Fisiologia Del Arroz

Managua 21-30 de mayo de 2007 III Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz

Fisiología del arroz y mejoramiento


Mejoramiento genético

Aumentar rendimiento

Rendimiento: Kg/ Ha

Peso de 1000 granos

Materia seca producida etapa vegetativa

N° panojas / m2 N° de granos / panoja



Aumentar la eficiencia de producción de biomasa (materia seca)

Incrementar la distribución de biomasa a los destinos de interés economico

Granos


Fenología de la planta de arroz

Fisiología del arroz

Factores que afectan rendimiento


S0-3 V1-13 R0-9

Fenología de la planta de arroz


Etapa vegetativa

Germinación

S0 S1 S2 S3


Plántula

Dura de 14-20 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

Etapa vegetativa


Macollaje

25-55 días de duración

Primer macollo emerge previo al estado de 5 hojas

Desarrollo igual al del tallo principal

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)

Etapa vegetativa


Macollaje

TP P

1

3

5

2

46

PP PPPS SS S SSSS TT

Etapa vegetativa


Diferenciación primordio

Desarrollo de la panículaEs posible distinguir las espiguillas

La panícula se eleva dentro de la vaina de la hoja bandera

Etapa Reproductiva


Embarrigado (encañado, embuchado)

Etapa Reproductiva

12-16 días luego de diferenciaciónVaina hoja bandera se hinchaSe elongan los entrenudos del tallo

Sensibilidad a las bajas temperaturas

Segundo Componente del Rendimiento Nº granos / panoja


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

Floración

Etapa Reproductiva


Madurez lechosaEtapa de llenado y maduración del grano

•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

Etapa Reproductiva


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

Madurez pastosaEtapa de llenado y maduración del granoEtapa Reproductiva


•35-40 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).

Madurez duraEtapa de llenado y maduración del granoEtapa Reproductiva


Nº de plantas

Nº de macollosNº de granos Peso del grano


Proteólisis, síntesis de aminoácidos y proteínas

Fotosintesis

Absorción de nutrientes

Traslado de nutrientes y fotoasimilados

Crecimiento del cariopse

Llenado de grano

Secado de grano

Aerénquimas

Sílice

Partición de fotoasimilados

Fisiología del arroz


Síntesis de AG3 a aleurona

Transcripción de la amilasa

Transporte a endosperma para degradación almidón

Imbibición de la semillas

Temperatura Temperatura mínima 6-8º C

Temperatura optima 30-32º C

Temperatura máxima 41º C

Germinación

Maltosa y moleculas de almidón de cadena corta


Germinación

Emerge primero radicula

Emerge primero coleoptile

Oxigeno

El tenor de oxigeno en suelo determina el tipo de germinación

Alto tenor de oxigeno

Bajo tenor de oxigeno

Siembra en seco

Siembra en agua


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


Requerimientos

Climáticos

Culturales

CultivarDensidad de siembraFertilizaciónRiego

RadiaciónTemperatura del agua 31º / 16º

N > 3,5%P > 0,25% en el tallo principal

Etapa vegetativa


Etapa vegetativa

Fotosíntesis

Energía lumínica Energía química

Fijar CO2

Carbohidratos

Rendimiento es resultado de fotosíntesis


Etapa vegetativaFotosíntesis

Hoja bandera (llenado de grano) Rendimiento por tallo

Rendimiento por planta

Presencia y cantidad de destinosGranos acumulando reservas

Rendimiento por areaNumero de tallos / HaNumero de granos/panoja

Peso de 1000 granos

Intensidad fotosinteticaIndice de Area foliar


Etapa vegetativa

Hasta elongación de entrenudos

Almacenamiento de sustancias de reserva se hace en las vainas foliares

Almidon y /o sacarosa


Una vez inudado el arroz crece en hipoxia

Etapa vegetativa

Las raices necesitan oxigeno para ser funcionales

Las raices se recubre de Fe (ferroso)

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


Formación de aerénquimasTejido 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

Etapa vegetativa


Requerimientos

Climáticos

Temperatura: 18 a 25 º C

Humedad:

Oxigeno: Desarrollo de radícula

Culturales

Preparación terrenoFecha y densidad de siembraDistribución de la semillaMétodo de siembraControl de malezas

Etapa vegetativa


Nitrógeno

Rápidamente absorbido por las plántulas y convertido en proteínas foliares

Parte de este nitrógeno se transfiere de las hojas adultas a las jóvenes hasta después de llenado de grano

Etapa vegetativa

Las hojas se expanden, llegan a maximo fotosintetico y mueren.

Nutrición mineral


Aminoacidos constitutivos de la hoja son transformados a:

Rapidamente traslocables a destinos como hojas en crecimiento

Glutamato, glutamina y serina

Nitrogeno es redistribuible a las hojas jovenes durante todo el periodo vegetativo.

Nitrógeno

Etapa vegetativaNutrición mineral


Máxima area foliar en R0

Inicio panicula R0

Hojas parecen sufrir deficiencia de nitrogeno.

Diferenciación panícula R1

Alta demanda de nitrogeno traslocable

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 semienanas muy macolladoras y menor tamaño de panoja:

Muy afectadas en su respuesta al N con baja radiación

Poco afectadas en su respuesta al N con baja radiación

Plantas altas, poco macollaje y panojas grandes :

Nitrógeno



SíliceTiene absorción selectiva por el ácido silícico

Se deposita en paredes celulares y epidermis

Incrementa fotosintesisReduce el consumo de aguaFavorece las posicion erecta de las hojas

Reduce efectos de toxicidad de algunos nutrientes por excesiva absorcion



Etapa reproductivaDesarrollo del grano

Lleva un período relativamente largo en el desarrollo de la planta

Desarrollo del tubo polínico

Nutrición del endosperma y embrión

Elongación del grano: expansión de pared celular hasta ocupar el maximo espacio entre lemma y palea

Energía


Etapa reproductiva

Primer carbohidrato transportado sacarosa

Desde fertilización hasta fin de elongación

sacarosa Invertasas acidas

glucosa + fructosa

Desarrollo del grano


Etapa reproductivaLlenado 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


Etapa reproductivaLlenado del granoBioquímica del llenado se lleva acabo en dos lugares

Citosol Plastidos

sucrosa sintasa

sucrosa

UDP-glucosa + fructosaPPi

Glucosa-1-Fosfato

ATPADP

ADP-Glucosa

ATP

PPi

UTP

Formacion almidón

Unidades de ADP-glucosil

Glucosa-1-FosfatoATP

PPi

amilopectina amilosa

ADP


Requerimientos

Climáticos

CulturalesNitrógenoRiego

Radiación solar

Alto requerimiento de nitrógeno traslocable desde las hojas

Etapa reproductiva


25 a 55 días

Periódocrítico para radiación

solar

Emergencia Macollaje Primordio Floración Grano pastoso

Grano maduro

15 días 21 días 21 días 10 días

Requ

erim

ient

o de

rad

iaci

ón s

olar

(%)

75

50

100


Rendimiento

Radiación incidente

Eficiencia de intercepción

Eficiencia de conversión

Eficiencia de traslado a parte aerea

Eficiencia de partición a granos

Radiación solar incidente Energía para producción MSBiomasa vegetativa


Rend

imie

nto

(Kg/

ha)

Radiación electromagnetica OC 0,3-3nm (lumínica)

OL 5-100 nm (térmica)

µmol.m-2s-1



Factores que afectan la radiación solar incidente en el cultivo

•Longitud del día

•Máxima intensidad de radiación esperable en un día claro

•Nubosidad

Fotosíntesis


D E F M A M J J A S O N D meses

PAR

Variación de la radiación según los meses

Variación de la radiación según la latitud

40º LS

D E F M A M J J A S O N D

mesesPAR

0º LS

40º LS



Radiación interceptada

Materia seca producida

Materia seca parte aérea

Rendimiento económico



Eficiencia de partición parte aérea






Arquitectura planta, crecimiento foliar, senescencia prácticas agronómicas


a = IAF Planófilas > intercepción que erectófilas

Planófilask = 1.5

Erectófilask = 0.3

Arquitectura de planta


Habito de macollaje

Erecto Intermedio Abierto

Disperso Procumbente


1 2 3 4 5 6 IAF

Radiación

Planófilas

Erectófilas


Senescencia foliar







Eficiencia partición parte aérea

BioquimicaFactores que la afectan

Diferentes largo de ciclo Vegetativo - Reproductivo

C3


Duracion del ciclo

Está bajo control genético y modulados por factores ambientales

Temperatura Fotoperiodo

Radiación


Temperatura

I

II

III

I= reacción II= desnaturalización III = tasa de reacción

I - II = III

Tasa

de

reac

ción

Temperatura ºC


Dur

ació

n (d

ías)

T °Cbase óptima exceso

Temperatura

Tb To Tm1/

dura

ción

(tas

a de

des

arro

llo)

T ºC

Tiempo térmico = ∑ (T - Tb) = ºC día

Modelo cuantitativo (estimar duración distintas fases fenológicas)


Temperatura

20-253012-18Maduración30-333522Antesis

3815-20Diferenciación de panícula15Iniciación de panícula

25-31339-16Macollamiento31457-12Elongación de hojas

25-303516Enraizamiento25-303512-13de plántulas

Emergencia y establecimiento20-354510GerminaciónÓptimaAlta Baja

Temperaturas críticas oCEstado de crecimiento


Fotoperíodo

Fc618 12 HsEm

erge

ncia

-Fl o

rac i

ón (

ºCdí

as)

Días cortos

S D M J

Precocidad intrínseca

Sensibilidad

Siembra

12





Materia seca parte aérea

Rendimiento económico



Eficiencia de partición parte aérea


Composición reserva del grano


Partición a granos

Crecimiento Rendimiento

Indice de cosecha

Indice de cosecha =Rendimiento en grano

Biomasa total


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

Partición a granos


Calidad de la biomasa producidaCon 1 gramo de glucosa se obtienen:

0,83 g de almidón0,33 g de aceite0,41 g de proteínas

Requerimientos de glucosa para la producción de grano

(g glucosa / g grano) Arroz: 1,4Girasol: 2,4Soja: 2,0

Indice de cosecha

Partición a granos


Control de distribución

Reguladores de crecimiento

Control nutricional

Relación fuente-destino

Partición a granos


Transporte asimiladosCarga y descarga

ParticiónInteracción fuente-destino

Cantidad de carbohidratos producidos

Nº de espiguillas fecundadas

Relación fuente-destino

Partición a granos


Plasticidad morfológica

Variaciones fenotípicas de distribución

Ideotipos

Partición a granos



Partición a granos




Ideotipos

Partición a granos


Dias desde siembra Dias desde siembra

Dias desde siembra

Mat

eria

sec

a (K

g/ha

)

Mat

eria

sec

a (K

g/ha

)

Mat

eria

sec

a (K

g/ha

)


T

H

T

H

T

H

GG

G




Ideotipos

Partición a granos


Ideotipos

Hoja bandera

µMol PPDF. m-2 s-1

µMol

CO

2. m

-2s-

1

Partición a granos

Inferiores planta moderna

InferioresPlanta tradicional



Aumentar rendimiento

Rendimiento: Kg/ Ha

Peso de 1000 granos

Materia seca producida etapa vegetativa

N° panojas / m2 N° de granos / panoja



Aumentar la eficiencia de producción de biomasa (materia seca)

Incrementar la distribución de biomasa a los destinos de interés economico Granos

Cambio en el tipo de planta

Aumento en el numero de destinos de fotosintatos

Disminuir senescencia foliar

Modificar duración ciclo vegetativo-reproductivo

Documents

Fisiologia Del Arroz