Evolución del Tipo de Planta, Potencial de Rendimiento y Ganancia Genética en el Programa de Arroz del CIAT, por Edgar Torres

1. Evolución del Tipo de Planta, Potencial
de Rendimiento y Ganancia Genética en
el Programa de Arroz del CIAT
Edgar Torres
Mejorador Programa de Arroz
Bogota, Agosto de 2013

2. Algunas Cifras
 Para satisfacer la demanda
proyectada, la produccion mundial de
arroz debe aumentar de 439 millones
de tm (arroz pulido) en 2010 a 496
millones en 2020 y a 555 millones en
2035
 Es decir 26% en los proximos 25 años.
 En Asia se requeriran 77 millones de
tm adicionales, en Africa 30 millones y
en America 9 millones; para un total
de 116 millones adicionales.
 Todo esto con menos area, mas
restricciones ambientales, cambio
climatico etc.
 A nivel mundial, se requiere un
crecimiento de 1,2% a 1,5% (60
kg/año) anual en el rendimiento entre
2010 y 2020, y de 1,0% a 12% despues
del 2020
Fuente: Documento GRiSP 2010

3. Region
Estado Actual (2010 - 2012)
Tasa de Crecimiento (%)
2000-2012
Area (ha x 1000) Prod (tn x 1000) Rto (tn/ha) Area Production Rto
Caribe 450 1508 3.35 1.77 0.90 -0.86*
America Central 302 1059 3.51 0.71 1.49* 0.79
America del Sur 4748 23745 5.00 -0.93 1.70* 2.63*
Tasas anuales de crecimiento en la produccion, area y rendimiento del 2000 al
2012 en el Caribe, América Central y America del Sur; y estado actual (promedio
2010-2012)
Datos: USDA-PSD
La investigación en Arroz ha contribuido a:
.- Seguridad alimentaria, especialmente para la gente pobre viviendo en las
grandes ciudades
.- Mas ingresos y aliviar la pobreza
.- Preservar areas fragiles

4. Rendimiento promedio (2010-2012) y tasas de crecimiento (2000-
2012) paises seleccionados en America 2000-2012
Pais Rendimiento
Tn/ha
Tasa de Crecimiento
2000-2012
URUGUAY 8.0 2.40*
PERU 7.2 1.00*
RIO GRANDE DO SUL 7.2 3.10*
ARGENTINA 6.8 1.10*
DOMINICANA 4.9 0.18
BRASIL 4.9 3.90*
COLOMBIA 4.8 -0.22
NICARAGUA 4.4 4.10*
GUYANA 4.3 1.10
VENEZUELA 3.9 -1.58*
SURINAM 3.8 0.08
COSTA RICA 3.4 -0.63
ECUADOR 3.1 -2.21*
BOLIVIA 3.0 2.80*
Datos tomados de USDA-PSD

5. Manejo del Agua-Riedo
Eliminar estres de sequia y
mejor manejo de malezas y
fertilizantes
Mejor Agronomia
Fecha de siembra
Densidad de siembra
Tratamiento de la semilla
Fertilizacion
Control de malezas
Rotacion de cultivos
Mejoramiento
Aumentar potencial de
Rto
Protejer el rendimiento
Agregar valor
Contribute to Rice Crop Ecoefficiency in Latin America …

6. 4
5
6
7
8
9
10
11
12
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
RendimientoTn-ha
Año
Evolucion del Rendimiento (tn/ha) en el Uruguay 1991-
2013.
tn/ha
Una vez se corrige la diferencia debida a la brecha en rendimiento es
necesario invertir en aumentar el rendimiento potencial mediante
mejoramiento genetico para crear una nueva brecha explotable
mediante agronomia

7. Como se determina el rendimiento en el Arroz
RENDIMIENTO EN GRANO
Número de granos llenos m2
Peso de los granos
Plantas m2
Paniculas m2
Granos/panícula % Fertilidad
VEGETATIVO REPRODUCTIVO MADURACION
germinacion
InicioMacollamiento
Máx,Macollamiento
Iniciodelprimordio
Llenadodelgrano
Madurezfisiologica
Floración
Cosecha

8. Las variedades de tipo semi-enano
La respuesta a la aplicación del Nitrogeno de dos
variedades semi-enanas IR8 y TN1 y Peta una
variedad alta durante la estación seca de 1966.
(Adaptado de Hargrove y Coffman 2006)
0
2
4
6
8
10
12
0 30 60 90 120
Nitrogeno Aplicado Kg/ha
Tons/ha
IR 8
PETA
TN1

9. El ideotipo del NTP estuvo basado en reducir el número de tallos no productivos e incrementar
el tamaño de la panícula, además de tallos fuertes, resistencia a enfermedades y sistema
radicular vigoroso. No hubo mayor ventaja en rendimiento debido a la baja producción de
biomasa y pobre llenado del grano
El nuevo tipo de planta del IRRI

10. El mejoramiento en el Programa de Arroz de Riego del
CIAT
Variable Coeficiente de
Regresión
R2
Floración 0.43 d yr-1 0.16
Rendimiento* 0.13 t ha-1 yr-1 0.56
Altura de Planta* 1.09 cm yr-1 0.70
Paniculas m-2 2.48 pan yr-1 0.08
Granos Panicula-1* 1.08 gran yr-1 0.45
Peso mil granos 0.25 gr. yr-1 0.24
Variable Coeficiente de
Regresión
R2
Floración 0.73 d dec-1 0.0
Rendimiento* 0.312 t ha-1 dec-1 0.89
Altura de Planta* 6.14 cm dec-1 0.95
Paniculas m-2 -50.78 pan dec-1 0.69
Granos llenos panicula-1 3.74 gran dec-1 0.43
Peso de mil granos* 1.07 gr. dec-1 0.93
Esterilidad (%) 4.55 % dec-1 0.85
Fuente: Cuevas-Perez et al , 1995
Fuente: Berrio et al , 2012.
La seleccion bajo siembra directa ha producido, comparado con el tipo semi-enano del IRRI:
Materiales de alto rendimiento, plantas altas, con menos paniculas, granos mas pesados y
mayor esterilidad.

11. Ideotipo FLAR para alto rendimiento
La estrategia del FLAR y el CIAT para
alto rendimiento se enfocó en
acumular caracteres que confieren
alto rendimiento en ambiente
favorecidos tales como:
 Altura intermedia
 Hojas erectas, verdes oscuro y con
senescencia lenta
 Tallos fuertes
 Paniculas largas
 Alta fertilidad
 Granos más pesados
Jennings et al, 2003.

12. Evaluación de la ganancia genética en
el programa de Arroz 2012A y 2012B
 17 variedades y líneas
 Dos semestres
 Cuatro repeticiones
 Siembra en pregerminado
 Eval rendimiento y componentes
de rendimiento
 Regresion

13. y = 58,21x - 107163
R² = 0,83
5000.0
6000.0
7000.0
8000.0
9000.0
10000.0
11000.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Kgha
Año liberación
Ganancia Genética y Evolución del Rendimiento 1950-2010

14. 300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Paniculasm2
Año
Evolucion del numero de paniculas por m2

15. 50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
110.0
120.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Espiguillasporpanícula
Año
Evolucion del número de espiguillas por panícula

16. 76.0
78.0
80.0
82.0
84.0
86.0
88.0
90.0
92.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Porcentaje
Año
Evolución del porcentaje de fertilidad

17. 40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Númeroporpanícula
Año
Evolucion del número de granos llenos por panícula

18. 30000.0
32000.0
34000.0
36000.0
38000.0
40000.0
42000.0
44000.0
46000.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Numeroporm2
Año
Evolucion del número de granos llenos por metro
cuadrado

19. y = 0,0888x - 152,93
R² = 0,57
19.0
20.0
21.0
22.0
23.0
24.0
25.0
26.0
27.0
28.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Gramos
Año
Evolución del peso de 1000 granos

20. y = 5,4276x - 8715,9
R² = 0,71
1600.0
1700.0
1800.0
1900.0
2000.0
2100.0
2200.0
2300.0
2400.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Gramosporm2
Año
Evolución de la producción de biomasa

21. y = 0,0015x - 2,5807
R² = 0,49
0.30
0.32
0.34
0.36
0.38
0.40
0.42
0.44
0.46
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Indice
Año
Evolución del Indice de Cosecha

22. 50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
110.0
120.0
130.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Centimetros
Año
Evolucion de la altura de la planta

23. 60.0
62.0
64.0
66.0
68.0
70.0
72.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Porcentaje
Año
Evolución del porcentaje de Blanco Total

24. 40.0
45.0
50.0
55.0
60.0
65.0
70.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Porcentaje
Año
Evolucion del Porcentaje de Grano Entero

25. 70.0
75.0
80.0
85.0
90.0
95.0
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Diasdesdelasiembra
Año
Evolución de los dias al 50% de floración

26. 5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
BB 50 1950 IR 22 1970 ORY 1 1982 ORY9 1987 FED50 1998 FED733 2007 FED Moc 2008 CT21375 2010
6.2
7.3
8.6
9.4
9.0
9.3 9.3
10.6
Toneladasporha
Variedad
Efecto del Mejoramiento Genético en el Rendimiento del Arroz en
Colombia

27. Mayor biomasa a la floracion 80% de la planta con hojas verdes
a la cosecha
Flowering
Menor numero de tallos y de
hojas pero hojas mas grandes
y tallos mas gruesos
Menos tallos y menor
mortalidad de los mismos
indicando poca competencia
entre la fuentes y el sumidero
CT21375 mostro mayor grosor del talle
y mayor remobilización de materia seca
CT21375 menor numero de tallos
pero mayor numero de granos
por panicula
CT21375 mostró paniculas mas grandes con mayor número de
ramificaciones secundarias y granos mas largos.
Comparando IR64 y CT21735:
• Mayor rendimiento para CT21735 (por 1 a 2 t/ha más)
• Igual vigor vegetativo pero mas carbohidratos no estructurales a floracion
• Igual duración del ciclo
Caracteres que confieren un alto potencial de rendimiento en CT21735
sampling dates until harvest

28. Identificación de
Genes
Aplicaciones de
Marcadores
Pre
Mejoramiento
Mejoramiento
de Elites
Mejoramiento en el programa de Arroz del CIAT: Una visión
integral
•Mapeo de QTLs
• Validación QTL
• Identificación de marcadores
funcionales OPA
•Retrocruzamientos
convencional y asistidos
• Seleccion Recurrente
• Selección genómica
• FLAR Trópico y Templado;
• HIAAL Híbridos;
• CIRAD-CIAT Suelos Ácidos
•MET-Socios
•Valor del carácter
• Protocolos de evaluación
• Identificación de donantes
• Desarrollo de poblaciones
• Secuenciación
• Validación de genes

29. Parentales
Fenotipo
MET
Pedigrees
Genotipo
NGS
SNP Chip
TABLUP/Optimas
F1
F2 500 Plantas por poblacion (25000 semillas)
~ 4000 lineas
SSD (3 ciclos)
F5Evaluacion (Yld.
GrQlty. Siembra y
cosecha mecanizada)
Evaluacion Hot Spots
Evaluacion MET
SNP Chip
Diseño de los mejores 50 cruces
Selection
Seleccion de 600
Lineas Elites
BLUP´s
Modelos con marcadores
para caracteres especificos
Matriz de parentesco
combinada con BLUP
Seleccion de los
mejores individuos
para ser fijados SSD
(Enriquecimiento F2)
5000 selected plants
Esquema propuesto para acelerar el mejoramiento
SNP Chip
Año
1
2
3
0
F6
300 seleccionadas

30.  El mejoramiento del manejo agronómico es el primer paso para lograr aumentos en la
producción explotando el potencial existente
 El enfoque en la adaptación especifica (ambientes homogeneos relevantes) tambien
contribuye a la explotacion del potencial de rendimiento.
 El rendimiento ha aumentado debido a incrementos en la producción de biomasa
 Asi mismo se ha aumentado el numero de granos por panicula y el peso de los mismos
 Se ha disminuido el numero de tallos por planta…. tenemos una planta más eficiente
 Se requiere un enfoque que integre las diferentes disciplinas y tecnologias en el desarrollo de
un producto orientado al mercado
 La ganancia genetica es determinada tambien por la duración de los ciclos de mejoramiento
al disminuir el ciclo de mejoramiento se espera aumentar la ganancia genetica
Conclusiones