Aspectos ecofisiológicos del progreso genético en maíz (Zea maiz

Área de Posgrado Ciencias de las Plantas y Recursos Naturales
Pre-proyectos de Tesis Ciclo 2009
Ecofisiología del rendimiento, en híbridos de maíz (Zea mays L.), liberados en las
últimas dos décadas.
Javier A. Di Matteo
Introducción
Estudios realizados en maíz, para estimar el progreso genético del potencial de rendimiento,
durante la segunda mitad del siglo XX, indican que los rendimientos potenciales se incrementaron
entre 0,7 y 1 qq ha-1 año -1, en EEUU y Argentina respectivamente (Russel, 1986; Duvick, 1984;
Andrade et al., 1996). En Argentina, durante las últimas dos décadas se observaron importantes
incrementos en los rendimientos medios de maíz, (FAO, 2007). Dado que la selección de los cultivares
se ha venido realizando en situaciones de altas densidades, con pruebas de nuevos híbridos en
diversos ambientes (Troyer, 1996), es de esperar un incremento a la tolerancia de estrés.
Los híbridos liberados hasta principios de la década del 90’ mostraron incrementos de rendimiento
en grano estrechamente asociados con el número de granos por planta (NGP) (Andrade et al., 1996;
Echarte et al., 2000; Tollenaar et al., 2000) y no con el peso de los granos (Echarte et al., 2005). El NGP
esta asociado a la tasa de crecimiento por planta (TCP) en el período crítico (Andrade et al., 1999; Vega
et al., 2000).
El mejoramiento genético, en maíz, ha incrementado la partición de biomasa hacia la espiga. Las
diferencias entre híbridos en el NGP fijados por unidad de TCP (NGP/TCP) fueron atribuidas a la
partición de materia seca hacia la espiga y no al número de granos fijados por unidad de tasa de
crecimiento de la espiga (TCE) durante el período crítico (Echarte et al., 2003). Como consecuencia,
estos híbridos tuvieron mayor habilidad para mantener alto el NGP, mientras los recursos disponibles
por planta decrecían, y mayores tolerancias a situaciones de estrés por altas densidades de plantación.
Los híbridos modernos son más tolerantes a estreses por altas densidades que los antiguos (Echarte et
al., 2000; Tollenaar & Lee, 2002). Híbridos recientemente lanzados y otros aún en etapa experimental
poseen la habilidad de mantener alto el NGP ante situaciones de estrés hídrico, aunque los
mecanismos ecofisiológicos utilizados por estas plantas aún no han sido dilucidados (De Santa
Eduviges, comunicación personal). La relación entre NGP y TCP cuando el crecimiento fue
modificado por distintos niveles de estrés hídrico fue similar a la relación obtenida cuando las plantas
se expusieron a estreses por distintas densidades de siembra (Andrade et al., 2002).
Existe una relación negativa entre el rendimiento final en grano y el intervalo entre antesis y
emergencia de estigmas (Edmeades & Daynard, 1979; Hall et al., 1982). Borras et al (2007) encontró
que mientras decrecía la TCP aumentaba dicho intervalo.
Los mecanismos ecofisiológicos responsables del rendimiento en grano del maíz, a través de las
décadas, están identificados para híbridos lanzados entre los años 1965 y 1993 (Echarte et al., 2003), sin
embargo, es necesario aún establecer claramente el impacto preciso de cada uno de ellos dentro de ese
gradiente positivo de rendimiento a lo largo de sucesivos híbridos genéticamente mejorados, en las
últimas dos décadas.
Objetivos
El objetivo de este trabajo es determinar los mecanismos ecofisiológicos responsables del aumento
de rendimiento en híbridos de maíz, lanzados por un mismo programa de mejoramiento genético,
entre 1993 y 2010, en Argentina.
Relacionar el número de granos por planta con la tasa de crecimiento de planta y de espiga, en el
período crítico, ante distintas densidades de siembra.
Relacionar la duración del intervalo entre la antesis y la floración femenina, con la tasa de
crecimiento de espiga.
Hipótesis
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La relación entre la tasa de crecimiento de espiga/tasa de crecimiento de planta (TCE/TCP), es
mayor en híbridos más recientes que en los híbridos lanzados en décadas pasadas.
La diferencia entre híbridos modernos y antiguos, en la relación TCE/TCP, se incrementa ante
aumentos en la densidad de plantas.
El intervalo entre antesis y emergencia de estigmas es mayor, en híbridos más antiguos que en más
modernos, a medida que la tasa de crecimiento de planta decrece.
Materiales y Métodos
Lugar de realización del ensayo y materiales
El ensayo se llevará a cabo en la EEA INTA Balcarce, Argentina (37º 45´S, 58º 18´O; elevación 130
m), durante las temporadas 2009-2010 y 2010-2011. Se utilizarán híbridos representativos de
diferentes décadas de lanzamiento de un programa de mejoramiento que representan incrementos
significativos en el rendimiento: DK664, DK682, AW190 y Exp.6905.
Diseño experimental
El experimento se ajustará a un diseño factorial en Bloques Completos Aleatorizados (DBCA) con
tres repeticiones, 4 híbridos de maíz y 4 densidades de de siembra (5, 8, 11 y 14 plantas m-2). La
unidad experimental contará con 4 surcos de 15 m de largo cada uno. Los muestreos y
determinaciones se realizarán sobre los dos surcos centrales de cada parcela. El experimento será
conducido sin limitaciones hídricas y nutricionales, libre de malezas y enfermedades.
Mediciones
Se registrarán datos fenológicos tales como: antesis (VT) y emergencia de estigmas (R1). El periodo
crítico para la determinación del número de granos, a considerar, se iniciara aproximadamente 15
días antes de floración femenina (R1) según la escala fenológica de Ritchie y Hanway (1982), y
finalizara 15 días después de la misma. La biomasa total y reproductiva, al inicio y al final del periodo
citado, será estimada indirectamente a través de la combinación de los muestreos destructivos y no
destructivos descriptos por Vega et al. (2001).
Muestreo Destructivo
Variables morfométricas: diámetro mayor y menor de la base del tallo, altura de la planta,
diámetro mayor de la espiga y largo de la espiga, se medirán en 10 plantas consecutivas por
repetición en cada uno de los tratamientos, al inicio y al final del periodo crítico. Inmediatamente
después de hechas las mediciones, las plantas serán cosechadas, dejando al menos un metro de
distancia entre los dos muestreos. Las plantas cosechadas serán secadas en estufa a 65 °C hasta peso
constante. Luego, se separará la o las espigas del resto de la planta y se pesarán de forma individual.
A partir de la información generada, se establecerán relaciones alométricas entre las variables
morfométricas de la planta, de la espiga, y su peso seco.
Muestreo No Destructivo
Antes de la floración femenina se identificarán de 10 a 15 plantas consecutivas en cada una de las
parcelas. En las densidades superiores, se identificarán 15 plantas, mientras que, en las densidades
inferiores se identificarán 10 plantas. De manera simultánea a cada uno de los muestreos destructivos,
sobre las plantas identificadas, se medirán las mismas variables morfométricas que se citaron para el
muestro destructivo. La biomasa de las plantas identificadas y de sus espigas se estimará usando las
relaciones alométricas generadas a partir del muestreo destructivo. A madurez, se determinara el
número, peso y humedad de los granos de cada planta identificada, individualizando la espiga
superior y la espiga inferior, si la hubiere. La TCPPC se estimara, estableciendo la relación entre la
biomasa aérea acumulada durante el periodo crítico y la duración de ese periodo.
Análisis del los datos
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Se utilizará el paquete estadístico ‘R Comander’ dentro del Programa estadístico ‘R’, para el
analisis de la varianza.
Bibliografía
Andrade, F.H., C. Vega, S. Uhart, A. Cirilo, M. Cantarero, and O. Valentinuz. 1999. Kernel number
determination in maize. Crop Science 39:453-459.
Andrade, F.H., A. Cirilo, S. Uhart, and M.E. Otegui. 1996. Ecofisiología del cultivo de maíz.
Dekalbpress, Buenos Aires, Argentina.
Andrade, F.H., L. Echarte, R. Rizzalli, A.I. Della Maggiora, and M. Casanovas. 2002. Kernel number
prediction under nitrogen or water stress. Crop Science 42:1173-1179.
Borras, L., M. E. Westgate, J.P. Astini, L. Echarte. 2007. Coupling time to silking with plant growth
rate in maize. Field Crops Research 102: 73–85.
Duvick, D. N. 1984. Genetic contributions to yield grain of U.S. hybrid maize, 1930 to 1980, pp. 15-47
En: W.E. Fehr (Ed). Genetic contribution to yield grains of five major crops plants. Crop Science
Society of America. Special Publication 7.
Echarte, L., S. Luque, F.H. Andrade, V.O. Sadras, A. Cirilo, M.E. Otegui, and C.R.C. Vega. 2000.
Response of maize kernel number to plant density in Argentinean hybrids released between 1965 and
1995. Field Crops Research 68:1-8.
Echarte, L., and F.H. Andrade. 2003. Harvest index stability of Argentinean maize hybrids released
between 1965 and 1993. Field Crops Research 82:1–12.
Echarte, L., F.H. Andrade, V.O. Sadras, P. Abbate . 2005. Kernel weight and its response to source
manipulations during grain filling in Argentinean maize hybrids released in different decades. Field
Crops Research 96: 307–312
Edmeades, G.O., T.B. Daynard. 1979. The development of plant-to-plant variability in maize at
different planting densities. Canadian Journal of Plant Science 59, 561–576.
FAO., 2007, Statistics. Rendimiento medio del cultivo de maíz en Argentina. [en linea]
<http://faostat.fao.org/site/567/DesktopDefault.aspx?PageID=567#ancor> [consulta: 20 junio 2007]
Hall, A.J., Villela, F., Trapani, N., C.Chimenti. 1982. The effects of water stress and genotype on the
dynamics of pollen-shedding and silking in maize. Field Crops Research 5, 349–363.
Russel, W. A., 1986. Contribution of breeding to maize improvement in the Unites Status, 1920s1980s. Iowa State Journal Research 61: 5-34.
Troyer, F. A.1996. Breeding widely adapted, popular hybrids. Euphytica 92, 163-174.
Tollenaar, M., L.M. Dwyer, D.W. Stewart. 2000. Physiological parameters associated with differences
in kernel set among maize hybrids. p.115-130. In M.A. Westgate and K.J. Boote (ed.) Physiology and
modeling kernel set in maize. CSSA Spec. Publ. 51, CSSA/ASA/SSSA, Madison, WI.
Tollenaar M., E. A. Lee. 2002. Yield Potential, yield stability and stress tolerance in maize. Field Crops
Research 75, 161–169.
Vega C., F. Andrade, V.O. Sadras, S. Uhart. 2000. Seed number as a function of growth a
comparative study in soybean, sunflower and maize. Crop Science 41: 748-754.
Vega, C.R.C., F.H. Andrade, V.O. Sadras, S.A. Uhart, O.R. Valentinuz. 2001. Seed number as a
function of growth. A comparative study in soybean, sunflower and maize. Crop Science 41:748-754.