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Investigaciones sore Cadmio en el Cacao Colombiano

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Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria - Corpoica
Centros de Investigación Tibaitatá, Palmira y La Suiza
Colombia.

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Investigaciones sore Cadmio en el Cacao Colombiano

  1. 1. Investigaciones sore Cadmio en el Cacao Colombiano Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria - Corpoica Centros de Investigación Tibaitatá, Palmira y La Suiza Colombia Clara León, Profesional de Investigación Margarita Ramírez, Investigadora PhD Caren Rodríguez, Investigadora PhD Roxana Yockteng, Investigadora PhD Andrea Montenegro, Investigadora PhD Julián Mateus, Investigador Máster Daniel Bravo, Investigador PhD Aliados/socios: University of Basel - Switzerland, USDA, ARS - USA Agencia de financiamiento: Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (MADR) Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018
  2. 2. 28% (n=180) 20% (n=128) 10% (61) 5% (31) 37% (n=238) Muestras de granos de Cacao con cadmio disponible en cultivos de Colombia (n = 638) ≤ 0,50 mg/kg (0,50 - 1,00] mg/kg (1,00 -1,50] mg/kg (1,50 - 2,00] mg/kg > 2,00 mg/kg 2011 2013 Muestre de Cd en cacao de Colombia - Corpoica Antecedentes
  3. 3. Objetivos de las investigaciones desarrolladas Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 1. Desarrollar estrategias de investigación que permitan generar recomendaciones técnicas para disminuir la absorción de cadmio en cultivos de cacao con alto nivel del metal en zonas cacaoteras de Colombia: a. Determinar la reducción de Cd+2 en el ciclo del cadmio en el sistema suelo-bacteria-planta mediante la exploración de bacterias tolerantes al metal (CdtB) a nivel de hojarasca y horizontes de suelo en fincas cacaoteras del noreste de Colombia, b. Determinar el efecto de dosis creciente de cadmio en patrones y copas de cacao (Theobroma cacao L.) evaluadas en soluciones hidropónicas en invernadero, c. Determinar el efecto de HFMA en la reducción en la translocación de cadmio en clones de cacao en patrones y en copas a nivel invernadero, d. Reducir las concentraciones de cadmio biodisponible en suelos cultivados con cacao mediante el estudio y uso de bacterias oxalotróficas solubilizadores de potasio y tolerantes a cadmio en invernadero. 2. Realizar la bioprospección del germoplasma disponible (bancos de germoplasma, colecciones de trabajo, herbarios, áreas nativas (Amazonía, Orinoquía) mediante la caracterización fenotípica, molecular, organoléptica-fisicoquímica, absorción de cadmio y alelos de compatibilidad para seleccionar genotipos promisorios ("core collection") que alimentarán el programa de mejoramiento genético e. Caracterizar fenotípica, química, microbiológicamente (bacterias endófitas tolerantes a cadmio “ECdtB”), por absorción de cadmio, por compatibilidad y por respuesta a enfermedades limitantes los genotipos de cacao
  4. 4. Métodos Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 Bravoetal,2018 a. c. d. e. d.
  5. 5. b. Determinación de cadmio pseudo-total y disponible:  Suelos  Plantas  Granos de cacao Material Referencia Certificado: Suelo: ISE 992 Foliar: IPE 233 S/n Hoagland: raíz flotante e. Métodos HFMA: 1. Glomus sp. 2. Armillaria mellea c. ECdtB estudiada: Microcalorimetría Isotérmica (IMC) d.
  6. 6. Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 Resultados de investigación Bravoetal,2018 a. Cd y CdtB
  7. 7. Conversiones Bacterianas : Formas solubles de Cd transformadas en formas no asimilables. p.e. usando el operón cadA : enzima de cadmio ATPasa-dependiente tipo P (Naz et al. 2005) Bravoetal,2018,supplementaryfigs.1&2. Resultados de investigación Otavita confirmada por XRD & XRF
  8. 8. b. Factores de bioconcentración y translocación: Resultados de investigación 50.17 41.96 62.2 51.443 3.170 3.914 5.444 4.176 4.44 0.62 3.56 2.870 0 20 40 60 80 TCS- 01 TCS- 06 TCS- 19 Prome dio Bioconcentración y traslocación de Cadmio F TRASLO FBC aero 3.170 3.914 5.444 50.17 41.96 62.2 0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 TCS-01 TCS-06 TCS-19 Factores de bioconcentración FBC raiz FBC aero c. HFMA en patrones y copas: Glomus sp + A. mellea HFMA-Nativas Testigo 0 0,81 1,22 1,89 6 1,08 1,34 1,31 12 1,69 0,83 1,72 0 16,6 26,4 23 6 24 16,4 19,6 12 37,3 23,8 25,8 Factor de bioacumulación Factor de translocación Copa/suelo TCS01 Copa Matriz Cd evaluado Tratamientos Copa/Raíz *Armillaria mellea. No hubo diferencias significativas entre los tratamientos p-value (< 0.05). *
  9. 9. Resultados de investigación d. CdtB seleccionadas en invernadero: e. Plataforma hidropónica BGMV: Se identificaron accesiones contrastantes en absorción de cadmio y se está realizando el análisis de la expresión diferencial de genes candidatos Nrimp implicados en el transporte de metales pesados con niveles de absorción de cadmio contrastante. (Bravo et al., In Prep.) (Bravo et al., 2018 submitted to Letters in Applied Microbiology)
  10. 10. Conclusiones (preliminares) y brechas de conocimiento Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018 1. Encontramos evidencias de origen geogénico y antropogénico en fincas del noreste del país donde principalmente explotaciones de: i. esmeraldas, ii. carbón, iii. hidrocarburos y el uso indiscriminado de fertilizantes contaminados (6 a 600 mg kg-1 Cd) son las principales fuentes del metal en el cultivo (Bravo et al., 2018), 2. La variedad TCS19 es hiperacumuladora con niveles considerables del factor de bioconcentración (62.2) y de translocación (5.44) de Cd, 3. Nuestros datos evidencian que la estrategía de bioremediación puede ser funcional a mediano y largo plazo, una vez se confirmen los experimentos invernadero y se inicien pruebas en campo con las mejores cepas HFMA y CdtB. 4. El proceso de selección de clones tanto de campo, como los correspondientes a accesiones del Banco de Germoplasma Vegetal, requiere tiempo para cubrir un gran número de variedades, sin embargo se han estandarizado las mediciones de cadmio en laboratorio. Brechas: 4. Estudiar la fisiología del cadmio en las plantas de cacao 5. Desarrollar experimentos en campo que contemplen las enmiendas y aplicaciones microbiológicas
  11. 11. Propuestas de investigación a corto plazo Objetivo: Reducir la absorción de metales pesados que aseguren en el largo plazo la inocuidad del cacao (Theobroma cacao L.) a niveles permisibles para su comercialización, incrementan las unidades productivas con nuevas especies y generen en el corto plazo recomendaciones práctcas. Actividades: 1. Ampliación de la caracterización de suelos y bacterias rizosféricas tolerantes a cadmio en cacao con altos niveles de cadmio en granos en zonas productivas de Colombia, 2. Generar y validar estrategias basadas en bioremediación con bacterias endófitas tolerantes a cadmio (ECdtB), 3. Probar las CdtB y los HFMA en invernadero y campo, 4. Estudiar la dinámica de cadmio en suelo-planta y probar diferentes enmiendas, 5. Caracterizar materiales genéticos de cacao por absorción de cadmio. Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018
  12. 12. Propuestas de investigación a mediano plazo Actividades:  Generar un bioformulado y montaje de consorcios bacterianos tolerantes a Cd en invernadero y en parcelas experimentales de fincas modelo contaminadas,  Identificar y validar funcionalmente los genes implicados en el transporte de Cd utilizando transcriptómica y qPCR,  Caracterizar la interacción de materiales genéticos en la relación copa – patrón asociada al transporte de cadmio en la planta,  Evaluar los parentales seleccionados y las progenies obtenidas en el CI La Suiza, en solución de cadmio a diferentes concentraciones. Cacao libre de Cadmio Taller regional Colombia – Ecuador - Perú Cali, marzo 12-14, 2018
  13. 13. Capacidades – Equipos de Investigación Genética y mejoramiento PhD. Roxana Yockteng – ryockteng@corpoica.org.co PhD. Caren Rodríguez – cdrodriguez@corpoica.org.co MSc. Viviana Cuaran - vcuaran@corpoica.org.co Manejo Agronómico Esp. Clara León – cleon@corpoica.org.co MSc. Julián Mateus – jmateus@corpoica.org.co MSc. Jairo Rojas M – jrojas@corpoica.or.g.co PhD. Edwin Gutierrez - investigacion_gestor@fedecacao.com.co Ing. Agro Laura Rugeles - lrugeles@chocolates.com.co Microbiología y Suelos PhD. Daniel Bravo – dbravo@corpoica.org.co PhD. Margarita Ramírez – mmramirez@corpoica.org.co PhD. Nesrine Chaali – nchaali@corpoica.org.co MSc. Gersain Rengifo – grengifo@corpoica.org.co MSc. Tatiana I. Restrepo Q. – tirestrepoq@chocolates.com.co Química Analítica PhD. Andrea Montenegro - amontenegro@corpoica.org.co Quimico Hector H. Olarte - holarte@casaluker.com.co UNIVERSIDADES: De los Andes, Javeriana, Del Bosque, Nacional de Colombia, UFPS, UIS, SNR. Gobernaciones.
  14. 14. CACAO LIBRE DE CADMIO Taller regional Colombia - Ecuador - Perú Cali, 12-14 Marzo 2018 ¿Preguntas?

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