Post on 01-Nov-2018
Agricultura biotecnológica y Seguridad Alimentaria
Pedro Castañera Domínguez
CONTENIDOS
Población – Agricultura – Seguridad Alimentaria
Control de Plagas - Seguridad Alimentaria
Cultivos transgénicos - Objetivos del Milenio
Cultivos transgénicos - Impactos ambientales (maíz Bt)
Pespectivas futuras
Población – Agricultura - Seguridad Alimentaria
Semillas Cultivos Alimentación
animal y humana
Agricultura un avance continuo
-10.000 años DOMESTICACIÓN DE PLANTAS
BIOTEC
1980
Darwin (1859)
Mendel (1865-66)
Watson&Crick (1953)
VERDE
1940-70
Agricultura – Innovación - Seguridad Alimentaria
DEL NEOLITICO A LA REVOLUCIÓN VERDE
REVOLUCIÓN VERDE: LOGROS
Oerke J. Agric. Sc. (2006), 144, 31–43
Gran aumento rendimientos tres cereales clave para la alimentación mundial: maíz, trigo y arroz
Conway&Toenniessen, 1999, Nature
DEMANDA DE CEREALES
Fuente: Tester & Langridge, 2010. Science, 818.
✔ Gran incremento de la producción de maíz, trigo y arroz
✔ La mayor demanda en países en desarrollo
“En los próximos 50 años necesitaremos producir una cantidad
de alimentos equivalente a la que ha sido consumida en toda la
historia de la humanidad” Megan Clark, CSIRO - Australia
RETOS EN PRODUCCIÓN VEGETAL/ALIMENTOS
• AMBIENTALES
Menor Impacto
9.000 M en 2050
SOCIALES
Seguridad y Calidad Alimentaria
La producción mundial de
cereales debe ∆ 70%
• ECONÓMICOS
Mayor Rendimiento/ha
Superficie cultivada
≤ Agua para riego
Cambio climático
Tierra cultivable per cápita
TIERRA CULTIVABLE Y USOS
Descenso ~ 50% en la superficie de cultivo/habitante
Tierra cultivable
AGUA DISPONIBLE Y USOS
El agua para uso agrícola en países en desarrollo es ≈ 80%
El 70% de incremento en la producción de cereales
vendrá de cultivos en regadío (FAO)
Eficiencia vs superficie
CAMBIO CLIMÁTICO – LIMITARÁ LA PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS CON LAS PRÁCTICAS Y VARIEDADES AGRÍCOLAS ACTUALES
World Development Report 2010
Sources: Müller and others 2009; World Bank 2008c.
Note: The coloring in the figure shows the projected percentage change in yields of 11 major crops (wheat, rice, maize, millet, field pea, sugar beet, sweet
potato, soybean, groundnut, sunflower, and rapeseed) from 2046 to 2055, compared with 1996–2005. The yield-change values are the mean of three
emission scenarios across five global climate models, assuming no CO2 fertilization (a possible boost to plant growth and water-use efficiency from
higher ambient CO2 concentrations). The numbers indicate the share of GDP derived from agriculture in each region. (The share for Sub-Saharan Africa
is 23 percent if South Africa is excluded.) Large negative yield impacts are projected in many areas that are highly dependent on agriculture.
World Development Report 2010
Sources: Müller and others 2009; World Bank 2008c.
Note: The coloring in the figure shows the projected percentage change in yields of 11 major crops (wheat, rice, maize, millet, field pea,
sugar beet, sweet potato, soybean, groundnut, sunflower, and rapeseed) from 2046 to 2055, compared with 1996–2005. The yield-
change values are the mean of three emission scenarios across five global climate models, assuming no CO2 fertilization (a possible
boost to plant growth and water-use efficiency from higher ambient CO2 concentrations). The numbers indicate the share of GDP
derived from agriculture in each region. (The share for Sub-Saharan Africa is 23 percent if South Africa is excluded.) Large negative
yield impacts are projected in many areas that are highly dependent on agriculture.
PLAGAS ENFERMEDADESMALAS HIERBAS
Población – Agricultura – Seguridad Alimentaria
Control de Plagas - Seguridad Alimentaria
Cultivos transgénicos - Objetivos del Milenio
Cultivos transgénicos - Impactos ambientales maíz Bt
Pespectivas futuras
Cultivos Transgénicos y Seguridad Alimentaria
Crop
Weeds
Pests
Actual loss (%)
Pathogens
Viruses
Total
Wheat 7.7 7,9 10,2 2,4 28,2
Rice 10.2 15,1 10,2 1,4 37,4
Maize 10,5 9,6 8,5 2,7 31,2
Potatoes 8,3 10,9 14,5 6,6 40,3
Soybeans 7,5 8,8 8,9 1,2 26,3
Total Mean 8,8 10,5 10,5 2,9 32.7
PLAGAS - PÉRDIDAS RENDIMIENTO
PÉRDIDAS RENDIMIENTO POTENCIAL (%) DEBIDAS A
FACTORES BIÓTICOS EN 5 CULTIVOS MAYORES (2001-2003)
Fuente: Oerke Journal of Agricultural Science (2006), 144, 31–43
METODOS DE CONTROL DE PLAGAS
/FISICOS
Feitelson et al. (1992)
Bio/Technology
Bacillus thuringiensis
- Bacteria del suelo que produce proteínas entomopatógenas
- Bioinsecticidas a base de esporas e inclusiones cristalinas
de Bt contra lepidópteros, dípteros y coleópteros
Contenidos
Población – Agricultura – Seguridad Alimentaria
Control de Plagas - Seguridad Alimentaria
Cultivos transgénicos - Objetivos del Milenio
Cultivos transgénicos - Impactos ambientales maíz Bt
Pespectivas futuras
OBJETIVOS MEJORA y PLANTAS TRANSGÉNICAS
RESISTENCIA A PLAGAS
P. INSECTICIDAS DE:
- ORIGEN VEGETAL
- BACTERIANO
RESISTENCIA A ENFERMEDADES VIRUS (RDP)
TOLERANCIA A HERBICIDAS GLIFOSATO
RESISTENCIA A FACTORES ABIÓTICOS SALINIDAD/pH
HELADA/SEQUÍA
Distinto repertorio de genes
P. AGRÍCOLA (rendimiento/ha) DIVERSIDAD Y CALIDAD
DIVERSIDAD Y CALIDAD ALIMENTARIA
OBJETIVOS PLANTAS TRANSGÉNICAS
CALIDAD NUTRITIVA VITAMINA A; HIERRO;
SUPRESIÓN ALERGÉNOS
CALIDAD TECNOLÓGICA MADURACIÓN CONTROLADA
CONSISTENCIA DEL FRUTO
CALIDAD ORGANOLÉPTICA PREVENCIÓN DECOLORACIÓN
AROMAS
ALTERACIÓN REPRODUCCIÓN ANDROESTERILIDAD;
PARTENOCARPIA
ADELANTO FLORACIÓN
Plantas como bioreactores
Productos de alto consumo (plásticos biodegradables)
Fito-remediación (recuperación suelos contaminados)
Productos de alto valor añadido (hormonas, fármacos,
vacunas, anticuerpos)
OBJETIVOS PLANTAS TRANSGÉNICAS
El grano de maíz puede ser utilizado para sintetizar
moléculas de alto valor nutrifarmaceútico
EL DEBATE
CIENTÍFICOS Evaluación
ONGs/MEDIOS Comunicación
INDUSTRIA AGRICULTORES
POLITICOS Regulación
Regulación de OGMs en UE y España
MINISTERIO DE AGRICULTURA,
ALIMENTACIÓN Y MEDIO
AMBIENTE
COMISIÓN
NACIONAL DE
BIOSEGURIDAD
COMITÉ DE
STAKEHOLDERS
COMISIÓN
INTERMINISTERIAL
Evaluación de riesgos ambientales (ERA)
Unión Europea EFSA
Autoridades EMS
EU Reg. Committee
Post Market Monitoring PLAN DE SEGUIMIENTO
Directiva 2001/18/EC
- Ley 9/2003 de 25 de abril
- Real Decreto 178/2004
- Real Decreto 367/2010
Fuente: James, 2010
45%
17% 15%
6%
6%
DISTRIBUCIÓN DE LA SUPERFICIE DE CULTIVOS
TRANSGÉNICOS (%) A NIVEL MUNDIAL
USA
Brasil
Argentina
India
China
Paraguay
Pakistan
Sudáfrica
Uruguay
OtrosFuente: James, 2010 0
20
40
60
80
100
120
140
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Millio
n h
ec
tare
s
Stacked traits
Insect resistance
Herbicide tolerance
LAS ESTRELLAS DE LOS TRANSGÉNICOS
MAIZE: 47/158
30%
SOYBEAN: 73/90
81% COTTON: 21/33
64%
TH RI + TH
Calabaza, papaya, alfalfa, remolacha azucarera, tomate, pimiento,
álamo, petunia y clavel (TH, RI, RV, RM y eventos apilados)
CANOLA: 7/31
23%
(James, 2010)
Contenidos
Población – Agricultura – Seguridad Alimentaria
Control de Plagas - Seguridad Alimentaria
Cultivos transgénicos - Objetivos del Milenio
Cultivos transgénicos - Impactos ambientales (maíz Bt)
Pespectivas futuras Es uno de los cultivos más importantes a nivel mundial para la
alimentación humana y ganadera.
17 ha de patata Amflora (almidón) producción de semilla (Alemania y Suecia)
12-15%
2-6%
20-22%
26-30%
>100 cvs available 2012
Portugal
Spain
Czech Rep. Slovakia
Romania
Poland
Superficie maíz Bt UE: 129.042 ha
Cultivos transgénicos en Europa en 2012
Superficie maíz Bt España: 116.307 ha
Ostrinia
nubilalis
Sesamia
nonagrioides
Taladros del maíz ¿Por qué el maíz Bt?
• COMPORTAMIENTO ENDOFITO
• 2-3 GENERACIONES ANUALES
PERDIDAS ≈ 6-10% Difícil control con insecticidas y lucha biológica
MAIZ Bt
RESISTENCIA
FAUNA NO DIANA
MICROORGANISMOS SUELO
COEXISTENCIA
IMPLICACIONES AMBIENTALES DE MAIZ Bt
Cultivo a gran escala
Selección de resistencia a
la toxina
Pérdida de efectividad de la planta
Resistencia al maíz Bt
Evidencias de resistencia al
maíz Bt en poblaciones de
campo en otras especies
Busseola fusca, al maíz MON810 (Cry1Ab) en Sudáfrica
(van Rensburg, 2007) (Kruger et al., 2008)
Spodoptera frugiperda al maíz Bt11 (Cry1F) en Puerto Rico
(Matten et al., 2008)
Objetivos
Estrategias para prevenir el desarrollo de resistencia
Determinar la susceptibilidad basal a la toxina en áreas agro-ecológicas
Detectar cambios en la susceptibilidad a lo largo del tiempo
Orius sp.
C. carnea
polen
Prey
Bt+
exudates
Prey
Bt+
Bt+
Carabids, spiders
and staphylinids
Bt+
Bt+
T. urticae
Bt+
S. punctillum
Aphids
Bt-
Bt maize: potential effects on non-target arthropods
37 especies
32 especies
32 especies
El maíz Bt es compatible
con el control biológico
de conservación
El maíz Bt puede contribuir al desarrollo de una agricultura
sostenible y con menor impacto medioambiental
CONCLUSIONES CULTIVO MAIZ Bt
∆ Sostenibilidad ambiental ( uso de insecticidas)
∆ Seguridad alimentaria (∆ Producción)
Los taladros no han desarrollado
resistencia tras 14 años de
cultivo continuado de maíz-Bt
Cultivos transgénicos resistentes a insectos:
algodón Bt en India (2004-2006)
Aplicación insecticidas -29 to -70%
Rendimiento +11 to +86%
Coste semiillas +166 to +224%
Coste Insecticidas -24% to -92%
Costes Totales +8 to +32%
Ingresos netos +58 to +144 %
Adaptado de T. Raney & I. Matuschke (FAO) por Emilio Rodríguez Cerezo (JRC-IPTS)
Cultivos transgénicos resistentes a insectos:
arroz Bt en China
∆ 6%
80%
Aprobado para cultivo en 2009
Beneficios para los pequeños y grandes agricultores
x4.5
∆ Seguridad alimentaria (∆ Producción)
OBJETIVO 1 DEL MILENIO: Erradicar la pobreza extrema y el hambre
Declaración FAO 2010: Los CMG tienen efectos agronómicos y económicos positivos (aumentan el rendimiento y reducen el uso de insecticidas). Los agricultores incluidos los pequeños son los máximos beneficiarios de esta tecnología.
Cultivos Biotecnológicos-Seguridad Alimentaria
∆ Sostenibilidad ambiental ( uso de insecticidas)
Brookes&Barfoot, 2011: (1996-2009) 64.739$ millones
beneficios; 57% ∆ rendimiento y 43% costes.
393 millones Tm fitosanitarios (8.7% consumo total)
CO2 ≈ 8 millones de coches y 25 millones de ha
0
20
40
60
80
100
120
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Cotton
Maize
Other
Rice
Soybeans
Rapeseed
Potatoes
EL FUTURO: HORIZONTE 2015 (JRC report 2009)
Vitamin A (Golden) Rice Evitaría ceguera en más de medio
millon y unas 2.2 millones de
muertes anuales (Unicef, 2006)
Objetivo 4 y 5: Reducción de la mortalidad
infantil y mejora de la salud materna
Drought tolerant maize
High oleic soybeans
MAS INVESTIGACIÓN AGRARIA
(BIOTECNOLOGÍA Y MIP)
El antepasado
salvaje
La domesticación
Ejemplo del maíz
La adaptación en Europa
Presencia en America
Aparición en México
Introducción en el sur de Europa
Creación de los 1os híbridos
Primeros maices Poblaciones
Teosinte
GNIS
La modificación genética: un paso más en la
domesticación de las plantas selección, injertos, hibridación, mutaciones….
La obtención de una variedad GM
Regeneración de las
plantas Eventos de
transformación
Caracterización molecular
y bioquímica
Evaluación del valor
agronómico
Línea genéticamente modificada
que ha superado la aprobación
Obtención de
variedades GM
Línea madre
Línea
comercial de élite
Retrocruzamientos
Variedades transgénicas
GNIS
Evolución de la tecnología y rendimientos del maíz en USA (1865-2005)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
1865 1875 1885 1895 1905 1915 1925 1935 1945 1955 1965 1975 1985 1995 2005
Año
Av
era
ge
Co
rn Y
ield
s (
kg
/ha
)
Híbridos dobles
Cv Polinización libre
Híbridos simples
Transgénicos
Cultivos transgénicos en Europa
-Aprobación en 2010 de la patata transgénica Amflora para
producción de almidón (Alemania y Suecia).
-En 2014 está previsto (previa autorización) el lanzamiento
de una nueva patata biotecnológica resistente al tizón
tardío (enfermedad que causa 1500 M$ anuales de pérdidas
en Europa ) denominada «Fortuna».
COSTES:
Unos 136 M$ a las grandes multinacionales
El frijol en Brasil costó 3,5 M$ (Embrapa)
Ara
ñas
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+
Other (31 spp.)
Erigone dentipalpis
Ostearius melanopygius
Robertus sp.
Zelotes sp.
Meioneta sp.
Pardosa occidentalis
Car
ábidos
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+
Other (27 spp.)
Orthomus expansus
Metallina sp.
Pseudophonus griseus
Pseudophonus rufipes
Poecilus cupreus
2000 2001 2002
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+ Bt- Bt-/I Bt+
Other (26 spp.)
Scopaeus portai
Tasgius ater
Carpelimus corticinus
Platystethus nitens
Philonthus varians
Acrotona aterrima
Est
afilínidos
Pardosa occidentalis
37 especies
P. griseus
P. cupreus
P. rufipes
32 especies
32 especies
No hay especies claramente dominantes
Diversidad y abundancia de depredadores