Bases fisiológicas y genéticas de la generación del rendimiento y la calidad en trigo pan y cebada cervec era.
Implicancias para el manejo agronómico y el mejoramien to genético
CYTEDRed 110RT0394
Mejorar la eficiencia en el uso de insumos y el ajus te fenológico en cultivos de trigo y cebada (METRICE)
Pergamino02-03 sept 2010
Determinantes del rendimiento alcanzable: disponibilidad de agua y
nutrientes y eficiencia de uso de los mismos. Impacto del mejoramiento genético
en la EUN
Gabriela AbeledoCátedra de Cerealicultura FAUBA
Rendimiento potencial
Rend. alcanzable
Rend. logrado
Niveles de producción (Mg ha -1)
Factores reductores
Factores limitantes
-Malezas-Enfermedades-Plagas-Otros
-Agua-Nutrientes
Nitrógeno
+
-Radiación-Temperatura-Genotipo
-
Factores determinantes
Adaptado de Rabbinge (1993)
MARCO TEORICOMARCO TEORICOFactores que definen el rendimientoFactores que definen el rendimiento
HOJA DE RUTAHOJA DE RUTA
(I). ¿Cuánto ha aumentado el rendimiento en trigo o cebada?
(II). Impacto del mejoramiento genético sobre la economía del N del cultivo
(III) El cultivo es un sistema complejo
(IV). Efecto del cultivar sobre la respuesta del rendimiento a la interacción agua x N
Año
Ren
dim
ient
o (M
gha
-1)
Mundial Argentina
Se evidencian tanto a nivel Se evidencian tanto a nivel mundial como local aumentos en mundial como local aumentos en el rendimiento de los principales el rendimiento de los principales
cultivos de granoscultivos de granos
Maíz 109 kg ha-1 a-1
Soja 37 kg ha-1 a-1
Trigo 30 kg ha-1 a-1
Maíz 64 kg ha-1 a-1
Soja 26 kg ha-1 a-1
Trigo 41 kg ha-1 a-1
0
10
20
30
40
50
0 1 2 3 4 5
CerealesOleaginosos
Rendimiento (Mg ha-1)
Pro
ducc
ión
(mill
ones
Mg)
R2 = 0.83
R2 = 0.81
Argentina
Base de datos FAO (2009)
(I). (I). ¿¿CuCuáánto ha aumentado el rendimiento en trigo o nto ha aumentado el rendimiento en trigo o cebada?cebada?
0
2
4
6
8
1960 1970 1980 1990 2000 2010
MaízArrozSojaTrigo
0
2
4
6
8
1960 1970 1980 1990 2000 2010
MaízArrozSojaGirasolTrigo
Año
Ren
dim
ient
o (g
m-2
)
Argentina
0
70
140
210
280
350
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Canadá
y = 3,25x - 6200r2 = 0,70
0
70
140
210
280
350
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Alemania
y = 7,85x - 15099r2 = 0,93
0
100
200
300
400
500
600
700
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Francia
y = 9,95x - 19277r2 = 0,92
0
100
200
300
400
500
600
700
1960 1970 1980 1990 2000 2010
España
y = 2,98x - 5708r2 = 0,46
0
70
140
210
280
350
1960 1970 1980 1990 2000 2010
EEUU
y = 3,24x - 6164r2 = 0,78
0
70
140
210
280
350
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Turquía
y = 2,69x - 5152r2 = 0,74
0
70
140
210
280
350
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Gran Bretaña
y = 6,43x - 12293r2 = 0,86
0
100
200
300
400
500
600
700
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Australia
y = 2,12x - 4068r2 = 0,50
0
70
140
210
280
350
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Cebada
Abeledo(2005)
Rendimientocomercial
MejoramientoGenético
MejoramientoAgronómico
¿¿QUQUÉÉ FACTORES CONTRIBUYEN A CONSTRUIR EL RENDIMIENTO?FACTORES CONTRIBUYEN A CONSTRUIR EL RENDIMIENTO?
Fecha de siembra
Densidad de siembra
Fertilización
Herbicidas, plaguicidas
Genotipo
Interacciones
¿Qué rol jugaron el mejoramiento genético y el manej o sobre el rendimiento?
Formas de medir el efecto del mejoramiento genético sobre el avance del rendimiento
Estimación de la ganancia genética para rendimiento
1) Analizar la tendencia en productividad
Año
Ren
dim
ient
o lo
grad
o
Ganancia total kg ha-1 a-1
- Fuente de información: base de datos
- Estimación de la ganancia total, pero sin discriminar entre el aporte de la tecnología y el aporte del mejoramiento
- Permite identificar períodos de interés a ser estudiados (quiebres de pendientes)
���� Analizar la tendencia en ECR (comparación contra un cultivar testigo)
2) Experimentos comparando series históricas de cul tivares
qué cultivar?
qué ambiente? � ganacia genética relativa
Año
Ren
dim
ient
o
Ganancia genética kg ha-1 a-1
3) Uso de modelos de simulación
Año
Ren
dim
ient
o
Ambiente 2Ambiente 1
- Fuente de información: experimentación ad hoc
- Estimación de la ganancia genética
- Fuente de información: simulaciones utilizando MSA
- Estimación de la ganancia genética
- Estimación del impacto de la brecha entre rendimientos alcanzables y potenciales
4) Combinación de la estimación de la ganancia tota l y de la ganancia genética
- Estimación de la proporción de ganancia total correspondiente a la ganancia genética
Año
Ren
dim
ient
o
Ganancia genética
kg ha-1 a-1
Ganancia total
kg ha-1 a-1
Efecto del mejoramiento genético sobre el rendimiento potencial de cebada: caso tipo
0
200
400
600
800
1940 1960 1980 2000
Ren
dim
ient
o (g
m-2
)
Año de liberación de los cultivares
r= 0,75 p<0,05
Tasa de ganancia41 kg ha-1 año-1
0,72 % año-1
Ganancia genética
País
Período Absoluta (g m-2 a-1)
Relativa (% a-1)
Fuente
Canadá 1910-1988 1,8 0,43 Bulman et al. (1993) 1910-1987 2,0 0,48 Jedel y Helm (1994a) Italia 1960-1980’s 7,4 1,10 Martiniello et al. (1987) Noruega 1960-1992 2,8 (#) Strand (1994) España 1937-1993 4,1 0,76 Muñoz et al. (1998) Gran Bretaña 1880-1980 1,9 0,39 Riggs et al. (1981) Estados Unidos 1920-1978 2,7 0,87 Wych y Rasmusson (1983) 1920-1984 1,6 0,40 Boukerrou y Rasmusson
(1990)
CebadaArgentina
El proceso de mejoramiento produjo un incremento en los rendimientos, con un efecto variable sobre la magnitud
dependiendo del cultivo y la época analizada.
Abeledo(2005)
1944
1960
19661970
1982
1989199319941998
Maltería Heda
Maltería 150
BekaUnión
Quilmes Alfa
Quilmes SurB1215Quilmes PalomarQuilmes Ayelén
0
1
2
3
4
5
6
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Año
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
El rendimiento potencial ( ) y el productivo ( )
Ren
dim
ient
o (M
gha
-1)
0
1
2
3
4
5
6
7
1940 1960 1980 2000
Argentina Canadá
Italia
35%32%
0,72% a-1
2,05% a-1
0,59% a-1
1,84% a-1
23%
0,99% a-1
4,30% a-1
0
1
2
3
4
5
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
48%
0,87% a-1
1,80% a-1
Estados Unidos
Adaptado de Wych y Rasmusson, 1983; Martiniello et al., 1987; Boukerrou y Rasmusson, 1990; Bulman et al., 1993;
Jedel y Helm, 1994a; FAO, 2002
En cultivos como trigo y cebada, la En cultivos como trigo y cebada, la contribucicontribucióón del mejoramiento n del mejoramiento
gengenéético al aumento del rendimiento tico al aumento del rendimiento a nivel productivo ha sido a raza nivel productivo ha sido a razóón de n de
un tercio a la mitad un tercio a la mitad
La brecha que existe entre los potenciales de produ cción y los rendimientos medios evidencia la necesidad de ajust ar los paquetes tecnológicos, de manera de reducir esas diferencias y alcanzar una
agricultura más eficiente y racional.
• El rendimiento de un cultivo es el resultado de una serie de procesos morfológicos y fisiológicos, siendo el nitrógeno uno de los principales elementos reguladores de su crecimiento.
• La productividad de un cultivo puede entonces modificarse por medio de:
(i) cambios en el ambiente o (ii) cambios en los genotipos y su respuesta.
• Los programas de mejoramiento de los cultivos han sido los responsables de generar los reemplazos de un cultivar por otro alo largo de los años y modificar con ello la productividad de los cultivos.
•¿Qué impacto tuvo el proceso de mejoramiento genétic o sobre la EUN?
(II). Impacto del mejoramiento gen(II). Impacto del mejoramiento genéético sobre la tico sobre la economeconomíía de N del cultivoa de N del cultivo
El rendimiento de los cultivares modernos fue superior al de loscultivares tradicionales independientemente de la disponibilidad de N
Cultivares tradicionales565 g m-2
60 kg kgN-1
Cultivares modernos740 g m-2
85 kg kgN-1
Abeledo et al. (2003)
Cebada cervecera
INTERACCIINTERACCIÓÓN MEJORAMIENTO x NN MEJORAMIENTO x N
0
150
300
450
600
750
900
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
N20 N50N110 N160
b=4.3
b=1.6
Año de liberación
Ren
dim
ient
o (g
m-2
)
b = GG (ganancia) genética
Abeledo et al. (2003)
Cuanto mayor la disponibilidad nitrogenada,
mayor la brecha absoluta de rendimiento entre cultivares
antiguos y modernos.
Cebada cervecera
INTERACCIINTERACCIÓÓN MEJORAMIENTO x NN MEJORAMIENTO x NFactores asociados al aumento de rendimientoFactores asociados al aumento de rendimiento
0
3
6
9
12
15
18
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Año de liberación
Abeledo et al. (2003)
Cebada cervecera
N to
tal a
bsor
bido
(g
Nm
-2)
Rendimiento (gN m-2)
N total absorbido(gN m-2)
EUNf(kg kgNabs
-1)X
0
10
20
30
40
50
60
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
Año de liberación
Efic
ienc
ia fi
siol
ógic
a en
el u
so d
el N
(k
gre
ndkg
Nab
s-1
)
Efic
ienc
ia a
gron
ómic
a en
el u
so d
el
N (
kgre
ndkg
Ndi
spon
ible
-1)
Abeledo et al. (2003)
Mejoramiento genético
+ Rendimiento
+ EUN
Trigo (Calderini et al., 1995; Cox et al., 1997; Guarda et al., 2004)Cebada (Abeledo et al., 2003)
Cebada cervecera
Año de liberación
Abeledo et al. (2003)
Cebada cerveceraR
endi
mie
nto
N (
gN
m-2
)
Rendimiento N (gN m-2)
N total absorbido(gN m-2)
ICNX
El proceso de mejoramiento tendió a incrementar en los cereales la cantidad absoluta de nitrógeno total cosechado.
b = c. 1 kgN año -1
7.2
8.59.0 9.2
0
2
4
6
8
10
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Año de liberación
Abeledo et al. (2003)
Cebada cerveceraIC
N
Rendimiento N (gN m-2)
N total absorbido(gN m-2)
ICNX
El aumento en los rendimientos nitrogenados estuvo asociado a una mayor partición de N hacia los granos.
0.670.72
0.79 0.80
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Año de liberación (desde 1900)
ICN
(%
)
Rel
ació
n IC
N:IC
Calderini et al. (1995)
Sin embargo, la proporción de N derivada hacia los granos fue proporcionalmente menor a la cantidad de biomasa particionada (IC).
Trigo
Calidad = N en grano (%)
Año de liberación (desde 1900)
Calderini et al. (1995)
Con
cent
raci
ón N
gra
no (
%)
Pro
teín
a en
gra
no (
%)
Año de liberación
Trigo en ItaliaTrigo en Argentina
Con los años disminuyó la concentración de N en grano� patrón universal en cultivos como trigo, donde no era un target primario
dentro de los programas de mejoramiento
de Vita et al. (2007)
Pro
teín
a en
gra
no (
%)
Año de liberación
Cebada cervecera
Sin embargo, en cultivos como cebada cervecera el contenido de N en grano tendió a permanecer inalterable a lo largo de los años
(asociado a la falta de variaciones en P1000)�mantener el contenido de proteína dentro de un rango acotado
constituye uno de los ejes del cultivo de cebada cervecera
Passarella et al. (2003)
RESUMENRESUMEN
N total absorbido EUNabs ICN
La productividady el N
El mejoramiento, el N y el
rendimiento
Consumo de fertilizantes
Fracción de recuperación
=
ICN:IC N grano (%)El mejoramiento, el N y la calidad
+
= + + =
- = - =
xi
yi
Disponibilidad de N suelo (kg N ha -1)
Ren
dim
ient
o (k
gha
-1)
xixi
yiyi
Respuesta del rendimiento a la disponibilidad de N en sueloRespuesta del rendimiento a la disponibilidad de N en suelo
(III). El cultivo es un sistema complejo(III). El cultivo es un sistema complejo
El uso de modelos de simulaciEl uso de modelos de simulacióón agronn agronóómica constituye una mica constituye una herramienta para analizar las interacciones existentes entre sueherramienta para analizar las interacciones existentes entre suelo, lo,
clima, manejo y cultivarclima, manejo y cultivar
Agua� Clima
Cultivar
INPUT(datos de entrada)
ModelosOUTPUT
(datos de salida)
Estructura general de los modelos de simulaciEstructura general de los modelos de simulaci óónn
INPUT (datos de entrada)Información climática (campaña, serie)
Información edáficaInformación del genotipoCondiciones de manejo
Modelos (software)Funciones de respuesta del cultivos a
las condiciones ambientales
OUTPUT (datos de salida)Respuesta por campaña
Respuestas probabilísticas
VALIDACIÓN DEL MODELO
� Análisis del grado de confiabilidad del modelo
(IV). El cultivar y la respuesta del rendimiento a la (IV). El cultivar y la respuesta del rendimiento a la interacciinteraccióón agua x N: uso de un MSAn agua x N: uso de un MSA
-160
-120 -80
-40 0 40 80 120
160
0
300
600
900
=C
+C
-C -F
=F
+F
Días desde siembra
Pre
cipi
taci
ones
(m
m)
- Cultivar : tradicional (TC), moderno (MC)- Disponibilidad de N : 20 a 180 kg N ha-1
- Disponibilidad hídrica : alta (+), media (=), baja (-) en el barbecho (F) o el ciclo del cultivo (C)
- CERES-Barley
Pp (mm)F C
(-) 114 210(=) 237 431(+) 436 492335 mm
930 mm
670 mm
Abeledo (2005)
(a) -F-C TC
MC7.5
5.0
2.5
0
(b) -F=C (c) -F+C
(d) =F-C7.5
5.0
2.5
0
(e) =F=C (f) =F+C
0 50 100 150 200
(g) +F-C7.5
5.0
2.5
00 50 100 150 200
(h) +F=C
0 50 100 150 200
(i) +F+C
Soil N availability at sowing (kgN ha -1)
Gra
in y
ield
(M
g ha
-1)
Respuesta del rendimiento: interacciRespuesta del rendimiento: interacci óón cultivar x N x aguan cultivar x N x agua
Disponibilidad de N a siembra (kg N ha -1)
Ren
dim
ient
o (k
gha
-1)
TC MCb 36 46c 55 51
Rend 1.67 1.97
b= EUN (kg kgN-1) // c= kgN ha-1
plateau // Rend= kggrano ha-1 plateau
TC MCb 39 49c 108 102
Rend 4.37 5.27
TC MCb 33 48c 100 84
Rend 3.32 3.91
TC MCb 39 51c 124 108
Rend 5.05 5.81
TC MCb 33 40c 101 89
Rend 3.51 3.91
TC MCb 39 52c 123 107
Rend 5.06 5.95
TC MCb 35 43c 106 91
Rend 3.88 4.27
TC MCb 39 49c 112 105
Rend 4.52 5.48
TC MCb 38 51c 123 107
Rend 5.06 5.95
-F =F +F
-C
=C
+C
Abeledo (2005)
(a)
0.13
0.41
0.30
0.37
0.280.260.300.280.250.280.230.19
0.330.410.380.290.41
0.280.10
0.130.14
0.04
0.10
0.060.07
0.03
-F-C -F=C -F+C =F-C =F=C =F+C +F-C +F=C +F+C
(b)
0.11
0.47
0.42
0.44
0.390.360.420.390.350.390.320.24
0.470.460.31
0.10
0.31
0.11
0.430.28
0.12
0.03
0.08
0.05
0.05
0.02
Water scenario
Rel
ativ
e gr
ain
yiel
d
N40
N100
N160
Escenario hídrico
0
0.25
0.50
0.75
1
0
0.25
0.50
0.75
1
Ren
dim
ient
o re
lativ
o re
spec
to a
M
C +
F+C
0.66
0.97
0.65
0.87
1.00
0.72
0.91
1.00
0.35
efecto agua en el ciclo del
cultivo
efecto agua en el barbecho
0.29
0.55
0.83
0.57
0.73
0.84
0.65
0.75
0.84
efecto cultivar
efecto N
-FC
=FC
+FC
Abeledo (2005)
0.0
2.5
5.0
7.5
TC
MC
(a)
00 2.5 5.0 7.5 0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
TC
Abeledo et al . (2003)Munoz et al . (1998)Martiniello et al . (1987)
Sinebo (2005)This study
MC
(b)
Environmental index (Mg ha -1)
Yie
ld (
Mg
ha-1
)
yTC= 0.90x - 0.02 (R2= 0.99, p< 0.001)
yMC= 1.09x + 0.02 (R2= 0.99, p< 0.001)
Los cambios en la condición ambiental estuvieron dados por diferentes combinaciones de tipo de suelo, años, precipitaciones, sitios, disponibilidades de N
Independientemente de la condición ambiental, el rendimiento del cultivar moderno tendió a ser superior al del cultivar tradicional. Las diferencias se magnificaron ante mejoras en el ambiente.
Respuesta general extensiva a otras condiciones observadas a campo usando cultivares distintos a los nuestros y en ambientes fuertemente contrastantes
Abeledo et al. (sp)
En resumenEn resumen
Ren
dim
ient
o (g
m-2
)
Año
Variación dependiente de la zona y condición
Variación interanual en los rendimientos debido a las características edáficas, climáticas, y productivas de la zona
Variación interanual en los rendimientos debido a la contribución del mejoramiento genético
Variación dependiente del cultivar (efecto del mejoramiento)
A M
EUN (g gN)
A M
Proteína (%)
Eco
nom
íade
l N
Muchas gracias
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