 498.7 54.25 82.0 109.2 75.0 25.1 1869Fedearroz 60 8.07 10.3 527.5 51.04 70.5 97.5 72.4 26.3 2126 1860 7.91 10.7 418.5 51.20 89.1 122.9 72.4 27.3 2040 2047 7.77 9.4 376.0 45.33 84.8 122.7 69.9 28.2 1936 FL01028 7.72 10.1 526.0 59.68 77.9 114.5 68.1 23.4 2047 Promedio 8.22 10.0 527.3 52.88 74.5 104.7 71.9 25.2 2036 CV (%) 7.67 9.77 12.5 10.0 12.4 13.0 8.4 3.8 7.92Una evaluación de LRE para componentes de rendimiento mostró que la combinación de paniculas largas conalta fertilidad y buen macollamiento es posible y conduce a mayor rendimiento CIAT (no publicado)
  • 18. Ideotipo Rendimiento y componentes de rendimiento ensayo de variedades. Palmira 2011A Granos llenos Granos llenos Peso de mil Fertilidad Biomasa Parcela -1 Genotipo Pan m-2 m-2 x103 pan granos (gr) (%) gr m-2 Ton ha-1 2027 9,35 484.0 53,24 110.8 24.0 84.7 2232.0 ORYZICA 3 9,02 816.0 56,24 68.8 19.4 84.4 2138.7 ORYZICA 1 9,00 724.2 50,34 69.4 23.6 83.8 2116.1 FEDEARROZ 473 8,67 684.0 48,33 70.8 24.6 76.1 2266.7 FEDEARROZ 50 8,61 759.3 51,59 68.1 24.8 85.3 2445.2 FEDEARROZ 174 8,59 740.0 48,84 66.2 26.0 85.3 2146.7 IR 22 8,40 834.7 41,57 50.0 20.6 88.0 1669.3 FEDEARROZ 733 8,22 656.0 44,45 69.7 24.3 84.3 2088.0 LV 1063-1-1-1-M 8,06 600.0 40,34 67.8 23.8 85.9 2010.7 FEDEARROZ 60 8,00 625.3 48,77 78.5 25.9 74.2 2357.3 CICA 8 7,55 658.7 46,00 72.1 20.3 76.1 1874.7 ORYZICA YACU 9 7,42 701.3 46,97 67.8 23.8 78.4 2029.3 IR 8 7,05 713.3 40,29 56.5 22.2 91.0 1437.3 BLUEBONNET 50 5,77 421.3 41,39 100.5 21.5 80.3 2045.3 Promedio 8,10 671,6 46,88 72,6 23,2 82,7 2057,94 CV (%) 10,4 10,9 9,7 13,55 3,1 6,0 9,8Una evaluación de variedades comerciales de LA para componentes de rendimiento tambien mostró que la combinación depaniculas largas con alta fertilidad y buen macollamiento conduce a mayor rendimiento CIAT (no publicado)
  • 19. IdeotipoIncremento en el número de granos llenos por panícula. Palmira 2011A
  • 20. IdeotipoIncremento en el rendimiento por parcela. Palmira 2011A
  • 21. Como mejorar el rendimiento en el Arroz- Ideotipo Máx, Macollamiento Madurez fisiologica Inicio Macollamiento Llenado del grano Inicio del primordiogerminacion Floración Cosecha VEGETATIVO REPRODUCTIVO MADURACION Adecuado # Paniculas m2 Alto Granos/panícula Alta Fertilidad Número de granos llenos m2 Peso de los granos RENDIMIENTO EN GRANO
  • 22. El rol de los carbohidratos no estructurales gr m-2 dia -1 Supresión de la Tamaño del 14 a 0 DAF degeneración de los vertedero granos R Desarrollo de la Tamaño del Peso de un cascara grano grano individual ECarbohidratos N T Desarrollo del grano Actividad del Llenado del de polén vertedero grano O Carbohidratos de Número de celulas reserva del endospermo La acumulación de carbohidratos no estructurales es fundamental para el llenado de un mayor número de granos por panícula; especialmente en los materiales de panicula larga. Nagata et al 2002; Horie et al 2004; Takai et al 2006.
  • 23. Uso de Especies Silvestres Rendimiento (kg ha-1) líneas de cruzas inter- especificas, CIAT Palmira 2009B. 10500.00 10000.00 9500.00Kg ha-1 9000.00 8500.00 8000.00 7500.00 7000.00 Fertilidad (%) líneas de cruzas inter-especificas, CIAT Palmira 2009B. Genotipo 90.00 Fertility (%) 85.00 80.00 75.00 70.00 Genotipo
  • 24. Uso de Especies Silvestres Rendimiento (kg ha-1 ) Jamundi 2010A Rendimiento % Media Agrupamiento Genotipo (tn/ha) Ensayo REWGIB69B1260 11.2 117.9 aIB69B1264 10.3 108.4 a bFEDEARROZ 60 10.1 106.3 a b2027 10.0 105.3 a bIB69B1262 9.9 104.2 a b2074 9.6 101.1 a b1860 9.5 100.0 a b cIR 64 9.1 95.8 a b cER109 9.0 94.7 a b cER103 8.9 93.7 b c2122 8.7 91.6 b cFEDEARROZ 50 7.4 77.9 cPromedio 9.5CV (%) 8.1
  • 25. Uso de Especies SilvestresIntrogresiones de Oryza rufipogon en la Línea ER109. Se han introgresado en líneas elitesgenes positivos para rendimiento
  • 26. HibridosLos avances logrados en el desarrollo de líneas puras pueden ser maximizados por el uso de estas en los hibridos
  • 27. Ensayo Rendimiento Hibridos, Palmira 2011A.Genotipo Promedio LSD (p=0.05) > F60 > ORY 1 GE (%) Pal CB Mont Amy Mont LG MontCT 23062H 12296.2 a 1522 2165 52,6 - - -CT23057H 12159.2 a b 1385 2028 53,0 1.2 28.9 ELCT23064H 11923.4 a b c 1149 1792 53,7 0.8 29.5 ELIB69B1260 11422.6 a b c d 649 1291 51.5 - - -2027 11184.8 a b c d e 411 1053 54.6 - - -CT23060H 11005.9 a b c d e 232 874 58.2 1.0 25.3 ELCT22727H 10869.3 b c d e f 95 738 60.3 4.0 27.2 LCT23023H 10846.3 b c d e f 715 52.6 2.0 29.3 ELCT23028H 10820.0 c d e f 689 54.5 0.6 30.0 ELFEDEARROZ 60 10773.7 c d e f 583 59.6 0.6 30.0 ELIR 64 10745.7 c d e f g 61.0 - - -CT22729H 10714.5 c d e f g 57.3 4.0 25.3 LCT23040H 10687.2 c d e f g 57.3 0.4 28.9 ELCT22724H 10446.5 d e f g 53.6 0.4 24.5 LCT23037H 10435.3 d e f g 54.2 0.4 22.5 ELCT23024H 10259.6 d e f g h 62.3 0.8 30.2 ELCT22725H 10221.6 d e f g h 55.4 2.0 26.8 LORYZICA 1 10131.5 d e f g h 61.4 - - -CT23021H 10116.9 e f g h 52.4 0.4 29.4 ELCT23035H 10027.2 e f g h 54.6 0.8 28.7 ELCT23022H 9619.1 f g h 59.3 0.6 29.7 ELCT23032H 9101.0 g h 58.3 0.6 26.9 ELCT23034H 8681.8 h 52.9 0.6 29.8 ELMean 10630.0CV (%) 5.61
  • 28. Resultados de Rendimiento (Kg/ha) de Hibridos del CIAT en algunos paises en América Latina. Dominicana DominicanaNumero Nambre Santa Rosa Santa Rosa Monteria Palmira SD Palmira TR SD TR Nicaragua 1 CT 22724H 2053,2 2346,9 6055,2 10435,3 8247,1 5625,0 5067,0 3120,0 2 CT 22725H 1607,9 1878,0 6277,6 10221,6 7461,2 7020,0 7200,0 5200,0 3 CT 22727H 3541,9 3969,2 5720,0 10869,3 9365,8 5949,0 6591,0 6045,0 4 CT 22729H 4503,4 4924,2 6408,5 10714,5 10734,3 4764,0 5454,0 6110,0 5 CT 23020H . . 6408,5 . 7850,1 5652,0 6580,0 6175,0 6 CT 23021H 2943,7 4025,0 6669,5 10116,9 8736,0 5949,0 5454,0 6240,0 7 CT 23022H 3271,3 3368,9 5109,1 9619,1 8547,3 5830,0 6580,0 4550,0 8 CT 23023H 950,6 2383,8 5940,2 10846,3 8721,7 4760,0 5682,0 5070,0 9 CT 23024H 2515,5 3178,4 5286,6 10259,6 8328,0 6842,0 8180,0 4095,0 10 CT 23032H 1681,1 . 5900,0 9101,0 7960,3 4760,0 6818,0 6110,0 11 CT 23034H 1060,3 2047,9 6680,3 8681,8 8399,4 5949,0 6818,0 5915,0 12 CT 23035H 2392,8 3324,8 8747,2 10027,2 8143,6 7853,0 5454,0 5655,0 13 CT 23037H 2491,0 3696,3 5504,6 10446,5 9243,4 5949,0 6820,0 5915,0 14 CT 23040H 1766,3 3247,7 5900,0 10687,2 7532,5 7020,0 6820,0 5330,0 15 CT 23057H 2733,5 4754,9 3096,9 12159,2 8293,4 8924,0 8400,0 7280,0 16 CT 23060H 1668,8 2378,4 4897,2 11005,9 8423,3 8900,0 7954,0 6565,0 17 CT 23064H 2449,6 3021,1 5710,8 11923,4 10839,2 5340,0 9080,0 5915,0 18 CT 23028H . 3871,4 . 10820,0 19 CT 23062H . 3673,8 . 12296,2 Fedearroz 174 1819,12 1819,12 . . Fedearroz 50 . . 3045,0 . 7820,70 Fedearroz 60 . . 4030,0 10773,7Testigos Fedearroz 473 . . 5876,0 . Jaragua 5625,0 6700,0 ANAR 2006 5915,0
  • 29. Tema 2: Aceleramiento del desarrollo, entrega y adopción de variedades mejoradas. Linea de Producto 2.4.1. Nueva generación de líneas con mayor potencial de rendimiento.Identificación Cruzas Evaluacion de Evaluación SSD OYT AYT Meta 2015de donantes dialelo Heterosis y genotipica Cuatro Cinco lineas parcial autofecundacion delos generaciones Un Cuatro elites con 10% mas de de la F1 padres sitio Sitios rendimiento con SNP’s en LAC que el testigo mas rendidor18- Líneas En el Abril-Agosto Sept-Decélites y 2011 sevariedades de hicieronAmerica Latina 136con alto Cruzaspotencial de Simplesrendimiento
  • 30. Tema 2: Aceleramiento del desarrollo, entrega y adopción de variedades mejoradas. Línea de producto 2.5.3. Hibridos de Arroz para América LatinaCruzas Prueba Aumento Ensayo de Aumento de Eval Ensayos en (2013) 200 (2015) Al nuevos menos tresPrueba Restauracion Pal, SR Semilla Observacion Semilla para Multi- Franjas hibridos hibridos Fertilidad and Mont para en paises Pruebas Local probados en considerados Vivero Avanzadas America para ser Latina liberados71 (2009) 19 (series Brasil, Colombia 2009) Argentina Dominicana Uruguay Costa Rica Filipinas Panama Africa Nicaragua (2012)384 71 Abril-Agosto Sep-Dec(2010) Nov-Mar275 Mar-Jun Abril-Agosto Sep-Dec(2011)
  • 31. GRiSP Taller sobre potencial de Rendimiento , Agosto 21-26, de 2011CIAT-Cali, Colombia
  • 32. Actividades clave para aumentar el potencial de rendimiento identificadas durante el Taller de Trabajo para Aumento del Potencial de Rendimiento Acumulación/piramidación de genes o QTLs asociados con alto potencial derendimiento utilizando selección asistida por marcadores. Mejoramiento de caracteres fisiológicos relacionados con la capacidad de la plantapara producir mas carbohidratos (source) Selección recurrente asistida por marcadores y selección genómica Utilización de alelos positivos provenientes de especies silvestres Incremento de los niveles de heterosis: Identificación de grupos heteroticos, selecciónrecurrente reciproca, identificación de bloques de genes asociados a heterosis ymarcadores para alta CGC.
  • 33. Incremento del potencial de rendimiento utilizando herramientas genomicas y fisiologicas. Proyecto de nuevas fronteras. Piramidar genes/QTLs relacionados con rendimiento en IRRI y CIAT en colaboracion con la Universidad de Nagoya (Japon) – Manabu/Edgar Evaluar las líneas con uno o mas genes de rendimiento introgresados en multiples ambientes en colaboración con los colaboradores del GRiSP y programas nacionales- Edgar Evaluación de los logros actuales: Caracterización morfo-fisiologica de variedades de alto potencial de rendimiento y modelaje de estas-Edgar Desarrollo de metodologías para la medición de caracteres claves para alto rendimiento a través de mediciones automatizadas y de mayor rapidez Identificación de la diversidad genética disponible y donantes de caracteres claves para alto rendimiento y análisis genético-Edgar Definición de ideotipos para alto rendimiento y de estrategias de mejoramiento para obtenerlo-Edgar
  • 34. Conclusiones 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 mejoramiento del ideotipo, la utilización de hibridos en arroz y de alelos positivos de especies silvestres han contribuido a mantener aumentos en el potencial de rendimiento. La explotación de nuevas herramientas derivadas de la fisiologia y la genómica permitiran nuevos avances en la obtención de genotipos de mayor rendimiento.