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I t d l R di i tI t d l R di i tIncremento del Rendimiento Incremento del Rendimiento Potencial con VariedadesPotencial con VariedadesPotencial con Variedades Potencial con Variedades
ConvencionalesConvencionales
XI Conferencia de Arroz para América LatinaXI Conferencia de Arroz para América Latina y el Caribe
Cali, 21 al 24 de Septiembre de 2010.
Edgar TorresFitomejorador de Arrozj
Que es el Que es el RendimientoRendimiento PotencialPotencial
“El “El rendimientorendimiento potencialpotencial es el es el rendimientorendimiento en un en un ambienteambiente fisico fisico óptimoóptimo ((radiaciónradiaciónpp pp ((solar, solar, temperaturatemperatura, nutrición mineral) y con , nutrición mineral) y con completacompleta protecciónprotección de de malezasmalezas y y
plagasplagas” Evans y Fisher, 1999,” Evans y Fisher, 1999,
America Latina tiene una gran diversidad de ambientes dedicados a la produccion de Arroz
Efecto de manejo del cultivo, manejo de nutrientes y mejoramiento genético en el rendimiento potencial del Arroz
1213
Rendimiento potencial de una determinada variedad
en un clima dado 20%NUEVO TECHO
789
1011
ha
Manejo agronomico 20%
Clima o desbalance de
nutrientes 10%
Rendimiento economico
20%
34567
Tn h agronomico
deficiente20%
012
Yactual Yposible Yobjetivo Ypotencial Ynuevo
Adaptado de Fairhust et al 2007
Como se determina el rendimiento en el Como se determina el rendimiento en el ArrozArroz
ento
ient
o
rdio
ano
ogic
a
erm
inac
ion
cio
Mac
olla
mie
Máx
, M
acol
lam
nici
o de
l prim
or
Llen
ado
del g
ra
Mad
urez
fisi
olo
Flor
ació
n
Cos
echa
VEGETATIVO REPRODUCTIVO MADURACION
Ge
Inic M In L MF C
Plantas m2
Paniculas m2
Granos/panícula % Fertilidad
Número de granos llenos m2
Peso de los granos
RENDIMIENTO EN GRANO
g
LasLas variedadesvariedades dede tipotipo semisemi--enanoenanoLas Las variedadesvariedades de de tipotipo semisemi--enanoenano
Una combinacion de tallos cortos y fuertes, baja estatura, hojas erectas, resistente al acame, con Una combinacion de tallos cortos y fuertes, baja estatura, hojas erectas, resistente al acame, con alta respuesta al nitrógeno e insensible al fotoperiodoalta respuesta al nitrógeno e insensible al fotoperiodo
LasLas variedadesvariedades dede tipotipo semisemi--enanoenanoLas Las variedadesvariedades de de tipotipo semisemi enanoenano
La respuesta a la aplicación del Nitrogeno de dos variedades semi-enanas IR8 y TN1 y Peta unavariedades semi enanas IR8 y TN1 y Peta una
variedad alta durante la estación seca de 1966. (Adaptado de Hargrove y Coffman 2006)
12
8
10
6
8
Tons
/ha IR 8
PETA
TN1
2
4
00 30 60 90 120
Nitrogeno Aplicado Kg/ha
LasLas variedadesvariedades dede tipotipo semisemi--enanoenano
Maximo rendimiento de IR 8 y IR72 en la estación seca de 1998 en IRRI comparado con el i di i t d IR 8 1966 P t l 1999
Las Las variedadesvariedades de de tipotipo semisemi enanoenano
910
maximo rendimiento de IR 8 en 1966. Peng et al 1999
-2 tn/ha
45678
Tn/ha
01234
IR 8 1966 IR 8 1998 IR 72 1998
Variedad-Año
El maximo rendimiento de IR8 ha disminuido en 2 tn/ha en 30 años; el mejoramientoEl maximo rendimiento de IR8 ha disminuido en 2 tn/ha en 30 años; el mejoramientoEl maximo rendimiento de IR8 ha disminuido en 2 tn/ha en 30 años; el mejoramiento El maximo rendimiento de IR8 ha disminuido en 2 tn/ha en 30 años; el mejoramiento “empirico” en el germoplasma indica ha resultado en el mantenimiento del potencial de “empirico” en el germoplasma indica ha resultado en el mantenimiento del potencial de
rendimiento en cerca de 10 tn/ha, Peng rendimiento en cerca de 10 tn/ha, Peng et alet al 1999,1999,
El nuevo El nuevo tipotipo de de plantaplanta del IRRIdel IRRIue oue o t pot po dede p a tap a ta dede
El ideotipo del NTP estuvo basado en reducir el número de tallos no productivos e El ideotipo del NTP estuvo basado en reducir el número de tallos no productivos e incrementar el tamaño de la panícula, además de tallos fuertes, resistencia a incrementar el tamaño de la panícula, además de tallos fuertes, resistencia a
enfermedades y sistema radicular vigoroso. No hubo mayor ventaja en rendimiento enfermedades y sistema radicular vigoroso. No hubo mayor ventaja en rendimiento debido a la baja producción de biomasa y pobre llenado del granodebido a la baja producción de biomasa y pobre llenado del grano
El nuevo El nuevo tipotipo de de plantaplanta del IRRIdel IRRIue oue o t pot po dede p a tap a ta dede
Estacion seca 2003
Genotipo Tn ha-1 Biomasa IC Pan m2 Gr pan-1 Fert P1000
Indicas
Genotipo Tn ha 1 Biomasa IC Pan m2 Gr pan 1 Fert P1000
Promedio 9,03 1726 47,8 439 92,4 84,8 24,2
Rango 8,54-9,51 1515-1858 41,8-50,8 379-483 82,2-106 76-89,4 22,2-28,4
Promedio 8 6 1673 45 4 396 106 1 75 0 24 3
NTP -II
Promedio 8,6 1673 45,4 396 106,1 75,0 24,3
Rango 6,27-10,2 1480-1877 32,5-54,1 343-493 97,7-113,4 56,9-84,8 19,8-27,8
Estacion seca 2004
Genotipo Tn ha-1 Biomasa IC Pan m2 Gr pan-1 Fert P1000
Indicas
p p
Promedio 8,19 1754 42,8 438 101,3 79,5 21,6
Rango 7,25-9,32 1612-1907 41,4-44,7 376-481 81,8-118,6 78,8-82,1 19,4-24,2
Promedio 8,17 1708 42,6 383 112,3 72,9 23,9
NTP -II Rango 7,39-8,76 1493-1850 39,7-47,5 339-512 98,3-135,6 61,8-81,9 18,6-25,7
La La segundasegunda generacióngeneración de NTP, con introgression de genes de NTP, con introgression de genes indicaindica, no , no mostrómostrósuperioridadsuperioridad en en rendimientorendimiento debidodebido a: similar a: similar producciónproducción de de biomasabiomasa, , índiceíndice de de cosechacosecha
y y tamañotamaño de la de la panículapanícula; y ; y menormenor llenadollenado del del granograno. . PengPeng et al et al 20052005
IdeotipoIdeotipo japonesjapones parapara altoalto rendimientorendimientoIdeotipoIdeotipo japonesjapones parapara alto alto rendimientorendimiento
YR929YR929
MILYANG 42
YR901
IR1317
TAKANARI
IR1317
MILYANG 25
IR24
Varios cultivares de alto rendimiento han sido desarrollados recientemente en japón Varios cultivares de alto rendimiento han sido desarrollados recientemente en japón inspirados en el modelo “Tongil” de Korea. Variedades de cruzamientos indica por inspirados en el modelo “Tongil” de Korea. Variedades de cruzamientos indica por
japonica de tipo panículas largas. Yonezawa, 2007; Goto japonica de tipo panículas largas. Yonezawa, 2007; Goto et al et al 2009; Fisher y Edmeades 2009; Fisher y Edmeades 2010;2010;
IdeotipoIdeotipo japonés para alto japonés para alto rendimientorendimientorendimientorendimiento
Genotipo Ton ha-1 Paniculasm-2
Granos m-2
x103Granos
pan-1%
LlenadoP1000 (gr)
20032003
Liangyoupeijiu 9,9 223 37,9 170 77 25,9
Takanari 9,6 239 41,0 172 70 23,6
Nipponbare 7,6 326 30,0 92 81 22,8
2003 Alto-N
Liangyoupeijiu 9,7 243 38,7 160 73 25,5gy p j , , ,
Takanari 9,8 256 41,3 161 69 23,3
2004
Li iji 11 8 217 50 1 231 77 24 0Liangyoupeijiu 11,8 217 50,1 231 77 24,0
Takanari 11,4 274 49,1 179 81 22,9
Nipponbare 7,7 304 29,7 98 89 23,4
Takanari,Takanari, unauna variedadvariedad dede paniculaspaniculas largas,largas, mostrómostró unauna capacidadcapacidad dede rendimientorendimiento similarsimilaralal supersuper hibridohibrido chinochino enen laslas condicionescondiciones dede KytoKyto debidodebido aa lala mayomayo eficienciaeficiencia enen elel usousodede lala radiaciónradiación yy aa lala capacidadcapacidad dede translocartranslocar carbohidratoscarbohidratos alal granograno.. KatsuraKatsura etet alal 20072007
IdeotipoIdeotipo FLAR FLAR parapara alto alto rendimientorendimientopp pp
La estrategia del FLAR y el CIAT paraalto rendimiento se enfoca enacumular caracteres que confierenalto rendimiento en ambientef id t lfavorecidos tales como:
Alt i t diAltura intermedia
Macollamiento intermedio
Hojas erectas, verdes oscuro y consenescencia lenta
Tallos fuertes
Paniculas largas
Alta fertilidad
Granos más pesados
IdeotipoIdeotipo FLAR FLAR parapara alto alto rendimientorendimiento
G G G % P 1000 Bi
Rendimiento y componentes de rendimiento en líneas de Paniculas Largas. Palmira 2007B
Genotipo Ton ha-1 Pan m-2Granos
totales m-2
x103
Granos llenos pan-1
Granos totalespan-1
% Llenado
Peso 1000 granos (gr)
Biomasagr m-2
3371 9,16 445,0 55,32 80,8 124,9 64,9 24,2 1844
3399 8,96 438,3 49,38 93,6 116,0 80,8 23,4 1832
3834 8,91 508,3 57,00 86,1 111,9 76,7 24,6 2074
3614 8,56 591,7 50,44 47,4 85,2 55,8 25,8 1665
Oryzica 1 8,40 474,2 46,27 75,5 99,4 76,0 25,6 1906
FL01028 8,31 461,7 51,74 80,3 113,1 71,0 24,0 1851
Fedearroz 60 7,95 531,7 47,30 58,9 88,5 66,4 26,7 2041
Fedearroz 50 5,75 523,3 46,3 50,2 88,3 55,4 22,8 1788
El primer El primer grupogrupo de de materialesmateriales de de paniculaspaniculas largaslargas desarrolladosdesarrollados porpor FLAR FLAR mostrómostró una una ventajaventaja en en rendimientorendimiento sobre los sobre los testigostestigos, , dependientedependiente de la de la localidadlocalidad; la mayor ; la mayor dificultaddificultad es es llenarllenar todostodos los los
granosgranos formadosCIATformadosCIAT, Annual Report 2009. , Annual Report 2009.
IdeotipoIdeotipo FLAR FLAR parapara alto alto rendimientorendimiento
Genotipo Ton ha-1 Pan m-2Granos
totales m-2Granos
llenos pan-1Granos totales
% Llenado
Peso 1000 granos (gr)
Biomasagr m-2
Rendimiento y componentes de rendimiento en líneas de Paniculas Largas. Palmira 2009B
x103 pan-1
2027 9,70 498,0 58,65 96,7 117,8 82,1 23,8 2339
IR 64 9,12 802,0 49,58 51,5 61,8 83,3 24,3 2022
2074 8,83 521,3 48,99 72,9 93,9 77,6 24,5 1985
2122 8,57 453.5 48,80 81,2 108,2 74,7 25,6 1982
1856 8,50 749,0 49,65 48,8 66,3 76,7 26,0 2131
1817 8,39 660,5 53,59 52,7 81,7 64,6 25,5 1885
Fedearroz 60 8,07 527,5 51,04 70,5 97,5 72,4 26,3 2126
FL01028 7,72 526,0 59,68 77,9 114,5 68,1 23,4 2047
1860 7,91 418,5 51,20 89,1 122,9 72,4 27,3 2040
2047 7,77 376,0 45,33 84,8 122,7 69,9 28,2 19362047 7,77 376,0 45,33 84,8 122,7 69,9 28,2 1936
Una Una evaluaciónevaluación de LRE de LRE parapara componentescomponentes de de rendimientorendimiento mostrómostró que la que la combinacióncombinación de de paniculaspaniculaslargaslargas con con altaalta fertilidadfertilidad y y buenbuen macollamientomacollamiento es es posibleposible y conduce a mayor y conduce a mayor rendimientorendimiento CIAT (no CIAT (no
publicadopublicado))
IdeotipoIdeotipo FLAR FLAR parapara alto alto rendimientorendimientopp ppRelación entre el número de granos de llenos por metro cuadrado y el
rendimiento. Palmira 2007A
14000.00
y = 0.2215x + 3099.5R2 = 0.713510000.00
11000.00
12000.00
13000.00
Kg/h
a
8000.00
9000.00
25000.00 27000.00 29000.00 31000.00 33000.00 35000.00 37000.00 39000.00 41000.00 43000.00 45000.00
# Granos llenos m 2
R l ió t l ú d ll t d d l di i tRelación entre el número de granos llenos por metro cuadrado y el rendimiento. Palmira 2009A
11000 00
11500.00
12000.00
12500.00
y = 0.1781x + 3298R2 = 0.7586
8500.00
9000.00
9500.00
10000.00
10500.00
11000.00
Kg/
ha
El El componentecomponente con mayor con mayor asociaciónasociación al al rendimientorendimiento es el es el númeronúmero de de granosgranos llenosllenos porpor unidadunidadde de áreaárea
8000.0030000.00 32000.00 34000.00 36000.00 38000.00 40000.00 42000.00 44000.00 46000.00 48000.00 50000.00
# Granos Llenos m 2
Como mejorar el rendimiento en el ArrozComo mejorar el rendimiento en el Arrozen
to
ient
o
rdio
ano
ogic
a
rmin
acio
n
cio
Mac
olla
mie
Máx
, M
acol
lam
nici
o de
l prim
or
Llen
ado
del g
ra
Mad
urez
fisi
olo
Flor
ació
n
Cos
echa
VEGETATIVO REPRODUCTIVO MADURACION
ge Inic M In L MF C
Adecuado # Paniculas m2
Alto Granos/panícula Alta Fertilidad
Número de granos llenos m2
Peso de los granos
RENDIMIENTO EN GRANO
g
El El rolrol de los de los carbohidratoscarbohidratos no no estructuralesestructuralesgr m-2 dia -1
14 a 0 DAFSupresión de ladegeneración de losgranos
Tamaño del vertedero
Desarrollo de la Tamaño del Peso de unR
Carbohidratos
Desarrollo de la cascara
Tamaño del grano
Peso de un grano individual E
N
TDesarrollo del grano
de polénActividad del
vertedero
T
OLlenado del
grano
Carbohidratos de reserva
Número de celulas del endospermo
La La acumulaciónacumulación de de carbohidratoscarbohidratos no no estructuralesestructurales es fundamental es fundamental parapara el el llenadollenado de un mayor de un mayor númeronúmero de de granosgranos porporpanículapanícula; ; especialmenteespecialmente en los en los materialesmateriales de de paniculapanicula largalarga. . Nagata Nagata et al et al 20022002; ; HorieHorie et alet al 2004; 2004; TakaiTakai et al et al 2006.2006.
El El rolrol de los de los carbohidratoscarbohidratos no no estructuralesestructurales
Relacion entre la produccion de biomasa dos semanas antes de floración y el rendimiento en dos años. Adaptado de Takai et al 2006
11
12
8
9
10
tn h
a-1
y = 0.3252x + 0.6646R2 = 0.6792
5
6
7
ÉlÉl ltlt di i tdi i t b db d T k iT k i d ñd ñ f éf é i di d ll d iód ió dd bibi
512 17 22 27 32 37
gr m-2 dia -1
ÉlÉl alto alto rendimientorendimiento observadoobservado en en TakanariTakanari en dos años, en dos años, fuéfué asociadoasociado a la mayor a la mayor producciónproducción de de biomasabiomasadurantedurante los los estadiosestadios tardiostardios del del periodoperiodo reproductivoreproductivo lo lo cualcual permitiópermitió una mayor una mayor acumulaciónacumulación de NSC y de NSC y
mejormejor llenadollenado del del granograno. . TakaiTakai et al et al 2006.2006.
El El llenadollenado deficientedeficiente de las de las floresflores secundariassecundarias
Las florecillas que entran en antesis tardiamente localizados en la base o las ramificaciones de la panicula son esteriles, de pobrellenado y este problema no es debido a la falta de fotoasimilados; sino a la baja actividad de enzimas relacionadas con laconversion de sucrosa a almidón. Yang and Zang, 2010; Kato, 2010.
MecanismosMecanismos responsablesresponsables porpor la la variacionesvariacionespp ppen el en el llenadollenado del del granograno
Baja actividad de las enzimas involucradas en pasos claves en el metabolismo de loscarbohidratos en el endosperma en desarrollo en las espiguillas secundarias (Yang y Zang,2010).
Actividad diferencial de genes relacionados con la descarga de carbohidratos durante elllenado del grano entre los granos superiores e inferiores (Yang y Zang, 2010).
Diferencias en la tasa de crecimiento de las células individuales del endospermo, quepuede ser atribuida a ciertas enzimas (Kato, 2010)puede ser atribuida a ciertas enzimas (Kato, 2010)
Baja actividad de las citocininas en las florecillas secundarias (de floración tardia) durantel t di t d l ll d d l (Y t l 2007)los estadios tempranos del llenado del grano (Yang, et al; 2007)
Genes identificados asociados al rendimiento Genes identificados asociados al rendimiento y sus componentes (y sus componentes ( XingXing y Zhang, 2010).y Zhang, 2010).y sus componentes ( y sus componentes ( XingXing y Zhang, 2010).y Zhang, 2010).
Carácter QTL Cromosoma Efecto Aditivo
EfectoDominancia
Var %
LG (mm) GS3 3 1,47 1,06 95,6
GW (g) gw3.1 3 41,4
GW (g) gw8.1 8 0,96 39,0
GW (g) gw9.1 9 0,98 42,5
GPP Gn1a 1 44,0
GPP gpa7 7 31,2 15,2 54,0
SPP SPP1 1 22,05 0,55 63,4
SPP qSPP1 1 16,7 4,8 68,1
SPP SPP2 2 12 3 3 7 73 0SPP qSPP2 2 12,3 3,7 73,0
SPP qSPP3 3 21,8 8,0 68,8
SPP qSPP7 7 59,8 28,3 74,2
SPP QSpp8 8 28,3 22,6 83,3
GY qGY2-1 2 25,9
FinalmenteFinalmente, el , el mejoramientomejoramiento parapararendimientorendimiento potencialpotencial debedebe enfocarseenfocarse en:en:
Entender el rendimiento en diferentes ambientes utilizando genotipos comunes.
Identificar caracteres claves para alto rendimiento en ambientes homogeneos.
Identificar genes/marcadores asociados con esos caracteres.
Para cada ambiente diseñar genotipos especificos y acumular estos genes en genotipos elites, manteniendo los avances anteriores en adaptación y tipo de planta.
GRACIAS POR SU GRACIAS POR SU ATENCIONATENCION
