Bases funcionales y gen é ticas de la respuesta al estr

Bases funcionales y genéticas de la
respuesta al estrés en el cultivo de Maíz
Dr. G. A. Maddonni
([email protected])
Cátedra de Cerealicultura FA-UBA
IFEVA-Conicet
Dr. G. A. Maddonni
Concepto de estrés en Fisiología vegetal
Cualquier factor biótico o abiótico que reduce la tasa de algún
proceso fisiológico (ejemplo crecimiento) por debajo de la tasa
máxima que podría alcanzar ( Lambers et al., 1998)
Tipos de estrés
Estrés biótico: incidencia de plagas, enfermedades, malezas
Estrés a-biótico: reducción en la oferta de agua, nutrientes, luz
Dr. G. A. Maddonni
Efectos de un estrés abiótico sobre el
crecimiento del cultivo de maíz
Crecimiento
Radiación interceptada
Eficiencia en el uso de la radiación
Radiación incidente
Eficiencia de intercepción
Índice de área foliar
Cantidad de hojas
Tamaño de las hojas
Dr. G. A. Maddonni
Efectos de un estrés abiótico sobre el crecimiento
del cultivo de maíz
IAF Período con Estrés
6
6
IAF
Con riego
Con N
4
4
Sin riego
2
Sin N
2
0
0
80
40
120
Días desde la siembra
adaptado de Otegui (1992)
0
0
20 40 60 80 100 120
Días desde emergencia
Uhart y Andrade (1995)
El estrés hídrico y nutricional reducen el IAF por un menor
tamaño de las hojas y una mayor senescencia.
Dr. G. A. Maddonni
Efectos de un estrés abiótico sobre el crecimiento
del cultivo de maíz
Eficiencia de intercepción (%)
Con N
90
Sin N
3000
Biomasa total (g m-2)
Con N
2500
2000
EUR 2.68 g /MJ
Sin N
1500
45
1000
EUR= 1.92 g /MJ
500
FF
0
0
Días desde emergencia
200 400 600 800 1000
PAR interceptado (MJ m-2)
Adaptado de Uhart y Andrade 1995
El menor tamaño de IAF compromete la captura de luz y con
ello el crecimiento. Puede haber también caídas en la
eficiencia en el uso de la radiación.
Dr. G. A. Maddonni
Efectos de un estrés abiótico sobre el rendimiento
del cultivo de maíz
Momento
Intensidad
Rinde (Tn/ha)
10
8
6
4
2
0
0
Fuente. Hall, 1984
100
300
400
200
Déficit alrededor de floración (mm)
Fuente: Sadras y Calviño, 2001
El efecto de un stress abiótico sobre el rendimiento depende
del momento de su ocurrencia y de su intensidad.
Dr. G. A. Maddonni
Efectos de los estreses abióticos sobre el
rendimiento del cultivo de maíz
Fecha de siembra: 15 de Setiembre,
Serie Laboulaye perfil cargado de agua
Rindes sin limitación de agua y N
Rindes secano sin limitación de N
21000
Rindes secano y N 130 kg/ha
18000
Kg/ha
15000
12000
9000
6000
3000
0
71
74
77
80
83
86
Año
89
92
95
98
101
J. Mercau - Sistemas de Producción - Cereales - FAUBA
Dr. G. A. Maddonni
Efectos de un estrés abiótico sobre el número de
granos del cultivo de maíz
Rendimiento/m2
Número granos/m2 x Peso de los granos
N° granos/planta x N° de plantas/m2
Tasa de crecimiento de la planta (+-15d de FF)
Captura de luz x Eficiencia en el uso de la radiación
Dr. G. A. Maddonni
Efectos de un estrés abiótico sobre el número de
granos del cultivo de maíz
N° granos/pl
750
Rinde (q/ha)
150
500
100
25
0
50
Efecto del estrés
0
3
6
Tasa de crecimiento (g/pld)
Andrade et al., 1996
9
El efecto de un stress abiótico sobre el crecimiento de las
plantas alrededor de floración, determina el N° de granos y
con ello el rendimiento alcanzado.
Dr. G. A. Maddonni
Diferencias genotípicas en la fijación de granos
ante un estrés
AX889
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
N° granos/pl
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
Con N
Sin N
Efecto del estrés
0
2
4
6
8
Tasa de crecimiento (g/pld)
10
AX252
N° granos/pl
Efecto del estrés
0
2
4
6
8
10
Tasa de crecimiento (g/pld)
D´Andrea et al., 2008
Ante un estrés algunos híbridos presentan sólo caídas en el
crecimiento de las plantas, mientras que en otros también se
evidencia una menor fijación de granos por unidad de
crecimiento (menor partición).
Dr. G. A. Maddonni
Diferencias genotípicas en la fijación de granos
ante un estrés
Número de granos/pl
900
AX877
Rossini (tesis doctoral)
800
700
600
9 pl/m2 Con N
9 pl/m2 Sin N
12 pl/m2 Con N
12 pl/m2 Sin N
500
400
300
200
100
Efecto del estrés
0
0
2
4
6
Tasa de crecimiento (g/pld)
8
10
Ante un estrés algunos híbridos alcanzan tasas de crecimiento
que no permiten fijar granos (esterilidad).
Dr. G. A. Maddonni
Diferencias genotípicas en la fijación de granos
ante un estrés. Biotecnología.
900
747
747MG
747RR
747MGRR
Número de granos/pl
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
2
4
6
Tasa de crecimiento (g/pld)
8
10
Laserna (tesis doctoral)
Los híbridos convencionales y transgénicos mantiene la
misma relación NGP vs TCP. La ventaja pasaría por mantener
la cantidad de espigas/m2 y sostener similares tasas (bajo CV)
ante un estrés biótico.
Dr. G. A. Maddonni
Atenuación del estrés y fijación de granos
0.35
0.3
AX877
Sin N
Con N
NGP= 509; CV=0.28
NGP=337; CV=0.54
Frecuencias
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
100
200
300
400
500
600
700
Número de granos/pl
Rossini (tesis doctoral) en base a Edmeades y Daynard, 1979
800
Densidades 9 y 12 pl/m2
bajo riego
La reducción del estrés aumenta el NG promedio y disminuye
las diferencias entre las plantas del stand (menor CV).
Dr. G. A. Maddonni
Atenuación del estrés y fijación de granos
0.3
Con estrés hídrico. NG/pl= 219, CV=0.72
Con riego. NG/pl= 342, CV=0.38
AX820
Frecuencias
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
80
160
240
320
400
480
560
Número de granos/pl
Rossini (tesis doctoral) en base a Edmeades y Daynard, 1979 Densidades 9 y 12 pl/m2
La reducción del estrés aumenta el NG promedio y disminuye
las diferencias entre las plantas del stand (menor CV).
Dr. G. A. Maddonni
Para una misma densidad…
1800
AX877 = 1634 e
AX877
2
1600
Rinde/m2 (g/m2)
AX820
-1,83x
R = 0,62
1400
1200
1000
AX820 = 1256e
800
R = 0,74
-1,22x
2
600
Densidades 6, 9 y 12 pl/m2
400
200
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
CV Rinde / pl
Elaborado a partir de Rossini. M. (Tesis de Doctorado) en base a Tollenaar y Wu, 1999
La reducción de la variabilidad del rendimiento individual de
las plantas se traduce en un mayor rendimiento del lote.
Dr. G. A. Maddonni
Implicancias para el manejo
Densidad x ambiente
Densidad x genotipo
Densidad x fecha de siembra
Dr. G. A. Maddonni
Implicancias para el manejo:
I. Densidad x ambiente
1600
SIN DEFICIENCIA
8
déficit en
70 días
-150 mmalrededor de
floración
4
Bajo
AW190
1400
Rendimiento (g/m2)
Rendimiento (tn/ha)
12
1200
Media Loma
1000
800
600
Loma
400
200
0
0
50.000
75.000
100.000
Densidad (pl/ha)
Fuente: Andrade, et al 1996.
0
2
4
6
8
10
12
Densidad (pl/m2)
Fuente: Maddonni, et al 2009
El manejo de la densidad de siembra es una alternativa válida
para mitigar los efectos del riesgo hídrico.
Dr. G. A. Maddonni
14
Implicancias para el manejo:
I. Densidad x genotipo
900
Adaptado de Echarte et al., 1993
800
Nº de granos /pl
700
600
1. Aumento del NG potencial
500
400
300
200
100
2. Cambios en la pendiente
Híbrido antiguo (1978)
Híbrido moderno (1993)
0
0
2
4
6
3. Menor umbral de esterilidad
Tasa de crecimiento (g/pl d)
8
El mejoramiento ha permitido incrementar los techos de
rendimiento por una mejora en el rendimiento potencial (1) y
en la tolerancia al estrés (2 y 3).
Dr. G. A. Maddonni
Implicancias para el manejo:
I. Densidad x genotipo
Rendimiento (g/m2)14,5%
800
CREA Zona Ambientes de baja calidad
Norte
700
600
Tolerancia ca. 9%
Aumento
del rendimiento
500
400
300
Misma densidad
200
AX886MG
100
LT622
0
0
2
4
6
8
10 12 14
Densidad de siembra (pl/m2)
16
18
Un cambio del potencial, incrementa significativamente los
rendimientos alcanzados pero no implica grandes cambios en
la densidad (Ejemplo distintos híbridos nuevos).
Dr. G. A. Maddonni
Implicancias para el manejo:
I. Densidad x genotipo
Zona Norte Ambientes de alta calidad
Rendimiento (g/m2)14,5%
1400
1200
Aumento
del rendimiento
1000
800
600
400
Aumento de la
densidad objetivo
200
DK765
DK752
0
0
2
4
6
8
10 12 14
Densidad de siembra (pl/m2)
16
18
Pagano y Maddonni, 2007
Cambios en la tolerancia impactan significativamente en los
rendimientos alcanzados e implican un incremento de la
densidad de siembra (híbridos viejos vs nuevos) .
Dr. G. A. Maddonni
Implicancias para el manejo:
I. Densidad x fecha de siembra
5
28/11
IAF
26/10
24/9
3
1
40
80
120
Días desde siembra
Maddonni y Otegui, 1996
Ante un atraso en la fecha de siembra que favorezca el
desarrollo vegetativo (e.g. maíces tardíos vs tempranos en
zonas templadas), la densidad de siembra
disminuir.
Dr. G. debe
A. Maddonni
En resumen:
•El rendimiento del cultivo de maíz es la sumatoria del rinde
individual de las plantas de un stand.
•Para una cierta cantidad de plantas, la oferta de recursos
(agua, luz, nutrientes), determinará el crecimiento individual
de las plantas, a través de la captura de luz y eficiencia en el
uso de la misma.
•El crecimiento de cada planta alrededor de floración
determinará la fijación de granos, la cual es genotipo
dependiente.
•El alivio del estrés, ya sea por un mejor manejo del agua y de
los nutrientes y/o por la adecuada elección de la densidad,
disminuirá la variabilidad del crecimiento entre las plantas,
impactando positivamente en el rendimiento del lote.
Dr. G. A. Maddonni