ea ci bio_fi_univalle-empresarios-19-04-2012-lid
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Empleo de la Luz para mejoramiento de la productividad, la competitividad y el cuidado del Medio Ambiente
John H. Reina Estupiñán Efraín Solarte Rodríguez
Problema u Oportunidad
Nuestra Región carece de la infraestructura suficiente para desarrollar soluciones de alta tecnología, en particular de las que se basan en la Fotónica, utilizadas para análisis y estudio de procesos agrobiotecnológicos, y en el desarrollo, el control, la modificación y el seguimiento de los procesos agroindustriales; físicos, químicos o biológicos involucrados tanto en las cadenas de producción como en los desarrollos de ciencia y tecnología a nivel básico.
Oportunidad Las técnicas ópticas en el campo de la agricultura permiten obtener información precisa sobre el estado de suelos y cultivos para controlar y manejar el proceso de producción: siembra, crecimiento y cosecha, con importantes beneficios en control de insumos, que redundan en el monto final de costos de producción y la calidad y cantidad de la misma.
Objetivo - Solución
Desarrollar un macroproyecto que en un horizonte de dos años permita la creación y puesta en marcha del Centro de Investigación en Bio-Fotónica e Informática –CIBioFi- de la región Pacífico, como una institución científica de desarrollo tecnológico e innovación, que mediante la aplicación y el uso de las propiedades de la luz, permita la interacción de diferentes disciplinas para la solución de problemas específicos que afectan campos prioritarios de la agro-producción regional, la integridad del medio ambiente, y el bienestar de los ciudadanos
Complejos de Proteina ayudan a los Fotosistemas I y II a colectar luz; contienen antenas de moléculas de clorofila y caroteno
AGROBIOFOTÓNICA
EQUIPO científico de desarrollo tecnológico e innovación, que mediante la aplicación y el uso de las propiedades de la luz, interactuando con otras diferentes disciplinas produzca soluciones a problemas específicos.
Específicamente
• Desarrollar métodos, productos y técnicas
• en agrobiofotónica, fisiología vegetal y molecular, y agricultura de precisión
en agrocultivos prioritarios de arroz, frutales, ají, caña y caucho.
• para el estudio de mecanismos de transferencia de energía en células, tejidos
biológicos y sistemas de conversión fotónica.
• óptico-fotónicas para el control atómico y molecular en estructuras orgánicas
y biológicas (fotosíntesis, asimilación de nutrientes, conversión de energía).
• en agrobiotecnología y agrobiofotónica para incrementar la productividad de
los cultivos agrícolas priorizados.
• Montaje de una plataforma informática para modelado de: i) Cambio climático y
su impacto sobre biodiversidad, las poblaciones humanas y sector agroproductivo,
ii) Sistemas de información para agricultura de precisión, iii) Sistemas de interacción
biológica, molecular y agrobiofotónica
Impacto
Talento Humano
Masa Crítica: 80
Investigadores
Social
5.000 empleos
Medio Ambiental Calidad Aire & Agua Insumos y Residuos
Agroindustrial
15.000 ha
Cultura Científica
AREAS DE IMPACTO C&T
• Agrobiotecnología: Agronomía, Botánica, Fisiología Vegetal, Edafología, Control biológico,
• Biofotónica: Espectroscopía: multiespectral, fluorescencia, Láser y ultra-rápida; Fotobioquímica; Microscopía alta resolución; Metrología
• Biodiversidad y Medio Ambiente: Botánica, Fisiología Vegetal, Edafología, Espectroscopías (LIF, LIDAR, DOAS), Cambio Climático
• Genética, Biología y Bioquímica Moleculares: Fenotipos biológicos, Diversidad genética , Fisiología molecular, Cultivos y tejidos, Microbiología, Conversión y transferencia de Energía
• Informática: Procesamiento de datos, imágenes y simulación de procesos ambientales y biomoleculares complejos
AREAS DE IMPACTO HAS
• Agroindustria: Mejoramiento de productividad, Incremento y aseguramiento de competitividad, producción más limpia, mejoramiento de calidad de producto, diversificación, calidad y seguridad alimentaria, empleo
• Talento humano: Programas de formación avanzada en Ciencias e Ingeniería. Temas y trabajos de investigación: PhD, MSc y BSc. Capacitación en las nuevas técnicas y tecnologías del personal en todos los niveles de la cadena.
• Transformación productiva: El Centro, grupos de investigación, agrupaciones empresariales e interacción Universidad-Empresa-Estado y finalmente empresas de base tecnológica
• Innovación: Soluciones técnicas y tecnológicas a problemas regionales (producción agrícola), mejoramiento de productos y procesos, apropiación y transferencia de tecnologías
Plataforma para modelado de cambio
climático (biodiversidad y agroindustria), bioinformática &
biofotónica
Tierra
Aire
Agua
Luz
Relevancia Regional
El CIBioFi brindará oportunidades nuevas e impactará apreciablemente las cadenas de producción agroindustrial del Valle del Cauca mejorando su eficiencia e incrementando su productividad:
1. Información: Suelo, Agua, Clima, Estado de cultivo, Fisiología molecular, Base Datos
2. Métodos: Control macro, Control molecular, genético, microbiológico
3. Atención al Medio Ambiente: Calidad de Agua y Aire; evolución de contaminantes
4. Diseño de procesos amigables: Métodos no invasivos de diagnóstico, de control
y de producción en los cultivos
Los cultivos de gran extensión y aquellos que demandan soluciones de control y seguimiento de alta tecnología (arroz, el ají y los frutales), requieren el desarrollo de métodos (fotónicos) de agricultura de precisión que combinados con desarrollos agrobiotecnológicos, mejoren la calidad de cultivos.
Presupuesto 2012-2014
Eje Ciencia Tecnología e Innovación
1 Investigación aplicada que potencie el desarrollo de
las cadenas productivas de interés estratégico. $ 2.088.056.000
3 Centros y parques de Investigación e innovación para
el desarrollo Regional $ 388.117.1000
4 Formación del talento humano para la investigación,
la innovación y el desarrollo tecnológico $ 1.023.268.000
TOTALES $ 6.992.494.000
1o. Año 2o. Año
2o. Sem 2012 1er. Sem 2013 2o. Sem 2013 1o. Sem 2014
Personal Administrativo
10.686.000 10.686.000 131.366.500 138.567.500
Personal Científico 98.891.000 249.591.500 249.591.500 219.994.000
INVERSIÓN 1.768.560.000 1.264.560.000 1.735.500.000 1.114.500.000
TOTAL AÑO 1.878.137.000 1.524.837.500 2.116.458.000 1.473.061.500
3.402.974.500 3.589.519.500
Presupuesto Global
1er Año 2o.Año 3er. Año 4o. Año 5o. Año
2012 a 2013 2013 a 2014 2014 a 2015 2015 a 2016 2016 a 2017 TOTALES
Personal Administrativo $ 21.372.000 $ 269.934.000 385.143.000 408.253.000 432.748.000 1.517.450.000
Personal Científico $ 348.482.500 $ 469.585.500 1.614.033.000 1.789.003.000 1.609.952.000 5.831.056.000
ESPACIO FÍSICO 350.000.000 2.700.000.000 280.000.000 150.000.000 150.000.000 3.630.000.000
EQUIPO ROBUSTO 2.100.000.000 0 875.001.000 875.001.000 500.001.000 4.350.003.000
EQUIPAMIENTO BÁSICO 423.120.000 0 159.999.000 159.999.000 159.999.000 903.117.000
MATERIALES E INSUMOS 160.000.000 150.000.000 83.428.000 83.428.000 83.428.000 560.284.000
COSTO ANUAL $ 3.402.974.500 $ 3.589.519.500 $ 3.397.604.000 $ 3.465.684.000 $ 2.936.128.000
16.791.910.000
Tierra
Implementación y desarrollo de métodos en Agrobiotecnología
Implementación y desarrollo de tecnología en Agrofotónica (e.g., estimulación bio-
fotónica, agricultura de precisión)
Luz biofotónica: base de procesos biológicos
Seres vivos: interacción de la materia con la luz
Arroz Ají Cultivos Prioritarios Frutas tropicales Caucho
Luz & Átomo
Mecanismos de transferencia de energía en células, tejidos biológicos,
sistemas de conversión fotónica & fotosíntesis artificial
Fotónica para control atómico y molecular en estructuras orgánicas y
biológicas
AgroBioTec
IMPACTO AGROINDUSTRIAL
Reducir los requerimientos de fertilizantes químicos, pesticidas y herbicidas
Reducir el nivel de contaminación de los suelos agrícolas
Usar eficientemente el agua de riego
Maximizar el contenido nutricional del producto
Incrementar su tamaño, calidad y/o rapidez de crecimiento
Incrementar el rendimiento de cosechas
@CIBioFi
Pretende:
• Fomento de una cultura de investigación científica regional a través de desarrollos en investigación aplicada al sector agroproductivo
• Formación de talento humano que impulse y fortalezca la innovación en procesos de impacto científico, tecnológico y productivo
• Generación de conocimiento sobre la influencia de los cambios climáticos locales en los ecosistemas agrícolas del suroeste de Colombia
• Producción de información y conocimiento para la construcción de políticas de mitigación del daño y de educación ambiental
• Fomento de las alianzas y colaboraciones directas con el sector productivo, la universidad y el estado
Para llegar a ser:
• Un Centro de referencia con impacto regional e internacional
• Un nicho para I&D e implementación de procesos de transferencia de tecnología
Fisiología vegetal y molecular de plantas aplicada a los procesos de asimilación de nutrientes y diagnóstico de estado de cultivos
Análisis de estrés en plantas por factores externos y ambientales
Determinación de los parámetros biológicos esenciales para el diseño de mapas de control y productividad en cultivos de gran extensión
Microscopía de fluorescencia de alta resolución
Análisis funcional de la interacción planta-bacteria en sistemas agro-productivos
Análisis genético funcional de la diversidad genética en sistemas agro-productivos
Tecnologías para crecimiento y reproducción in vitro de especies de cultivo
Aislamiento y propagación de microorganismos beneficiosos para la producción de cultivos
Agrobiotecnología I
Objetivos específicos:
Caracterizar la diversidad genética y funcional de las comunidades microbianas endófitas establecidas en los tejidos de especies de cultivo de interés (arroz, ají, frutas tropicales, caña)
Promover la colonización de tejidos vegetales por especies/consorcios bacterianos con impactos positivos sobre el crecimiento y la productividad de especies de cultivos
Caracterizar la dinámica de colonización y la estructura de comunidades bacterianas en sistemas recuperados con biochar
Asociar especies bacterianas endófitas con roles promotores de crecimiento a las especies de cultivo de interés
Agrobiotecnología II
Tierra Agrobiofotónica: investigación para el desarrollo tecnológico de impacto en la maximización de la productividad de los
cultivos agrícolas
Desarrollo de un sistema de Fotografía Multiespectral (UV-VIS-NIR-TIR)
Utilización de métodos espectroscópicos (UV, VIS, NIR, TIR) para diagnóstico de cultivos y asimilación de nutrientes
Desarrollo de un sistema de levantamiento de mapas de estado de terreno y cultivo
Construcción de una base de datos para agricultura de precisión
Desarrollo y aplicación de métodos ópticos para control de maduración de cultivos y control de calidad de frutas
600 700 800 900
0
100
200
300
400
500
600Fluorescencias
Planta Normal
Planta Luz Azul
Planta Luz Roja
Inte
nsid
ad
(s
-1)
Longitud de Onda (nm)
Efectos de estrés lumínico
Fluorescencia de Clorofila
Plantas de Maíz
Plantas de Fríjol
0 50 100 150 200 250
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0.009
0.010
Re
sid
en
ce
[h
-1]
Time [h]
Heliconias
-20 0 20 40 60 80 100 120 140
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
Re
sid
en
ce
[h
-1]
Time [h]
Phragmites
0 50 100 150 200
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
0.016
0.018
0.020
Re
sid
en
ce
[h
-1]
Time [h]
Control
Caracterización del flujo de agua en humedales artificiales
“Diseño y montaje de un micro lidar para
estudios de contaminación atmosférica”
0
1
2
3
0
50
100
150
200
250300
3500
1
2
3
Scattering diagram (x=10)
Arb
itra
ry l
on
g u
nit
s
0 1 2 3 4
0
1
2
3
4
=476,5 nm
=496,5 nm
=514,5 nm
Efi
cie
nc
ia d
e e
xti
nció
n Q
ex
t
Radio de los dispersores [m]
490 500 510 520 530 540
0
50
100
150
200
Inte
ns
ida
d R
etr
od
isp
ers
ad
a
[s-1]
Longitud de Onda [nm]
Ar+ Laser
: 514.5 nm
W: 1.7 W
Radiación Retrodispersada