Mejoramiento Para Tolerancia a Factores Abióticos.

Transcripción

1 Mejoramiento Para Tolerancia a Factores Abióticos.

2 Definición de Estrés Un factor que causa, a través de su presencia o ausencia, una reducción en el rendimiento. Se define en términos de la respuesta de la planta hacia un factor casual.

3 Importancia Las pérdidas debidas a la sequía son mayores que las debidas a cualquier otro estrés. La sequía es un fenómeno de ocurrencia mundial y en la mayoría de los casos no predecible

4 Importancia del estrés hídrico sobre el maíz en Argentina Pérdidas promedio anuales causadas por sequía: 1,2 millones ton. Valor económico: u$s 150 millones.

5 Sequía: Soluciones Incrementar la eficiencia en el suministro de agua a los cultivos Incrementar la eficiencia del uso del agua por las plantas Incrementar la tolerancia a sequía de los cultivos

6 Mecanismos De Resistencia a La Sequía Escape Evitación Tolerancia

7 Escape Minimiza la interacción de la sequía con el crecimiento del cultivo y su rendimiento.

8 Evitación Aumento de la capacidad de mantener una condición hídrica alta a pesar de la insuficiencia de humedad en el ambiente.

9 Tolerancia La capacidad de producir a pesar de la pérdida en la condición hídrica de la planta.

10 Preguntas Seleccionar en el mejor ambiente? Seleccionar en el ambiente donde se produce el estrés?

11 Mas Preguntas Seleccionar primero por rendimiento? Seleccionar por caracteres que confieran adaptación y/o tolerancia?

12 Desarrollo de Germoplasma Tolerante Ambiente de selección Manejo del estrés

13 Problemas Baja heredabilidad de los caracteres Alta interacción genotipo - ambiente Dificultad de reproducir la intensidad del estrés

14 Estrategias de Selección

15 Estrategias de Selección Selección Directa Selección Indirecta

16 Selección Directa A. Seleccionar para rendimiento en condiciones óptimas, y luego evaluar las selecciones en ambientes con alta probabilidad de ocurrencia de sequía (Blum, 1983).

17 Selección Directa B. Seleccionar para rendimiento bajo condiciones de estrés hídrico (Blum, 1985).

18 Interacción GxA (tipo cross-over) + A Media Genotipo B - A: selecto en ambiente óptimo B: selecto en ambiente con estrés - + Rendimiento Medio por Ambiente

19 Interacción GxA (tipo cross-over) + A Media Genotipo B - A: selecto en ambiente óptimo B: selecto en ambiente con estrés - + Rendimiento Medio por Ambiente

20 Interacción GxA (tipo cross-over) + A Media Genotipo B - A: selecto en ambiente óptimo B: selecto en ambiente con estrés - + Rendimiento Medio por Ambiente

21 Selección Indirecta Utilizar indicadores ó caracteres fisiológicos, bioquímicos y morfológicos conocidos ó que confieran tolerancia al estrés hídrico (Parsons, 1983)

22 Alternativas de Selección A. Seleccionar por adaptación en una amplia gama de ambientes (incluir ambientes con alta probabilidad de ocurrencia de estrés)

23 Alternativas de Selección B. Seleccionar en el ambiente con estrés mediante caracteres correlacionados y de alta heredabilidad, ej.: prolificidad y rendimiento; INF y rendimiento

24 Alternativas de Selección C. En ambiente óptimo seleccionar genotipos tolerantes a alta densidad

25 Mejoramiento De Trigo

26 Selección en bulk modificada para tolerancia a la sequía en trigo

27 F2 (C0) F3 (C1) F4 (C2) Selección Masal F5 (C3) F6 (C4) Selección Individual

28 CP 2 (22,9%) 4,00 HI 2,00 C0 CTD3 LM GY 0,00 C1 GUA C4 C3 NSem -2,00 C2 BY NEsp -4,00-4,00-2,00 0,00 2,00 4,00 CP 1 (56,2%) Biplot de las dos primeras componentes principales para seis variables evaluadas en cuatro ciclos de selección y dos cultivares testigos de trigo bajo riego y sequía

29 Líneas F7 Evaluación a Campo Resultados

30 CP 2 (23,7%) 4 NHead 2 0 DSH Rolling L34 L101 Biomass L84 Yield -2 BS CTD L62 L100 HI L CP 1 (59,6%) Biplot de las dos primeras componentes principales para siete variables evaluadas en seis líneas experimentales de trigo y un testigo durante dos años.

31 Valores Medios Para Longitud De Coleoptilo Y Porcentaje De Germinación Bajo Sequía En Laboratorio Para Distintos Ciclos De Selección Y Cultivares Testigos En Trigo.

32 Ciclos Longitud de Coleoptilo Porcentaje de Germinación Bajo Sequía C0 8,63 84,69 C1 8,43 89,13 C2 9,80 89,11 C3 9,13 91,22 C4 11,83 89,84 BG 9,25 85,5 LM 10,23 73,88 Onix 10,58 70,00 KDE 11,08 83,25 BA 13,00 80,85 BS 9,88 96,68 DMS (0,05) 1,39 4,83 R 2 0,72 0,88 CV (%) 9,49 3,93

33 Conclusiones Los ciclos 3 y 4 superaron significativamente al C0 para germinación bajo estrés, con porcentajes comparables a los mejores testigos El C4 presentó la mayor longitud de coleoptilo superando significativamente a los demás ciclos. En los ensayos a campo los C3 y C4 superaron significativamente al C0 para rendimiento y número de semillas m -2.

34 Conclusiones El C4 mostró la mayor depresión de temperatura de canopia superando a todos los genotipos y no diferenciándose del mejor testigo (GUA). La selección por vigor bajo estrés hídrico desarrollo genotipos que se mostraron comparables al comportamiento de cultivares testigos.

35 Depresión de la temperatura de canopia como complemento de la selección empírica en trigo

36 q/ha 37,50 30,35 23,20 16,05 8,90-4,54-3,22-1,90-0,58 0,74 CTD Asociación entre CTD y rendimiento medida en 24 líneas experimentales en prefloración sin sequía durante el año 2003 (R 2 =0,20).

37 q/ha 5,81 4,65 3,50 2,34 1,19-7,97-7,40-6,84-6,27-5,70 CTD Asociación entre CTD y rendimiento medida en 7 líneas experimentales en prefloración bajo sequía severa durante el año 2004 (R 2 =0,48).

38 q/ha 28,06 23,31 18,55 13,79 9,04 1,92 2,93 3,95 4,97 5,99 CTD Asociación entre CTD y rendimiento medida en 16 líneas experimentales en prefloración bajo sequía durante el año 2005 (R 2 =0,26).

39 Conclusiones La CTD presentó asociaciones significativas con el rendimiento sobretodo bajo condiciones de sequía severa. En general, en condiciones sin sequía, la asociación CTD-rendimiento no fue significativa. La CTD medida en estados vegetativos próximos a prefloración y en prefloración, en condiciones de sequía, mostró una significativa asociación con el rendimiento.

40 Coeficientes de correlación entre CTD y rendimiento bajo riego y sequía durante Rendimiento Riego Sequía CTD1v n.s n.s CTD2v n.s -0,51** CTD3pf n.s -0,50** CTD4f n.s n.s CTD5gf n.s n.s

41 Conclusiones La CTD presentó asociaciones significativas con el rendimiento sobretodo bajo condiciones de sequía severa. En general, en condiciones sin sequía, la asociación CTD-rendimiento no fue significativa. La CTD medida en estados vegetativos próximos a prefloración y en prefloración, en condiciones de sequía, mostró una significativa asociación con el rendimiento.

42 Estrategias De Selección Para Adaptación En Trigo a Sequía

43 Estrategias De Selección Para Desarrollar Líneas De Trigo Generación Estrategia F2 F3 F4 F5 F6 Humedad Continua H H H H H Humedad Sequía H S H S H Sequía Humedad S H S H S Sequía Continua S S S S S (Kirigwi et al., 2004)

44 Rendimiento de trigo en distintos ambientes Ambientes Régimen de Selección Rinde Bajo Medio Alto HC 4,31 a 5,55 a 8,10 c HS 4,29 a 5,35 a 10,00 a SH 4,19 a 5,60 a 8,00 c SS 4,37 a 5,55 a 8,45 b

45 Rendimiento de trigo en distintos ambientes Ambientes Régimen de Selección Rinde Bajo Medio Alto HC 4,31 a 5,55 a 8,10 c HS 4,29 a 5,35 a 10,00 a SH 4,19 a 5,60 a 8,00 c SS 4,37 a 5,55 a 8,45 b

46 Conclusiones La selección alternada no-estrés y estrés fue la forma mas efectiva de desarrollar germoplasma de trigo adaptado a sequía.

47 Metodología para el mejoramiento de trigo tolerante a la sequía y con alta respuesta en ambientes favorables Generación F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 Actividad Cruzamiento de germoplasma con amplia adaptación, alto potencial de rendimiento y con genes para tolerancia al estrés. Ambiente óptimo, vigorosas plantas individuales seleccionadas y con resistencia horizontal a la roya Secano o ambiente con deficiencia hídrica. Criterios: tamaño de espiga, vigor, biomasa, granos/m2. Líneas evaluadas en condiciones óptimas Ídem F3 Ídem F4 Evaluación simultáneas de las líneas selectas en ambientes óptimos y con estrés. Selección de aquellas con buen comportamiento en ambos ambientes

48 Mejoramiento De Maíz

49 Efectos de aptitud combinatoria para temperatura foliar en maíz (Zea mays L.).

50 Analisis de varianza para 15 cruzas dialélicas entre 6 líneas de maíz para temperatura foliar (CT) y rendimiento (GY). Cuadrados medios Fuente G.L. CT GY Genotipos 20 6,48 764,63 ACG 5 2,89 487,81 ACE 15 7,68 856,90 Error 40 0,67 64,40

51 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0-0,1-0,2-0,3-0,4 6A 11 86C 83A 48B 70A Efectos de ACG en líneas de maíz a) Temperatura foliar

52 6,00 4,00 2,00 0,00-2,00-4,00-6,00 6A 11 86C 83A 48B 70A b) Rendimiento

53 Hybrids 48B x 70A 83A x 70A 83A x 48B 86 x 70A 86C x 48B 86C x 83A 11 x 70A 11 x 48B Rinde TF 11 x 83 A 11 x 86C 6A x 70A 6A x 48B 6A x 83A 6A x 86C 6A x Heterosis (%)

54 Conclusiones Se detectó mayor importancia de los efectos no-aditivos en la determinación de ambos caracteres. La línea 48B (ATF) formó parte de las cruzas con mayor heterosis para rendimiento. Las cruzas con mayor heterosis para rendimiento mostraron heterosis negativa para temperatura foliar.

55 Heterosis en ensayos de calidad de semilla en híbridos experimentales de maíz.

56 Heterosis (%) Figura 1. Heterosis en Pruebas de Germinación Estándar y Vigor (CT) y (PEG) en híbridos experimentales de maíz PG CT PEG -100 A 217 A 235 A 219 A 227 A 238 A 204 A 237 A 230 A 236 A 232 Híbridos

57 CP 2 2,74 ColdPG PG 1,58 A 230 A 232 A 237 0,42 A 204 PEGPG -0,74 A 235 A 227 A 219 A H08 A 238 A 217-1,90-3,06-1,62-0,18 1,26 2,70 CP 1 Biplot de la 1a y 2a componentes principales En base a PG, ColdPG y PEGPG en 11 híbridos de maíz.

58 Conclusiones Los ensayos de vigor (CT y PEG) permitieron discriminar entre los híbridos evaluados por su nivel de heterosis en comparación con el ensayo de PG. La prueba de PEG exhibió el mayor porcentaje de heterosis, al cruzar líneas con valores extremos para su capacidad de germinar en condiciones de estrés hídrico.

59 Aptitud combinatoria para vigor temprano bajo sequía en maíz

60 Objetivo Estimar los efectos de aptitud combinatoria general (ACG) y específica (ACE), para distintas variables relacionadas con la germinación de maíz bajo estrés hídrico.

61 Análisis de varianza de 15 cruzas dialélicas entre 6 líneas endocriadas de maíz para 5 variables de acuerdo al método 4 de Griffing (1956). *, **: Significativo al 5 y 1% respectivamente. F.V. G.L PAEG PEG LRP NRS RR Híbridos 14 68, ,445 58,842 5,671 0,025 ACG 5 155,865* 537,863* 83,391* 8,243** 0,043** ACE 9 19,562* 163,880* 45,204* 4,242 0,016 Error 28 5,670 44,860 0,530 1,429 0,010

62 B PEG A 49 83A PA PEG LRP NRS RR Efectos de ACG para parte aérea (PA), % de germinación en PEG (PEG), longitud de raíz primaria (LRP), número de raíces secundarias (NRS) y radio radical (RR), de acuerdo al método 4 de Griffing (1956)

63 PA PEG LRP ACE para tres variables de acuerdo al método 4 de Griffing (1956). 31BxPEG4 31Bx75 31Bx86A 31Bx49 31Bx83A PEG4x75 PEG4x86A PEG4x49 PEG4x83A 75x86A 75x49 75x83A 86Ax49 86Ax83A 49x83A

64 1,5 1 0,5 0-0,5-1 31BxPEG4 31Bx75 31Bx86A 31Bx49 31Bx83A PEG4x75 PEG4x86A PEG4x49 PEG4x83A 75x86A 75x49 75x83A 86Ax49 86Ax83A 49x83A -1,5 NRS RR ACE para número de raíces secundarias (NRS) y radio radical (RR) de acuerdo al método 4 de Griffing (1956).

65 Conclusiones Los caracteres estudiados fueron principalmente controlados por efectos aditivos, a pesar de la importancia de los efectos no aditivos en algunos de los caracteres. Esto indica que es posible mejorar estas características en las líneas bajo selección y también seleccionar híbridos específicos en base a la ACE para vigor temprano bajo sequía.

66 Selección Recurrente Para Tolerancia a Sequía.

67 Población Original Endocría Selección de Progenies S1 En Laboratorio (P.E.G.) Pruebas de Campo Con las S1 Selectas Cruzas Entre las S1 De Mayor Rendimiento

68 Efectos Génicos Líneas son más afectadas por la sequía y la falta de N que los híbridos Los efectos aditivos son importantes para tolerancia a sequía. Los efectos no-aditivos son más importantes bajo N estrés. Correlacion entre líneas e híbridos son generalmente mas bajas que en condiciones sin estrés.

69 Evaluación de caracteres para tolerancia a la sequía

70 Caracteres y Ocurrencia de La Sequía Estrés temprano: prioridad para caracteres que afecten la supervivencia de la semilla y de la plántula Estrés en floración: prioridad para caracteres que afecten la formación de la espiga y el aborto de flores Estrés terminal: prioridad para caracteres que afecten el llenado de grano

71 Ideotipo De Trigo Tolerante a La Sequía (CIMMYT) Mayor tamaño de semilla Mayor longitud de coleoptilo Hábito postrado (importante en regiones con lluvia en estadios tempranos) Alta biomasa en pre-antesis Capacidad de acumular reservas en tallo

72 Ideotipo De Trigo Tolerante a La Sequía (CIMMYT) Alta capacidad fotosintética de la espiga Ajuste osmótico (rápido crecimiento del coleoptilo en solución de P.E.G.) Acumulación de ABA Anatomía y posición de la hoja Tolerancia al calor Alta supervivencia de macollos

73 Ideotipo De Maíz Tolerante a La Sequía (CIMMYT) Alta germinación en suelos con bajo contenido de humedad Alta relación raíz/ tallo en fase juvenil Cutícula cerosa en las hojas superiores Intervalo de floración reducido

74 Ideotipo De Maíz Tolerante a La Sequía (CIMMYT) Panoja pequeña Prolífica Tolerante al vuelco Reducida senescencia foliar

75 Rendimiento (qq/ha) Relación Entre Rendimiento En Grano Y El Intervalo De Floración 120 y = 91,128e -0,2753x R 2 = 0, ,00 2,00 4,00 6,00 8,00 INF (días)

76 Rendimiento Relación entre el Rendimiento y la Prolificidad 92,53 77,13 61,72 46,31 30,91 0,66 0,84 1,02 1,21 1,39 Prolificidad

77 Cuales caracteres secundarios elegir? 1. Variables genéticamente con asociación genética con rendimiento 2 Con moderada a alta heredabilidad 3 Fácil y de bajo costo de medición 4 Que pueda ser observado antes de floración 5 Que sea indicativo del rendimiento potencial

78 Fuentes de germoplasma No existe el germoplasma mágico Existe generalmente una relativa alta frecuencia de genes para tolerancia en el germoplasma de maíz existente Utilizar germoplasma con un razonable potencial de rendimiento

79 Bibliografía Ceccarelli, S Wide adaptation: How wide?. Euphytica 40: Edmeades, G.O.; J.Bolaños and S.C.Chapman, Value of secondary traits in selecting for drougth tolerance in tropical maize. In G.O.Edmeades, M.Bazinger, H.R.Mickelson and C.B.Peña- Valdivia (Eds.) Developing Drougth and Low N-Tolerant Maize. Proceedings of a Symposium, March 25-29, 1996, CIMMYT. El Batan, Mexico. Mexico D.F., CIMMYT. Ludlow, M.M. and R.C.Muchow, A critical evaluation of traits for improving crop yields in water limited environments. Adv. in Agronomy 43: Rosielle, A.A. and J. Hamblin Theoretical aspects of selection for yield in stress and non-stress environments. Crop Sci 21:

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