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Mejoramiento Para Tolerancia
a Factores Abióticos.
C.A.Biasutti 2010
Definición de Estrés
• Un factor que causa, a través de su presencia o ausencia, una reducción en el rendimiento.
• Se define en términos de la respuesta de la planta hacia un factor casual.
C.A.Biasutti 2010
Importancia
• Las pérdidas debidas a la sequía son mayores que las debidas a cualquier otro estrés.
• La sequía es un fenómeno de ocurrencia mundial y en la mayoría de los casos no predecible
C.A.Biasutti 2010
Importancia del estrés hídrico
sobre el maíz en Argentina
• Pérdidas promedio anuales
causadas por sequía: 1,2
millones ton.
• Valor económico: u$s 150
millones.
C.A.Biasutti 2010
Sequía: Soluciones
• Incrementar la eficiencia en el
suministro de agua a los cultivos
• Incrementar la eficiencia del uso
del agua por las plantas
• Incrementar la tolerancia a
sequía de los cultivos
C.A.Biasutti 2010
Mecanismos De Resistencia a La
Sequía
• Escape
• Evitación
• Tolerancia
C.A.Biasutti 2010
Escape
• Minimiza la interacción de la
sequía con el crecimiento del
cultivo y su rendimiento.
C.A.Biasutti 2010
Evitación
• Aumento de la capacidad de
mantener una condición
hídrica alta a pesar de la
insuficiencia de humedad en
el ambiente.
C.A.Biasutti 2010
Tolerancia
• La capacidad de producir a
pesar de la pérdida en la
condición hídrica de la
planta.
C.A.Biasutti 2010
Preguntas
• Seleccionar en el mejor ambiente?
• Seleccionar en el ambiente donde se
produce el estrés?
C.A.Biasutti 2010
Mas Preguntas
• Seleccionar primero por rendimiento?
• Seleccionar por caracteres que
confieran adaptación y/o tolerancia?
C.A.Biasutti 2010
Desarrollo de Germoplasma
Tolerante
• Ambiente de selección
• Manejo del estrés
C.A.Biasutti 2010
Problemas
• Baja heredabilidad de los caracteres
• Alta interacción genotipo -ambiente
• Dificultad de reproducir la intensidad del estrés
Estrategias de Selección
Estrategias de Selección
• Selección Directa
• Selección Indirecta
C.A.Biasutti 2010
C.A.Biasutti 2010
Selección Directa
A. Seleccionar para rendimiento
en condiciones óptimas, y
luego evaluar las selecciones
en ambientes con alta
probabilidad de ocurrencia de
sequía (Blum, 1983).
C.A.Biasutti 2010
Selección Directa
B. Seleccionar para
rendimiento bajo
condiciones de estrés
hídrico (Blum, 1985).
Interacción GxA (tipo cross-over)
C.A.Biasutti 2010
A
BMedia
Genotipo
Rendimiento Medio por Ambiente- +
-
+
A: selecto en ambiente óptimo
B: selecto en ambiente con estrés
Interacción GxA (tipo cross-over)
C.A.Biasutti 2010
A
BMedia
Genotipo
Rendimiento Medio por Ambiente- +
-
+
A: selecto en ambiente óptimo
B: selecto en ambiente con estrés
Interacción GxA (tipo cross-over)
C.A.Biasutti 2010
A
BMedia
Genotipo
Rendimiento Medio por Ambiente- +
-
+
A: selecto en ambiente óptimo
B: selecto en ambiente con estrés
C.A.Biasutti 2010
Selección Indirecta
• Utilizar indicadores ó caracteres
fisiológicos, bioquímicos y
morfológicos conocidos ó que
confieran tolerancia al estrés
hídrico (Parsons, 1983)
C.A.Biasutti 2010
Alternativas de Selección
A. Seleccionar por adaptación
en una amplia gama de
ambientes (incluir
ambientes con alta
probabilidad de ocurrencia
de estrés)
C.A.Biasutti 2010
Alternativas de Selección
B. Seleccionar en el ambiente
con estrés mediante
caracteres correlacionados
y de alta heredabilidad, ej.:
prolificidad y rendimiento;
INF y rendimiento
C.A.Biasutti 2010
Alternativas de Selección
C. En ambiente óptimo
seleccionar genotipos
tolerantes a alta densidad
Mejoramiento De Trigo
Selección en bulk modificada para
tolerancia a la sequía en trigo
C.A.Biasutti 2010
F2 (C0)
F3 (C1)
F4 (C2)
F5 (C3)
♣ ♣ ♣ ♣
♣ ♣ ♣ ♣
♣ ♣ ♣ ♣F6 (C4)
Selección
Masal
Selección
Individual
C.A.Biasutti 2010
-4,00 -2,00 0,00 2,00 4,00
CP 1 (56,2%)
-4,00
-2,00
0,00
2,00
4,00
CP
2 (
22
,9%
)
C0
C1
C2
C3
C4GUA
LM
NEsp
BY
GY
HI
NSem
CTD3
C0
C1
C2
C3
C4GUA
LM
NEsp
BY
GY
HI
NSem
CTD3
Biplot de las dos primeras componentes principales para seis
variables evaluadas en cuatro ciclos de selección y dos
cultivares testigos de trigo bajo riego y sequía
Líneas F7 – Evaluación a
Campo
Resultados
C.A.Biasutti 2010
-4 -2 0 2 4
CP 1 (59,6%)
-4
-2
0
2
4
CP
2 (
23
,7%
)
BS
L100
L101L34
L62
L80
L84DSH
Yield
CTD
Biomass
HI
NHead
Rolling
BS
L100
L101L34
L62
L80
L84DSH
Yield
CTD
Biomass
HI
NHead
Rolling
Biplot de las dos primeras componentes principales para
siete variables evaluadas en seis líneas experimentales de
trigo y un testigo durante dos años.
Valores Medios Para Longitud De
Coleoptilo Y Porcentaje De
Germinación Bajo Sequía En
Laboratorio Para Distintos Ciclos De
Selección Y Cultivares Testigos En
Trigo.
C.A.Biasutti 2010
Ciclos Longitud de
Coleoptilo
Porcentaje de
Germinación Bajo
Sequía
C0 8,63 84,69
C1 8,43 89,13
C2 9,80 89,11
C3 9,13 91,22
C4 11,83 89,84
BG 9,25 85,5
LM 10,23 73,88
Onix 10,58 70,00
KDE 11,08 83,25
BA 13,00 80,85
BS 9,88 96,68
DMS (0,05) 1,39 4,83
R2 0,72 0,88
CV (%) 9,49 3,93
C.A.Biasutti 2010
Conclusiones
• Los ciclos 3 y 4 superaron significativamente al C0
para germinación bajo estrés, con porcentajes
comparables a los mejores testigos
• El C4 presentó la mayor longitud de coleoptilo
superando significativamente a los demás ciclos.
• En los ensayos a campo los C3 y C4 superaron
significativamente al C0 para rendimiento y número
de semillas m-2.
C.A.Biasutti 2010
Conclusiones
• El C4 mostró la mayor depresión de temperatura
de canopia superando a todos los genotipos y no
diferenciándose del mejor testigo (GUA).
• La selección por vigor bajo estrés hídrico
desarrollo genotipos que se mostraron
comparables al comportamiento de cultivares
testigos.
Depresión de la temperatura de
canopia como complemento de la
selección empírica en trigo
-4,54 -3,22 -1,90 -0,58 0,74
CTD
8,90
16,05
23,20
30,35
37,50
q/h
a
Asociación entre CTD y rendimiento medida en 24 líneas
experimentales en prefloración sin sequía durante el año
2003 (R2=0,20).
C.A.Biasutti 2010
-7,97 -7,40 -6,84 -6,27 -5,70
CTD
1,19
2,34
3,50
4,65
5,81
q/h
a
Asociación entre CTD y rendimiento medida en 7
líneas experimentales en prefloración bajo sequía
severa durante el año 2004 (R2=0,48).
C.A.Biasutti 2010
1,92 2,93 3,95 4,97 5,99
CTD
9,04
13,79
18,55
23,31
28,06
q/h
a
Asociación entre CTD y rendimiento medida en 16 líneas
experimentales en prefloración bajo sequía durante el año 2005
(R2=0,26).
C.A.Biasutti 2010
C.A.Biasutti 2010
Conclusiones
• La CTD presentó asociaciones significativas con
el rendimiento sobretodo bajo condiciones de
sequía severa.
• En general, en condiciones sin sequía, la
asociación CTD-rendimiento no fue significativa.
• La CTD medida en estados vegetativos próximos
a prefloración y en prefloración, en condiciones
de sequía, mostró una significativa asociación
con el rendimiento.
C.A.Biasutti 2010
Rendimiento
Riego Sequía
CTD1v n.s n.s
CTD2v n.s -0,51**
CTD3pf n.s -0,50**
CTD4f n.s n.s
CTD5gf n.s n.s
Coeficientes de correlación entre CTD y
rendimiento bajo riego y sequía durante
2005.
C.A.Biasutti 2010
Conclusiones
La CTD presentó asociaciones significativas con
el rendimiento sobretodo bajo condiciones de
sequía severa.
En general, en condiciones sin sequía, la
asociación CTD-rendimiento no fue significativa.
La CTD medida en estados vegetativos próximos
a prefloración y en prefloración, en condiciones
de sequía, mostró una significativa asociación
con el rendimiento.
Estrategias De Selección Para
Adaptación En Trigo a Sequía
C.A.Biasutti 2010
Estrategias De Selección Para
Desarrollar Líneas De Trigo
Generación
Estrategia F2 F3 F4 F5 F6
Humedad Continua H H H H H
Humedad Sequía H S H S H
Sequía Humedad S H S H S
Sequía Continua S S S S S
(Kirigwi et al., 2004)
C.A.Biasutti 2010
Rendimiento de trigo en distintos ambientes
Ambientes
Régimen
de
Selección
Rinde
Bajo Medio Alto
HC 4,31 a 5,55 a 8,10 c
HS 4,29 a 5,35 a 10,00 a
SH 4,19 a 5,60 a 8,00 c
SS 4,37 a 5,55 a 8,45 b
C.A.Biasutti 2010
Rendimiento de trigo en distintos ambientes
Ambientes
Régimen
de
Selección
Rinde
Bajo Medio Alto
HC 4,31 a 5,55 a 8,10 c
HS 4,29 a 5,35 a 10,00 a
SH 4,19 a 5,60 a 8,00 c
SS 4,37 a 5,55 a 8,45 b
C.A.Biasutti 2010
Conclusiones
• La selección alternada no-estrés y
estrés fue la forma mas efectiva de
desarrollar germoplasma de trigo
adaptado a sequía.
Metodología para el mejoramiento de trigo tolerante
a la sequía y con alta respuesta en ambientes
favorables
Generación Actividad
F1 Cruzamiento de germoplasma con amplia adaptación, alto potencial de
rendimiento y con genes para tolerancia al estrés.
F2 Ambiente óptimo, vigorosas plantas individuales seleccionadas y con
resistencia horizontal a la roya
F3 Secano o ambiente con deficiencia hídrica. Criterios: tamaño de espiga,
vigor, biomasa, granos/m2.
F4 Líneas evaluadas en condiciones óptimas
F5 Ídem F3
F6 Ídem F4
F7 – F8 Evaluación simultáneas de las líneas selectas en ambientes óptimos y
con estrés. Selección de aquellas con buen comportamiento en ambos
ambientes
C.A.Biasutti 2010
Mejoramiento De Maíz
Efectos de aptitud combinatoria para
temperatura foliar en maíz (Zea mays
L.).
C.A.Biasutti 2010
Analisis de varianza para 15 cruzas dialélicas
entre 6 líneas de maíz para temperatura foliar (CT) y
rendimiento (GY).
Cuadrados medios
Fuente G.L. CT GY
Genotipos 20 6,48 764,63
ACG 5 2,89 487,81
ACE 15 7,68 856,90
Error 40 0,67 64,40
C.A.Biasutti 2010
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
6A 11 86C 83A 48B 70A
Efectos de ACG en líneas de
maíz
a) Temperatura foliar
C.A.Biasutti 2010
-6,00
-4,00
-2,00
0,00
2,00
4,00
6,00
6A 11 86C 83A 48B 70A
b) Rendimiento
C.A.Biasutti 2010
-50 0 50 100 150 200 250 300
6A x 11
6A x 86C
6A x 83A
6A x 48B
6A x 70A
11 x 86C
11 x 83 A
11 x 48B
11 x 70A
86C x 83A
86C x 48B
86 x 70A
83A x 48B
83A x 70A
48B x 70A
Hyb
rid
s
Heterosis (%)
Rinde
TF
C.A.Biasutti 2010
Conclusiones
• Se detectó mayor importancia de los efectos no-aditivos en la determinación de ambos caracteres.
• La línea 48B (ATF) formó parte de las cruzas con mayor heterosis para rendimiento.
• Las cruzas con mayor heterosis para rendimiento mostraron heterosis negativa para temperatura foliar.
Heterosis en ensayos de calidad de
semilla en híbridos experimentales de
maíz.
C.A.Biasutti 2010
Figura 1. Heterosis en Pruebas de Germinación Estándar y Vigor
(CT) y (PEG) en híbridos experimentales de maíz.
-100
0
100
200
300
400
500
600
A 217 A 235 A 219 A 227 A 238 A 204 A 237 A 230 A 236 A 232
Híbridos
He
tero
sis
(%
)
PG
CT
PEG
C.A.Biasutti 2010
-3,06 -1,62 -0,18 1,26 2,70
CP 1
-1,90
-0,74
0,42
1,58
2,74
CP
2
31H08
A 204
A 217
A 219
A 227
A 230
A 232
A 235
A 236
A 237
A 238
PG
ColdPG
PEGPG
PG
ColdPG
PEGPG
Biplot de la 1a y 2a componentes principales
En base a PG, ColdPG y PEGPG en 11 híbridos de
maíz.
C.A.Biasutti 2010
Conclusiones
Los ensayos de vigor (CT y PEG) permitieron
discriminar entre los híbridos evaluados por
su nivel de heterosis en comparación con el
ensayo de PG.
La prueba de PEG exhibió el mayor porcentaje
de heterosis, al cruzar líneas con valores
extremos para su capacidad de germinar en
condiciones de estrés hídrico.
Aptitud combinatoria para vigor
temprano bajo sequía en maíz
C.A.Biasutti 2010
Objetivo
Estimar los efectos de aptitud combinatoria general
(ACG) y específica (ACE), para distintas
variables relacionadas con la germinación de
maíz bajo estrés hídrico.
C.A.Biasutti 2010
Análisis de varianza de 15 cruzas dialélicas entre 6 líneas
endocriadas de maíz para 5 variables de acuerdo al método 4 de
Griffing (1956). *, **: Significativo al 5 y 1% respectivamente.
F.V. G.L PAEG PEG LRP NRS RR
Híbridos 14 68,242 297,445 58,842 5,671 0,025
ACG 5 155,865* 537,863* 83,391* 8,243** 0,043**
ACE 9 19,562* 163,880* 45,204* 4,242 0,016
Error 28 5,670 44,860 0,530 1,429 0,010
C.A.Biasutti 2010
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
PA PEG LRP NRS RR
31B
PEG004
75
86A
49
83A
Efectos de ACG para parte aérea (PA), % de germinación en PEG (PEG),
longitud de raíz primaria (LRP), número de raíces secundarias (NRS) y
radio radical (RR), de acuerdo al método 4 de Griffing (1956)
C.A.Biasutti 2010
-15
-10
-5
0
5
10
15
PA PEG LRP
31BxPEG4
31Bx75
31Bx86A
31Bx49
31Bx83A
PEG4x75
PEG4x86A
PEG4x49
PEG4x83A
75x86A
75x49
75x83A
86Ax49
86Ax83A
49x83A
ACE para tres variables de acuerdo al método 4
de Griffing (1956).
C.A.Biasutti 2010
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
NRS RR
31BxPEG4
31Bx75
31Bx86A
31Bx49
31Bx83A
PEG4x75
PEG4x86A
PEG4x49
PEG4x83A
75x86A
75x49
75x83A
86Ax49
86Ax83A
49x83A
ACE para número de raíces secundarias (NRS) y radio radical (RR) de
acuerdo al método 4 de Griffing (1956).
C.A.Biasutti 2010
Conclusiones
Los caracteres estudiados fueron principalmente
controlados por efectos aditivos, a pesar de la
importancia de los efectos no aditivos en algunos de
los caracteres.
Esto indica que es posible mejorar estas características
en las líneas bajo selección y también seleccionar
híbridos específicos en base a la ACE para vigor
temprano bajo sequía.
Selección Recurrente Para
Tolerancia a Sequía.
C.A.Biasutti 2010
Población
Original
Endocría
Selección de Progenies S1
En Laboratorio (P.E.G.)
Pruebas de Campo
Con las S1 Selectas
Cruzas Entre las S1
De Mayor Rendimiento
C.A.Biasutti 2010
Efectos Génicos
• Líneas son más afectadas por la sequía y la falta de N que los híbridos
• Los efectos aditivos son importantes para tolerancia a sequía.
• Los efectos no-aditivos son más importantes bajo N estrés.
• Correlacion entre líneas e híbridos son generalmente mas bajas que en condiciones sin estrés.
Evaluación de caracteres para
tolerancia a la sequía
C.A.Biasutti 2010
Caracteres y Ocurrencia de La
Sequía
• Estrés temprano: prioridad para caracteres
que afecten la supervivencia de la semilla y
de la plántula
• Estrés en floración: prioridad para caracteres
que afecten la formación de la espiga y el
aborto de flores
• Estrés terminal: prioridad para caracteres que
afecten el llenado de grano
C.A.Biasutti 2010
Ideotipo De Trigo Tolerante a La Sequía
(CIMMYT)
• Mayor tamaño de semilla
• Mayor longitud de coleoptilo
• Hábito postrado (importante en regiones con lluvia en estadios tempranos)
• Alta biomasa en pre-antesis
• Capacidad de acumular reservas en tallo
C.A.Biasutti 2010
Ideotipo De Trigo Tolerante a La Sequía
(CIMMYT)
• Alta capacidad fotosintética de la espiga
• Ajuste osmótico (rápido crecimiento del
coleoptilo en solución de P.E.G.)
• Acumulación de ABA
• Anatomía y posición de la hoja
• Tolerancia al calor
• Alta supervivencia de macollos
C.A.Biasutti 2010
Ideotipo De Maíz Tolerante a La Sequía
(CIMMYT)
• Alta germinación en suelos con bajo contenido de humedad
• Alta relación raíz/ tallo en fase juvenil
• Cutícula cerosa en las hojas superiores
• Intervalo de floración reducido
C.A.Biasutti 2010
Ideotipo De Maíz Tolerante a La Sequía
(CIMMYT)
• Panoja pequeña
• Prolífica
• Tolerante al vuelco
• Reducida senescencia foliar
C.A.Biasutti 2010
Relación Entre Rendimiento En Grano Y El
Intervalo De Floración
y = 91,128e-0,2753x
R2 = 0,6548
0
40
80
120
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00
INF (días)
Re
nd
imie
nto
(q
q/h
a)
C.A.Biasutti 2010
0,66 0,84 1,02 1,21 1,39
Prolificidad
30,91
46,31
61,72
77,13
92,53R
endi
mie
nto
Relación entre el Rendimiento y la Prolificidad
C.A.Biasutti 2010
Cuales caracteres secundarios
elegir?
1. Variables genéticamente con asociación genética con rendimiento
2 Con moderada a alta heredabilidad
3 Fácil y de bajo costo de medición
4 Que pueda ser observado antes de floración
5 Que sea indicativo del rendimiento potencial
C.A.Biasutti 2010
Fuentes de germoplasma
• No existe el germoplasma mágico
• Existe generalmente una relativa alta
frecuencia de genes para tolerancia en
el germoplasma de maíz existente
• Utilizar germoplasma con un razonable
potencial de rendimiento
C.A.Biasutti 2010
Bibliografía
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197-205.
– Edmeades, G.O.; J.Bolaños and S.C.Chapman, 1996. Value of
secondary traits in selecting for drougth tolerance in tropical maize.
In G.O.Edmeades, M.Bazinger, H.R.Mickelson and C.B.Peña-
Valdivia (Eds.) Developing Drougth and Low N-Tolerant Maize.
Proceedings of a Symposium, March 25-29, 1996, CIMMYT. El
Batan, Mexico. Mexico D.F., CIMMYT.
– Ludlow, M.M. and R.C.Muchow, 1990. A critical evaluation of traits
for improving crop yields in water limited environments. Adv. in
Agronomy 43: 107-153.
– Rosielle, A.A. and J. Hamblin. 1981. Theoretical aspects of
selection for yield in stress and non-stress environments. Crop Sci
21: 943-945.
C.A.Biasutti 2010