1. XVIII Congreso de Técnicos Azucareros de Centroamérica ATACA 2010 5 al 8 de julio El Salvador Tendencias de la Investigación en Caña de Azúcar a Nivel Mundial Dr. Mario Melgar CENGICAÑA , Guatemala
2.
3.
4. Source: Ometto, J.C. Países con caña de azúcar + 100 países + 20 millones has 1,300 millones TM azúcar
5. The present energy model is based on ever-increasing demand and the perpetuation of fossil fuels Mtoe = Million tons of oil equivalent Fuente: Yakovlev, V., 2008 Source: IEA, WEO, Reference scenario, 2002 and 2007.
9. Forecast of biofuels production Central Analyst Review Group Mtons Biodiesel Bioethanol from cellulose Bioethanol from starches and sugars % world transport fuels Fuente: Yakovlev, V., 2008
14. Figura 1. Niveles de producción y prácticas agronómicas o tecnologías con potencial para proteger o incrementar el tonelaje (Adaptado de Moore, P. 2005). Control de Malezas, Plagas y Enfermedades, Fertilización Riegos, Manejo de suelos Variedades, Densidad de siembra Actual Obtenible Potencial Teórico TCH 90 110 160 200 Biotecnología, Agricultura de precisión Tecnologías para cerrar brechas de rendimiento OPORTUNIDADES:
15. Historical yield data for specific crops in various countries. (a) Historical yields of rice in Japan from 800 to 1950 A.D. and wheat in England from 1200 to 1950 (modified from Evans, 1975). The 2000/2001 average yields of these crops in various countries are superimposed along the historical yield curves (2000/2001 yield data from USDA-NASS, Agricultural Statistics Handbooks, 2004, <http://www.usda.gov/ nass/pubs/agr04/acro04.htm>). Fuente: P. Moore (2005) (b) Three-year simple moving average of yields of U.S. maize fitted to a smoothing function (data from USDANASS Agricultural Statistics Handbooks, 2004, <http://www.usda.gov/nass/pubs/agr04/acro04.htm>).
16. Historical yield data for cane sugar production Data points are simple 3-year running averages. The best-fit smoothed curves were calculated from equations shown. (a) Hawaii (data from Hawaiian Sugar Manual 1995, Hawaiian Sugar Planters’ Association) (b) Australia (data from Cox et al., 2000) (c) Louisiana (data from Tom Tew, USDA, ARS, Sugarcane Station, Houma, LA, ttew@srrc.ars.usda.gov). Fuente: P. Moore (2005)
19. Evolución de la Productividad FUENTE: CENICAÑA, 2004. Desarrollo de un sistema interactivo de información en Web con enfoque de agricultura especifica por sitio. Serie Técnica No.34 . Cali, Colombia.
20. TENDENCIA INTERNACIONAL DE LA INVESTIGACIÓN CAPITAL CONOCIMIENTO TRABAJO TIERRA Fuente: Gorey y Dorat (1996) y Bueno (1999) Fuente: Tarazona, J. Evolución de la Economía y Desarrollo ERA DEL CONOCIMIENTO ERA INDUSTRIAL ERA AGRÍCOLA
21. Gasto en I+D como porcentaje del PBI por países - 2002 Fuente: Tarazona, J. FUENTE: CONCYTEC “Perú ante la sociedad del Conocimiento – Indicadores de CTeI 1960 – 2002”
24. Rendimiento de azúcar (t/ha) 2008 USA 9.1 MEXICO 9.3 GIATEMALA 12.2 COLOMBIA 14.6 BRASIL N.E 6.5 BRASIL C.S 9.4 SUDAFRICA 6.6 INDIA 7.9 TAILANDIA 7.3 AUSTRALIA 11.5 CHINA 9.5 SWAZILANDIA 13.9 SUDAN 10.8
26. Centros de investigación de caña de azúcar País Centro Website Brasil Centro de Tecnología Canavieira (CTC) http://www.ctcanavieira.com.br/site/ CanaVialis http://www.canavialis.com.br/ Instituto Agronómico de Campinas (IAC) http://www.iac.sp.gov.br/UniPesquisa/Cana/Cana.asp Rede Interuniversitária para Desenvolvimiento do Setor Sucroacooleiro (RIDESA) http://www.ridesa.com.br/ Colombia Centro de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia (CENICAÑA) http://www.cenicana.org/ Estados Unidos USDA-ARS Sugar Cane Field Station, Canal Point Florida http://www.ars.usda.gov/Main/site_main.htm?modecode=66-25-00-00 USDA-ARS Sugarcane Research Unit, Houma, Louisiana http://www.ars.usda.gov/main/site_main.htm?modecode=64-10-00-00 Guatemala Centro Guatemalteco de Investigación y Capacitación de la Caña de Azúcar (CENGICAÑA) http://www.cengicana.org China Yunnan Sugarcane Research Institute (YSRI) http://www.ysri.net.cn/english/SugarcaneIndustry.htm India Vasantdada Sugar Institute (VSI) http://www.vsisugar.com/ Indian Institute of Sugarcane Research (IISR) http://www.iisr.nic.in/ Tailandia Mitr Phol Sugarcane Research Center http://www.mitrphol.com/en/02_business/04_research.php Sudáfrica South African Sugarcane Research Institute (SASRI) http://www.sasa.org.za/sasri_overview615.aspx Sudán Sudanese Sugar Company, Sugarcane Research Center Guneid (SCRC) http://sugarcaneres.sd/enn/profile.htm Australia Bureau of Sugar Experiment Stations (BSES) http://www.bses.org.au Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) http://www.csiro.au/science/SugarResearch.html
28. Factores limitantes y áreas estratégicas de investigación y desarrollo País Factores limitantes Áreas estratégicas de investigación y desarrollo AMERICA Brasil 1. Falta de Variedades de amplia adaptación y para cosecha mecanizada , 2. Legislación ambiental (aprobación de proyectos y quemas), 3. Plagas asociadas con cosecha mecanizada 1. Desarrollo de variedades, 2. Mecanización intensiva (siembra y cosecha), 3. Variedades transgénicas (más sacarosa, tolerancia a herbicidas y sequía y resistencia a plagas y enfermedades) Colombia 1. Costo de la tierra y mano de obra, 2. Costo de siembra e irrigación, 3. Contenido de Trash en cosecha en verde, 4 Legislación ambiental 1. Desarrollo de variedades adaptadas a ambientes específicos, 2. Agricultura específica por sitios, 3. Manejo de riego y fertilización, 4.Diagnóstico de patógenos y control biológico de plagas, 5. Caña energética Estados Unidos 1. Factores abióticos: sequía, tormentas, huracanes y salinidad, 2. Factores bióticos: enfermedades y plagas, 3. Legislación ambiental, 4. Manejo de residuos en cosecha mecanizada 1. Desarrollo de variedades, 2. Alianzas entre industria azucarera, universidades y Departamento de Agricultura, 3. Caña energética, 4. Biología molecular Guatemala 1. Variedades, 2. Costo de la tierra, 3. Plagas 1. Desarrollo de variedades, 2. Manejo Integrado de Plagas, 3. Agronomía (Fertilización Riegos, Malezas y Madurantes), 4. Transferencia de Tecnología, 5.Tecnologías de información (SIG), 6. Biología Molecular (Marcadores moleculares, diagnostico molecular de enfermedades)
29. Factores limitantes y áreas estratégicas de investigación y desarrollo País Factores limitantes Áreas estratégicas de investigación y desarrollo AFRICA Mauricio 1. Ciclones, 2. Sequías, 3. Áreas rocosas, 4. Topografía, 5. Alto costo de producción 1. Desarrollo de variedades (alto rendimiento, resistencia a enfermedades, capacidad de rebrote y para cosecha mecanizada), 2. Caña energética, 3. Biología molecular, 4. Valorización de coproductos (cogeneración, etanol celulósico, biopolímeros y rones), 5. Mecanización, 6. Manejo fitosanitario, 7. Transferencia de tecnología Sudáfrica 1. Topografía, 2. Precipitación pluvial baja (950 - 1100 mm), 3. 43,500 pequeños cañicultores (<10ha) 1. Desarrollo de variedades, 2. Protección del cultivo, 3. Biología molecular (selección asistida por marcadores, transgénesis), 4. Optimización de recursos (nutrición, riegos, modelación) Sudán 1. Temperatura limita acumulación de sacarosa 1. Desarrollo de variedades, 2. Protección del cultivo, 3. Agronomía (Fertilización, malezas)
30. Factores limitantes y áreas estratégicas de investigación y desarrollo País Factores limitantes Áreas estratégicas de investigación y desarrollo ASIA China 1. Sequías cada dos o tres años, 2. Manejo del Cultivo Bajo condiciones de sequía 1. Riego por goteo, 2. Variedades resistentes a sequía, 3. Preparación del Suelo, 4. Época de siembra, 5. Capacitación a productores, 6. Cruces Intergenéricos ( Erianthus, S. spontaneum ), 7. Biología molecular (marcadores moleculares y transgénesis), 8. Semilleros, 9. Manejo de la Vinaza, 10. Fijación Ecológica de nitrógeno, 11. Madurantes, 12. Control Biológico de Plagas India 1. 63% de pequeños cañeros (<5 HA), 2. Dosis bajas de fertilizantes, 3. Enfermedades, 4. Temperaturas 1. Variedades, 2. Cultivos intercalados, 3. Control biológico de plagas, 4. Manejo de fertilizantes, 5. Microirrigación Tailandia 1. Sequías, 2. Fertilidad de suelos, 3. Manejo de los suelos, 4. Topografía, 5. Variedades, 6. Manejo 1. Desarrollo de variedades, 2. Manejo de fertilizantes, riegos y malezas, 3. Control biológico de plagas, 4. Transferencia de tecnología, 5. Tecnologías de información OCEANÍA Australia 1. Precios bajos a nivel internacional, 2. Costos de producción, 3. Baja productividad (estructura del suelo, compactación y Biología del suelo), 4. Presión ambiental (vecindad con arrecifes), 5. Enfermedades (Carbón, Roya Naranja, Fiji) 1. Sistema agrícola (costos de insumos, eficiencia de operación, y sostenibilidad), 2. Labranza Mínima, 3. Rotación con leguminosas, 4. MIP, 5. Aplicación de nutrientes, 6. Biología Molecular, 7. Calidad de la caña (parámetros de calidad)
31. Fuente : Carlota Pérez, Dinámica de la Innovación y oportunidades de crecimiento Julio 2004 . https://www.u-cursos.cl/ingenieria/2005/1/IN78U/1/.../63998
32. Tendencias tecnológicas en caña de azúcar Área Actualmente en desarrollo Mediano plazo Mejoramiento genético Mejoramiento tradicional Cruzas insterespecíficas e intergenéricas Caña energética Biotecnología: Selección asistida por marcadores moleculares Caña transgénica Manejo de limitantes bióticos (Plagas, enfermedades y malezas) Manejo Integrado de Plagas Diagnóstico de enfermedades Manejo de malezas Estrategias para los cambios en la evolución de plagas, enfermedades y malezas Biocontrol Biología molecular Caña transgénica Silenciadores de genes Diagnóstico molecular de enfermedades Manejo de los recursos naturales (Ecoeficiencia) Manejo del suelo Manejo integrado del agua Sistema de información agrometeorológico Cultivos complementarios para biocombustibles Mecanización (siembra, cosecha) Nuevos fertilizantes Cosecha de agua Agricultura de precisión (GPS, GIS, Sensores remotos) Tecnologías de información y comunicación (Internet, teléfonos, celulares)
33. Mejoramiento genético País Inicio Siglas Convenio de cooperación (2009) Indonesia, Java 1892 POJ Barbados 1889 B Francia, Reunión 1889 R Australia, Queensland 1890 Q Mauricio 1891 M USA, Hawai 1904 H Cuba 1905 C Argentina, EEAOC 1909 NA India, Coimbatore 1912 CO USA, Florida 1918 CP USA, Louisiana 1925 L Sudáfrica, Natal 1928 N Puerto Rico 1931 PR México, IMPA 1943 MEX Brasil, COPERSUCAR 1957 SP, CTC Taiwán 1959 F, ROC Brasil, PLANALSUCAR, RIDESA 1968 RB Colombia, CENICAÑA 1977 CC Costa Rica, DIECA 1982 LAICA Guatemala, CENGICAÑA 1992 CG Tailandia, MitrPol 1996 MT Ecuador, CINCAE 1998 EC, ECSP Brasil, CanaVialis 2003 CV
42. Fuente: J. Mullet., Agrilife Research Texas A&M System.
43.
44. Sorghum “Wide Hybridization” New sorghums Sorcanes Sorghum × Sugarcane (e.g.) Type of Crop? Sugar and Biofuel Biomass Vegetative crop Seed crop New sugarcanes Both backcrosses Most are likely to be sterile Other backcrosses Fuente: J. Mullet., Agrilife Research Texas A&M System.
45. Se denominan variedades energéticas a aquellos individuos, preferentemente F1, originados de cruzamientos entre Saccharum officinarum y Saccharum spontaneum y otros géneros, que utilizan con eficiencia la energía solar y poseen una alta producción de biomasa, tanto en tallos como en caña integral y que presentan además, un grupo de características botánicas muy favorables que las hacen aptas para crecer vigorosas en suelos de mediana fertilidad, en condiciones de secano y producen el doble de materia seca por área, que las variedades productoras de azúcar y cinco veces más la materia seca de los bosques energéticos precoces, son resistentes a plagas, enfermedades y condiciones adversas y poseen el doble de fibras que las variedades tradicionales, con aceptables contenidos de sólidos solubles y más baja humedad (2). Fuente: E. Peña, UIP, Cuba Caña Energética
51. Avances en la comprensión del control de la expresión de los genes y más progresos en (1) La manipulación de las rutas metabólicas y (2) Adición de nuevas características de alto valor (ej., producción de colágeno). Progresos rápidos en acuerdos de Investigación. Primeras liberaciones de Mej. de Precisión. Variedades resistentes a: químicos, plagas y enfermedades. Pruebas finales de clones con mayor sacarosa y productos alternativos. Pruebas iniciales de resistencia a sequía y frío. Liberación de variedades con características de alto valor y con resistencia a factores abióticos, tales como sequía, frío y salinidad. Primeras liberaciones de variedades con alta azúcar. Expresión transgénica controlada. 2022 2017 2012 2007 PRODUCTOS BIOTECNOLÓGICOS EN CAÑA DE AZÚCAR Fuente: F.C. BOTHA, Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technol., Vol. 26, 2007
58. BENEFICIOS DE LOS PRODUCTOS BIOTECNOLÓGICOS Salamanca R. 2009. La adopción de la biotecnología agrícola y sus perspectivas para México
59. Salamanca R. 2009. La adopción de la biotecnología agrícola y sus perspectivas para México
60. Caña de azúcar Brasil: Para el 2015, una variedad transgénica que produzca 15% más sacarosa. Australia: Producción del doble de azúcar en una misma planta (sacarosa + isomaltulosa). Producción de bioplásticos. Sudáfrica: Manipulación del metabolismo para que la planta acumule más sacarosa en el tallo. EE UU: Texas: Resistencia a Mosaico, a herbicida. Investigación para producción de colágeno, insulina. FUENTE: Area de Biotecnología, CENGICAÑA
61. Caña de azúcar Característica Transgénica Países Tolerancia a herbicidas Glufosinato Glifosato Imidazolinona Australia, Brasil, Cuba, EE UU, Mauricio, Sudáfrica Brasil, EE UU, Sudáfrica Brasil Resistencia a insectos plaga Mediada por Bt Inhibidores de proteinasas Brasil, Cuba, Sudáfrica Brasil, Sudáfrica Resistencia a enfermedades Escaldadura foliar Virus del Mosaico Síndrome Amarillamiento Foliar Enfermedad de Fiji Australia Australia, Brasil, EE UU, Sudáfrica Brasil, Colombia Australia Otros Metabolismo de los carbohidratos Enzimas farmacéuticas Simbiosis con BFN Biofortificación Australia, EE UU EE UU Brasil China, Japón
62. Cano, C.G. 2009. “La dominancia alimentaria” de la política monetaria y la relevancia de la biotecnología
63. Perez, R. 2007. Transgénicos y desarrollo agrícola. Michigan State University Brasil tiene 20 laboratorios trabajando en ingeniería genética de caña como fuente para biocombustible. Desde 2002 han venido secuenciando el Genoma completo de la caña en búsqueda de mayor productividad. Japón lanzará en el futuro su Mega Caña para producir cantidades superiores de biomasa como plataforma para sus problemas de energía y combustibles. Energía y Transgénicos
67. HISTORIA Y TENDENCIAS EN LA INVESTIGACIÓN DEL CONTROL DE PLAGAS Fuente: Programa MIP CENGICAÑA 2009. Enfoque Enfasis en el uso de pr á cticas culturales y mecanicas. Sintesis de insecticidas inorg á nicos (Ars é nico, mercurio, cobre). Descubren propiedades insecticidas a compuestos org á nicos S í ntesis y uso intensivo de insecticidas de amplio espectro. Se documenta la resistencia de las plagas a ciertos insecticidas Uso racional de los insecticidas e inclusi ó n de otros m é todos de control, bajo el criterio del nivel de da ñ o econ ó mico. Surgen nuevas mol é culas de efecto espec í fico en insectos. El control biol ó gico con enemigos naturales (parasitoides, depredadores y entomopat ó genos) se intensifica como estrategia para el cuidado del medio ambiente. Fomento de muchos bioinsecticidas Mayor é nfasis en la transformaci ó n gen é tica de plantas con resistencia a insectos y un manejo con principios ecol ó gicos. Los avances tecnologicos en la qu í mica, bioqu í mica,conducta, neurofisiolog í a, gen é tica molecular y la ingenier í a gen é tica, dispondr á n de productos menos peligrosos para e hombre y el ambiente. Fases La era ancestral con enfoque tradicional (1750-1930) La era de los insecticidas (1930-1975) Era del Manejo Integrado de plagas (1975-2000) Era del Manejo integrado con transformaci ó n gen é tica (2000 en adelante) Eventos Revoluci ó n agr í cola en Europa (1750-1880) Reconocimiento de las propiedades insecticidas del DDT (1939) Se incrementan las investigaciones que combinan estrategias en el "Manejo integrado de plagas" Estudios de antibioisis. Presencia de toxinas o alcoloides en la planta. Ausencia de animo á cidos o nutrientes y fagoestimulantes esenciales. Aparecen primeros libros y art í culos dedicados al control de plagas (principios de 1800) La revoluci ó n verde (1950-1965). Desarrollo generalizado de la resistencia al DDT y otros insecticidas Inicio de la incorporaci ó n de genes de resistencia a Lepidopteros (Bt). Cambios en las leyes para uso de incescticidas. Bloqueo de feromonas sexuales en insectos. Univ. De California, Proceedings of Natural Academy of Sciences. USA. Agosto/2004. Introducci ó n de los compuestos org á nicos sint é ticos (1930) Introducci ó n de los conceptos del Nivel de da ñ o econ ó mico y Control Integrado (Stern y Smith, 1959) Surgen nuevos insecticidas con efecto espec í fco como Reguladores del crecimiento (Tebufenozide) y extractos org á nicos Deformaciones severas en termitas despu é s de la muda, causado por la ingestion de insecticida que afecta genes espec í ficos en el insecto. Univ. Florida. Mayo 2008. Desarrollo de la s í ntesis de cipermetrinas, permetrinas y piretroides (1975) Surgen compuestos que alteran el comportamiento de los insectos (feromonas, kairomonas, repelentes, atrayentes, etc) Insectividas selectivos para determinada especie de insectos (Thiamethoxan, Diamida antranilica). Retoman proyecto de la t é cnica del insecto esteril (2003).
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70. 1980 1990 2000 2010 Desarrollo de la tecnología de control y manejo de malezas Fuente: Área de Malezas , CENGICAÑA 2009
72. ECOEFICIENCIA Es la obtención de más producto agrícola en términos de cantidad y calidad con menos insumos: tierra, capital, trabajo, agua, nutrientes y energía. Ecoeficiencia es un término multifactorial, que es maximizada cuando los factores de producción se aproximan a su óptimo. Keating, B. et al., 2010 Crop Sciencie, Vol. 50 109:119 Ejemplos de Ecoeficiencia Ejemplos de Ecoineficiencia País Cultivo Factor Indicador Estados Unidos Maíz Nitrógeno De 42 kg/kg en 1980 a 57 kg/kg en 2000 Australia Trigo Agua Eficiencia del uso del agua De 15.2 a 16.9 kg ha -1 mm -1 Pa í s Cultivo Factor Indicador China Cereales Nitr ó geno 20 kg /kg (26 millones de Tm de N/a ñ o, exceso estimado 12 millones) Asia Arroz Agua
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76. Tendencias en el manejo de aguas 1990 2000 2010 FUENTE: Area de Riegos, CENGICAÑA
91. FUENTE: J.l. Olivério, V.B. Carmo, and M.A. Gurgel. 2010. The DSM-Dedini sustainable mill: A new concept in designiing complete sugarcane mills. In : Proceedings XXVII ISSCT Congress, Veracruz, México
92. FUENTE: J.l. Olivério, V.B. Carmo, and M.A. Gurgel. 2010. The DSM-Dedini sustainable mill: A new concept in designiing complete sugarcane mills. In : Proceedings XXVII ISSCT Congress, Veracruz, México
93. FUENTE: J.l. Olivério, V.B. Carmo, and M.A. Gurgel. 2010. The DSM-Dedini sustainable mill: A new concept in designiing complete sugarcane mills. In : Proceedings XXVII ISSCT Congress, Veracruz, México
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95. ROTACION Crotalaria juncea (45 dds) Biomasa fresca: 35.1 Tm/ha N Hoja: 3.29 % N acumulado en la biomasa: 235 KgN/ha Suelo Molisol humedo Intercalacion Canavalia ensiformis Biomasa fresca: 19.2. N hoja: 3.52 %. Acumulacion de N en biomasa aerea: 117 kg N/ha Suelo Andisol superficial FUENTE: Area de Fertilización. CENGICAÑA
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97. Principales derivados de la caña Fuente: GEPLACEA. La Diversificación de la Agroindustria de la Caña de Azúcar. América Latina y el Caribe. México 1991.
98. Alternativas de recolección, manejo (densificación) y transporte Figura 9 . Rotoenfardadora con el fardo obtenido. Fuente: EEAOC, Tucumán, Argentina.
99. Alternativas de recolección, manejo (densificación) y transporte Figura 12 . Enfardadora en funcionamiento y fardo prismático elaborado. Fuente: EEAOC, Tucumán, Argentina.
101. Potencial de los Derivados de la Caña de Azúcar y Subproductos Fuente: GEPLACEA. La Diversificación de la Agroindustria de la Caña de Azúcar. América Latina y el Caribe. México 1991.
102. UTILIZACIÓN DE BIOMASA PARA GENERACIÓN DE AZÚCAR Y SUBPRODUCTOS Biomasa de caña de azúcar Efluentes de bioplásticos Herramientas biotecnológicas Energía solar Biofertilizantes co 2 Moléculas de valor agregado Fábrica Caña y desechos Biofertilizantes Exporación de azúcar Vinaza Plantas de Cogeneración Destilería de Etanol Etanol Alcohol (licor), etc. Bagaso y desechos Vapor y energía eléctrica Azúcar Productos alimenticios Jugo de caña Melaza Vapor y energía eléctirca Solventes Fábrica de Bioplásticos Vapor y electricidad co 2 co 2 Azúcar Bioplasticos co 2 Hojas y desechos Efluentes
107. Sostenibilidad de las Agroindustrias Azucareras (casos: Australia, Sudáfrica, Brasil) Sostenibilidad: “El desarrollo sostenible es el desarrollo que satisface las necesidades de la generación presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades”.
116. Invertir en conocimiento produce siempre los mejores intereses. Benjamín Franklin, 1772 Compartir conocimiento lo multiplica. Si usted da dinero, tiene menos; si usted da conocimiento, tiene más. Mario Melgar, 2010 If you want to go quietly, go alone. If you want to go far, go together. Al Gore, 2009