Evolución del Tipo de Planta, Potencial de Rendimiento y Ganancia Genética en

el Programa de Arroz del CIAT

Edgar Torres

Mejorador Programa de Arroz Treinta y Tres, Agosto de 2013

Algunas Cifras

.- Para satisfacer la demanda proyectada, la produccion mundial de arroz debe aumentar de 439 millones de tm (arroz pulido) en 2010 a 496 millones en 2020 y a 555 millones en 2035

.- Es decir 26% en los proximos 25 años.

.- En Asia se requeriran 77 millones de tm adicionales, en Africa 30 millones y en America 9 millones; para un total de 116 millones adicionales.

.- Todo esto con menos area, mas restricciones ambientales, cambio climatico etc.

.- A nivel mundial, se requiere un crecimiento de 1,2% a 1,5% (60 kg/año) anual en el rendimiento entre 2010 y 2020, y de 1,0% a 12% despues del 2020

Fuente: Documento GRiSP 2010

Region

Estado Actual (2010 - 2012) Tasa de Crecimiento (%)

2000-2012

Area (ha x 1000) Prod (tn x 1000) Rto (tn/ha) Area Production Rto

Caribe 450 1508 3.35 1.77 0.90 -0.86*

America Central 302 1059 3.51 0.71 1.49* 0.79

America del Sur 4748 23745 5.00 -0.93 1.70* 2.63*

Tasas anuales de crecimiento en la produccion, area y rendimiento del 2000 al 2012 en el Caribe, América Central y America del Sur; y estado actual (promedio 2010-2012)

Datos: USDA-PSD

La investigación en Arroz ha contribuido a: .- Seguridad alimentaria, especialmente para la gente pobre viviendo en las grandes ciudades .- Mas ingresos y aliviar la pobreza .- Preservar areas fragiles

Rendimiento promedio (2010-2012) y tasas de crecimiento (2000-2012) paises seleccionados en America 2000-2012

Pais Rendimiento Tn/ha

Tasa de Crecimiento 2000-2012

URUGUAY 8.0 2.40*

PERU 7.2 1.00*

RIO GRANDE DO SUL 7.2 3.10*

ARGENTINA 6.8 1.10*

DOMINICANA 4.9 0.18

BRASIL 4.9 3.90*

COLOMBIA 4.8 -0.22

NICARAGUA 4.4 4.10*

GUYANA 4.3 1.10

VENEZUELA 3.9 -1.58*

SURINAM 3.8 0.08

COSTA RICA 3.4 -0.63

ECUADOR 3.1 -2.21*

BOLIVIA 3.0 2.80*

Datos tomados de USDA-PSD

Manejo del Agua-Riedo Eliminar estres de sequia y mejor manejo de malezas y fertilizantes

Mejor Agronomia Fecha de siembra Densidad de siembra Tratamiento de la semilla Fertilizacion Control de malezas Rotacion de cultivos

Mejoramiento Aumentar potencial de Rto Protejer el rendimiento Agregar valor

Contribute to Rice Crop Ecoefficiency in Latin America …

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

Ren

dim

ien

to T

n-h

a

Año

Evolucion del Rendimiento (tn/ha) en el Uruguay 1991-2013.

tn/ha

Una vez se corrige la diferencia debida a la brecha en rendimiento es necesario invertir en aumentar el rendimiento potencial mediante mejoramiento genetico para crear una nueva brecha explotable mediante agronomia

Como se determina el rendimiento en el Arroz

RENDIMIENTO EN GRANO

Número de granos llenos m2

Peso de los granos

Plantas m2

Paniculas m2

Granos/panícula % Fertilidad

VEGETATIVO REPRODUCTIVO MADURACION

ge

rmin

acio

n

Inic

io M

aco

lla

mie

nto

Má

x,

Ma

co

lla

mie

nto

Inic

io d

el p

rim

ord

io

Lle

na

do

de

l g

ran

o

Ma

du

rez fis

iolo

gic

a

Flo

ració

n

Co

se

ch

a

Las variedades de tipo semi-enano

La respuesta a la aplicación del Nitrogeno de dos

variedades semi-enanas IR8 y TN1 y Peta una

variedad alta durante la estación seca de 1966.

(Adaptado de Hargrove y Coffman 2006)

0

2

4

6

8

10

12

0 30 60 90 120

Nitrogeno Aplicado Kg/ha

To

ns/h

a IR 8

PETA

TN1

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 enfermedades y sistema

radicular vigoroso. No hubo mayor ventaja en rendimiento debido a la baja producción de

biomasa y pobre llenado del grano

El nuevo tipo de planta del IRRI

El mejoramiento en el Programa de Arroz de Riego del CIAT.

Variable Coeficiente de Regresión

R2

Floración 0.43 d yr-1 0.16

Rendimiento* 0.13 t ha-1 yr-1 0.56

Altura de Planta* 1.09 cm yr-1 0.70

Paniculas m-2 2.48 pan yr-1 0.08

Granos Panicula-1* 1.08 gran yr-1 0.45

Peso mil granos 0.25 gr. yr-1

0.24

Variable Coeficiente de Regresión

R2

Floración 0.73 d dec-1 0.0

Rendimiento* 0.312 t ha-1 dec-1 0.89

Altura de Planta* 6.14 cm dec-1 0.95

Paniculas m-2 -50.78 pan dec-1 0.69

Granos llenos panicula-1 3.74 gran dec-1

0.43

Peso de mil granos* 1.07 gr. dec-1 0.93

Esterilidad (%) 4.55 % dec-1 0.85 Fuente: Cuevas-Perez et al , 1995

Fuente: Berrio et al , 2012.

La seleccion bajo siembra directa ha producido, comparado con el tipo semi-enano del IRRI: Materiales de alto rendimiento, plantas altas, con menos paniculas, granos mas pesados y mayor esterilidad.

Ideotipo FLAR para alto rendimiento

La estrategia del FLAR y el CIAT para

alto rendimiento se enfocó en

acumular caracteres que confieren

alto rendimiento en ambiente

favorecidos tales como:

Altura intermedia

Hojas erectas, verdes oscuro y con

senescencia lenta

Tallos fuertes

Paniculas largas

Alta fertilidad

Granos más pesados

Jennings et al, 2003.

Evaluación de la ganancia genética en el programa de Arroz 2012A y 2012B 17 genotipos, variedades y líneas Dos semestres Cuatro repeticiones Siembra en pregerminado Eval rendimiento y componentes

de rendimiento Regresion

y = 58,21x - 107163 R² = 0,83

5000.0

6000.0

7000.0

8000.0

9000.0

10000.0

11000.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Kg

ha

Año liberación

Ganancia Genética y Evolución del Rendimiento 1950-2010

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

800.0

900.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Pan

icu

las

m2

Año

Evolucion del numero de paniculas por m2

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

110.0

120.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Esp

igu

illas

po

r p

aníc

ula

Año

Evolucion del número de espiguillas por panícula

76.0

78.0

80.0

82.0

84.0

86.0

88.0

90.0

92.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Po

rcen

taje

Año

Evolución del porcentaje de fertilidad

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Nú

mer

o p

or

pan

ícu

la

Año

Evolucion del número de granos llenos por panícula

30000.0

32000.0

34000.0

36000.0

38000.0

40000.0

42000.0

44000.0

46000.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Nu

mer

o p

or

m2

Año

Evolucion del número de granos llenos por metro cuadrado

y = 0,0888x - 152,93 R² = 0,57

19.0

20.0

21.0

22.0

23.0

24.0

25.0

26.0

27.0

28.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Gra

mo

s

Año

Evolución del peso de 1000 granos

y = 5,4276x - 8715,9 R² = 0,71

1600.0

1700.0

1800.0

1900.0

2000.0

2100.0

2200.0

2300.0

2400.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Gra

mo

s p

or

m2

Año

Evolución de la producción de biomasa

y = 0,0015x - 2,5807 R² = 0,49

0.30

0.32

0.34

0.36

0.38

0.40

0.42

0.44

0.46

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Ind

ice

Año

Evolución del Indice de Cosecha

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

110.0

120.0

130.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Cen

tim

etro

s

Año

Evolucion de la altura de la planta

60.0

62.0

64.0

66.0

68.0

70.0

72.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Po

rcen

taje

Año

Evolución del porcentaje de Blanco Total

40.0

45.0

50.0

55.0

60.0

65.0

70.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Po

rcen

taje

Año

Evolucion del Porcentaje de Grano Entero

70.0

75.0

80.0

85.0

90.0

95.0

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Dia

s d

esd

e la

sie

mb

ra

Año

Evolución de los dias al 50% de floración

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

BB 50 1950 IR 22 1970 ORY 1 1982 ORY9 1987 FED50 1998 FED733 2007 FED Moc 2008 CT21375 2010

6.2

7.3

8.6

9.4

9.0 9.3 9.3

10.6

Ton

elad

as p

or

ha

Variedad

Efecto del Mejoramiento Genético en el Rendimiento del Arroz en Colombia

DIMENSIONES DE

LA HOJA

sampling dates until harvest

Last Lig

ula

ted L

eaf

dim

ensio

ns (cm

2)

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6 7 8

CT21375

IR64

BIOMASA AEREA

Ae

ria

l Bio

ma

ss (g

/pla

nt)

20

4

0

60

8

0

1 2 3 4 5 6 7 8

CT21375

IR64

SENESCENCIA

sampling dates until harvest Sta

ygre

en

(g

gre

en

le

ave

s/g

to

tal a

eri

al b

iom

ass)

0.5

0

.6

0.7

0

.8

0.9

1

.0

1 2 3 4 5 6 7 8

CT21375

IR64

Mayor biomasa a la floracion 80% de la planta con hojas verdes a la cosecha

Flowering

Menor numero de tallos y de hojas pero hojas mas grandes y tallos mas gruesos

MACOLLAMIENTO

sampling dates until harvest

Tille

r num

ber

/ P

lant

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8

CT21375

IR64

Menos tallos y menor mortalidad de los mismos indicando poca competencia entre la fuentes y el sumidero

STEM THICKNESS

sampling dates until harvest

Ste

m T

hic

kness (g/c

m)

0.0

05

0.0

15

0.0

25

0.0

35

1 2 3 4 5 6 7 8

CT21375

IR64

CT21375 mostro mayor grosor del talle y mayor remobilización de materia seca

TOTAL PANICLE NUMBER

sampling dates until harvest

NB

panic

les e

xcert

ed /

Pla

nt

10

15

20

1 2 3 4 5 6 7 8

CT21375

IR64

CT21375 menor numero de tallos pero mayor numero de granos por panicula

CT21375 mostró paniculas mas grandes con mayor número de ramificaciones secundarias y granos mas largos.

IR64 CT21735

Comparando IR64 y CT21735: • Mayor rendimiento para CT21735 (por 1 a 2 t/ha más) • Igual vigor vegetativo pero mas carbohidratos no estructurales a floracion • Igual duración del ciclo

Caracteres que confieren un alto potencial de rendimiento en CT21735

sampling dates until harvest

Identificación de Genes

Aplicaciones de Marcadores

Pre Mejoramiento

Mejoramiento de Elites

Mejoramiento en el programa de Arroz del CIAT: Una visión integral

•Mapeo de QTLs • Validación QTL • Identificación de marcadores funcionales OPA

•Retrocruzamientos convencional y asistidos • Seleccion Recurrente • Selección genómica

• FLAR Trópico y Templado; • HIAAL Híbridos; • CIRAD-CIAT Suelos Ácidos •MET-Socios

•Valor del carácter • Protocolos de evaluación • Identificación de donantes • Desarrollo de poblaciones • Secuenciación • Validación de genes

Parentales

Fenotipo MET

Pedigrees

Genotipo NGS

SNP Chip

TABLUP/Optimas

F1

F2 500 Plantas por poblacion (25000 semillas)

~ 4000 lineas

SSD (3 ciclos)

F5 Evaluacion (Yld. GrQlty. Siembra y cosecha mecanizada)

Evaluacion Hot Spots Evaluacion MET

SNP Chip

Diseño de los mejores 50 cruces

Selection

Seleccion de 600 Lineas Elites

BLUP´s Modelos con marcadores para caracteres especificos Matriz de parentesco combinada con BLUP

Seleccion de los mejores individuos para ser fijados SSD (Enriquecimiento F2)

5000 selected plants

Esquema propuesto para acelerar el mejoramiento

SNP Chip

Año

1

2

3

0

F6

300 seleccionadas

El mejoramiento del manejo agronómico es el primer paso para lograr aumentos en la producción explotando el potencial existente

El enfoque en la adaptación especifica (ambientes homogeneos relevantes) tambien contribuye a la explotacion del potencial de rendimiento.

El rendimiento ha aumentado debido a incrementos en la producción de biomasa

Asi mismo se ha aumentado el numero de granos por panicula y el peso de los mismos

Se ha disminuido el numero de tallos por planta…. tenemos una planta más eficiente

Se requiere un enfoque que integre las diferentes disciplinas y tecnologias en el desarrollo de un producto orientado al mercado

La ganancia genetica es determinada tambien por la duración de los ciclos de mejoramiento al disminuir el ciclo de mejoramiento se espera aumentar la ganancia genetica

Conclusiones