El mejoramiento genético del trigo orientado a satisfacer la demanda de la cadena

Transcripción

1 El mejoramiento genético del trigo orientado a satisfacer la demanda de la cadena Claudio Jobet F. Ing.Agr. PhD e Ivan Matus T. Ing.Agr. PhD PNT-INIA cjobet@inia.cl

2 Hace mas de años atrás.

3 Orígen del trigo cultivado T. tauschii (DD) T. speltoides (BB) Aegilops T. spelta (AABBDD) T. dicoccoides (AABB) turgidum T. dicoccum (AABB) T. urartu (AA) Monococcum T. aestivum (AABBDD) Fuente: Dubcovsky y Dvorak, 2007 T. durum (AABB)

4 Cariograma del trigo cultivado (Triticum aestivum L.). El genoma de Triticum aestivum tiene un tamaño de millones de pares de bases. Un número enorme, sobre todo si tenemos en cuenta que nuestro propio genoma cuenta con tan solo millones de pares de bases, organizados en 22 pares de cromosomas somáticos y un par extra que determina el sexo.

5 Las necesidades de alimentación para una creciente población mundial demandará la mayor cantidad de proteínas y calorías principalmente de tres especies : maíz, arroz y trigo De estas tres especies, sin duda, el trigo esta llamado a ser el alimento básico para satisfacer las necesidades de aquellos países en desarrollo

6 Incremento de la Población Mundial Fuente: FAO, 2011 Año Población

7 Desafío mundial Un mundo mas dependiente del trigo Fuente: FAO, 2011

8 Desafío mundial Un mundo mas dependiente del trigo Fuente: FAO, 2003

9 Situación Actual del Trigo Mercado Internacional 72% Alimentación humana Destino del trigo a nivel mundial 10% Semillas y otros 18% Alimentación animal

10 Desafíos a la seguridad alimentaria Amenazas a la disponibilidad global de granos básicos Uso de biocombustibles Costos de insumos Agua menos disponible Altas temperaturas Baja disponibilidad de suelos arables Climas mas erráticos Climas mas extremos Mas bocas que alimentar Mas pestes y enfermedades Mas costos Fuente: Santibáñez, CIMMYT, FAO (2010)

11 Desafíos a la seguridad alimentaria Problemas de adopción rápida de tecnologías (Trigo) FAO, 2011 En el 2020, la producción tiene que subir un 40% mas, y el rendimiento un promedio de 22% (1,6% anual) respecto a lo que existe hoy día.

12 Importantes Consideraciones La demanda por cereales de países en desarrollo se incrementará en un 80% entre los años 2000 al 2020 (Pinstrup-Anderson y Pandya Lorch, 1997) En las próximas dos décadas la demanda global por trigo alcanzará un 40% mas (Rosengrant et al., 1997) En el 2020 se espera que el 67% del consumo mundial de trigo se concentre en los países en desarrollo (Rajaram, 2004) La producción mundial de trigo alcanza las 590 millones de toneladas, para el 2020 esta producción debe incrementarse entre 760 a 840 millones de toneladas, de estas un 66% se deberá producir en países en desarrollo (Rajaram, 2004) Al menos 104 millones de hectáreas se siembran en Asia En África y América del Sur se siembran solo 8 millones de hectáreas

13 Trigo aporta a Chile Consumo Nacional de Trigo (Kg/pcap/año) = 140 Aporta : 36 al 46% de las proteínas 36 al 38% de la energía 21 al 71% de minerales

14 Consumo de pan en Chile

15 Fuente: Red Latina sin Frontera

16 Que hacemos con el trigo en Chile? Molienda Trigo Blanco Ton 74% Producción Nacional De Trigo 1,820,000 Toneladas Importaciones 311,000 Toneladas Disponibilidad Total 2,131,000 Toneladas Molienda Trigo Candeal Ton Alimentación Animal Ton 7% 7% Producción Semillas 68,000Ton 3% Fuente: Fundación Chile, 2005 Otros Usos y Desechos 199,853 Ton 9%

17 Características de la cadena No mas del 20% de los agricultores utilizan semilla certificada Cadena con rentabilidades variables y moderadas en todas sus etapas Producción a pequeña escala y relativamente altos costos de producción Gran cantidad de productores poco organizados. Nivel de innovación aún insuficiente Mercado genérico con muy poca diferenciación Bajo encadenamiento agroindustrial Bajo alineamiento entre oferta y demanda Oferta enfocada en rendimiento y no en calidad Poco incentivo al premio por calidad Fuente: Borda (2011)

18 Características del producto Producción muy heterogénea en sus atributos: Cantidad de proteínas Calidad de proteínas, Porcentaje de gluten húmedo, Fuerza de la masa, Tenacidad, Extensibilidad, Sedimentación, Homogeneidad del grano (pureza)

19 La cadena productiva tradicional mercado de trigo genérico Fuente: Fundación Chile, 2006 Agricultor: Molinería: Industria: Consumidor: Ofrece el trigo que es capaz de producir. Competencia por precio. Reducidas especificaciones de calidad Alta heterogeneidad Bajos márgenes Propensión al cambio de proveedores Tecnologías estándares Baja diversidad de productos COMPETENCIA BASADA EN PRECIOS Negocios de Bajo Margen

20 Nuevas relaciones en la cadena de valor del trigo Fuente: Fundación Chile, 2006 Productor: Conoce los requerimientos del consumidor final. Producción de trigos según usos finales. Molinería: Demanda, homogeneidad y consistencia. Segregación de la producción según usos. Industria: Satisfacción cliente Exige atributos específicos Procesos automatizados Consumidor: Mayor ingreso per cápita Diversificación Preocupación por la salud y la dieta. Atributos específicos Calidad... Factor clave de diferenciación

21 Características del producto Fuente: Fundación Chile, 2006 Uso Final Requerimientos de la Harina y Trigo Demanda Nacional Harina HALLULLA: Harina para una masa de bajo volumen y retención de gas, baja fuerza de cocción y tan extensible como tenaz. (TRIGO INTERMEDIO) MARRAQUETA: Harina para una masa de volumen y retención de gas medio-alto, alta fuerza de cocción y más tenaz que extensible. (TRIGO INTERMEDIO A FUERTE) 87% PAN: Muchas panaderías exige harinas estándar para producir pan, para lo que se requieren harinas que entreguen masa de volumen medio, fuerza de cocción media y más tenaz que extensible. (TRIGOS INTERMEDIOS A FUERTES) MOLDE Y ESPECIAL: Harina para una masa de alto volumen y retención de gas, fuerza de cocción alta y más tenaz que extensible. (TRIGO FUERTE A EXTRA FUERTE) 1% PASTELES: Harina que entregue una masa de bajo volumen y retención de gas fuerza, de cocción baja y más extensible que tenaz. (TRIGO DÉBIL A EXTRA DÉBIL) 1% GALLETAS: Harina que entregue una masa de bajo volumen y retención de gas, fuerza de cocción baja y más extensible que tenaz. (TRIGO DÉBIL A EXTRA DÉBIL) 3%

22 Características del producto Rangos de Gluten Húmedo según Uso Rangos de Trabajo W según Uso Cereales Galletas Pasteles Pan Molde Marraqueta Hallulla Cereales Galletas Pasteles Pan Molde Marraqueta Hallulla Gluten Húmedo (%) Trabajo W Índice Hallulla Marraqueta Molde Pan Pasteles Galletas Cereales Gluten Húmedo (%) Falling Number (seg) Trabajo W Relación P/L Humedad (%)

23 Características del producto Fuente: CIMMYT, 2009

24 Norma Chilena 1237 del 2000 Clases de Trigo Gluten Húmedo Base 14% de Humedad Sedimentación Corregida Base 14% de Humedad (Opcional) Proteína en Trigo Base 14% de Humedad Fuerte ,5 Intermedio ,0-10,4 Suave ,0-8,9

25 Características del producto Indicador Utilizado Gluten Húmedo Unidad Medida % Efecto en el Proceso VOLUMEN DE LA MASA En el proceso de horneado, en la medida que es capaz de mantener un mayor nivel de retención del gas generado en el proceso de fermentación. A mayor contenido de gluten de la harina, mayor es el potencial de volumen para la masa. Trabajo W 10-4 joules FUERZA DE LA MASA Indica el trabajo necesario que se debe aplicar para deformar una lámina de masa empujada por aire hasta su rotura. Explica las propiedades mecánicas de la masa, en términos de su comportamiento frente a diferentes procesos de panificación. Tenacidad P Extensibilidad L mm H 2 O mm TENACIDAD Es la capacidad de unión o cohesión presentada por la masa o su resistencia a la deformación en el proceso de amasado. EXTENSIBILIDAD Capacidad de la masa para resistir el estiramiento sin romperse.

26 EL MAYOR RENDIMIENTO POSIBLE

27 Relación entre W y rendimiento Relación Fuente: W Fundación versus Chile, % Rendimiento 2009 W Rendimiento (qq/ha) Bárbaro Bingo Otto Puelche Quino Dollinco Huayún Kumpa Pandora

28 % sobre Producción Total Rangos de rendimientos agrícolas Fundación Chile, % 33% 30% 23% 21% 20% 16% 10% 3% 4% 0% <= 49 qqm qqm qqm qqm qqm >= 90 qqm

29 W (x10-4 Joules) Gluten Húmedo (%) W (x10-4 Joules) R² = 0, Proteína (%) Relación entre W y Gluten y Sedimentación Fuente: Javier Zuñiga, Gluten Húmedo (%) R² = 0, Sedimentación Corregida (ml)

30 % Producción Distribución del contenido de gluten Fundación Chile, % 50% 40% 30% % Gluten % Húmedo Gluten Húmedo Sobre qqm (Base 14% Hum.) Bárbaro Bingo Otto Puelche Quino Dollinco Huayún Kumpa Pandora 32% Máx Mín Media Media + D.E. Media - D.E. Bárbaro Bingo Otto Puelche Quino Dollinco Huayún Kumpa Pandora Máx Mín Media Media + D.E. Media - D.E. 54% Un 64% de la muestra ( qqm) corresponde a trigos FUERTES Y EXTRA FUERTES 20% 10% 0% 4% 10% >= 36.0 Débil Intermedio Fuerte Extra Fuerte A partir de la muestra, incluso se obtiene un 4% ( qqm) de trigos con GH>40%,

31 QQM Distribución del valor W (alveograma) Fundación Chile, % 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1% Sobre qqm (Base 14% Hum.) 74% 21% 2% 2% < > 350 Trabajo W Bárbaro Bingo Otto Puelche Quino Dollinco Huayún Kumpa Pandora Máx Mín Media Media + D.E. Media - D.E.

32 Relación entre W y Gluten húmedo Fundación Chile, 2009 Trabajo W % de Gluten Húmedo Grupo 1 Puelche Quino Grupo 2 Otto Pandora Grupo 3 Bárbaro Bingo Grupo 4 Kumpa Dollinco

33 Relación entre gluten y valor W. Fuente: Molino San Cristóbal, 2011

34 Nuevas tendencias. Molinos Trigo Pan Trigos Correctores (fuerte, extrafuerte, bajo P/L, blanqueador) Galletas Gluten Húmedo Gluten Index Falling Number Alveograma P L G P/L P/G W Pan 25,8 91,9 371,4 241,0 111,2 23,3 0,4 17,0 149,1 Fuerte 30,1 95,9 405,5 88,0 91,3 21,2 1,0 4,2 294,1 Extrafuerte 31,0 96,3 400,2 99,6 94,3 21,6 1,1 4,7 358,6 Galleta 19,7 96,8 364,7 33,6 94,8 21,5 0,4 1,6 102,8 Javier Zuñiga, 2012

35 Demanda por Parámetros Específicos Fundación Chile, 2009

36 Como abordar el mejoramiento para las nuevas variedades de trigo 2.0

37 Estrategias de Mejoramiento Genético en trigo Respuesta integrada Fuente: CIMMYT, 2009

38 Parámetro de calidad en trigo Peso hectolitro Gluten húmedo Sedimentación Indice dureza Gluten seco Gluten Index Valor W Falling Number Color de harina Punta negra Calidad grano Volumen de pan

39 Control genético de los caracteres de calidad Caracteristicas de calidad Genes principales Dureza del grano Pina-D1, Pinb-D1 (5DS) Gluteninas Glu-1, Glu-3 (1A, 1B, 1D) Gliadinas Gli-1, Gli-2, Gli-3 (A,B,D 1 & 6) Contenido de proteínas Gpc-1, Pro-1, Pro-2 (6B, 5D) Caracteristicas de calidad Genes principales Secalinas (centeno) (1B/1R) Sec-1, Sec-2 (1RS, 2RS) Enzimas (grano brotado) Amy-1, Amy-2 (A,B,D6 & 7) Textura almidón Wx-1 (7AS, 4AL, 7DS) Polifenoloxidasa Ppo-A1, Ppo-D1 (2A, 2D) Pigmento amarillo Psy-A1, Psy-A2 (7AL, 7BL) Fuente: CIMMYT, 2009

40 OBJETIVO = CALIDAD Proyecto FONDEF, 1998, INIA Carillanca Gen AP HMWG Pinb-D1b LMWG Fuerza de Gluten Textura de Grano Pinb-D1c GLIADINA Pinb-D1d 1B/1R Plasticidad De Masa Pina-D1b 1A/1R

41 Importancia de las proteínas del gluten Fuente: CIMMYT, 2009

42 Separación electroforetica de las gluteninas de alto y bajo peso molecular Fuente: CIMMYT,

43 Tiempo de Desarrollo Selección de alelos favorables de gluteninas de alto peso molecular Distribución de una población DH de trigo panadero con respecto al tiempo de desarrollo de masa en función del Indice Ingles. 8 7 Tiempo Desarrollo Indice Ingles Fuente: Proyecto FONDEF, 1998, INIA Carillanca

44 Tiempo de Desarrollo Efecto de la dureza sobre tiempo de desarrollo Distribución del tiempo de desarrollo de masa en función de alelos de puroindolina en una población DH de trigo panadero Pina-D1a Pina-D1b Blando Duro Doble haploide Fuente: Proyecto FONDEF, 1998, INIA Carillanca

45 Frecuencia ia Selección de individuos libres de la translocación 1BL.1RS 10 Translocados No Translocados Sedimentación (ml) Fuente: Proyecto FONDEF, 1998, INIA Carillanca

46 ACTIVIDAD 1 Nombre del proyecto: Mejoramiento de la competitividad y sustentabilidad del cultivo del trigo en el Cono sur : Aplicaciones biotecnológicas para generar trigos con alto contenido proteico del grano Ejecutor Unidad de Biotecnología de Plantas INIA Carillanca Coordinador INIA, FIA Objetivo General del proyecto Mejorar la competitividad y sustentabilidad del cultivo del trigo en el Cono sur, mediante la explotación de genes y estrategias de fitomejoramiento innovadores para generar trigos con alto contenido proteico del grano

47 Relación entre rendimiento y proteína según nitrógeno disponible Proteína Rendimiento Rendimiento grano Proteína grano Disponibilidad de nitrógeno Fuente: Selles et al. 1997

48 QQ/Ha Protein (14%) Contenido de proteína Fuente: Zuñiga et al Alelo GPC1 de T. diccocoides introgresado en el cultivar Pandora-INIA. Incremento de 1-1,5% adicional en el contenido de proteína del grano sin disminución significativa del rendimiento Líneas de primavera, Botacura 2009/2010 I V V + NAM-B1b 15,0 10,0 5,0 0,0 I V V + NAM-B1b

49 Efecto de la proteína sobre la fuerza y la extensibilidad (W) Alta proteína Baja proteína Fuente: CIMMYT, 2009

50 En la calidad industrial de una variedad influye : el factor genético, la fertilidad del suelo, temperaturas en el momento de formación y llenado del grano, condiciones ambientales a la cosecha, el rendimiento de grano La interacción genotipo ambiente juega un rol fundamental en la calidad de una variedad. No será igual la calidad de una misma variedad sembrada en la zona norte, central, o sur del país. De allí la importancia de seleccionar variedades para ambientes específicos.

51 Consideraciones Finales La demanda de trigo en Chile será cada vez más específica respecto a calidad. Con la Norma Oficial que rige las transacciones de trigo harinero, el precio de mercado dependerá de la calidad del grano. En el futuro el producir un trigo de calidad diferenciada debiera ser retribuido por el mercado, a través del precio o por contrato

52 GRACIAS POR SU ATENCIÓN!!