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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