Conferencia magistral: Hacia el desarrollo de materiales genéticos

para enfrentar el cambio climático.

Hernán Mauricio Romero Angulo, PhD. Cenipalma

Hacia el Desarrollo de Materiales Genéticos para Enfrentar el Cambio

Climático Hernán Mauricio Romero, Ph.D.

Coordinador Programa de Biología y Mejoramiento, Cenipalma

Profesor Asociado, Departamento de Biología Universidad Nacional de Colombia

Octubre 1, 2014

4

Factores limitantes del crecimiento y producción en plantas

Potencial

Obtenible

Actual

Factores determinantes

CO2 Radiación Temperatura Fotoperiodo Carácterísticas del cultivo

Fisiología – fenología Arquitectura

Factores limitantes

Agua Nutrimentos

Elementos mayores Elementos menores

Compactación Salinidad Infiltración

Factores reductores

Malezas Enfermedades Plagas Contaminantes Calamidades

Nivel de Producción

Sit

uaci

ón d

e P

roduc

ción

Concentración histórica de CO2

Environment Canada

Efecto invernadero

GEI: vapor de agua, CO2, CH4, N2O, HCFC, HFC, etc.

Importancia: establecer soluciones al

incremento de GEI, (Mitigación /

Compensación) lo que implica su

Cuantificación

Efecto invernadero es un proceso de Calentamiento global o aumento progresivo y gradual de la temperatura

media de la superficie de la Tierra

El calentamiento global es el responsable del Cambio climático mundial: cambios significativos en los patrones

climáticos del planeta (temperatura y precipitación), así como en la frecuencia y severidad de eventos extremos

como huracanes, inundaciones, sequías (González et al., 2003).

¿Para qué contabilizar el C?

Huella de carbono: Balance emisión / captura de GEI Σ GEI emitidos por efecto directo o indirecto de un individuo, organización o producto durante un periodo de tiempo definido o en relación con una unidad de producto especificado.

1. Producto: PAS 2050 / ISO 14067; Organización: ISO 14069 / PAS 2060

2. “Indicador de IA → programa de reducción de emisiones”.

Contabilidad del C: HC vs. ACV Huella de Carbono

Huella de Carbono Determinación del potencial del cultivo de palma de aceite como sumidero de carbono para

disminuir los gases efecto invernadero.

1. Cuantificar el tiempo de intercambio neto de CO2 (NEE) entre el suelo, un cultivo adulto de palma de aceite y la atmósfera

2. Establecer la evapotranspiración de un cultivo adulto de

palma de aceite mediante la técnica de Eddy Covariance, y el balance de agua en el continuo suelo - palma de aceite – atmósfera.

3. Determinar la huella de carbono para la producción de una

tonelada de aceite de palma refinado

Medición de flujo = cuántas moléculas se mueven y con qué rapidez suben y bajan

Esquema de la técnica EC

Huella de Carbono

Huella de Carbono

Sistema EC - CEPV Analizador: 7200 CO2/H2O (cerrado) Anemómetro: Gill Wiindmaster Pro Sensores Biomet:

Radiómetro CNR4 Placas de flujo de calor Sensores temperatura del suelo Sensores de humedad del suelo Sensor para precipitación Sensor para humedad relativa Sensor para tempertura Sensor PAR Datalogger

Huella Hídrica

Huella de Carbono

Huella de Carbono

Huella de Carbono

Hoja 1 Hoja 9 Hoja 17 Hoja 25

ml

Importancia: establecer soluciones al incremento de GEI, (Mitigación / Compensación) lo que implica su

Cuantificación

Cálculo de la HC

Preliminar: Caracterizar el sistema productivo (RFF → CEPV, 2012)

Mantenimiento y cosecha

Crecimiento del cultivo

Producto Flujo de materia Flujo de energía Emisiones / Captura

Agua

Combustibles

Plaguicidas

Fertilizantes

Plantas Cambio uso de

suelo (CUS) Emisiones: Uso de fertilizantes

Residuos orgánicos (e inorgánicos)

Racimos de fruta fresca (RFF)

Emisiones: Quema combustibles

Emisiones: Uso de plaguicidas

Emisiones por CUS

CO2

HC: Definición de UF y Mapa del proceso

Unidad funcional (UF): 1 ton RFF

PB

Alcance: Límites del sistema

Etap

as y

pro

du

cto

s e

n la

cad

en

a p

rod

uct

iva

de

la p

alm

a d

e a

ceit

e

UF = 1 Ton RFF

Etap

as

Transformación industrial

Etapa de Extracción Elaboración de

materias primas y productos refinados

Etapa de Cultivo

Fruto de palma (RFF)

Aceite de palma crudo

Almendra de palma Aceite de palmiste

crudo Torta de palmiste

Prod

ucto

s

Aceite liquido comestible

Manteca

Margarinas

Grasas para freír,

confitería y helados

Jabones

Mezclas para alimentos

concentrados

Materias primas: Metil esteres

Alcoholes grasos Emulsificantes

Glicerol

Productos: Combustibles

(Biodiesel) Lubricantes

Pinturas Surfactantes

Elaboración de bienes de consumo básico e insumos para otras

industrias

Industria oleoquímica Fase agrícola Procesamiento industrial de aceites y grasas

Elaboración de materias primas y

productos para otros procesos

Agroindustria

Aceite de palma RBD

Oleína de palma RBD

Ácidos grasos

Aceite de palmiste RBD

Oleína de palmiste

RBD

Estearina de palmiste RBD

CEPV a PB

Inventarios: Emisiones directas

Agua suministrada : No hubo riego

Estudio de cambio de uso del suelo (CUS) Tipo y cantidad de fertilizantes: No se empleó fertilización orgánica.

Tipo y cantidad de plaguicidas, (insecticidas, herbicidas, fungicidas, desinfectantes, coadyuvantes)

Consumo de combustibles y lubricantes

Diesel: tractor, cable vía, camiones de transporte de fruto y bus

Lubricantes

Gasolina: guadaña, vehículos y motos del personal

PB Fruto vendido (ton) % Participación Distancia al CEPV (km)

Oleaginosas Las Brisas 1945 41,8 60

Extractora Central 289 6,2 50

Palmeras de Puerto Wilches 45 1,0 70

Extractora Monterrey 2371 51,0 80

Total 4648 100 -

GEI Después de 100 años

Dióxido de Carbono 1

Metano 25

Óxido nitroso 298

HFC-23 14800

HFC-125 3500

HFC-134a 1430

HFC-143a 4470

CFC13 10900

CFC12 4750

Bromuro de metilo 1400

Factor de emisión: Cantidad de GEI relativos a una unidad de actividad y expresada como CO2eq → Ecoinvent (IPCC, 2007). CO2 equivalente (CO2eq): Unidad de comparación de la fuerza de radiación (potencial de calentamiento global) de un GEI con el dióxido de carbono. Potencial de calentamiento global

Cálculo de la HC (SimaPro versión 7.0)

CO2eq → “moneda de normalización” CO2eq = masa de un GEI dado x potencial de

calentamiento global. Ej: 1 ton CH4 = 25 ton CO2eq

Importancia agrícola

RESULTADOS

Cambio de uso de suelo (CUS)

Se asume un promedio de contenido de C en la

biomasa del 45% (Henson, 2005)

Cambio en el carbono almacenado debido al CUS

Tiempo de pago: 22 años

* Biomasa en pie del bosque de bosques secundarios tropicales: Ortiz y Kanninen (2000) ** Biomasa para el agroecosistema de la palma: palma (dosel, estípite, bases peciolares, inflorescencias, racimos, raíces) + coberturas + MO asociada (hojas e inflorescencias masculinas podadas) Henson et al., (2012a)

Parte Componente

t C·ha-1

Bosque fragmentado con

vegetación secundaria

Sistema de palma

de aceite

Subterránea COS 52,9 67,4

Aérea Planta + Coberturas + MO 50,0* 50,9**

Total (t C·ha-1) 102,9 118,3

Cambio (t C·ha-1) +15,4

Fuente: Henson et al., 2012a

Estimación de MS del agroecosistema de la palma

Producción máxima de biomasa

Edad (años) 21

Biomasa max (t /ha) 113,1

Biomasa Palma (t /ha) 96,95

Biomasa Hojarasca (t /ha) 10,03

Biomasa Coberturas (t /ha) 6,13

Comparación por captura de C entre diferentes alternativas de sistemas de uso de la tierra (SUT).

(Castilla, 2004).

Captura de C por la palma de aceite

SUT Duración

(años)

Reserva de carbono (t C·ha-1)

Bajo Medio Alto Diferencia entre

Bosque primario Pastura Bosque primario - 192 230 276 - -201

Cultivo / barbecho 4 32 34 36 -196 +5 SAF complejo 25 – 40 65 85 118 -145 +56

SAF simple 15 65 74 92 -156 +61 Palma de aceite 25 - 30 82 100 120 -130 +70

Palma de aceite en Colombia 2012: 452.435 ha sembradas ►el 87%

estuvo previamente ocupada por cultivos anuales y pasturas, <0,2 % fueron

zonas pantanosas (Henson et al., 2012b).

El cultivo no reemplazó bosque virgen u otras reservas naturales (<13%)

Gran productividad + Alto potencial de captura de CO2 (GEI) +

Crecimiento anual en área sembrada del 10% = Cultivo promisorio en

la mitigación del cambio climático

Balance de C (HC): 1 ton RFF

Actividad Balance (Kg CO2 eq / ton RFF)

Secuestro Emisiones

Captura del cultivo 724

Fertilización N química -75

Transporte RFF -17

CUS -16

Plaguicidas -1

Remanentes* -9

Subtotal 724 -118

Neto 606

Remanentes: trasporte y la tracción del tractor, el bus, el cable vía y los automóviles

Sembrar palma de aceite sobre tierras de menor acumulación de

biomasa.

Incrementar el rendimiento de RFF mediante mayores eficiencias

de producción (adopción de mejores prácticas agrícolas).

Sembrar coberturas al establecimiento del cultivo: contribución

de 200 kg N·ha-1 en el primer año después de trasplante, y

gradualmente va disminuyendo hasta cero en el 5º - 6º año

(Hashim et al., 2011).

Hacer uso racional del nitrógeno = < emisiones N2O

HC: Una oportunidad de mitigación de GEI

HC: Una oportunidad de mitigación de GEI

Aplicar más fertilizantes nitrogenados de origen orgánico (tusas

y/o lodos y/o compost). La aplicación de estos productos puede

reducir la necesidad de fertilización química (Henson, 2004).

Usar biodiesel de palma como sustituto de los combustibles

fósiles: reduce las emisiones de GEI en un 87 % (Yañez et al.,

2011).

Producir biocarbón: reduce la pérdida de C almacenada in situ por

25 años, disminuye el hábitat de insectos plaga (Strategus aloeus y

Rhynchophorus palmarum) e incrementa la fertilidad del suelo (>

COS, > K, > P, < Al3+ , > actividad microbiológica) (Garzón, 2010).

34

Factores limitantes del crecimiento y producción en plantas

Potencial

Obtenible

Actual

Factores determinantes

CO2 Radiación Temperatura Fotoperiodo Carácterísticas del cultivo

Fisiología – fenología Arquitectura

Factores limitantes

Agua Nutrimentos

Elementos mayores Elementos menores

Compactación Salinidad Infiltración

Factores reductores

Malezas Enfermedades Plagas Contaminantes Calamidades

Nivel de Producción

Sit

uaci

ón d

e P

roduc

ción

LIMITACIONES Toxicidad de aluminio Déficit hídrico Inundaciones Altas temperaturas Plagas Enfermedades

Efecto del ambiente en la productividad de palma de aceite

(Henson, 1997)

C= (R0 x RI x E x IC) x (T x P) C: Rendimiento agronómico de la especie cultivada. R0: Radiación solar fotosintéticamente activa (RFA) que incide en el dosel. RI: Fracción de RFA interceptada por el dosel. E: Eficiencia fotosintética del cultivo, normalmente expresada como unidad de materia seca producida por unidad de RFA. También conocida como Uso Eficiente de la Radiación Solar (UERS). IC: Indice de cosecha, expresado como la relación entre el rendimiento agronómico y el rendimiento biológico de un cultivo. T: Temperatura media del aire, durante el periodo de crecimiento P: Precipitación, o en su defecto cantidad de agua disponible para aplicar en forma de riego.

Distribución de asimilados en palma de aceite

Fotosíntesis y producción

02468

10121416

0 5 10 15Racimos por palma

Foto

sínt

esis

(µm

ol/m

2 /s)

(Henson, 1990)

Factores que afectan la productividad de la palma

Elemento Climático

Altamente adecuado

Adecuado Moderad. adecuado

Inadecuado

Precipitación (mm/año) 2000 -2500

2500 - 3000 1700 - 2000

3000 - 4000 1400 - 1700

> 5000 < 1100

Temperatura (oC) 26 – 29

29 – 32 23 – 26

32 – 34 20 – 23

> 36 < 20

Epoca seca (meses) 0 1 2-4 > 6

Radiación solar diaria

(MJ /m2) 16 – 17

17 – 19 14 – 16

19 – 21 11 – 14

> 23 < 8

Viento (m/s) < 10 10 – 15 15 – 25 > 40 (Goh, 2000)

Fotosíntesis de palma de aceite sembrada en diferentes zonas palmeras

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

AAR TESTIGO GOLDEN HOPE GUTHRIE

Material

Foto

sínt

esis

(µm

ol m

-2 s

-1)

Norte Occidental Oriental Central

AGUA

ESTRÉS HÍDRICO EN PALMA

ANEGAMIENTO

Anegamiento

Figura 1. Precipitación en porcentajes con respecto al promedio multianual entre: A. enero y diciembre de 2010, y B. enero y septiembre de 2011. Fuente Ideam, 2012.

A. B.

• Colombia: inundaciones en 1’000.000 ha cerca de un millón de hectáreas de cultivos y actividad ganadera → pérdidas en 200.000 ha.

• Palma de aceite: inundaciones en aprox. 40 mil ha → caída en el rendimiento de aceite, de 3.4 a 3.0 t / ha + propagación de enfermedades en algunas zonas

Fotografías: O Obando, 2010

Determinar el efecto del anegamiento sobre la fisiología de plántulas de palma de aceite.

Objetivos

Fotografía: O Obando, 2010

Metodología

A B

C

D

C

A

Condiciones hídricas del suelo evaluadas durante el ensayo: A. Déficit (T1); B. Capacidad de campo (T2); C. Hipoxia (T3); D. Anoxia (T4).

C

B A

Determinaciones a los 30 y 60 ddt: • Intercambio de gases (Fotosíntesis,

respiración) y relaciones hídricas (transpiración y UEAE) → en hoja número 3 (IRGA - LI-6400)

• Crecimiento vegetativo: altura, NHojas, PST y AF.

• Contenido nutricional: N, P, K, Ca, Mg, B, S, Na, Fe, Mn, Zn → en hoja número 3 (LAFS)

• Respuesta bioquímica: compuestos de ajuste osmótico, actividad SAE y SANE , contenido de etileno, AO, ácido láctico y alcohol dehidrogenasa → en hoja número 3 (LFBV)

Metodología

Promedios con letras distintas son significativamente diferentes, según Tukey (P<0,05).

Resultados: Intercambio de gases

Factor Nivel

Fotosíntesis máxima

diaria

(μmol CO2 m-2 s-1)

Fotosíntesis máxima

potencial

(μmol CO2 m-2 s-1)

Eficiencia fotosintética

(μmol CO2. mol foton-

1)

32 ddt 66 ddt 66 ddt 66 ddt

Condición

hídrica

Anoxia 8,97 a 8,40 a 10,48 a 0,0192 a

Hipoxia 7,88 a 8,60 a 10,74 a 0,0198 a

CC 8,96 a 9,69 a 10,45 a 0,0185 a

DH 4,35 b 2,80 b 1,40 b 0,0033 b

Línea

embriogénica

LE 33-7 8,05 a 6,94 a 7,96 a 0,0143 a

LE 28-59 7,82 a 7,45 a 8,15 a 0,0152 a

LE 16-79 6,75 a 7,72 a 8,70 a 0,0162 a

Respuesta fotosintética de tres líneas embriogénicas sometidas durante 32 y 66 días a diferentes condiciones hídricas del suelo.

Interacción Condición hídrica vs. Línea embriogénica no significativa.

Resultados: Intercambio de gases

Figura 4. Respuesta de la fotosíntesis de tres líneas embriogénicas a la radiación fotosintéticamente activa (RFA) sometidas durante 66 días a diferentes condiciones hídricas del suelo.

Resultados: Relaciones hídricas y Respiración del folíolo Relaciones hídricas y respiración foliar de tres líneas embriogénicas sometidas durante 32 y 66 días a diferentes condiciones hídricas del suelo.

Interacción Condición hídrica vs. Línea embriogénica no significativa.

Promedios con letras distintas son significativamente diferentes, según Tukey (P<0,05).

Factor Nivel

Transpiración

(mmol H2O m-2 s-1)

UEA

(mmol CO2 mmol-1 H2O)

Respiración del

folíolo

(μmol CO2 m-2 s-1)

32 ddt 66 ddt 32 ddt 66 ddt 66 ddt

Condición

hídrica

Anoxia 2,28 a 2,48 a 0,00391 b 0,00340 b 0,088 ab

Hipoxia 2,12 a 2,80 a 0,00372 b 0,00305 b 0,080 b

CC 2,40 a 2,96 a 0,00373 b 0,00331 b 0,067 b

DH 0,88 b 0,72 b 0,00496 a 0,00396 a 0,125 a

Línea

embriogénica

LE 33-7 1,99 a 2,08 a 0,00424 a 0,00379 a 0,092 a

LE 28-59 2,03 a 2,33 a 0,00402 a 0,00349 a 0,098 a

LE 16-79 1,75 a 2,38 a 0,00397 a 0,00366 a 0,080 a

Apariencia de tres líneas embriogénicas sometidas durante 66 días a diferentes condiciones hídricas del suelo. De izquierda a derecha: anoxia, hipoxia, capacidad de campo y déficit.

Resultados: Crecimiento vegetativo

Neumatóforos en Euterpe oleracea. (Tomado de Granville, 1974).

Resultados: Formación de neumatóforos

C

D

Apariencia de los neumatóforos desarrollados en la condición de hipoxia, al cabo de 60 días. A. Presencia de neumatóforos en la superficie del suelo; B. Neumatóforos una vez lavados; C. Vista ampliada.

Línea

embriogénica

T3: Hipoxia T4: Anoxia

Diámetro (mm) Cantidad (#) Diámetro (mm)

Min Max Min Max Min Max

LE 33-7 0,46 1,27 8 70 0,56 1,05

LE 28-59 0,67 1,19 11 79 0,61 1,20

LE 16-79 0,32 1,10 15 75 0,63 1,11

Características de los neumatóforos presentes en tres líneas embriogénicas sometidas a condiciones de hipoxia y anoxia durante 60 días.

A B

C

Resultados: Formación de neumatóforos

A

C

D

F E

B

Apariencia de los neumatóforos desarrollados en la condición de anoxia: A. Lámina de agua sin presencia de neumatóforos, 1 ddt; B. Presencia de neumatóforos, 20 ddt; C. Desarrollo de los neumatóforos a partir de raíces

primarias; D. Neumatóforo individual; E. Ápice del neumatóforo (10x); F. Estructuras semejantes a lenticelas (10x).

E D

B A

Resultados: Formación de neumatóforos

Estandarización de la metodología para evaluar el efecto del estrés por anegamiento → etapa de vivero.

Conclusiones

Saturación del suelo: NO afectó la Fotosíntesis… Pero

Mayor crecimiento en términos de altura, número de hojas, área foliar y acumulación de masa seca total,

< Crecimiento = > Tasas de respiración (foliar + mantenimiento de los neumatóforos), + limitaciones en la absorción y trasporte de nutrientes.

Anegamiento→ una de las condiciones favorables de la PC, “al ser el agua el medio ideal para la producción de esporangios y la movilidad de las zoosporas de Phytophthora infestans, su agente causal (Martínez et al., 2010)”

SEQUIA

Productividad y déficit hídrico anual (IRHO)

6

10

14

18

22

26

0 200 400 600 800

Déficit hídrico anual

RFF

(t/h

a añ

o)

(Caliman and Southworth, 1998)

Producción de un mismo material (LM2T x DA10D) en tres diferentes zonas con diferentes climas, palmas de

6 a 10 años

Aek Kwasan Indonesia

La Me, Costa de Marfil

Akpadanou Benin

Déficit hídrico anual (mm) RFF (Kg. / palma año) No. racimos año Peso de racimos (Kg.) % TEA % Frutos / racimo % Mesocarpo / fruto % Aceite / racimo

50 205 16.6 12.4 22.5 61 79 54

350 110 10.4 10.0 20.4 60 78 52

550 50 6.0 8.2 21.8 60 78 55

(Henson, 1998)

Resultados

Ambiente Genotipos Años (2007-2012) Años (2011-2012)

RFF NR PMR AR AMF AF MF FR PMF

Hacienda

Ariguani

No riego

Dami 68,3 10,6 6,3 32,1 56,4 9,6 82,5 69,0 11,8

DxN 86,0 11,7 7,0 29,5 56,1 9,7 79,9 65,7 7,9

Felda 71,4 11,8 5,7 31,8 56,5 10,0 80,8 69,7 9,7

GH 80,2 10,6 7,3 33,4 59,2 8,4 84,1 67,1 10,4

Guthrie 102,1 11,9 8,2 31,0 55,8 8,8 83,6 66,4 8,9

UP 91,4 11,7 7,5 32,5 56,9 7,8 84,1 67,9 11,0

Media 83,2 11,4 7,0 31,7 56,8 9,1 82,5 67,6 10,0

Suramerica Riego a

saturación cada

20 días

Dami 157,9 20,1 8,0 32,1 57,7 9,2 83,9 66,3 13,0

DxN 170,2 20,2 8,2 29,8 58,2 9,6 79,3 64,5 9,5

Felda 157,8 22,2 7,1 31,9 57,8 9,4 81,0 68,0 10,5

GH 130,7 17,0 7,4 30,8 58,1 9,3 82,1 64,7 11,5

Guthrie 141,6 18,3 7,4 31,9 58,7 8,3 84,0 64,7 12,1

UP 150,4 18,4 8,1 32,5 58,2 7,8 85,5 65,1 12,5

Media 151,4 19,4 7,7 31,5 58,1 8,9 82,6 65,6 11,5

BUSQUEDA DE MATERIALES GENETICOS TOLERANTES AL DEFICIT HIDRICO

3

1

2

4

5 1. Caixito2. Sumbe 3. Cabinda4. Benguela5. Uige

Figura. Mapa con zonas de colecta de E. guineensis en Angola

Distancia minima 1-5 291.189 km Distancia maxima 3-4 793.518 km

Familias

Colección biológica de E. guineensis de Angola

11

14

16

18

19

23

24

28

33 34

35 38

39

41

52

57 58

59

310

9

10

11

12

13

14

15

16

9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0

Épo

ca s

eca

Época lluviosa

Fotosíntesis Máxima (µmoles CO2 *m-2*s-1)

11

14

16

18

19

23

24

28

33

34

35

38

39

41

52

57 58

59 310

0,0030

0,0033

0,0036

0,0039

0,0042

0,0045

0,0048

0,0030 0,0033 0,0036 0,0039 0,0042 0,0045 0,0048

Épo

ca s

eca

Época lluviosa

UEA (mol CO2/mol H2O)

Caixito

Sumbe

Cabinda

Benguela

Uige

Zona geográfica No. Familias

Análisis de

racimos Componentes de

Rendimiento Molecular

Caixito 9 571 287 88

Sumbe 8 473 242 100

Cabinda 11 723 354 119

Benguela 6 323 175 58

Uige 9 575 295 90

Total 43 2.665 1.353 455

3 años para análisis de racimos 5 años para rendimiento 30 marcadores microsatélites

Morfogronómica Molecular

Información

Introducción El objetivo de este trabajo fue seleccionar palmas tipo Dura las

cuales pudieran incluir el máximo de diversidad genética presente en la colección completa.

Introducción

Angola x Polen Ybi

Su progenie será evaluada frente a la PC, déficit hídrico, aluminio, ML

Obtención y almacenamiento de semillas Cuarto

Frío

Almacenamiento de aproximadamente 800 semillas por cruzamiento

Accesiones: 44

Cruzamientos: 8 por accesión

Total Cruzamientos: 352

El manejo relacionado con sistemas de riego, implican una alta inversión económica, además de una exigencia de los criterios técnicos para la selección de estos sistemas (debilidad para el pequeño palmicultor).

Discriminar materiales de palma de aceite que posean diferentes grados de tolerancia al DH,

▼ Mejor aprovechamiento de las zonas

sembradas y aumento de la producción.

Por tanto este trabajo permitirá:

Potenciales hídricos del suelo : -0,042 -1,0 durante 60 días

+ =

Sensores Datalogger

Mantener tensiones hídricas constantes

Control de la cantidad y Tiempo de riego

1. Tratamientos: Control de la tensión hídrica del suelo

Cu

rva de reten

ción

de h

um

edad

del

suelo

emp

leado

y = 21,826x-0,131 R² = 0,9935

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

Hum

edad

(% p

s)

Potencial hídrico (MPa)

2. Determinaciones

• Potencial fotosintético → Sistema portátil de fotosíntesis Li-Cor 6400

Respuesta de la fotosíntesis a la intensidad solar, transpiración, uso eficiente del agua (UEA), respiración

• Potencial hídrico del foliolo → Bomba de Scholander

• Fluorescencia de clorofila → Sistema

portátil de fotosíntesis Li-Cor 6400

• Contenido de clorofila → SPAD

Apariencia de los materiales dos meses después de sometidos a diferentes potenciales hídricos del suelo

U1273

U1937 U1914

U1859

-2,0 MPa

0,0

0,3

0,5

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

U1273 U1859 U1914 U1937

-1,0 MPa

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

U1273 U1859 U1914 U1937

-0,042 MPa

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

U1273 U1859 U1914 U1937

-0,5 MPa

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

U1273 U1859 U1914 U1937

4. Intercambio gaseoso: Curvas de luz

Foto

sint

esis

(μm

ol C

O2.m

-2.s

-1)

Nótese la reducción en la tasa fotosintética a

medida que se incrementa el potencial

hídrico

PAR (μmol cuanta.m-2.s-1)

4. Intercambio gaseoso: Fotosíntesis

b

c

d

a

b

b

d

c

c

c

a

a

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-0,042 -0,5 -1,00Foto

sínt

esis

máx

ima

(μm

ol C

O2·

m-2

·s-

1 )

Potencial hídrico del suelo (MPa)

U1273 U1859 U1914 U1937

Tolerancia al DH CONCLUSIONES

Respuesta de los materiales está en función de la condición de humedad del suelo 1. Condición: Capacidad de campo

Potencial hídrico de la planta (foliolo) vs. UEA Respiración vs. Fotosíntesis

Tolerancia al DH CONCLUSIONES

Respuesta de los materiales está en función de la condición de humedad del suelo 2. Condición: DH,

Potencial hídrico de la planta (foliolo) vs. UEA Respiración vs. Fotosíntesis

U1273

U1859

U1914

U1937

0,0030

0,0035

0,0040

-2,10 -1,90 -1,70 -1,50 -1,30

UEA

(mm

ol C

O2·m

mol

-1 H

2O)

Potencial hídrico del foliolo (MPa)

DH

SFF SDF MLI MLINT MLA

Variación en la fotosíntesis máxima en materiales cercanos de palma de aceite bajo diferentes condiciones de déficit hídrico

Caracterización de genes relacionados con la respuesta a estrés hídrico en palma de aceite

Flujo de trabajo de RNA-Seq

• RNAlater (Qiagen, Germany); guardar muestras Muestreo de hojas(n=4 plantas como pool)

• RNAqueous-4PCR, (Ambion, USA); extraer RNA total Extracción de RNA (n=3 pools; 2: pools RNA-Seq, 1 pool: RT-qPCR)

• TruSeq RNA Sample Preparation Kit V2 (Illumina, USA); sintetizar cDNA para secuenciación Preparación de librerías de cDNA

• HiSeq2000 (Illumina, USA); Macrogen, Seoul, Corea al Sur Secuenciación (In equipo)

• Bowtie2; Mapeo, ContigExpress, NY, USA

• Quake; correccion; SOAPdenovo-Trans, ensamblaje de novo Mapeo y ensamblaje de novo

• Blast+, KOBAS 2.0, BiNGO Anotación, Gene Ontology (GO)

• HTseq, DESeq, cuantificación de expresión diferencial • KOBAS, GO/Pathway enrichment;

• MapMan, BiNGO, GeneMANIA , redes, mapas, etc.

Análisis expresión diferencial

Mapa: visión general del Metabolismo

Por programa: MapMan

Mapa: Estreses

Por programa: MapMan

Las redes de términos de GO

Procesos biológicos

Funciones moleculares Componentes celulares

Por programa: BiNGO

La red de genes relacionados a estrés hídrico

Por programa: GeneMANIA

Susceptible vs Tolerante

Transcript Gene

T_003109 AT3G12580|HSP70|heat shock protein 70-4

T_002935 AT1G28380|NSL1|protein necrotic spotted lesions 1

T_046535 AT5G03720|HSFA3|heat shock transcription factor A3

T_051452 AT5G25610|RD22|dehydration-responsive protein RD22

T_000310 AT1G04920|SPS3F|sucrose-phosphate synthase

T_001315 AT5G54650|Fh5|formin-like protein 5

T_001738 AT5G66850|MAPKKK5|mitogen-activated protein kinase kinase kinase 5

T_001071 AT4G17940||tetratricopeptide repeat domain-containing protein

T_000721 AT1G53090|SPA4|SPA1-related 4 protein

T_003433 AT5G47900||hypothetical protein

Cómo acelerar la llegada de esos materiales a los palmicultores?

1. Determinar la tolerancia de los materiales comerciales a sequía o anegamiento

2. Acelerar la búsqueda de fuentes de tolerancia (colecciones biologicas) e implementar programas de Selección Asistida por Marcadores Moléculares

3. Clonación 4. Transgénesis

GRUPO DE INVESTIGACION

• Edison Daza • Maria Yuli González* • Jonathan Camperos • Yurany Rivera • Cristihian Bayona • Leonardo Moreno* • Seyed Jazayeri • Rodrigo Avila

PROGRAMA DE BIOLOGIA DE LA PALMA Y FITOMEJORAMIENTO