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Evolución del Tipo de Planta, Potencial de Rendimiento y Ganancia Genética en el Programa de Arroz del CIAT, por Edgar Torres
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Evolución del Tipo de Planta, Potencial de Rendimiento y Ganancia Genética en el Programa de Arroz del CIAT, por Edgar Torres

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  • 1. 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
  • 2. 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
  • 3. 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
  • 4. 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
  • 5. 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 …
  • 6. 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 RendimientoTn-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
  • 7. 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 germinacion InicioMacollamiento Máx,Macollamiento Iniciodelprimordio Llenadodelgrano Madurezfisiologica Floración Cosecha
  • 8. 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 6 8 10 12 0 30 60 90 120 Nitrogeno Aplicado Kg/ha Tons/ha IR 8 PETA TN1
  • 9. 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
  • 10. 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.
  • 11. 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.
  • 12. 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
  • 13. 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 Kgha Año liberación Ganancia Genética y Evolución del Rendimiento 1950-2010
  • 14. 300.0 400.0 500.0 600.0 700.0 800.0 900.0 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Paniculasm2 Año Evolucion del numero de paniculas por m2
  • 15. 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 Espiguillasporpanícula Año Evolucion del número de espiguillas por panícula
  • 16. 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 Porcentaje Año Evolución del porcentaje de fertilidad
  • 17. 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Númeroporpanícula Año Evolucion del número de granos llenos por panícula
  • 18. 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 Numeroporm2 Año Evolucion del número de granos llenos por metro cuadrado
  • 19. 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 Gramos Año Evolución del peso de 1000 granos
  • 20. 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 Gramosporm2 Año Evolución de la producción de biomasa
  • 21. 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 Indice Año Evolución del Indice de Cosecha
  • 22. 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 110.0 120.0 130.0 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Centimetros Año Evolucion de la altura de la planta
  • 23. 60.0 62.0 64.0 66.0 68.0 70.0 72.0 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Porcentaje Año Evolución del porcentaje de Blanco Total
  • 24. 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Porcentaje Año Evolucion del Porcentaje de Grano Entero
  • 25. 70.0 75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Diasdesdelasiembra Año Evolución de los dias al 50% de floración
  • 26. 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 Toneladasporha Variedad Efecto del Mejoramiento Genético en el Rendimiento del Arroz en Colombia
  • 27. 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
  • 28. 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
  • 29. Parentales Fenotipo MET Pedigrees Genotipo NGS SNP Chip TABLUP/Optimas F1 F2 500 Plantas por poblacion (25000 semillas) ~ 4000 lineas SSD (3 ciclos) F5Evaluacion (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
  • 30.  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