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Valdivia, diciembre de 2013
Red 110RT0394 METRICE Mejorar la eficiencia en el uso de insumos y el
ajuste fenológico en cultivos de trigo y cebada
Universidad Austral de Chile
Daniel F. Calderini
Universidad Austral de Chile
Seminario: ¿Es posible continuar incrementando
el rendimiento en el sur de Chile?
Esquema de la Presentación
• Desafíos de la demanda de alimentos y producción de
trigo
• Necesidad de incrementar el rendimiento potencial
• Análisis de la mejora genética del rendimiento y su
impacto sobre los caracteres ecofisiológicos
• Alternativas para continuar incrementando el rendimiento
potencial
Población mundial y producción de trigo
Escenario de demanda mundial de alimentos (2006-2050)
• El incremento poblacional ha sido estimado en cerca del
40% de la línea base de FAO del año 2006 hasta el 2050
• En ese contexto, y considerando que la cantidad de
calorías podría incrementarse a 3130 kcal persona-1 día-1,
la producción agrícola mundial debería aumentar entre el
50 y 60% desde 2006 hasta 2050
Bruinsma (2009); Fischer (2009); Hall & Richards (2013)
• Se ha estimado que la cosecha de cereales debería
aumentar en un rango entre 1,16 y 1,31% año-1,
dependiendo de la demanda de bio-comustibles
Entorno del crecimiento poblacional (2010-2050)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2010 2050
Wo
rld
po
pu
latio
n (
bill
ion
s)
Naciones Unidas (2009)
Cambio climático
segura
Producción mundial de trigo
(1960-2010)
FAO (2013) Años
Pro
ducció
n (
M t)
y = 11,49x - 22314 R² = 0,97
0
200
400
600
800
1000
1950 1970 1990 2010 2030 2050
y= 5,98x – 11366
R2= 0,66
Tasa últimos 20 años: 1,05% año-1 (<1,16% año-1)
Superficie mundial de trigo
(1960-2010)
FAO (2013)
0
50
100
150
200
250
1960 1970 1980 1990 2000 2010
Años Áre
a c
osechada d
e tri
go (
M h
a)
Rendimiento mundial de trigo
(1960-2010)
FAO (2013)
Años
Rendim
iento
(kg h
a-1
)
y= 30,06x – 57411
R2= 0,87
y = 46,14x - 89407 R² = 0,97
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
1950 1970 1990 2010 2030 2050
Tasa últimos 20 años: 1,17% año-1 (1,16% año-1)
Tasa de incremento del rendimiento mundial de trigo
Adaptado de Fischer et al. (2009)
Años
Aum
ento
de r
endim
iento
(% a
ño
-1)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
1960 2000 2050 (estimado)
3,2
1,5
0,9
Evolución del rendimiento de trigo en Chile
Potencial
Alcanzable
Logrado
6 9.0 12.5
Niveles de Producción de trigo
Factores reductores
Factores limitantes
Factores definitorios
-Malezas -Enfermedades -Plagas -Granizo, etc.
-Agua -Nutrientes Nitrógeno Fósforo
t ha-1
-Radiación -Temperatura -CO2 -Genotipo
FACTORES LIMITANTES A LA PRODUCCIÓN
adaptado de Rabbinge, 1993.
Localidad,
fecha de siembra
Fertilización, Riego
Control de malezas y plagas
0
1
2
3
4
1900 1920 1940 1960 1980 2000
0
2
4
6
8
0
2
4
6
8
10
1900 1920 1940 1960 1980 2000
R
en
dim
ien
to (
t h
a-1
)
Años
Argentina Reino Unido
Slafer & Calderini (2005)
Food Product Press
Rendimiento potencial y rendimiento promedio país
El impacto positivo del incremento del rendimiento potencial sobre los
rendimientos de los productores ha sido demostrado en trigo y otros
cultivos (e.g., Rajaram, 1996; Reynolds et al., 1996; Abeledo et al., 2005; Foulkes et al.,
2009; Reynolds et al., 1996; Fischer & Edmeades, 2010)
Calderini & Slafer (1999)
Euphytica
r=0.91; p<0.001
50
100
150
1840 1880 1920 1960 2000
Año de liberación
Rend
imie
nto
rela
tivo (
%)
Argentina
Australia
Italy
U.K.
El mejoramiento de trigo ha mostrado tendencias
similares en diferentes países del mundo
Rendimiento Biomasa = Índice de
cosecha x
Determinantes fisiológicos del rendimiento
0
2
4
6
8
15 25 35 45
(Calderini et al., 1995a) 0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
20 25 30 35 40
(Siddique et al., 1989b)
Australia Argentina
2
3
4
30 35 40 45
Canada
(Hucl & Baker, 1987)
2
4
6
10 30 50
India
(Kulshrestha
& Jain, 1982) 3
4
5
30 35 40 45
Índice de cosecha (%)
Italia
4
6
8
30 35 40 45 50 55
Inglaterra
(Canevara et al., 1994) (Austin et al., 1989)
Rendim
iento
(t/
ha)
r=0.95; p<0.001 r=0.93; p<0.001 r=0.68; p<0.05
r=0.99; p<0.01 r=0.97; p<0.01 r=0.97; p<0.001
El incremento del índice de cosecha fue la principal
causa del aumento del rendimiento
Mate
ria s
ec
a d
e t
all
os
Tiempo
Antesis
cv. Antiguos
cv. Modernos
Mate
ria s
eca d
e e
sp
igas
cv. Antiguos
cv. Modernos
Determinantes fisiológicos del impacto del
mejoramiento sobre el rendimiento potencial
Mayor índice de cosecha
Mayor número de granos
Año de Rendimiento Tallos
liberación (g m-2) (g m-2)
1920 319.9 839.1
1990 649.1 496.4
Diferencia + 329.3 - 342.7
Calderini et al. (1995)
Plant Breeding
Cambios en la partición de biomasa de cultivares
argentinos liberados en distintos años
Biomasa aérea
Indice de
área foliar
Aparición
de hojas y
macollos
Rendimiento
de
grano
Biomasa
Ren
dim
ien
to
R.I.
Bio
ma
sa
IAF
%R
I
Radiación
interceptada
acumulada
No. hojas
IAF
Tiempo térmico
No
ho
jas
Índice de cosecha
Eficiencia de
conversión
Coeficiente
de atenuación
lumínico
Expansión
foliar
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
I.C.
Ren
dim
ien
to (f)
Producción de Granos. Bases funcionales para su manejo (UBA)
NO
El número de granos fue el componente mejor
asociado con el rendimiento
Grain number (N°*1000 m-2)
Gra
in y
ield
(g m
-2) Argentina
Australia
India
Italy
Mexico
UK
0
200
400
600
800
1000
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
r= 0,88; p<0,001
Calderini et al. (1999)
Food Product Press
70
90
110
130
150
0 20 40 60 80 100
Year of release (from 1900)
Pla
nt he
ight (c
m)
(a)
70
90
110
130
150
0 20 40 60 80 100
Year of release (from 1900)
Pla
nt h
eig
ht (c
m)
(b)
70
90
110
130
150
0 20 40 60 80
Year of release (from 1900)
Pla
nt h
eig
ht (c
m)
(c)
70
90
110
130
150
0 20 40 60 80
Year of release (from 1900)
Pla
nt he
ight (c
m)
(d)
Altura de planta de cultivares de trigo liberados en distintos años
Argentina Reino Unido
Italia India
Calderini et al. (1999)
Wheat. Ecology and
Physiology …
Sadras & Lawson (2011)
Crop & Pasture Science
De
svío
de
l re
nd
imie
nto
(kg
ha
-1)
Año de liberación
Australia
Evaluaciones recientes de la ganancia genética
del rendimiento en trigo
Matus et al. (2012)
Chilean Journal of Agricultural Research
Acreche et al. (2012)
European Journal of Agronomy
Evaluaciones recientes de la ganancia genética
del rendimiento en trigo
España
Chile
Re
nd
imie
nto
(t h
a-1
)
Rendimiento Biomasa = Índice de
cosecha x
¿Es posible continuar incrementando el IC?
Órgano Máximo Reino Unido
teórico cv. ´70 cv. Consort
(%) (%) (%)
Granos (IC) 62 49 53
Capotillo 13 10 11
Hojas 10 10 9
Tallos 15 31 27
Adaptado de Foulkes et al. (2009)
Crop Physiology
Partición de la biomasa en el cultivo de trigo
Relación entre el rendimiento y la biomasa
y = 0.45x - 35.05 R² = 0.96
0
500
1000
1500
2000
2500
0 1000 2000 3000 4000
Biomasa (g m-2)
Rend
imie
nto
(g
m-2
) IC: 62% (Austin et al., 1980)
IC: 44%
IC: 50%
DE SE A
Altura de planta (cm)
Ren
dim
iento
70 100
Altura óptima de planta
Miralles & Slafer (1995)
Plant Breeding
Richards (1992)
Field Crops Research
Sadras & Lawson (2011)
Crop & Pasture Science
Shearman et al. (2005)
Crop Science
Desvío
de la b
iom
asa (
kg h
a-1
)
Año de liberación
Año de liberación
Bio
masa a
ére
a (
t ha
-1)
Australia
Inglaterra
¿La biomasa como el
motor de la ganancia
genética en trigo?
Bustos et al. (2013)
Field Crops Research
Rendimiento, biomasa e IC en líneas doble
haploide, parentales y Pandora
Relación entre el rendimiento y la biomasa
en las líneas doble haploide
Biomasa (g m-2)
Ren
dim
iento
(g
m-2
)
y = 0,56x - 178,26 R² = 0,80
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 1000 2000 3000 4000
Bustos et al. (2013)
Field Crops Research
García et al. (2013)
Crop Science
Rendimiento, Biomasa e IC en trigos primaverales
Argentina, Inglaterra, México y Chile 2 cultivares y 105 líneas doble haploides
Bustos et al. (2013)
Field Crops Research
Rendimiento, biomasa e IC en las mejores líneas
doble haploide, Pandora e Invento
Rendimiento y caracteres fisiológicos de 105 líneas DH
comparadas con sus padres y cultivares locales
Adaptado de Bustos et al. (2013)
Field Crops Research
0
400
800
1200
1600
2000
DH Bacanora &Weebil
Pandora &Invento
26% 44%
Re
nd
imie
nto
(g
m-2
)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
DH Bacanora &Weebil
Pandora &Invento
0
10
20
30
40
50
60
DH Bacanora &Weebil
Pandora &Invento
23% 19% 21%
Bio
masa
(g
m-2
)
Índic
e d
e c
osecha
(%)
Bustos et al. (2013)
Field Crops Research
Bases fisiológicas de la mayor producción de
biomasa de las mejores líneas doble haploide
Biomasa aérea
Indice de
área foliar
Aparición
de hojas y
macollos
Rendimiento
de
grano
Biomasa
Ren
dim
ien
to
R.I.
Bio
ma
sa
C4 - C3
Calidad de
la biomasa
IAF
%R
I
Radiación
interceptada
acumulada
No. hojas
IAF
Tiempo térmico
No
ho
jas
Indice de cosecha
Eficiencia de
conversión
Coeficiente
de atenuación
lumínico
Expansión
foliar
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
I.C.
Ren
dim
ien
to (f)
Producción de Granos. Bases funcionales para su manejo (UBA)
El aumento del rendimiento mediante el índice de
cosecha no tuvo mayores implicancias sobre la
demanda de los recursos (agua, nutrientes, etc.)
mientras que un mayor potencial de rendimiento
debido al incremento de la biomasa sí podría tenerlas
dependiendo de las diferentes eficiencias de captura
y conversión de los recursos
Se generaron 2 poblaciones DH
derivadas de los cruzamientos
Kambara x Bacanora (125) y
Bacanora x Kambara (111) en
INIA Carillanca por Javier
Zúñiga
Las poblaciones fueron
evaluadas junto a sus padres
en un experimento realizado
en la Estación Experimental
de la UACh mediante un
DBCA con 3 repeticiones
Días a floración de las líneas DH y sus padres
0
10
20
30
40
50
60
70
74 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
Nú
me
ro d
e o
bse
rva
cio
ne
s
Días entre siembra y antesis
Kambara
Bacanora
Genotipo Rendimiento (kg ha-1)
Rendimiento relativo (%)
Número de granos
P 1000
KxB 1 12538 20,1 25577 49,0
KxB 2 12507 19,8 25659 48,8
KxB 3 12452 19,3 26882 46,3
BxK 1 12415 18,9 28208 44,2
KxB 4 12233 17,2 29006 42,2
KxB 5 12143 16,3 25495 47,6
KxB 6 12072 15,7 27325 44,2
KxB 7 11940 14,4 25875 46,2
KxB 8 11866 13,7 22925 51,8
KxB 9 11769 12,8 25130 46,8
Kambara 10438 0 19077 54,7
Bacanora 8236 0,8 17595 42,4
Rendimiento y componentes de las diez mejores líneas DH
y los cultivares utilizados como padres
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
y = 0.51x - 35.95 R² = 0.92
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 10000 20000 30000
y = 0.46x + 564.05 R² = 0.81
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 10000 20000 30000
Biomasa aérea (kg ha-1)
Ren
dim
iento
(kg h
a-1
)
KxB BxK
Índice de cosecha KxB: 38-56 Relación Rendimiento-IC: R2= 0,14
BxK: 44-55 : R2= 0,11
Relación entre rendimiento y biomasa aérea en las líneas DH
KxB y BxK
Bacanora Kambara
Número de granos (m-2)
Rendim
iento
(kg h
a-1
)
KxB BxK
P1000 KxB: 40-55 Relación Rendimiento-P1000: R2= 0,0027
BxK: 37-53 : R2= 0,0033
Relación entre rendimiento y número de granos en las
líneas DH KxB y BxK
y = 0,39x + 1.661 R² = 0,86
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 10000 20000 30000 40000
y = 0,31x + 3.097 R² = 0,65
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 10000 20000 30000 40000
Bacanora Kambara
Peso G3 testigo (g)
Peso G
3 d
esespig
uill
ado (
mg)
KxB BxK
No se encontraron limitaciones importantes de fuente
durante el llenado en las líneas DH KxB y BxK
0
20
40
60
80
0 20 40 60 80
0
20
40
60
80
0 20 40 60 80
1:1 1:1
Mayor incremento de peso G3 KxB: 12,3%
BxK: 10,2%
Conclusiones
• El aumento poblacional constituye un desafío para
la agricultura en un escenario de cambio climático
y una agricultura de bajo impacto ambiental
• El aumento de rendimiento se ve como la vía más
efectiva de aumento de la producción de trigo
• El incremento del rendimiento deberá lograrse a
través de una mayor producción de biomasa pero
en algunos casos sería posible incrementar el IC
Conclusiones
• Los resultados obtenidos con líneas DH resultan
promisorios para incrementar el rendimiento en
ambientes de alto potencial como los del sur de
Chile
¡Muchas gracias!
