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Avances de investigación sobre el piñón mexicano
Jatropha curcas L. en México
VI SEMINARIO LATINOAMERICANO Y DEL CARIBE DE BIOCOM BUSTIBLES
Cuernavaca, Morelos. Agosto 2012
Jatropha curcas L. en México
Alfredo Zamarripa ColmeneroJosé Luis Solís Bonilla
Biaani Beeu Martínez ValenciaMaritza del Carmen Hernández Cruz
Mariana Esquivelzeta Rabell
Instituto Nacional de InvestigacionesForestales, Agrícolas y Pecuarias
México
¿Por qué Jatropha en México?
� Alta diversidad genética (Zamarripa et al., 2010)
� Originaria de Mexico ( Pecina et al., 2011)
� Alto potencial de rendimiento (Zamarripa et al., 2010)
Introducción
� Alto contenido de aceite y proteína (Martínez, et al., 2011)
� Calidad del aceite (Martínez, et al., 2011)
� Balance energético (López et al., 2010)
� Mitigación de GEI (Riegelhaut et al., 2012)
Zamarripa et al., 2010. In: 18th European Biomass Conference and E xhibition. Lyon, FrancePecina et al., 2011. BIOMASS & BIOENERGY. 35 (2011) 1897-1905Zamarripa et al., 2010. VII Reunión Nacional Red Mexicana de Bioen ergía A.C. México.Martinez et al, 2011. LVI Reunión del PCCMCA. El Salvador.López et al., 2010. RENIAF. INIFAP. México.Riegelhautl et al., 2012. Informe convenio de cooperación INIFAP – RE MBIO. Balance de emisiones de GEI.
Campos Experimentales del INIFAP realizandoInvestigación en Jatropha curcas
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�1
�3
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15 Campos Experimentales
30 Investigadores en Jatropha curcas L.
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�3
�5�6
�7
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�14
�13
�12�10
�9
�8
�11
�15
Rosario Izapa
� Modelaje y sistemas de información geográfica
�Conservación y caracterización morfológica, bioquímica y molecular derecursos genéticos
� Mejoramiento genético
� Propagación in vitro
LINEAS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN Jatropha curcas L.
� Propagación in vitro
� Manejo agronómico
� Inoculantes microbianos para cultivos energéticos
� Calidad de los Biocombustibles
� Estudios de balance energético y balance de emisiones
� Estudios de rentabilidad, competitividad, sustentabilidad ambiental
BANCOS DE GERMOPLASMA
INSTITUCIONALES
CARACTERIZACIÓN DE GENOTIPOS
MORFOLÓGICA(hoja, tallo, flor, fruto, semilla)
BIOQUÍMICA(aceite, proteína, perfil de ácidos grasos)
MOLECULAR(distancias y relaciones genéticas)
SELECCIÓN DE GENOTIPOS
ESTRATEGIA DE INVESTIGACIÓN
GENOTIPOS
EVALUACIÓN DE GENOTIPOS EN DIFERENTES AMBIENTES
14 estados
Desarrollo de tecnología de producción SELECCIÓN DE VARIEDADES
SELECCIÓN DE TECNOLOGIAS
Figura 1.- Esquema para el mejoramiento de plantas y el desar rollo de tecnología deproducción de piñón ( J. curcas L.).
Balances energéticosPropagación in vitro
MÉTODOS DE SELECCIÓN ( hibridación intraespecífica, selección individual, SRR )
Avances de Investigación en Jatropha curcas L.
Topográficos edáficos climáticos
Identificación de zonas con las mejores condiciones de éxito para la producción de un cultivo.
* Condiciones consideradas en el presente estudio
Ubicación por condiciones climáticas, edáficas y topográf icas
Modelaje y sistemas de información geográfica
Altitud Pendiente SuelosTextura
Fases físicas
Fases químicas
Precipitación
Temperatura
Climas
En los estudios de zonificación que INIFAP realiza, se utilizan los Sistemas de Información Geográfica (SIG).
Colectas de piñón
Año 2007.
Registro de datos de pasaporte
Caracterización morfológica, bioquímica y
molecular
� Colecta de materiales silvestres en diferentes esta dos del país
COLECTA Y CONSERVACIÓN DE RECURSOS GENÉTICOS
Se registraron las coordenadas
geográficas (GPS)
Establecimiento en el Banco Nacional de
Germoplasma
Registro de variables
fenológicas y agronómicas
Banco Nacional de Germoplasma Jatropha curcas L.
422 accesiones de J. curcas con una gran diversidad genética en precocidad,arquitectura, adaptación, tipo de flores, contenido de ace ite, composición de ácidosgrasos, toxicidad y rendimiento de grano.
Cuadro 1. Variación en las características de flor, fruto y s emilla deJatropha en una población de 288 plantas.
Características Variación (1)
Número de inflorescencias Número de flores masculinas Número de flores femeninas Número de frutos
1 - 230
6 - 17,883
1 - 1064
1 - 1018
CARACTERIZACIÓN
Número de frutos Peso de semilla (g)
Largo de semilla(cm)
Ancho de semilla (cm)
Toxicidad (2) forbol esteres(mg/g) )
1 - 1018
0.3 - 1.3
1.1 - 2.1
0.7 - 1.6
Absence - 3.56
(1) Por planta.(2) La información corresponde a una población de 25 plantas
� Evaluación y selección de genotipos nativos en diferentes r egiones agroecológicas
� Ensayos de adaptación en 14 condiciones agroecológi cas del país
� Métodos de selección (hibridación intraespecífica, selección individual, SRR)
MEJORAMIENTO GENÉTICO
992
600
800
1000
1200R
en
dim
ien
to d
e g
ran
o (
kg h
a-1)
Figura 2. Rendimiento de grano seco (kg ha -1) durante dos ciclos productivos en ocho genotipos deJatropha curcas, en el trópico húmedo de México .
255
101
52047
0
200
400
1° año 2° año
Re
nd
imie
nto
de
gra
no
(kg
ha
INIFAP-MX294 INIFAP-MX32 INIFAP-MX952 INIFAP-MX42
INIFAP-MX331 INIFAP-MX314 INIFAP-MX714 INIFAP-MX721
992
1440
939
643
1020
600
800
1000
1200
1400
1600
Re
nd
imie
nto
de
gra
no
(kg
ha-1
)
Figura 3. Rendimiento de grano seco (kg ha -1) durante tres ciclos productivos en ocho genotipos deJatropha curcas, en el trópico húmedo de México .
25
173
52047
0
200
400
600
1° año 2° año 3° año
Re
nd
imie
nto
de
gra
no
(kg
ha
INIFAP-MX294 INIFAP-MX32 INIFAP-MX952 INIFAP-MX42
INIFAP-MX331 INIFAP-MX314 INIFAP-MX714 INIFAP-MX721
1008
1979
992
144014311414
1182
939
11571113
10201000
1500
2000
2500
Ren
dim
ien
tod
e gr
ano
(kg
ha-1
)
Figura 4. Rendimiento de grano seco (kg ha -1) durante cuatro ciclos productivos en ocho genotiposde Jatropha curcas, en el trópico húmedo de México .
1008
25
173101
939
643676
47
461
0
500
1° año 2° año 3° año 4° año
INIFAP-MX294 INIFAP-MX32 INIFAP-MX952 INIFAP-MX42
INIFAP-MX331 INIFAP-MX314 INIFAP-MX714 INIFAP-MX721
Ren
dim
ien
to
1008
1979
13051440
1431
1089
1414
1182
1308
11571113
1136
1445
1294
1000
1500
2000
2500R
end
imie
nto
de
gran
o (
kg h
a-1)
Ascendente
Estable
1008
25
992
173
710
101
964
1157
614
20
643676
47
461
0
500
1000
1° año 2° año 3° año 4° año 5° año
Ren
dim
ien
to d
e gr
ano
(kg
ha
INIFAP-MX294 INIFAP-MX32 INIFAP-MX952 INIFAP-MX42
INIFAP-MX331 INIFAP-MX314 INIFAP-MX714 INIFAP-MX721
Descendente
Figura 5. Rendimiento de grano seco (kg ha -1) durante cinco ciclos productivos en ocho genotiposde Jatropha curcas, en el trópico húmedo de México .
Materia prima
•Contenido de lípidos.•Humedad•Cenizas•Proteínas
Calidad del aceite
•Perfil de ácidos grasos.•Viscosidad•Densidad•Índice de Yodo•Índice de Saponificación•Valor de peróxidos
CALIDAD DE LOS BIOCOMBUSTIBLES
•Valor de peróxidos•Acidez Titulable
•Contenido de esteres• Glicerina libre y total•Mono, di y triglicéridos•Contenido en metanol•Viscosidad •Densidad•Humedad•Índice de Acidez•Índice de Yodo•Estabilidad de Oxidación•Residuo carbonoso•Punto de inflamación•Corrosión en lamina de cobre•Contaminación total
Calidad del Biodiesel
Laboratorio de Bioenergía
22
38
32
28
15
20
25
30
35
40
Nú
mer
o d
e ge
no
tip
os
Nota: Se utilizó el método de Soxhlet de acuerdo a la norma oficial NMX-F-089-S-1978.
Figura 6. Frecuencia de contenido de aceite en 138 genotipos de J. curcas. Chiapas, México
1
58
4
0
5
10
15
Nú
mer
o d
e ge
no
tip
os
Rangos del contenido de aceite
38%
13%
5%
3%
2%2%
3% 2%
Oleic acid (C18:1)
Linoleic acid (C18:2)
Palmitic acid (C16:1)
Stearic acid (C18:0)
Lignoceric acid (C24:0)
Erucic acid (C22:1n9)
Nervonic acid (C24:1)
Docosadienoic acid (C22:2)
Figura 7. Distribución porcentual de los principale s ácidos grasos presentes en el aceite de J. curcas L.
32%
Docosadienoic acid (C22:2)
Others
34.88
29.1640.00 43.89
33.63
40.44
32.1538.44
34.74 35.4543.47 46.73
38.23 39.76
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
Pe
rce
nt
Linoleic acid Oleic acid
Figura 8. Ácido oleico y linoleico presente en el a ceite de 13 genotipos de Jatropha curcas.
39.6936.47
32.98 31.53 30.93 30.14 29.54 28.7526.06 25.64 23.88 22.98 21.53 21.52
0.00
10.00
20.00
Genotypes
Fuente: Martínez, et al 2012. LVII Reunión del PCCMCA. Panamá .
PROPAGACIÓN IN VITRO
Propagación asexual de especies energéticas mediante el cu ltivo de tejidosvegetales
En Jatropha curcas se han logrado procedimientos para el establecimiento aséptico yla inducción de la organogénesis.
� Respuesta a la fertilización orgánica e inorgánica de J. curcas e higuerilla
o 300 a 700 % de incremento en los rendimientos de J. curcas
� Respuesta a la poda de formación y productiva en J. curcas.
o Producción temprana e incremento en los rendimientos
� Evaluación de sistemas de producción; piñón mexicano asoci ado con maíz con relevo de frijol
o Rentabilidad de 102 % en sistema piñón-maíz-fríjol
TECNOLOGIA DE PRODUCCION
Figura 9. Plantación de piñón mexicano, a) monocultivo, b) intercalado con maíz y c) frijol en relevo.
Distancias de 2 X 4 m; 4.1 t/ha de maíz Distancias de 2 X 4 m; 1.0 t/ha de frijol
Sistemas de producción
Rentabilidad de 102 % en sistema piñón-maíz-fríjol
Figura 10. Evaluación de sistemas de producción ma íz asociado con piñón y fríjol asociado con piñón mexicano.
Fuente: Zamarripa, et al 2012. LVII Reunión del PCCMCA. Panamá .
Cuadro 3. Insectos asociados a Jatropha curcas en el Soconusco y depresión Centralde Chiapas
Nombre común Orden y Familia Género y especie probabl e o afín
Ramas y Tallos
Barrenadores del tallo y las ramas
Coleoptera: Cerambycidae
Lagocheirus sp., Chrysobothris distincta, Psapharochrus sp.
Raíces
Gusano de alambre Coleoptera: Elateridae
Hojas
ESTUDIO DE PLAGAS EN Jatropha curcas L.
Hojas
Chicharritas Hemiptera: Cicadellidae
Minador Lepidoptera
Frutos
Chinches Hemiptera: Scutelleridae Pachycoris spp.
Hemiptera: Coreidae
Perforador de frutos Lepidoptera: Pyralidae
Flores
Avispitas Hymenoptera:Eucaritidae
Fuente: López, et al 2012. Entomología Mexicana 11:375-380
Daño por minador de la hoja. Puerto Madero, Febrero de 2011
Foto: G. López-GuillénChinche P. klugii .
C. E. Rosario Izapa, Mayo de 2011. Foto: J. Gómez
Barrenador de las ramas . C. E. Rosario Izapa, Marzo de 2011
Foto: G. López-Guillén
Insectos encontrados en Depresión Central de Chiapa s: Pachycoris sp., Leptoglosus sp., Chrysobothris sp. y Lagocheirus sp.
Antracnosis causado por Colletotrichum sp.
DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES EN J. curcas
Síntomas de roya del piñón ( Phakopsora sp. ) en hojas
El Balance Energético permite contabilizar el flujo de energ ía no renovable através de un inventario de insumos de las diferentes etapas y actividades enla obtención del Biocombustible, así como las salidas del si stema tomandocomo sistema de análisis un periodo determinado .
Estudios de balance energético
BALANCE ENERGÉTICO EN CULTIVO INTENSIVO DE Jatropha curcas L.
INVENTARIO DE INSUMOS DEL CULTIVO AÑO 2
ETAPA AGRÍCOLA RELACIÓN ENERGÉTICA
INSUMOS GASTO ENERGETICO MJ/ha
HERBICIDA 327
PLAGUICIDA 474
FERTILIZANTE 3384
Cuadro 4. Balance energético del piñón mexicano en el segundo año del cultivo
1 : 7.67
FERTILIZANTE 3384
GASTO ENERGÉTICO 4185
ETAPA DE TRANSPORTE
INSUMOS GASTO ENERGÉTICO MJ/ha
GASOLINA 3306
DIESEL 144
GASTO ENERGÉTICO 3451
ETAPA DE TRANSFORMACIÓNINSUMOS GASTO ENERGÉTICO MJ ha-1
ELECTRICIDAD + SOLVENTES 1526
PRODUCCIÓN ENERGÉTICA 71342
Zamarripa et al., 2010. VII Reunión Nacional Red Mexicana de Bioen ergía A.C. México.
Cuadro 5. Balance de emisiones en cultivo intensivo de Jatropha en el año 2.
ETAPA AGRÍCOLAEmisiones BD (kgCO2eq GJ)
Mitigación
InsumoEmisiones
(kgCO2e ha-1)Herbicida 4.4Insecticida 2.4Fungicida 11
Fertilizante 693.9subtotal 711.6
Estudio del balance de emisiones
Referencia fósil 83.8 kgCO 2eq GJ
22.7 73 %
subtotal 711.6ETAPA DE TRANSPORTE
InsumoEmisiones
(kgCO2e ha-1)Gasolina + Diesel 142
ETAPA INDUSTRIAL
Insumos Emisiones
(kgCO2e ha-1)Electricidad + solventes 45
Total de emisiones 898.6
Fuente: Zamarripa 2012. Informe final de proyecto SAGARPA- INIFAP
Resumen de balance energético
J. curcas L. (Año 1) 1: 1.90
J. curcas L. (Año 2) 1: 7.67
Cuadro 6. Resumen de balance energético
EU USA México
REFERENCIA FÓSIL [kgCO 2eq/GJ] 83.8 99 96
Sistema de producción BD UNIDADES MITIGACIÓN (%)
Piñón unicultivo año 1 74.8
kgCO2eq/GJ
11 24 22
Piñón unicultivo año 2 22.7 73 77 76
o Estudio realizado en colaboración con UNAM-REMBIO-INIFAP
Cuadro 7. Balance de emisiones de gases de efecto invernadero
Conclusiones
El desarrollo de componentes tecnológicos de la producción como lafertilización y la poda permiten incrementar hasta en 700 % lo s rendimientosde J. curcas
El sistema de producción de cultivos intercalados piñón-ma íz-fríjol durantelos primeros tres años de cultivo, permitió la producción de energía y delos primeros tres años de cultivo, permitió la producción de energía y dealimentos con buena rentabilidad comparado con el uniculti vo de piñón.
El comportamiento en campo de genotipos de J. curcas fue diferente a travésdel tiempo (cinco años). Se encontraron genotipos con rendi mientosascendentes, con tendencia a estabilizarse y genotipos en lo s cuales decrecióel rendimiento.
El piñón mexicano, de acuerdo a los estudios realizados y los c omponentestecnológicos empleados es un cultivo altamente recomendable en términos de
J. curcas presentó alta eficiencia energética con una relación de 1:7 .6 alsegundo año del cultivo por lo que se considera una opción sus tentable parala producción de energía renovable.
tecnológicos empleados es un cultivo altamente recomendable en términos demitigación de GEI con valores de hasta 73 % de mitigación al se gundo año delcultivo.
El germoplasma mexicano de J. curcas presenta alta diversidad genética quedebe ser usada en programas de mejoramiento genético para la creación devariedades mejoradas de alto rendimiento agroindustrial y competitividad.
