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

– Ceccarelli, S. 1989. Wide adaptation: How wide?. Euphytica 40:

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