FISIOGENETICA VEGETAL Año 2004 Profs. Edmundo Acevedo H. Paola Silva C. Universidad de Chile www.sap.uchile.cl OBJETIVO Conocer la contribución de la morfología y fisiología de las plantas cultivadas al rendimiento y su interacción con el medio ambiente. Objertivos específicos: 1. Estudiar las bases morfofisiológicas de los aumentos en rendimiento obtenidos a través de fitomejoramiento. 2. Estudiar caracteres morfológicos y mecanismos fisiológicos de utilidad en fitomejoramiento. 3. Diseñar genotipos de alto rendimiento basados en la aplicación de conocimientos ambientales, morfológicos, fisiológicos y de GxE. 4. Sugerir prácticas de manejo ymejoramiento vegetal para aumentar el rendimiento potencial y bajo condiciones ambientales adversas de los principales cultivos alimenticios. PROGRAMA 1. Introducción. 2. Fisiología del Rendimiento. 3. Adaptación. 4. Selección. 5. Rendimiento Potencial y Potencial de Rendimiento. 6. Rendimiento bajo condiciones ambientales adversas. 7. Diseño y análisis estadístico. Las materias dicen relación con el rendimiento y las respuestas de las plantas al medio ambiente. No se presentarán necesariamente en este orden. METODOLOGÍA •Todos los Lunes, 9:00 a 10:30. Metodologías de análisis y trabajo en temas de investigación (Práctica). 10:45 a 12:15. Tópicos del curso y Presentación de Temas de investigación. • Evaluación: 1. 2. 3. 4. 25% Trabajo de investigación. 25% Controles (Cátedra y Práctica). 25% Prueba Cátedra. 25% Prueba Práctica. •Asistencia : 100 % a Práctica y Presentación Temas de Investigación. Libre al resto del curso. ¿PORQUÉ PREOCUPARNOS DEL RENDIMIENTO Y DE LAS RESPUESTAS DE LOS CULTIVOS AL MEDIOAMBIENTE? • Las respuestas de las plantas al ambiente determi nan su adaptación e influencian el mejoramiento de los sistemas de cultivo. • Durante el siglo XXI se requerirán aumentos sustanciales en la eficiencia de la producción de los cultivos 1.-Mayor requerimiento de productos agrícolas por aumento de población. 2.-Igual o menor suelo en producción. 3.-Menor proporción de la gente en los campos. 4.-Menor agua disponible para riego. 5.-Mantención de la rentabilidad mejorando la sustentabilidad de las empresas agrícolas. POBLACIÓN ACTUAL 6.000 MILLONES POBLACIÓN 2030 9.000 MILLONES Cultivo Demanda Proyectada en proximos 20 años (% por año) Crecimiento de la produccion en los últimos 15 años (% por año) _____________________________________________________ Trigo 1.5 1.0 Arroz 1.8 1.0 Maiz 1.5 1.2 _____________________________________________________ Hall,A.E. 2001. ¿CÓMO HA RESPONDIDO LA AGRONOMIA A LOS AUMENTOS DE DEMANDA DE ALIMENTOS EN EL PASADO ? Revolución Verde Mejoramiento Genético (IARC’s) Hibridos VPAs (OPVs) Aumento del rend. potencial Aumento del rend. bajo estrés Biotecnología Prácticas Agronómicas Maquinaria Fertilizantes Riego Pesticidas Agricultura de precisión Aumento Del Rendimiento De Trigo Y Arroz Entre 1960 Y 1990 Variaciones En Las Disponibilidades De Alimentos per Cápita En Grupos De Población Con Distintos Niveles De Renta Durante La Década 1980-1990. SUMINISTRO DE ENERGIA ALIMENTARIA (1992-1999) HA HABIDO UN ESCASO AVANCE EN FITOMEJORAMIENTO PARA LAS ZONAS CON ESTRESES ABIÓTICOS. DESCONOCIMIENTO DE CAUSAS DE GxE. Rendimiento promedio (T/ha) 2 1.6 Baja pp. Alta pp. 1.2 0.8 0.4 0 1950 1960 1970 1980 Años 1990 2000 2010 LOS AUMENTOS DE RENDIMIENTO HAN TENIDO UN ALTO COSTO AMBIENTAL QUE SE MANIFIESTA EN EROSIÓN, CONTAMINACIÓN DE LOS PRODUCTOS, SUELOS, AGUA Y ATMÓSFERA. Problemas Agronómicos Asociados a La Intensificación Del Uso Del Suelo •Acidez (Fertilizantes) *** •Salinidad (Riego) *** •Sodicidad (Riego) *** •Altas temperaturas *** •Pérdidas de C (Labranza y Quemas) •Erosión (Labranza) *** •CO2 (Labranza y Quemas) *** •Contaminación (Fert y Pest) *** *** Suceptibles de aliviar en parte con fitomejoramiento Balance De Carbono Del Suelo (Producción De 3 T/ha De Trigo). Ingreso Arado Cero vertedera labranza (T C / ha) + 1.49 + 1.49 Egresos Quema Oxidación M.O. Erosión (10 T/ha) TOTAL - 1.64 - 2.36 0.0 - 0.54 - 0.11 0.0 - 2.17 + 0.95 Pérdidas De Productividad De Las Rotaciones De Cultivos. OBJETIVO AGRONÓMICO TEORICO. Lograr un balance entre la capacidad de la Tierra para producir productos agricolas y las necesidades de la gente. No se ve con claridad cómo lograr este balance ya que los aumentos en población generalmente causan mayor daño a la biósfera. •La agronomia debe desarrollar sistemas de cultivo que mantengan / incrementen el carbono orgánico del suelo y su fertilidad y que detengan la erosión con el fin de mantener la base productiva actual y / o mejorarla. •Se debe seguir aumentando el rendimiento y la eficiencia en el uso de los recursos de los principales cultivos alimenticios a través de variedades mejoradas. • Indirectamente granos como trigo, maiz, arroz, cebada y sorgo alimentan animales como aves, cerdos y otros que proveen carne , leche, queso, mantequilla. -Baja eficiencia de conversión: Pérdida de 90-95 % de la energía disponible. -Se requieren 5-6 Kg de proteina vegetal para producir 1 Kg de proteina animal. Supuestos del problema Agronómico futuro. 1.-La humanidad continuará obteniendo su energía alimentaria (carbohidratos) fundamentalmente de las plantas de cultivo que crecen en el campo y que cosechan radiación solar por medio de la fotosíntesis. La fuente de energía seguirá siendo el sol y las plantas tienen la forma más eficiente de captarla. 2.-En el siglo XXI la mayor parte de la energía alimentaria para la humanidad provendrá de los cultivos mayores, particularmente cereales: trigo, arroz y maiz. Estos son fáciles de procesar, transportar y almacenar. ALGUNAS PROPUESTAS ACTUALES. •Agricultura orgánica. Usa sólo productos naturales como insumos y sería menos dañina a la biosfera. Pero reduce los rendimientos y aumenta los costos (menos N, problemas en control de malezas). Algunos de los métodos usados,sin embargo,podrían hacer contribuciones importantes a la sustentabilidad de los sistemas agrícolas. •Labranza de conservación. Ingeniería genética. -Poco probable su impacto en subir el rendimiento potencial de los cultivos por unidad de superficie (Sinclair,1994). - Puede aumentar la eficiencia de produccion de los cultivos bajo estrés biótico (plagas y enfermedades) y a estreses físicos como temperaturas muy altas o muy bajas. -En sequía se espera un efecto en la sobrevivencia de las plantas pero probablemente con producciones bajas por unidad de superficie y por día. -Poco progreso en resistencia a sales. Además, el agua de mar tiene efectos detrimentales sobre el suelo. El gran potencial de la ingeniería genética pareciera estar en el desarrollo de cultivares que produzcan productos con atributos especiales, útiles al hombre, productos químicos, alimentos fortificados y otros. TEMAS DE INVESTIGACIÓN 1. Agricultura, producción y demanda de alimentos. Proyecciones futuras. 2. Agricultura y recursos naturales (suelo, agua, aire) Problemas de productividad. 3. Rendimiento potencial de los cultivos. Pasado y proyección futura.Su importancia en la producción de alimentos. 4. Rendimiento bajo condiciones de estrés.Pasado y proyección futura. Su importancia en la producción de alimentos. 5. Adaptación de las plantas al medioambiente 6. Principios asociados a la Agronomía. 7. Análisis de Varianza Multiplicativo y Aditivo. Temas de Investigación. Literatura. Tema 1.- Agricultura y Producción de alimentos (trigo, maiz, arroz). Proyecciones futuras. Calderini, F., Slafer, G. 1998. Changes in yield and yield stability in wheat during the 20th century. Fields Crops Research 57: 335-347. Dyson,T.1999. Prospects for feeding the world. BMJ 319:988-990. King, M. 1999. Commentary: Bread for the world-another view. BMJ 319:991. Mann, C. 1999. Reseeding the Green Revolution. Science 277 (5329):1038. Serageldin, I.1999. Biotecnology and food security in the 21st century. Science 285: 387-389. Serageldin, I.2002. Nurturing and nourishing the world´s poor: important roles for horticulture in sustainable development. ISHS :4-10. 2.- Agricultura y Recursos Naturales. Problemas de Productividad. Acevedo,E. 2003 (ed). Sustentabilidad en Cultivos Anuales:Cero Labranza, Manejo de Rastrojos. Santiago, Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Agronómicas. Serie Ciencias Agronómicas N°8. 184p. Reicosky, D.C.,Kemper, W.D. , Langdale, G.W., Douglas, C.L. Jr and Rasmussen, P.E. 1995. Soil organic matter changes resulting from tillage and biomass production. Journal of Soil and Water Conservation. May-June: 253-261 Reicosky, D.C., Dugas, W.A., and Torbert, H.A. 1997. Tillage-induced soil carbon dioxide loss from different cropping systems. Soil & Tillage Research 12: 135-148. Reyes, J.I., Martinez, E., Silva, P. y Acevedo, E. 2002. Labranza y propiedades de un suelo aluvial de Chile Central. Boletín N°18. Sociedad Chilena de la Ciencia del Suelo. www.sap.uchile.cl 3.- Rendimiento Potencial de los Cultivos (trigo, maiz, soya). Pasado y Proyección Futura. Austin, R.B. 1999. Yield of Wheat in the United Kingdom : recent Advances and Prospects. Crop Sci. Volume 39 N° 6: 1604-1610 Evans, L.T. Fischer, R.A..1999.Yield Potential: its Definition, Measurement, and Significance. Crop Sci. Volume 39 - N° 6: 1544-1551. Tollenaar, M., Wu, J. 1999.Yield Improvement in Temperate Maize is Attributable to Greater Stress Tolerance. Crop Sci. Volume 39N° 6, 1597-1603. Reynolds, M.P., Rajaram, S. & Sayre, K.D. 1999. Physiological and Genetic Changes of Irrigated Wheat in the Post-Green Revolution Period and Approaches for Meeting Projected Global Demand. Crop Sci. 39 N° 6: 1611-1621. Specht, J.E., Hume, D.J., Kumudini, S.V. 1999. Soybean Yield Potential – A Genetic and Physiological Perspective. Crop Sci. Volume 39 N° 6: 1560-1570. 4.- Rendimiento bajo estrés. Pasado y proyección futura. Su importancia en la producción de alimentos. Andrade, F.H., Echarte,L., Rizzalli, R., Della Maggiora, A. & Casanovas, M.2002. Kernel number prediction in maize under nitrogen or water stress. Crop Sci. 42: 1173-1179. Curtis, B.C., Rajaram, S. & Gomez Macpherson, H. 2002. Bread Wheat. Improvement and Production. FAO (Rome, Italy), 544 p. Passioura, J.B. 2002. Environmental Biology and Crop Improvement. Funct. Plant. Biol.29:537-546. Reynolds, M.P., van Ginkel, M. & Ribaut, J.M. 2000. Avenues for genetic modification of radiation use efficiency in wheat. Journal of Experimental Botany, 51 : 459-473. www.sap.uchile.cl