Fisiología del arroz y mejoramiento

Transcripción

1 Fisiología del arroz y mejoramiento

2 Mejoramiento genético Aumentar rendimiento Rendimiento: Kg/ Ha N panojas / m 2 N de granos / panoja Peso de 1000 granos Materia seca producida etapa vegetativa

3 Mejoramiento genético Aumentar la eficiencia de producción de biomasa (materia seca) Incrementar la distribución de biomasa a los destinos de interés economico Granos

4 Fenología de la planta de arroz Fisiología del arroz Factores que afectan rendimiento

5 Fenología de la planta de arroz S 0-3 V 1-13 R 0-9

6 Etapa vegetativa Germinación S 0 S 1 S 2 S 3

7 Etapa vegetativa Plántula Dura de días Desde primer hoja hasta quinta hoja. Hasta tercer hoja la planta vive de las reservas del endosperma A partir 5º hoja emerge primer macollo

8 Etapa vegetativa Macollaje días de duración Primer macollo emerge previo al estado de 5 hojas Desarrollo igual al del tallo principal

9 Etapa vegetativa Macollaje Menos número de hojas, menor tamaño y desarrollo mas tardío Difícil distinguir del tallo principal Crecimiento muy activo Hasta elongación entrenudos acumula almidón en las vainas de las hojas Primer componente del Rendimiento Nº panojas / Ha (potenciales)

10 Etapa vegetativa Macollaje T S P SS P S P TP P P S S S P S T

11 Etapa Reproductiva Diferenciación primordio Desarrollo de la panícula Es posible distinguir las espiguillas La panícula se eleva dentro de la vaina de la hoja bandera

12 Etapa Reproductiva Embarrigado (encañado, embuchado) días luego de diferenciación Vaina hoja bandera se hincha Se elongan los entrenudos del tallo Sensibilidad a las bajas temperaturas Segundo Componente del Rendimiento Nº granos / panoja

13 Etapa Reproductiva Floración La panoja emerge de la vaina de la hoja bandera Las flores se abren, son fecundadas y se cierran. Duración: 3-5 días luego de la emergencia de la panoja. La antesis floral ocurre desde arriba hacia abajo

14 Etapa Reproductiva Etapa de llenado y maduración del grano Madurez lechosa El ovario se desarrolla Aparecen los gránulos de almidón Comienza la diferenciación del embrión Los carbohidratos se traslocan de hojas y tallos al grano El endosperma presentan apariencia lechosa Tercer Componente del Rendimiento Peso de 1000 granos

15 Etapa Reproductiva Etapa de llenado y maduración del grano Madurez pastosa Se va perdiendo humedad y endosperma se hace pastoso El endosperma se comprime entre lemma y palea que le dan la forma y tamaño final

16 Etapa Reproductiva Etapa de llenado y maduración del grano Madurez dura días luego de la polinización se alcanza la madurez. El Contenido de agua es menor al 20%. La panoja madura de arriba hacia abajo (tiene granos duros, pastosos y lechosos).

17 Nº de plantas Nº de macollos Nº de granos Peso del grano

18 Fisiología del arroz Crecimiento foliar Senescencia foliar Aerénquimas Proteólisis, síntesis de aminoácidos y proteínas Fotosintesis Absorción de nutrientes Sílice Traslado de nutrientes y fotoasimilados Crecimiento del cariopse Partición de fotoasimilados Llenado de grano Secado de grano

19 Germinación Imbibición de la semillas Síntesis de AG 3 a aleurona Transcripción de la amilasa Transporte a endosperma para degradación almidón Maltosa y moleculas de almidón de cadena corta Temperatura Temperatura mínima 6-8º C Temperatura optima 30-32º C Temperatura máxima 41º C

20 Germinación Oxigeno El tenor de oxigeno en suelo determina el tipo de germinación Alto tenor de oxigeno Siembra en seco Emerge primero radicula Bajo tenor de oxigeno Siembra en agua Emerge primero coleoptile

21 Etapa vegetativa Se inicia con la primer hoja verdadera (completa) Los eventos en esta etapa son: Iniciación foliar Elongación foliar Maduración de la lámina foliar Formación del collar Elongación de la vaina Formación del nudo Elongación del entrenudo

22 Etapa vegetativa Requerimientos Climáticos Radiación Temperatura del agua 31º / 16º Culturales Cultivar Densidad de siembra Fertilización Riego N > 3,5% P > 0,25% en el tallo principal

23 Etapa vegetativa Fotosíntesis Energía lumínica Energía química Fijar CO 2 Carbohidratos Rendimiento es resultado de fotosíntesis

24 Etapa vegetativa Fotosíntesis Rendimiento por planta Hoja bandera (llenado de grano) Rendimiento por tallo Presencia y cantidad de destinos Granos acumulando reservas Rendimiento por area Numero de tallos / Ha Numero de granos/panoja Peso de 1000 granos Intensidad fotosintetica Indice de Area foliar

25 Etapa vegetativa Hasta elongación de entrenudos Almacenamiento de almidón se hace en las vainas foliares Vainas almacenan almidon y /o sucrosa

26 Etapa vegetativa Una vez inudado el arroz crece en hipoxia Suelo inundado las raices se recubre de Fe (ferroso) Las raices necesitan oxigeno para ser funcionales Las hojas mueren en 3-6 filocronos de elongación No proveen de oxigeno a las raices Nudos y entrenudos proveen de oxigeno a la raiz Aerenquima

27 Etapa vegetativa Formación de aerénquimas Tejido capaz de conducir oxigeno Muerte ordenada y programada de las células (apoptosis) produciendo grandes espacios intercelulares La conducción de oxigeno en arroz inundado se hace por la linea de nudos y entrenudos con aerénquimas

28 Etapa vegetativa Requerimientos Climáticos Temperatura: 18 a 25 º C Humedad: Oxigeno: Desarrollo de radícula Culturales Preparación terreno Fecha y densidad de siembra Distribución de la semilla Método de siembra Control de malezas

29 Etapa vegetativa Nutrición mineral Nitrógeno Rápidamente absorbido por las plántulas y convertido en proteínas foliares Las hojas se expanden, llegan a maximo fotosintetico y mueren. Parte de este nitrógeno se transfiere de las hojas adultas a las jóvenes hasta después de llenado de grano

30 Etapa vegetativa Nutrición mineral Nitrógeno Aminoacidos constitutivos de la hoja son transformados a: Glutamato, glutamina y serina Rapidamente traslocables a destinos como hojas en crecimiento Nitrogeno es redistribuible a las hojas jovenes durante todo el periodo vegetativo.

31 Etapa vegetativa Nutrición mineral Nitrógeno Máxima area foliar en R 0 Inicio panicula R 0 Diferenciación panícula R 1 Alta demanda de nitrogeno traslocable Hojas parecen sufrir deficiencia de nitrogeno.

32 Etapa vegetativa Nutrición mineral Nitrógeno Aumenta numero de espiguillas por panoja Interrelación marcada entre absorcion de N y radiación Características del tipo de planta afectan la relación anterior Plantas altas, poco macollaje y panojas grandes : Muy afectadas en su respuesta al N con baja radiación Plantas semienanas muy macolladoras y menor tamaño de panoja: Poco afectadas en su respuesta al N con baja radiación

33 Etapa vegetativa Nutrición mineral Sílice Tiene absorción selectiva por el ácido silícico Se deposita en paredes celulares y epidermis Incrementa fotosintesis Reduce el consumo de agua Favorece las posicion erecta de las hojas Reduce efectos de toxicidad de algunos nutrientes por excesiva absorcion

34 Etapa reproductiva Desarrollo del grano Lleva un período relativamente largo en el desarrollo de la planta Desarrollo del tubo polínico Nutrición del endosperma y embrión Energía Elongación del grano: expansión de pared celular hasta ocupar el maximo espacio entre lemma y palea

35 Etapa reproductiva Desarrollo del grano Primer carbohidrato transportado sacarosa Desde fertilización hasta fin de elongación Invertasas acidas sacarosa glucosa + fructosa

36 Etapa reproductiva Llenado del grano Células del endosperma almacenan fundamentalmente almidón Células de la aleurona con lípidos y proteínas Células de las capas sub aleurona almidón, lípidos y proteínas

37 Etapa reproductiva Llenado del grano Bioquímica del llenado se lleva acabo en dos lugares Citosol sucrosa sucrosa sintasa amilopectina Plastidos amilosa UDP-glucosa + fructosa ATP PPi UTP ADP Glucosa-1-Fosfato ATP PPi ADP-Glucosa Glucosa-1-Fosfato ATP PPi Unidades de ADP-glucosil Formacion almidón ADP

38 Etapa reproductiva Requerimientos Climáticos Radiación solar Culturales Nitrógeno Riego Alto requerimiento de nitrógeno traslocable desde las hojas

39 Requerimiento de radiación solar (%) Periódo crítico para radiación solar 15 días 25 a 55 días 21 días 21 días 10 días Emergencia Macollaje Primordio Floración Grano pastoso Grano maduro

40 Biomasa vegetativa Radiación solar incidente Rendimiento Energía para producción MS Radiación incidente Eficiencia de intercepción Eficiencia de conversión Eficiencia de traslado a parte aerea Eficiencia de partición a granos

41 Radiación incidente Radiación electromagnetica OC 0,3-3nm (lumínica) OL nm (térmica) Rendimiento (Kg/ha) µmol.m -2 s -1

42 Factores que afectan la radiación solar incidente en el cultivo Fotosíntesis Longitud del día Máxima intensidad de radiación esperable en un día claro Nubosidad

43 Variación de la radiación según los meses 40º LS PAR D E F M A M J J A S O N D meses Variación de la radiación según la latitud PAR 40º LS 0º LS D E F M A M J J A S O N D meses

44 Radiación incidente Eficiencia de intercepción Radiación interceptada Eficiencia de conversión Materia seca producida Eficiencia de partición parte aérea Materia seca parte aérea Eficiencia de partición a granos Rendimiento económico

45 Radiación incidente Eficiencia de intercepción Radiación interceptada Arquitectura planta, crecimiento foliar, senescencia prácticas agronómicas

46 Arquitectura de planta Planófilas Erectófilas k = 1.5 k = 0.3 a = IAF Planófilas > intercepción que erectófilas

47 Habito de macollaje Erecto Intermedio Abierto Disperso Procumbente

48 Radiación Planófilas Erectófilas IAF

49 Senescencia foliar

50 Radiación incidente Eficiencia de intercepción Radiación interceptada Eficiencia de conversión Materia seca producida Eficiencia partición parte aérea C3 Bioquimica Factores que la afectan Diferentes largo de ciclo Vegetativo - Reproductivo

51 Duracion del ciclo Está bajo control genético y modulados por factores ambientales Radiación Temperatura Fotoperiodo

52 Temperatura Tasa de reacción I II III I= reacción II= desnaturalización III = tasa de reacción I - II = III Temperatura ºC

53 Temperatura Duración (días) base óptima exceso T C 1/duración (tasa de desarrollo) Tb To Tm T ºC Modelo cuantitativo (estimar duración distintas fases fenológicas) Tiempo térmico = (T - Tb) = ºC día

54 Temperatura

55 Fotoperíodo Emergencia-Floración (ºC días) Hs Fc S D M J Siembra Sensibilidad Días cortos Precocidad intrínseca

56 Radiación incidente Eficiencia de intercepción Radiación interceptada Eficiencia de conversión Materia seca producida Eficiencia de partición parte aérea Materia seca parte aérea Eficiencia de partición a granos Rendimiento económico Composición reserva del grano

57 Partición a granos Crecimiento Rendimiento Indice de cosecha Indice de cosecha = Rendimiento en grano Biomasa total

58 Partición a granos Indice de cosecha = Rendimiento en grano Biomasa total Numero de granos Peso de granos Activo crecimiento durante etapa crítica de fijación de granos Activo crecimiento durante el llenado de granos

59 Partición a granos Indice de cosecha Calidad de la biomasa producida Con 1 gramo de glucosa se obtienen: 0,83 g de almidón 0,33 g de aceite 0,41 g de proteínas Requerimientos de glucosa para la producción de grano (g glucosa / g grano) Arroz: 1,4 Girasol: 2,4 Soja: 2,0

60 Partición a granos Relación fuente-destino Reguladores de crecimiento Control de distribución Control nutricional

61 Partición a granos Relación fuente-destino Transporte asimilados Carga y descarga Partición Interacción fuente-destino Cantidad de carbohidratos producidos Nº de espiguillas fecundadas

62 Partición a granos Plasticidad morfológica Variaciones fenotípicas de distribución Ideotipos

63 Partición a granos Plasticidad morfológica Variaciones fenotípicas de distribución Ideotipos

64 Variaciones fenotípicas de distribución Materia seca (Kg/ha) T H G Materia seca (Kg/ha) T H G Dias desde siembra Dias desde siembra Materia seca (Kg/ha) T H G Dias desde siembra

65 Partición a granos Plasticidad morfológica Variaciones fenotípicas de distribución Ideotipos

66 Partición a granos Ideotipos µmol CO 2. m -2 s -1 Hoja bandera Inferiores planta moderna Inferiores Planta tradicional µmol PPDF. m -2 s -1

67 Mejoramiento genético Aumentar rendimiento Rendimiento: Kg/ Ha N panojas / m 2 N de granos / panoja Peso de 1000 granos Materia seca producida etapa vegetativa

68 Mejoramiento genético Aumentar la eficiencia de producción de biomasa (materia seca) Disminuir senescencia foliar Incrementar la distribución de biomasa a los destinos de interés economico Modificar duración ciclo vegetativo-reproductivo Cambio en el tipo de planta Aumento en el numero de destinos de fotosintatos Granos