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Conferencia magistral: Hacia el desarrollo de materiales genéticos
para enfrentar el cambio climático.
Hernán Mauricio Romero Angulo, PhD. Cenipalma
Hacia el Desarrollo de Materiales Genéticos para Enfrentar el Cambio
Climático Hernán Mauricio Romero, Ph.D.
Coordinador Programa de Biología y Mejoramiento, Cenipalma
Profesor Asociado, Departamento de Biología Universidad Nacional de Colombia
Octubre 1, 2014
4
Factores limitantes del crecimiento y producción en plantas
Potencial
Obtenible
Actual
Factores determinantes
CO2 Radiación Temperatura Fotoperiodo Carácterísticas del cultivo
Fisiología – fenología Arquitectura
Factores limitantes
Agua Nutrimentos
Elementos mayores Elementos menores
Compactación Salinidad Infiltración
Factores reductores
Malezas Enfermedades Plagas Contaminantes Calamidades
Nivel de Producción
Sit
uaci
ón d
e P
roduc
ción
Concentración histórica de CO2
Environment Canada
Efecto invernadero
GEI: vapor de agua, CO2, CH4, N2O, HCFC, HFC, etc.
Importancia: establecer soluciones al
incremento de GEI, (Mitigación /
Compensación) lo que implica su
Cuantificación
Efecto invernadero es un proceso de Calentamiento global o aumento progresivo y gradual de la temperatura
media de la superficie de la Tierra
El calentamiento global es el responsable del Cambio climático mundial: cambios significativos en los patrones
climáticos del planeta (temperatura y precipitación), así como en la frecuencia y severidad de eventos extremos
como huracanes, inundaciones, sequías (González et al., 2003).
¿Para qué contabilizar el C?
Huella de carbono: Balance emisión / captura de GEI Σ GEI emitidos por efecto directo o indirecto de un individuo, organización o producto durante un periodo de tiempo definido o en relación con una unidad de producto especificado.
1. Producto: PAS 2050 / ISO 14067; Organización: ISO 14069 / PAS 2060
2. “Indicador de IA → programa de reducción de emisiones”.
Contabilidad del C: HC vs. ACV Huella de Carbono
Huella de Carbono Determinación del potencial del cultivo de palma de aceite como sumidero de carbono para
disminuir los gases efecto invernadero.
1. Cuantificar el tiempo de intercambio neto de CO2 (NEE) entre el suelo, un cultivo adulto de palma de aceite y la atmósfera
2. Establecer la evapotranspiración de un cultivo adulto de
palma de aceite mediante la técnica de Eddy Covariance, y el balance de agua en el continuo suelo - palma de aceite – atmósfera.
3. Determinar la huella de carbono para la producción de una
tonelada de aceite de palma refinado
Medición de flujo = cuántas moléculas se mueven y con qué rapidez suben y bajan
Esquema de la técnica EC
Huella de Carbono
Huella de Carbono
Sistema EC - CEPV Analizador: 7200 CO2/H2O (cerrado) Anemómetro: Gill Wiindmaster Pro Sensores Biomet:
Radiómetro CNR4 Placas de flujo de calor Sensores temperatura del suelo Sensores de humedad del suelo Sensor para precipitación Sensor para humedad relativa Sensor para tempertura Sensor PAR Datalogger
Huella Hídrica
Huella de Carbono
Huella de Carbono
Huella de Carbono
Hoja 1 Hoja 9 Hoja 17 Hoja 25
ml
Importancia: establecer soluciones al incremento de GEI, (Mitigación / Compensación) lo que implica su
Cuantificación
Cálculo de la HC
Preliminar: Caracterizar el sistema productivo (RFF → CEPV, 2012)
Mantenimiento y cosecha
Crecimiento del cultivo
Producto Flujo de materia Flujo de energía Emisiones / Captura
Agua
Combustibles
Plaguicidas
Fertilizantes
Plantas Cambio uso de
suelo (CUS) Emisiones: Uso de fertilizantes
Residuos orgánicos (e inorgánicos)
Racimos de fruta fresca (RFF)
Emisiones: Quema combustibles
Emisiones: Uso de plaguicidas
Emisiones por CUS
CO2
HC: Definición de UF y Mapa del proceso
Unidad funcional (UF): 1 ton RFF
PB
Alcance: Límites del sistema
Etap
as y
pro
du
cto
s e
n la
cad
en
a p
rod
uct
iva
de
la p
alm
a d
e a
ceit
e
UF = 1 Ton RFF
Etap
as
Transformación industrial
Etapa de Extracción Elaboración de
materias primas y productos refinados
Etapa de Cultivo
Fruto de palma (RFF)
Aceite de palma crudo
Almendra de palma Aceite de palmiste
crudo Torta de palmiste
Prod
ucto
s
Aceite liquido comestible
Manteca
Margarinas
Grasas para freír,
confitería y helados
Jabones
Mezclas para alimentos
concentrados
Materias primas: Metil esteres
Alcoholes grasos Emulsificantes
Glicerol
Productos: Combustibles
(Biodiesel) Lubricantes
Pinturas Surfactantes
Elaboración de bienes de consumo básico e insumos para otras
industrias
Industria oleoquímica Fase agrícola Procesamiento industrial de aceites y grasas
Elaboración de materias primas y
productos para otros procesos
Agroindustria
Aceite de palma RBD
Oleína de palma RBD
Ácidos grasos
Aceite de palmiste RBD
Oleína de palmiste
RBD
Estearina de palmiste RBD
CEPV a PB
Inventarios: Emisiones directas
Agua suministrada : No hubo riego
Estudio de cambio de uso del suelo (CUS) Tipo y cantidad de fertilizantes: No se empleó fertilización orgánica.
Tipo y cantidad de plaguicidas, (insecticidas, herbicidas, fungicidas, desinfectantes, coadyuvantes)
Consumo de combustibles y lubricantes
Diesel: tractor, cable vía, camiones de transporte de fruto y bus
Lubricantes
Gasolina: guadaña, vehículos y motos del personal
PB Fruto vendido (ton) % Participación Distancia al CEPV (km)
Oleaginosas Las Brisas 1945 41,8 60
Extractora Central 289 6,2 50
Palmeras de Puerto Wilches 45 1,0 70
Extractora Monterrey 2371 51,0 80
Total 4648 100 -
GEI Después de 100 años
Dióxido de Carbono 1
Metano 25
Óxido nitroso 298
HFC-23 14800
HFC-125 3500
HFC-134a 1430
HFC-143a 4470
CFC13 10900
CFC12 4750
Bromuro de metilo 1400
Factor de emisión: Cantidad de GEI relativos a una unidad de actividad y expresada como CO2eq → Ecoinvent (IPCC, 2007). CO2 equivalente (CO2eq): Unidad de comparación de la fuerza de radiación (potencial de calentamiento global) de un GEI con el dióxido de carbono. Potencial de calentamiento global
Cálculo de la HC (SimaPro versión 7.0)
CO2eq → “moneda de normalización” CO2eq = masa de un GEI dado x potencial de
calentamiento global. Ej: 1 ton CH4 = 25 ton CO2eq
Importancia agrícola
RESULTADOS
Cambio de uso de suelo (CUS)
Se asume un promedio de contenido de C en la
biomasa del 45% (Henson, 2005)
Cambio en el carbono almacenado debido al CUS
Tiempo de pago: 22 años
* Biomasa en pie del bosque de bosques secundarios tropicales: Ortiz y Kanninen (2000) ** Biomasa para el agroecosistema de la palma: palma (dosel, estípite, bases peciolares, inflorescencias, racimos, raíces) + coberturas + MO asociada (hojas e inflorescencias masculinas podadas) Henson et al., (2012a)
Parte Componente
t C·ha-1
Bosque fragmentado con
vegetación secundaria
Sistema de palma
de aceite
Subterránea COS 52,9 67,4
Aérea Planta + Coberturas + MO 50,0* 50,9**
Total (t C·ha-1) 102,9 118,3
Cambio (t C·ha-1) +15,4
Fuente: Henson et al., 2012a
Estimación de MS del agroecosistema de la palma
Producción máxima de biomasa
Edad (años) 21
Biomasa max (t /ha) 113,1
Biomasa Palma (t /ha) 96,95
Biomasa Hojarasca (t /ha) 10,03
Biomasa Coberturas (t /ha) 6,13
Comparación por captura de C entre diferentes alternativas de sistemas de uso de la tierra (SUT).
(Castilla, 2004).
Captura de C por la palma de aceite
SUT Duración
(años)
Reserva de carbono (t C·ha-1)
Bajo Medio Alto Diferencia entre
Bosque primario Pastura Bosque primario - 192 230 276 - -201
Cultivo / barbecho 4 32 34 36 -196 +5 SAF complejo 25 – 40 65 85 118 -145 +56
SAF simple 15 65 74 92 -156 +61 Palma de aceite 25 - 30 82 100 120 -130 +70
Palma de aceite en Colombia 2012: 452.435 ha sembradas ►el 87%
estuvo previamente ocupada por cultivos anuales y pasturas, <0,2 % fueron
zonas pantanosas (Henson et al., 2012b).
El cultivo no reemplazó bosque virgen u otras reservas naturales (<13%)
Gran productividad + Alto potencial de captura de CO2 (GEI) +
Crecimiento anual en área sembrada del 10% = Cultivo promisorio en
la mitigación del cambio climático
Balance de C (HC): 1 ton RFF
Actividad Balance (Kg CO2 eq / ton RFF)
Secuestro Emisiones
Captura del cultivo 724
Fertilización N química -75
Transporte RFF -17
CUS -16
Plaguicidas -1
Remanentes* -9
Subtotal 724 -118
Neto 606
Remanentes: trasporte y la tracción del tractor, el bus, el cable vía y los automóviles
Sembrar palma de aceite sobre tierras de menor acumulación de
biomasa.
Incrementar el rendimiento de RFF mediante mayores eficiencias
de producción (adopción de mejores prácticas agrícolas).
Sembrar coberturas al establecimiento del cultivo: contribución
de 200 kg N·ha-1 en el primer año después de trasplante, y
gradualmente va disminuyendo hasta cero en el 5º - 6º año
(Hashim et al., 2011).
Hacer uso racional del nitrógeno = < emisiones N2O
HC: Una oportunidad de mitigación de GEI
HC: Una oportunidad de mitigación de GEI
Aplicar más fertilizantes nitrogenados de origen orgánico (tusas
y/o lodos y/o compost). La aplicación de estos productos puede
reducir la necesidad de fertilización química (Henson, 2004).
Usar biodiesel de palma como sustituto de los combustibles
fósiles: reduce las emisiones de GEI en un 87 % (Yañez et al.,
2011).
Producir biocarbón: reduce la pérdida de C almacenada in situ por
25 años, disminuye el hábitat de insectos plaga (Strategus aloeus y
Rhynchophorus palmarum) e incrementa la fertilidad del suelo (>
COS, > K, > P, < Al3+ , > actividad microbiológica) (Garzón, 2010).
34
Factores limitantes del crecimiento y producción en plantas
Potencial
Obtenible
Actual
Factores determinantes
CO2 Radiación Temperatura Fotoperiodo Carácterísticas del cultivo
Fisiología – fenología Arquitectura
Factores limitantes
Agua Nutrimentos
Elementos mayores Elementos menores
Compactación Salinidad Infiltración
Factores reductores
Malezas Enfermedades Plagas Contaminantes Calamidades
Nivel de Producción
Sit
uaci
ón d
e P
roduc
ción
LIMITACIONES Toxicidad de aluminio Déficit hídrico Inundaciones Altas temperaturas Plagas Enfermedades
Efecto del ambiente en la productividad de palma de aceite
(Henson, 1997)
C= (R0 x RI x E x IC) x (T x P) C: Rendimiento agronómico de la especie cultivada. R0: Radiación solar fotosintéticamente activa (RFA) que incide en el dosel. RI: Fracción de RFA interceptada por el dosel. E: Eficiencia fotosintética del cultivo, normalmente expresada como unidad de materia seca producida por unidad de RFA. También conocida como Uso Eficiente de la Radiación Solar (UERS). IC: Indice de cosecha, expresado como la relación entre el rendimiento agronómico y el rendimiento biológico de un cultivo. T: Temperatura media del aire, durante el periodo de crecimiento P: Precipitación, o en su defecto cantidad de agua disponible para aplicar en forma de riego.
Distribución de asimilados en palma de aceite
Fotosíntesis y producción
02468
10121416
0 5 10 15Racimos por palma
Foto
sínt
esis
(µm
ol/m
2 /s)
(Henson, 1990)
Factores que afectan la productividad de la palma
Elemento Climático
Altamente adecuado
Adecuado Moderad. adecuado
Inadecuado
Precipitación (mm/año) 2000 -2500
2500 - 3000 1700 - 2000
3000 - 4000 1400 - 1700
> 5000 < 1100
Temperatura (oC) 26 – 29
29 – 32 23 – 26
32 – 34 20 – 23
> 36 < 20
Epoca seca (meses) 0 1 2-4 > 6
Radiación solar diaria
(MJ /m2) 16 – 17
17 – 19 14 – 16
19 – 21 11 – 14
> 23 < 8
Viento (m/s) < 10 10 – 15 15 – 25 > 40 (Goh, 2000)
Fotosíntesis de palma de aceite sembrada en diferentes zonas palmeras
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
AAR TESTIGO GOLDEN HOPE GUTHRIE
Material
Foto
sínt
esis
(µm
ol m
-2 s
-1)
Norte Occidental Oriental Central
AGUA
ESTRÉS HÍDRICO EN PALMA
ANEGAMIENTO
Anegamiento
Figura 1. Precipitación en porcentajes con respecto al promedio multianual entre: A. enero y diciembre de 2010, y B. enero y septiembre de 2011. Fuente Ideam, 2012.
A. B.
• Colombia: inundaciones en 1’000.000 ha cerca de un millón de hectáreas de cultivos y actividad ganadera → pérdidas en 200.000 ha.
• Palma de aceite: inundaciones en aprox. 40 mil ha → caída en el rendimiento de aceite, de 3.4 a 3.0 t / ha + propagación de enfermedades en algunas zonas
Fotografías: O Obando, 2010
Determinar el efecto del anegamiento sobre la fisiología de plántulas de palma de aceite.
Objetivos
Fotografía: O Obando, 2010
Metodología
A B
C
D
C
A
Condiciones hídricas del suelo evaluadas durante el ensayo: A. Déficit (T1); B. Capacidad de campo (T2); C. Hipoxia (T3); D. Anoxia (T4).
C
B A
Determinaciones a los 30 y 60 ddt: • Intercambio de gases (Fotosíntesis,
respiración) y relaciones hídricas (transpiración y UEAE) → en hoja número 3 (IRGA - LI-6400)
• Crecimiento vegetativo: altura, NHojas, PST y AF.
• Contenido nutricional: N, P, K, Ca, Mg, B, S, Na, Fe, Mn, Zn → en hoja número 3 (LAFS)
• Respuesta bioquímica: compuestos de ajuste osmótico, actividad SAE y SANE , contenido de etileno, AO, ácido láctico y alcohol dehidrogenasa → en hoja número 3 (LFBV)
Metodología
Promedios con letras distintas son significativamente diferentes, según Tukey (P<0,05).
Resultados: Intercambio de gases
Factor Nivel
Fotosíntesis máxima
diaria
(μmol CO2 m-2 s-1)
Fotosíntesis máxima
potencial
(μmol CO2 m-2 s-1)
Eficiencia fotosintética
(μmol CO2. mol foton-
1)
32 ddt 66 ddt 66 ddt 66 ddt
Condición
hídrica
Anoxia 8,97 a 8,40 a 10,48 a 0,0192 a
Hipoxia 7,88 a 8,60 a 10,74 a 0,0198 a
CC 8,96 a 9,69 a 10,45 a 0,0185 a
DH 4,35 b 2,80 b 1,40 b 0,0033 b
Línea
embriogénica
LE 33-7 8,05 a 6,94 a 7,96 a 0,0143 a
LE 28-59 7,82 a 7,45 a 8,15 a 0,0152 a
LE 16-79 6,75 a 7,72 a 8,70 a 0,0162 a
Respuesta fotosintética de tres líneas embriogénicas sometidas durante 32 y 66 días a diferentes condiciones hídricas del suelo.
Interacción Condición hídrica vs. Línea embriogénica no significativa.
Resultados: Intercambio de gases
Figura 4. Respuesta de la fotosíntesis de tres líneas embriogénicas a la radiación fotosintéticamente activa (RFA) sometidas durante 66 días a diferentes condiciones hídricas del suelo.
Resultados: Relaciones hídricas y Respiración del folíolo Relaciones hídricas y respiración foliar de tres líneas embriogénicas sometidas durante 32 y 66 días a diferentes condiciones hídricas del suelo.
Interacción Condición hídrica vs. Línea embriogénica no significativa.
Promedios con letras distintas son significativamente diferentes, según Tukey (P<0,05).
Factor Nivel
Transpiración
(mmol H2O m-2 s-1)
UEA
(mmol CO2 mmol-1 H2O)
Respiración del
folíolo
(μmol CO2 m-2 s-1)
32 ddt 66 ddt 32 ddt 66 ddt 66 ddt
Condición
hídrica
Anoxia 2,28 a 2,48 a 0,00391 b 0,00340 b 0,088 ab
Hipoxia 2,12 a 2,80 a 0,00372 b 0,00305 b 0,080 b
CC 2,40 a 2,96 a 0,00373 b 0,00331 b 0,067 b
DH 0,88 b 0,72 b 0,00496 a 0,00396 a 0,125 a
Línea
embriogénica
LE 33-7 1,99 a 2,08 a 0,00424 a 0,00379 a 0,092 a
LE 28-59 2,03 a 2,33 a 0,00402 a 0,00349 a 0,098 a
LE 16-79 1,75 a 2,38 a 0,00397 a 0,00366 a 0,080 a
Apariencia de tres líneas embriogénicas sometidas durante 66 días a diferentes condiciones hídricas del suelo. De izquierda a derecha: anoxia, hipoxia, capacidad de campo y déficit.
Resultados: Crecimiento vegetativo
Neumatóforos en Euterpe oleracea. (Tomado de Granville, 1974).
Resultados: Formación de neumatóforos
C
D
Apariencia de los neumatóforos desarrollados en la condición de hipoxia, al cabo de 60 días. A. Presencia de neumatóforos en la superficie del suelo; B. Neumatóforos una vez lavados; C. Vista ampliada.
Línea
embriogénica
T3: Hipoxia T4: Anoxia
Diámetro (mm) Cantidad (#) Diámetro (mm)
Min Max Min Max Min Max
LE 33-7 0,46 1,27 8 70 0,56 1,05
LE 28-59 0,67 1,19 11 79 0,61 1,20
LE 16-79 0,32 1,10 15 75 0,63 1,11
Características de los neumatóforos presentes en tres líneas embriogénicas sometidas a condiciones de hipoxia y anoxia durante 60 días.
A B
C
Resultados: Formación de neumatóforos
A
C
D
F E
B
Apariencia de los neumatóforos desarrollados en la condición de anoxia: A. Lámina de agua sin presencia de neumatóforos, 1 ddt; B. Presencia de neumatóforos, 20 ddt; C. Desarrollo de los neumatóforos a partir de raíces
primarias; D. Neumatóforo individual; E. Ápice del neumatóforo (10x); F. Estructuras semejantes a lenticelas (10x).
E D
B A
Resultados: Formación de neumatóforos
Estandarización de la metodología para evaluar el efecto del estrés por anegamiento → etapa de vivero.
Conclusiones
Saturación del suelo: NO afectó la Fotosíntesis… Pero
Mayor crecimiento en términos de altura, número de hojas, área foliar y acumulación de masa seca total,
< Crecimiento = > Tasas de respiración (foliar + mantenimiento de los neumatóforos), + limitaciones en la absorción y trasporte de nutrientes.
Anegamiento→ una de las condiciones favorables de la PC, “al ser el agua el medio ideal para la producción de esporangios y la movilidad de las zoosporas de Phytophthora infestans, su agente causal (Martínez et al., 2010)”
SEQUIA
Productividad y déficit hídrico anual (IRHO)
6
10
14
18
22
26
0 200 400 600 800
Déficit hídrico anual
RFF
(t/h
a añ
o)
(Caliman and Southworth, 1998)
Producción de un mismo material (LM2T x DA10D) en tres diferentes zonas con diferentes climas, palmas de
6 a 10 años
Aek Kwasan Indonesia
La Me, Costa de Marfil
Akpadanou Benin
Déficit hídrico anual (mm) RFF (Kg. / palma año) No. racimos año Peso de racimos (Kg.) % TEA % Frutos / racimo % Mesocarpo / fruto % Aceite / racimo
50 205 16.6 12.4 22.5 61 79 54
350 110 10.4 10.0 20.4 60 78 52
550 50 6.0 8.2 21.8 60 78 55
(Henson, 1998)
Resultados
Ambiente Genotipos Años (2007-2012) Años (2011-2012)
RFF NR PMR AR AMF AF MF FR PMF
Hacienda
Ariguani
No riego
Dami 68,3 10,6 6,3 32,1 56,4 9,6 82,5 69,0 11,8
DxN 86,0 11,7 7,0 29,5 56,1 9,7 79,9 65,7 7,9
Felda 71,4 11,8 5,7 31,8 56,5 10,0 80,8 69,7 9,7
GH 80,2 10,6 7,3 33,4 59,2 8,4 84,1 67,1 10,4
Guthrie 102,1 11,9 8,2 31,0 55,8 8,8 83,6 66,4 8,9
UP 91,4 11,7 7,5 32,5 56,9 7,8 84,1 67,9 11,0
Media 83,2 11,4 7,0 31,7 56,8 9,1 82,5 67,6 10,0
Suramerica Riego a
saturación cada
20 días
Dami 157,9 20,1 8,0 32,1 57,7 9,2 83,9 66,3 13,0
DxN 170,2 20,2 8,2 29,8 58,2 9,6 79,3 64,5 9,5
Felda 157,8 22,2 7,1 31,9 57,8 9,4 81,0 68,0 10,5
GH 130,7 17,0 7,4 30,8 58,1 9,3 82,1 64,7 11,5
Guthrie 141,6 18,3 7,4 31,9 58,7 8,3 84,0 64,7 12,1
UP 150,4 18,4 8,1 32,5 58,2 7,8 85,5 65,1 12,5
Media 151,4 19,4 7,7 31,5 58,1 8,9 82,6 65,6 11,5
BUSQUEDA DE MATERIALES GENETICOS TOLERANTES AL DEFICIT HIDRICO
3
1
2
4
5 1. Caixito2. Sumbe 3. Cabinda4. Benguela5. Uige
Figura. Mapa con zonas de colecta de E. guineensis en Angola
Distancia minima 1-5 291.189 km Distancia maxima 3-4 793.518 km
Familias
Colección biológica de E. guineensis de Angola
11
14
16
18
19
23
24
28
33 34
35 38
39
41
52
57 58
59
310
9
10
11
12
13
14
15
16
9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0
Épo
ca s
eca
Época lluviosa
Fotosíntesis Máxima (µmoles CO2 *m-2*s-1)
11
14
16
18
19
23
24
28
33
34
35
38
39
41
52
57 58
59 310
0,0030
0,0033
0,0036
0,0039
0,0042
0,0045
0,0048
0,0030 0,0033 0,0036 0,0039 0,0042 0,0045 0,0048
Épo
ca s
eca
Época lluviosa
UEA (mol CO2/mol H2O)
Caixito
Sumbe
Cabinda
Benguela
Uige
Zona geográfica No. Familias
Análisis de
racimos Componentes de
Rendimiento Molecular
Caixito 9 571 287 88
Sumbe 8 473 242 100
Cabinda 11 723 354 119
Benguela 6 323 175 58
Uige 9 575 295 90
Total 43 2.665 1.353 455
3 años para análisis de racimos 5 años para rendimiento 30 marcadores microsatélites
Morfogronómica Molecular
Información
Introducción El objetivo de este trabajo fue seleccionar palmas tipo Dura las
cuales pudieran incluir el máximo de diversidad genética presente en la colección completa.
Introducción
Angola x Polen Ybi
Su progenie será evaluada frente a la PC, déficit hídrico, aluminio, ML
Obtención y almacenamiento de semillas Cuarto
Frío
Almacenamiento de aproximadamente 800 semillas por cruzamiento
Accesiones: 44
Cruzamientos: 8 por accesión
Total Cruzamientos: 352
El manejo relacionado con sistemas de riego, implican una alta inversión económica, además de una exigencia de los criterios técnicos para la selección de estos sistemas (debilidad para el pequeño palmicultor).
Discriminar materiales de palma de aceite que posean diferentes grados de tolerancia al DH,
▼ Mejor aprovechamiento de las zonas
sembradas y aumento de la producción.
Por tanto este trabajo permitirá:
Potenciales hídricos del suelo : -0,042 -1,0 durante 60 días
+ =
Sensores Datalogger
Mantener tensiones hídricas constantes
Control de la cantidad y Tiempo de riego
1. Tratamientos: Control de la tensión hídrica del suelo
Cu
rva de reten
ción
de h
um
edad
del
suelo
emp
leado
y = 21,826x-0,131 R² = 0,9935
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
Hum
edad
(% p
s)
Potencial hídrico (MPa)
2. Determinaciones
• Potencial fotosintético → Sistema portátil de fotosíntesis Li-Cor 6400
Respuesta de la fotosíntesis a la intensidad solar, transpiración, uso eficiente del agua (UEA), respiración
• Potencial hídrico del foliolo → Bomba de Scholander
• Fluorescencia de clorofila → Sistema
portátil de fotosíntesis Li-Cor 6400
• Contenido de clorofila → SPAD
Apariencia de los materiales dos meses después de sometidos a diferentes potenciales hídricos del suelo
U1273
U1937 U1914
U1859
-2,0 MPa
0,0
0,3
0,5
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
U1273 U1859 U1914 U1937
-1,0 MPa
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
U1273 U1859 U1914 U1937
-0,042 MPa
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
U1273 U1859 U1914 U1937
-0,5 MPa
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
U1273 U1859 U1914 U1937
4. Intercambio gaseoso: Curvas de luz
Foto
sint
esis
(μm
ol C
O2.m
-2.s
-1)
Nótese la reducción en la tasa fotosintética a
medida que se incrementa el potencial
hídrico
PAR (μmol cuanta.m-2.s-1)
4. Intercambio gaseoso: Fotosíntesis
b
c
d
a
b
b
d
c
c
c
a
a
0
2
4
6
8
10
12
14
16
-0,042 -0,5 -1,00Foto
sínt
esis
máx
ima
(μm
ol C
O2·
m-2
·s-
1 )
Potencial hídrico del suelo (MPa)
U1273 U1859 U1914 U1937
Tolerancia al DH CONCLUSIONES
Respuesta de los materiales está en función de la condición de humedad del suelo 1. Condición: Capacidad de campo
Potencial hídrico de la planta (foliolo) vs. UEA Respiración vs. Fotosíntesis
Tolerancia al DH CONCLUSIONES
Respuesta de los materiales está en función de la condición de humedad del suelo 2. Condición: DH,
Potencial hídrico de la planta (foliolo) vs. UEA Respiración vs. Fotosíntesis
U1273
U1859
U1914
U1937
0,0030
0,0035
0,0040
-2,10 -1,90 -1,70 -1,50 -1,30
UEA
(mm
ol C
O2·m
mol
-1 H
2O)
Potencial hídrico del foliolo (MPa)
DH
SFF SDF MLI MLINT MLA
Variación en la fotosíntesis máxima en materiales cercanos de palma de aceite bajo diferentes condiciones de déficit hídrico
Caracterización de genes relacionados con la respuesta a estrés hídrico en palma de aceite
Flujo de trabajo de RNA-Seq
• RNAlater (Qiagen, Germany); guardar muestras Muestreo de hojas(n=4 plantas como pool)
• RNAqueous-4PCR, (Ambion, USA); extraer RNA total Extracción de RNA (n=3 pools; 2: pools RNA-Seq, 1 pool: RT-qPCR)
• TruSeq RNA Sample Preparation Kit V2 (Illumina, USA); sintetizar cDNA para secuenciación Preparación de librerías de cDNA
• HiSeq2000 (Illumina, USA); Macrogen, Seoul, Corea al Sur Secuenciación (In equipo)
• Bowtie2; Mapeo, ContigExpress, NY, USA
• Quake; correccion; SOAPdenovo-Trans, ensamblaje de novo Mapeo y ensamblaje de novo
• Blast+, KOBAS 2.0, BiNGO Anotación, Gene Ontology (GO)
• HTseq, DESeq, cuantificación de expresión diferencial • KOBAS, GO/Pathway enrichment;
• MapMan, BiNGO, GeneMANIA , redes, mapas, etc.
Análisis expresión diferencial
Mapa: visión general del Metabolismo
Por programa: MapMan
Mapa: Estreses
Por programa: MapMan
Las redes de términos de GO
Procesos biológicos
Funciones moleculares Componentes celulares
Por programa: BiNGO
La red de genes relacionados a estrés hídrico
Por programa: GeneMANIA
Susceptible vs Tolerante
Transcript Gene
T_003109 AT3G12580|HSP70|heat shock protein 70-4
T_002935 AT1G28380|NSL1|protein necrotic spotted lesions 1
T_046535 AT5G03720|HSFA3|heat shock transcription factor A3
T_051452 AT5G25610|RD22|dehydration-responsive protein RD22
T_000310 AT1G04920|SPS3F|sucrose-phosphate synthase
T_001315 AT5G54650|Fh5|formin-like protein 5
T_001738 AT5G66850|MAPKKK5|mitogen-activated protein kinase kinase kinase 5
T_001071 AT4G17940||tetratricopeptide repeat domain-containing protein
T_000721 AT1G53090|SPA4|SPA1-related 4 protein
T_003433 AT5G47900||hypothetical protein
Cómo acelerar la llegada de esos materiales a los palmicultores?
1. Determinar la tolerancia de los materiales comerciales a sequía o anegamiento
2. Acelerar la búsqueda de fuentes de tolerancia (colecciones biologicas) e implementar programas de Selección Asistida por Marcadores Moléculares
3. Clonación 4. Transgénesis
GRUPO DE INVESTIGACION
• Edison Daza • Maria Yuli González* • Jonathan Camperos • Yurany Rivera • Cristihian Bayona • Leonardo Moreno* • Seyed Jazayeri • Rodrigo Avila
PROGRAMA DE BIOLOGIA DE LA PALMA Y FITOMEJORAMIENTO