Curso internacional La Fisiología de Cultivos como Herramientas para la Mejora de los Sistemas de Producción de Trigo y Cebada

Transcripción

1 Curso internacional La Fisiología de Cultivos como Herramientas para la Mejora de los Sistemas de Producción de Trigo y Cebada Estrategias para incrementar la calidad de los cultivos de trigo y cebada Red 110RT0394. Mejorar la eficiencia en el uso de insumos y el ajuste fenológico en cultivos de trigo y cebada (METRICE) Valdivia, 16, 17 y 18 de diciembre de 2013 Universidad Austral de Chile

2 Como se define la calidad? Parámetros más comunes que estiman aptitud de uso industrial. Trigo Humedad de grano Peso hectolitrito Proteína de grano Gluten y Gluten index Cenizas en harina Índice de caída Alveograma Farinograma Cebada Proteína grano Peso hectolitrito Extracto de malta Dureza de malta Viscosidad Betaglucanos Poder diastasico Calibre Una mercadería es de alta calidad cuando satisface los requerimientos del cliente.

3 Mortarini, Perelman y Miralles, 2004 Países como Estados Unidos, Australia y Canadá, han logrado sistemas de clasificación de trigo por calidad tendiendo en cuenta ambiente, genotipo y su interacción, ofreciendo partidas de diferente uso industrial. AUSTRALIA (AWB) Prime Hard Alta calidad y nivel proteico (13-14%). Variedades Trigo Blanco Duro. Hard Harinas utilizadas en la panificación europea y panes del tipo lactal. Proteinas 11,5%. Premiun White Standard White Noodle White Como consecuencia de la GxA, es difícil lograr clasificaciones comunes a todas las zonas productoras de trigo. Fuente: Junta Australiana de Trigo, 2002

4 CALIDAD DE LOS GRANOS: Composición química Cuadro 2.2. Composición química de los granos en relación con el peso seco total Especie Hidratos de carbono (%) Aceite (%) Proteínas (%) Trigo , Maíz Soja Girasol

5 CONCEPTO DE CALIDAD Calidad de los granos Calidad comercial Calidad industrial Calidad industrial en trigo Métodos que requieren menor cantidad de harina Métodos que requieren mayor cantidad de harina % gluten falling number alveográfo de Chopin farinógrafo

6 Clasificación de proteínas en grano Solubles (15%) Albuminas (60%) Globulinas (40%) Embrion Pericarpio Funciones Estructurales PROTEINAS Insolubles (85%) Gliadinas Gluteninas Gluten (Endosperma) MASA Cuerpos Proteicos Gluten 43% Gliadinas 40% Gluteninas

7 Composición de los granos de cereales Almidón amilopectina + amilosa Proteínas albúminas globulinas gliadinas gluteninas proteínas metabólico-estructurales proteínas de reserva prolaminas (70-80% del total de proteínas) agua gluten El gluten posee plasticidad, elasticidad y fuerza, propiedades que le permiten formar una masa cohesiva que puede resistir y atrapar los alvéolos de CO 2 durante la fermentación

8 Peso de granos (mg) Llenado de granos: Determinación del peso final 40 Periodo de acumulación de materia seca Madurez Fisiologica Peso de grano: Tasa * Duración 20 0 Cuaje Tasa de llenado Fecundación Generación celulas del endosperma Llenado efectivo Perdida de humedad Duración del periodo de llenado de granos (Días) Daniel J. Miralles Facultad de Agronomía Univ. de Buenos Aires

9 Peso de granos (mg) Composición del endosperma Endosperma (80-85%) Llenado de granos (Días) Células Endosperma Almidón A Almidón B Almidón c Perdida Agua Pericarpio (8-10%) Embrión (1,5-2%)

10 Endosperma de Trigo

11 Peso de las distintas fracciones de proteinas (mg) Acumulación de proteínas en grano 10 8 Totales 6 4 Albuminas/Globulinas Gliadinas Gluteninas Dias desde antesis Gluteninas Gliadinas Gluten (Gliadinas+Gluteninas)

12 Acumulación de proteínas en grano Harina de Trigo Gluteninas Masa Gliadinas Almidón Gluten Gliadinas Gluten (Gliadinas+Gluteninas) Extensibilidad Gluteninas Tenacidad- Fuerza de la masa

13 Calidad panadera: Rol del gluten Membrana producida por el gluten Vapor generado durante el horneado. Gas (CO 2 ) producido por la fermentación

14 Harina + Agua + Fuerza = Masa Gliadinas Gluteninas le otorgan extensibilidad a la masa le confieren fuerza a la masa El balance entre gliadinas y gluteninas determina las propiedades de la masa para la panificación. Relación óptima gliadinas:gluteninas Alvéolos de gas de similar tamaño, distribuidas uniformemente, resultando en un pan de textura suave y volumen adecuado Relación deficiente gliadinas:gluteninas masa poco extensible y excesivamente fuerte Alvéolos de gas distribuidas uniformemente, pero de tamaño pequeño resultando en un pan de bajo volumen y textura pesada Relación excesiva gliadinas:gluteninas masa pegajosa Alvéolos de gas de tamaño y distribución irregular, resultando en un pan de bajo volumen, liviano y con agujeros en la miga

15 Relación Gliadinas:Gluteninas Gliadinas Gluteninas = Gliadinas Gluteninas Gliadinas Gluteninas

16 Parámetros de Calidad 1) Contenido de Nitrógeno en Grano (Proteína) 2) Gluten: Residuo luego lavado de harina con agua (Proteínas insolubles=gliadinas+gluteninas) 3) Índice de sedimentación: Estima fuerza del gluten (Floculación de proteínas) SDS 4) Falling Number: Actividad amilasica de la harina (Degradación del almidón) 5) Rendimiento de harina 6) Alveograma: Mide el comportamiento de la masa de harina durante la fermentación (Alveografo de Chopin).

17 PRUEBAS REOLOGICAS: ALVEOGRAMA Seghezzo (2007)

18 Seghezzo (2007) RELACION ENTRE GLUTEN, ALVEOGRAMA Y PAN TENAZ FUERTE DEBIL W P L P=Tenacidad L=Elasticidad W=Fuerza masa

19 Presión para romper el globo de masa (Tenacidad) Parámetros de Calidad: Alveografo de Chopin P/L <0.8 W>200: Panificable P/L <0.6 Panificable con mezclas P/L <0.6 W <110 Galletitas P/L >1: Alimento animales P W L Tiempo que tarda en romperse el globo de masa (Extensibilidad de la masa)

20 Que define la calidad Panadera? Calidad= Cultivar + Ambiente + Interacción CxA TDA1: Superior Buck Arriero Buck Panadero Buck Poncho Buck Pronto Caudillo Cooperacion Liquen ProINTA Alzan ProINTA Colibri ProINTA Panadero TDA3: Stándard TDA2: Especial ACA 223 ACA 303 Baguette Premiun 13 Buck Charrua Buck Guatimozin Buck Ombu INIA Tijereta Klein Brujo Klein Escorpion Klein Escudo Triguero 230 Baguette 10 Buck Chambergo Buck Guarani Buck Halcon Klein Dragon Klein Martillo Pro INTA Quintal Triguero 100

21 Calidad Panadera: Efecto del Cultivar Miralles et al (1995)

22 Que define la calidad Panadera? Calidad= Cultivar + Ambiente + Interacción CxA Disponibilidad Hídrica Fertilización Nitrogenada Oferta de Radiación Temperatura Labranzas Enfermedades Afectan el rendimiento del cultivo

23 Nitrogeno (% Total) Estadios de Desarrollo Absorción y partición de Nitrógeno Floración Biomasa Espiga 60 Tallo Granos Hojas Macollaje 1-2 Nudos Madurez Fisiológica. Floración

24 RENDIMIENTO (KG/HA) Proteina (%) Fertilización Nitrogenada y proteína 7000 Menor Proteína Neutra Mayor Proteína NITROGENO DISPONIBLE (KG/HA)

25 Proteína (%) CSuar TresA SnMig Casbs Andan Rendimiento (kg(kg/ha) -1 ) Relación entre el contenido relativo de proteína en grano y el rendimiento logrado. Convenio FAUBA-Malteria Pampa SA

26 Momento de aplicación del N y la proteina Efecto de Dilución Translocación a grano

27 Rendimiento (kg ha Interacción Nitrógeno x Azufre ) S0 S Disponibilidad de nitrógeno a la siembra (kg ha -1 ) Salvagiotti & Miralles (2004)

28 Rendimiento (kg ha-1) 4000 Interacción Nitrógeno x Azufre S0 S N disponible (kg ha-1) N absorbido (kg ha-1) 40 EAUN (kg grano kg N disp -1 ) EFUN (kg grano kg N abs -1 ) EAN (kg N abs. kg N disp - 1 ) 80 S S Salvagiotti & Miralles (2008) 160 N disponible (kg ha-1)

29 CP 2: 15.8% > Peso de mil granos; > PH Efecto del Ambiente Mortarini, Perelman y Miralles, A Grupo Grupo 4 Grupo 3 Grupo Grupo 2 Grupo 7 Grupo Grupo 1 5 > Rendimiento; > Relación P/L > Proteína; > Gluten; > Vol de Pan CP 1: 35% El ambiente presenta capacidad discriminatoria sobre estas variables.

30 Contenido de proteínas (mg) Evolución del contenido de proteínas en los granos B75 Apical B75 Central 2.5 Año En ambas posiciones hubo efectos significativos de la Ni y Nf sobre la tasa de acumulación de proteínas Bg13 Bg Ni Bajo Nf 0 Ni Bajo Nf 40 Ni Alto Nf 0 Ni Alto Nf Kcha Kcha Alzueta et al. (2008) Días desde antesis

31 Cont. de proteínas (mg) Cont. de proteínas (mg) RELACIÓN ENTRE LA ACUMULACIÓN DE PESO SECO Y EL CONTENIDO DE PROTEÍNAS EN GRANOS DE TRIGO PAN 7.5 B75 Bg13 Kcha Ni Bajo Nf Ni Bajo Nf Ni Bajo Nf Ni Bajo Nf Ni Alto Nf Ni Alto Nf Ni Alto Nf Ni Alto Nf B75 Bg13 Kcha PS (mg) PS (mg) Ni 40Bajo Nf 60 0 PS (mg) Ni Bajo Nf 40 Ni Bajo Nf 0 Ni 0.0 Alto Nf 0 Ni Bajo Nf 40 Ni Alto Nf 40 b b Ni Bajo Nf Ni Bajo Nf Ni Alto Nf Ni Alto Nf Ni Bajo Nf Ni Bajo Nf Ni Alto Nf Ni Alto Nf PS (mg) 0.0 b b A p i c a l Ni Bajo Nf Ni Bajo Nf Ni Alto Nf Ni Alto Nf PS (mg) C e n t r a l Ni Bajo Nf Ni Bajo Nf Ni Alto Nf Ni Alto Nf PS (mg) b b Alzueta et al. (2008)

32 Proteínas (%) Proteínas (%) RELACIÓN ENTRE LA ACUMULACIÓN DE PESO SECO CON EL PORCENTAJE DE PROTEÍNAS EN GRANOS DE TRIGO PAN 20 B75 Bg13 Kcha B75 Bg13 Kcha PS (mg) Ni Bajo Nf 0 Ni Bajo Nf 40 Ni Bajo Nf 0 Ni Bajo Nf 40 Ni Alto Nf 0 Ni Alto Nf PS (mg) PS (mg) A p i c a l C e n t r a l Alzueta et al. (2008)

33 N inicial Alto (MMH 2 O) N inicial Alto N inicial Alto (MM) N inicial Alto (10 E -4 J) EFECTO DE LA FERTILIZACIÓN INICIAL SOBRE LOS DIFERENTES PARAMETROS ALVEOGRAFICOS W B75 Bg 13 Kcha N inicial Bajo (10 E -4 J) P 6 4 B75 Bg 13 Kcha P/L L B75 Bg 13 Kcha N inicial Bajo (MMH 2 O) N inicial Bajo 50 B75 Bg 13 Kcha N inicial Bajo (MM)

34 Con Foliar (%) Con Foliar (%) Con Foliar (%) Con Foliar (%) EFECTO DE LA FERTILIZACIÓN POSTFLORACION SOBRE LOS DIFERENTES PARAMETROS DE ALVEOGRAFICOS W B75 Bg 13 Kcha Sin Foliar (%) P 6 B75 Bg 13 Kcha P/L 150 L B75 Bg 13 Kcha Sin Foliar (%) Sin Foliar (%) 50 B75 Bg 13 Kcha Sin Foliar (%)

35 Rendimiento para N combinado Respuesta en función del momento de aplicación Convenio FAUBA-Malteria Pampa SA S+M M E+HB Rendimiento N siembra Relación entre el rendimiento logrado con fertilización particionada a la siembra y al macollaje (S+M), al macollaje (M) y a la emergencia y en H. bandera -1 (E+HB-1) y el rendimiento logrado con fertilizaciones totales a la siembra o emergencia. La línea llena representa la relación 1:1.

36 Contenido de proteína en grano (%) logrado con fertilización en HB-1 Proteína S+M Contenido de proteína en grano (%) logrado con fertilización en pre-macollaje M E+HB-1 Relación entre el contenido relativo de proteína en grano logrado con el tratamiento de fertilización en hoja bandera (HB-1) y el contenido relativo de proteína en grano logrado con los tratamientos de fertilización en pre-macollaje. La línea llena representa la relación 1:1.

37 Proteina (%) Relación entre Parámetros de Calidad Baguette 10 Pegaso Pergamino y = 0,71x + 4,76 R2 = 0,88 Arrecifes Gluten seco 13.5 % Tinghitella & Miralles (2005)

38 Extracto (% s/s) Efecto de la fertilización nitrogenada sobre los principales parámetros de calidad de malta 90 r 2 : N0 Nf0 N0 Nf1 N1 Nf0 N1 Nf Proteína (%)

39 Respuesta a la aplicación Rta al Nitrógeno de N inicial Efecto de la fertilización nitrogenada sobre los principales parámetros de calidad de malta Extracto (% s/s) Proteína cebada (13,5%) Viscosidad (mpa.s) ALA (%) Vz 45ºC (%) Poder Diast. (uwk) Dureza de malta (Nm) Betagluc. (mgr/litro)

40 Respuesta a la aplicación Rta al Nitrógeno de N foliar Efecto de la fertilización nitrogenada sobre los principales parámetros de calidad de malta Proteína cebada (13,5%) Extracto (% s/s) Viscosidad (mpa.s) ALA (%) Vz 45ºC (%) Poder Diast. (uwk) Dureza de malta (Nm) Betagluc. (mgr/litro)

41 Que define la calidad Panadera? Calidad= Cultivar + Ambiente + Interacción CxA Ambiente (A) Proteína del Grano GxA Genotipo (G) Fuerza de la masa GxA Genotipo (G) GxA Abs. de agua Rendimiento? La calidad del grano es un carácter complejo que depende de distintos caracteres y, la contribución individual de cada uno, varía dependiendo de la reacción específica al ambiente. [Mladenov, 2001].

42 CP 3: 15.1% > Fuerza de la masa (W), > Abs. De Agua Mortarini, Perelman y Miralles, 2004 Interacción GxA 2B > Rendimiento; > Relación P/L > Proteína; > Gluten; > Vol de Pan Grupo de Calidad 1 Grupo de Calidad 2 Grupo de Calidad 3 CP 1: 35% El Grupo de Calidad Industrial discrimina en un único sentido: Fuerza de la masa y absorción de agua. Figura 2B. Efecto del genotipo sobre la calidad industrial: CP 3 versus CP1. Los datos se agrupan por Grupo de Calidad. Círculos: Grupo 1; Cuadrados: Grupo 2; Triángulos; Grupo 3.

43 W (10 E-4J) 500 EFECTO DE LOS TRATAMIENTOS SOBRE LOS PARAMETROS ALVEOGRAFICOS Bg13 N Alto B75 60 B Bg13 60 Bg Kcha 60 Kcha Bg13 N Bajo P/L Superior >320 FUERZA W Aceptable Inferior < 250 Superior 1-1,5 Equilibrio P/L Aceptable 0,7-1 y 1,5-2 Inferior < 0,7y > 2

44 W (10 E-4J) 500 Bg13 Nf 40 EFECTO DE LOS TRATAMIENTOS SOBRE LOS PARAMETROS ALVEOGRAFICOS Bg13 N Alto Bg13 Nf B75 Bajo B75 Alto Bg13 Bajo Bg13 Alto B75 Bajo+40 B75 Alto+40 Bg13 Bajo+40 Bg13 Alto Bg13 N Bajo Kcha Bajo Kcha Alto Kcha Bajo+40 Kcha Alto P/L Superior >320 FUERZA W Aceptable Inferior < 250 Superior 1-1,5 Equilibrio P/L Aceptable 0,7-1 y 1,5-2 Inferior < 0,7y > 2

45 Predicción de proteína en cebada cervecera Convenio FAUBA- Malteria Pampa SA

46 Valor de SPAD Diferencia SPAD (Nf1-Nf0) Medición de Indice de verdor Foliar (SPAD) 12,5 10 7,5 N0 N1 Scarlett N0 Nf0 N1 Nf0 Scarlett N0 Nf1 N1 Nf Días desde floración 2, Días desde Floración N0: 90 kgn/ha N1: 190 kgn/ha Nf0: 0 kgn/ha Nf1: 40 kgn/ha Alzueta et al (2007)

47 % proteína foliar sol Fertilización en Cebada (Cv. SCARLETT) 20 1: N 1 N 2 N 3 N 4 % proteína testigo y = 0,74x + 5,5 R 2 = 0,53 y = 0,77x + 4,3 R 2 = 0,59 y = 0,82x + 2,0 R 2 = 0,68 y = 0,67x + 2,8 R 2 = 0, Relación entre el % de proteína en grano del testigo sin aplicación foliar de N y el % de proteína en grano para el tratamiento con aplicación foliar de N. La línea punteada indica la relación de igualdad 1:1. N1 menor nivel de N inicial y N4 mayor nivel inicial de N alcanzado en cada uno de los sitios evaluados.

48 % proteina Fertilización en Cebada (Cv. SCARLETT) y = 0,27x - 0,47 R 2 = 0, SPAD (a) Porcentaje de proteína en grano en función de el valor de SPAD medido en vaina engrosada.

49 Proteína Proteína Fertilizacion en Cebada (Cv. SCARLETT) C:\Program Files\TableCurve\TableCurve 3D v3\clipbrd.wk1 Rank 30 Eqn 2 z=a+bx+cy+dy^2 r^2= DF Adj r^2= FitStdErr= Fstat= a= b= c= d= e Rendimiento (g x m-2) SPAD

50 Contenido estimado de proteína (%) Fertilización en Cebada (Cv. SCARLETT) 1: Contenido real de proteína (%)

51 Modelo Sencillo para estimar proteína en los granos Sistema de calculo Porcentaje de proteína sin aplicación foliar Rendimiento esperado (Kg/ha) 3500 Valor de SPAD en VE 40 (Rango aceptable 30-50) Porcentaje de proteína 10,3 Porcentaje de proteína con aplicación foliar N disponible a la siembra < 100 Kg/ha 11,7 N disponible a la siembra > 100 Kg/ha 11,0 Repuesta a la aplicación de fertilizante foliar N disponible a la siembra < 100 Kg/ha 1,5 N disponible a la siembra > 100 Kg/ha 0,8

52 % Proteína Simulado Validación Modelo Predicción de proteínas 15,0 Rel 1:1 +15% 12,5 Heladas 10,0-15% 7,5 Cnel. Suarez Daireaux 5,0 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 % Proteína Observado Año 2007

53 Muchas Gracias

54 W (Joules x 10-4) Dos variables: W vs Proteína Ciclo Corto Grupo de Calidad 1 Grupo de Calidad 2 Grupo de Calidad Proteína del grano (%) Rangos orientativos para cada Grupo de Calidad Industrial. Miranda, Genotipo Grupo Kg/ha Kg/ha W Gluten (%) Vol de Pan Genotipo Grupo Kg/ha Kg/ha W Gluten (%) Vol de Pan Pronto I Pronto I D. Enrique II D. Enrique II Granar II Granar II Imperial II Imperial II Chambergo III Chambergo III Halcón III Halcón III

55 W (Joules x 10-4) Dos variables: W vs Proteína Ciclo Corto + Ciclo Largo Grupo de Calidad 1 Grupo de Calidad 2 Barrow 2000 Barrow 1999 Grupo de Calidad Proteína del grano (%) El uso industrial final dependerá de la interacción GxA Puede decirse que bajo ciertas condiciones de cultivo, en algunas campañas agrícolas, las variedades catalogadas como Grupo II, pueden alcanzar la clase de trigo superior. También es cierto que algunas variedades de Grupo 1, se han mostrado inexplicablemente tenaces o extensibles según el año. Miranda, 2001.

56 Probabilidad acumulada Rendimiento y disponibilidad de agua inicial Tres Arroyos 23 años datos 1,0 N50+Mineralización+Ninicial 0,8 0,6 Agua < 30% CC Agua >70% CC 0,4 0,2 0,0 0%CC 10%CC 20%CC 30%CC 40%CC 50%CC 60%CC 70%CC 80%CC 90%CC 100%CC Rendimiento (kg/ha)

57

58 Rendimiento Simulado (kg/ha) Respuesta a N. Evaluación del modelo Triguero (AACREA, 2006) durante la campaña Resultados de la zona Norte de Buenos Aires de AACREA. Ermacora, y = 0.88x R 2 = 0.75 RMSD(%)=8.9 Campañas: Rinde Observado (kg/ha)

59 Fertilización en el cultivo de trigo y la interacción de distintos nutrientes. Fernando Salvagiotti (INTA Oliveros N P S Incrementos desde 5 hasta 101 % Incrementos desde 0 hasta 40 % Incrementos desde 0 hasta 20 % RESPUESTA EN RENDIMIENTO INTERACCION ENTRE NUTRIENTES= N x S N x P NUTRICION BALANCEADA ENTRE NUTRIENTES Relación N:P:K 6.7:1:6.3

60 Rendimiento Relativo P en Trigo: Red CREA Sur de Santa Fe Campañas 2001/02, 2002/03, 2003/04 y 2005/ Nivel critico de mg/kg P Bray P Bray (mg/kg) Fuente: CREA Sur de Santa Fe-INPOFOS-ASP

61 Fósforo Análisis de suelo Se estima la disponibilidad de P en el suelo por el método de Bray y Kurtz Valores: Muy bajos: 5 ppm Bajos: 5 10 ppm Medios: ppm Superiores: ppm