EFECTO DE BAJOS SUMINISTROS DE AGUA EN EL COMPORTAMIENTO AGRONÓMICO E INDUSTRIAL DE NUEVOS GENOTIPOS DE ARROZ (Oryza sativa L.) OBTENIDOS POR DIFERENTES MÉTODOS DE MEJORA

 

Effect of low water supplies on agronomical and industrial behaviourof new rice (Oryza sativa L.) Genotypes obtainedby different improvement methods

 

M.Sc. Elizabeth Cristo,^I Noraida de J. Pérez Leon,^I Anayza Echevarría Hernández,^II Dra.C.María C. González Cepero,^III M.Sc. Regla M. Cárdenas Travieso, ^IV Dra. Elsa Ventura Crescencio Bazaldúa^V

^I Investigadoras Auxiliares de la Unidad Científico Tecnológica de Base Los Palacios, carretera La Francia, km 1½, LosPalacios, Pinar del Río.
^II Especialista de la Unidad Científico Tecnológica de Base Los Palacios, carretera La Francia, km 1½, LosPalacios, Pinar del Río.
^III Investigador Titular del departamento de Genética y Mejoramiento Vegetal , Instituto Nacionalde Ciencias Agrícolas, gaveta postal 1, San José de Las Lajas, Mayabeque,CP 32700, Cuba.
^IV Investigador Auxiliar del departamento de Genética y Mejoramiento Vegetal , Instituto Nacionalde Ciencias Agrícolas, gaveta postal 1, San José de Las Lajas, Mayabeque,CP 32700, Cuba.
^V Investigador Titular, Instituto Politécnico Nacional, carretera Yautepec, Estado deMorelos, México.

 

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RESUMEN

En la Estación Experimental del Arroz “los Palacios”, del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas, ubicado en el Municipio de Los Palacios Provincia de Pinar del Río, se estudió el comportamiento de los genotipos 8476, 8479, 8480 provenientes de cultivo Somático, 8551, 8552, 8553, 8554 y 8555 obtenidos por inducción de mutaciones y las variedades Amistad – 82 y Reforma derivados de Cruzamientos y como testigo de producción, la variedad comercial J - 104. Estos se cultivaron en campo durante el período poco lluvioso (Diciembre) del 2006 y el lluvioso (Abril) del 2007, en condiciones de bajos suministros de agua. Para provocar las condiciones de bajos suministros de agua, se empleó el siguiente manejo: Se estableció la lámina de agua a los 15 días de germinado el arroz, suspendiendo la entrada de agua a los 35 días después de germinado (DDG); reponiéndosela nuevamente en el cambio de primordio hasta después del 50 % de floración. Al momento de la cosecha se evaluó, la altura final, ciclo del cultivo, rendimiento agrícola (t ha –1) y sus componentes, rendimiento industrial (% de granos enteros), así como la resistencia al acame, desgrane, resistencia a la Piriculariosis, manchado del grano, Sarocladium oryzae, Steneotarxonemus spinki smile, Bórer y. Se encontró que los genotipos 8554 y la variedad Reforma, mostraron excelente comportamiento en cuanto al rendimiento agrícola e industrial, así como a las principales enfermedades que afectan económicamente a este cultivo, como es el caso del Manchado del grano.

Palabras Clave: genotipos, arroz, bajos suministros de agua, mutaciones, somaclonal, cruzamiento.

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ABSTRACT

“At Los Palacios” Rice Research station, belonging to the National Institute of Agricultural Sciences, during poorly rainy (cold), 2006 and rainy (spring), 2007seasons, the behavior of genotypes of rice was studied obtained by means of somatic cultivation of, as well as, a group of mutants and crosse under conditions of low supplies of water: The genotypes 8476, 8479, 8480 (obtained through somatic culture), 8551, 8552, 8553, 5454 and 8555, (Mutations), Amistad – 82 , Reforma varieties, (Crossing) and the commercial “J – 104 ” as a check variety. To cause the conditions of low supplies of water, the following handling was used: The water lamina of settled down to the 15 days of having germinated the rice, suspending the entrance of water to the 35 days after having germinated (DDG); recovering it again in the primordium change until after 50 flowering %.
At harvest time, the final plant height, cycle, agricultural yield (t. ha -1 ) and its components were evaluated, also, the industrial yield (% of whole grains), as well as resistance to lodging, shattering, Pyricularia grisea, Sarocladium oryzae, Steneotarxonemus spinki, Borér smiley and grain discoloration. It was determined that 8554 genotypes and that Reforma varieties, showed excellent behavior as for the agricultural and industrial yield, as well as to the main disease that affect economically to this cultivation, like it is the case of the grain, discoloration

Key words: genotypes, rice, low supplies of water, mutations, somatic, crossing.

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INTRODUCCIÓN


La producción mundial del arroz en los últimos 10 años ha alcanzado un promedio anual de 584 millones de toneladas de arroz cáscara, mientras el área sembrada se ha mantenido de manera estable entre 140 a 150 millones de hectáreas (1). El consumo de este preciado grano ha mantenido similar tendencia, lo que ha provocado una declinación de las reservas anuales de arroz cáscara. La población mundial creció desde cerca de 1000 millones de personas a principio de 1800 hasta aproximadamente 6000 millones en el 2000; este proceso, basado en una creciente expectativa de vida, se aceleró particularmente a mediado del siglo XX.

El crecimiento poblacional continuará, aunque a una tasa decreciente, hasta equilibrarse en unos 10 500 millones hacia el año 2050. Esta perspectiva demográfica implica la necesidad de generar recursos alimentarios para cerca del doble de la población actual en un plazo histórico relativamente corto. A pesar de los esfuerzos realizados para incrementar la producción de alimentos, la tierra y el agua necesarios para el cultivo de arroz son recursos que continúan disminuyendo como resultado de la urbanización y la industrialización”. Por consiguiente, es necesario explorar nuevas estrategias de investigación para lograr un aumento sostenible de la producción de este cereal, preservando el medio ambiente y mejorando el bienestar de los productores (2 y 3).

El arroz es un componente permanente de la dieta del cubano, con un consumo anual cercano a los 72 Kg per cápita. El aporte alimentario de este cereal se ha incrementado, ya que en la década de los ochenta representaba el 13 % de las proteínas y el 15 % de energía en la dieta, actualmente, presenta valores de 18 y 20 % respectivamente (4 y 5).

Actualmente, el Programa de Mejoramiento Genético Cubano requiere de nuevas variedades que presenten excelentes cualidades agronómicas y posean buen comportamiento en la industria, resistentes a las principales plagas y enfermedades que provocan daños económicos al cultivo y que resistan los déficit de agua (5, 6 y 7), ya que a pesar de que existen condiciones climáticas adecuadas para su desarrollo, en los últimos años se ha observado una reducción sustancial de los rendimientos, debido a la influencia negativa de diversos factores (8), destacándose entre ellos la poca disponibilidad de agua, pues más de 100 000 hectáreas se cultivan sin aseguramiento de riego (5), teniendo que utilizar bajos insumos de agua y fertilizantes, de aquí la importancia del mejoramiento genético dirigido a la obtención de variedades con resistencia a la sequía.

Dentro de este contexto, en los últimos años los investigadores cubanos han liberado un grupo de nuevas variedades de arroz, lo que ha posibilitado mayores rendimientos por hectárea (5, 9 y 10).

El ciento por ciento de las nuevas variedades en explotación actualmente en el país se obtuvieron a través del programa de mejoramiento genético que aplican los centros científicos cubanos relacionados con la investigación del arroz (5, 8, 10, 11 y 12).

Sin embargo, resulta de particular interés para el mejorador, contar con métodos de screening rápidos y tempranos e indicadores del grado de tolerancia que permitan incrementar la eficiencia en la selección de germoplasma con tolerancia al estrés hídrico. Por lo anterior, es preciso incrementar el número de indicadores en el arroz que puedan ser de utilidad en la discriminación de genotipos tolerantes a dicho estrés abiótico, así, como también, el empleo de las técnicas biotecnológicas para lograr nuevas variantes con adaptabilidad al déficit de agua (7).

Teniendo en cuenta la problemática existente y dada la importancia que tiene para el país la obtención y evaluación de variedades con tolerancia a estrés hídrico, el presente trabajo tuvo como objetivo, evaluar el efecto de bajos suministros de agua en el comportamiento agronómico e industrial de nuevos genotipos de arroz obtenidos por diferentes métodos de mejora

MATERIALES Y MÉTODOS

Material biológico. Los materiales empleados en este estudio se indican en la tabla I, que incluye cinco genotipos obtenidos por diferentes dosis de irradiaciones, dos por cruzamiento y tres por variación somaclonal; metodologías que tienen en común crear variabilidad genética y seleccionar genotipos para condiciones de bajos suministro de agua, de igual forma se incluye la variedad comercial J - 104 como testigo de producción.

Siembra de genotipos. La siembra de cada genotipo se realizó de forma directa a chorrillo en parcelas de 5 m de largo por 3 de ancho (15 m 2 ), a una distancia de 15 cm entre surcos; se utilizó un diseño experimental de bloques al azar con tres repeticiones. Para provocar las condiciones de bajos suministros de agua, se empleó el siguiente manejo: Se estableció el riego hasta los 35 días después de germinado (DDG) el grano de arroz – suspensión de la entrada de agua hasta la fenofase del cambio de primordio (25 a 30 días) – riego hasta la floración, con lo que se logran altos rendimientos y una reducción de 30 % del agua, el resto de las atenciones culturales se efectuaron siguiendo las orientaciones de los Instructivos Técnicos para el cultivo del arroz (1). Se utilizó la variedad J - 104 como testigo de comparación.

La evaluación se llevó a cabo en dos periodos de siembra: Diciembre del 2006 o período poco lluvioso y en el mes de Marzo 2007 período lluvioso. El tipo de suelo está clasificado como Hidromórfico Gley Nodular Petroférrico (13).

Se evaluaron los siguientes parámetros:

• Altura final de las plantas (cm) (50 plantas tomadas al azar)
• Ciclo del cultivo (50 % de floración en días)
• Número de granos llenos por panículas (GLL/ P)
• Número de panículas por metro cuadrado (se realizaron dos muestreos por parcelas en un área de 0,25 m 2)
• Peso de 1000 granos
• Rendimiento agrícola t ha –1 (área de calculo de 8 m 2 )
• Rendimiento industrial (muestra de 1 kg de arroz cáscara seco)
• Resistencia al acame (Según el sistema de evaluación estándar para arroz (14)
• Resistencia al desgrane (Según el sistema de evaluación estándar para arroz (14)
• Resistencia a la Piriculariosis (14)
• Resistencia al manchado del grano (14)
• Resistencia al Sarocladium oryza (14)
• Resistencia al Steneotarxonemus spinki smiley
• Resistencia al Bórer

Los datos fueron procesados mediante un análisis de varianza de clasificación doble y las medias se docimaron por la prueba de Tukey al 5 % de probabilidad del error
El comportamiento de las variables climáticas temperatura media, precipitaciones acumuladas en 24 horas y humedad relativa se obtuvo del boletín de la Estación Meteorológica de Paso Real de San Diego, Pinar del Río (Figuras 1 y 2)

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Altura y componentes de rendimientos

La altura de las plantas (tabla II), se observaron diferencias significativas entre todos los genotipos estudiados, destacándose los genotipos 8552, 8553, obtenidos por mutaciones y los somaclones 8476, 8480 con la mayor altura para ambos períodos de siembra, apreciándose una menor altura en el resto de los materiales principalmente en el período lluvioso, lo cual puede atribuirse a diferencias varietales. Los genotipos 8551, 8554, 8555 y la variedad Reforma presentaron una menor altura en estas condiciones de bajos suministros de agua, ya que en estudios realizados en condiciones de aniego mostraron una altura alrededor de los 95 a 115 cm para los mutantes y para la Reforma que es una variedad semienana (90 – 110cm) (6 y 7). Es conocida la influencia de un buen abastecimiento hídrico al suelo para que las plantas logren un crecimiento adecuado, dado que el primer efecto medible del estrés hídrico es realmente una reducción del crecimiento, como han señalado algunos autores (15, 16 y 17), y a su vez otros autores expresaron, que implican inhibición del alargamiento celular procesos más sensibles al estrés hídrico, por tanto, el genotipo juega un papel importante teniendo en cuenta que los más resistentes sufren menos afectaciones (18, y 19). Este criterio corrobora los resultados obtenidos en otras investigaciones que reflejan la susceptibilidad o tolerancia de variedades y somaclones de arroz creciendo en presencia de Polietilen glicol (PEG – 6000) a 16 y 20 gl –1 (20).

También esto pudiera atribuirse entre otras causas a los mecanismos que presentan las plantas para adaptarse a la sequía, como es el caso del cierre estomático que no es más que la capacidad para cerrar los estomas completamente antes que la célula sufra lesiones por desecación (19).

Al analizar el número de panículas por metro cuadrado (tabla II) se apreció que en el período poco lluvioso, el mutante 8551 difiere del resto con el menor número de panículas, destacándose los genotipos 8552, 8554, 8480 y las variedades Amistad – 82 y Reforma con el mayor número de panículas, sin embargo en el período lluvioso existieron diferencias significativas entre el testigo de producción J- 104 con el resto de los genotipos evaluados en este estudio.

El hecho de mostrar el mutante 8554 menor reducción en la altura y no afectarse en el número de panículas por metro cuadrado, respecto al testigo en producción J -104, le confiere características de mayor tolerancia a las condiciones de estrés, lo cual puede ser ocasionado entre otras causas por un aumento de la temperatura del suelo, cuando éste está seco, lo que trae aparejado un estímulo del ahijamiento (17 y 18).

Algunos investigadores señalaron que la resistencia al estrés no constituye un fenómeno simple y que puede darse en dos formas, la primera, es cuando las plantas desarrollan mecanismos internos de forma tal que las células no se encuentren bajo estrés y la segunda, que exista la tolerancia al estrés, que es la capacidad de sobrevivir y aún funcionar adecuadamente bajo condiciones internas y de extrema sequía. Además el estrés hídrico es, en cuanto a la cantidad de material vegetal afectado, el estrés más importante que pueden sufrir las plantas (21). Del mismo modo, otros autores lo catalogan como el factor más depresivo de la productividad del arroz ya que afecta al metabolismo del carbono y del nitrógeno por lo que la productividad y el rendimiento disminuyen (20)

Otros investigadores señalan que al aumentar la temperatura del suelo se incrementa la concentración de la enzima N- amoniacal en condiciones de estrés, estimulando una mayor cantidad de panículas por metro cuadrado y mayor número de granos llenos por panículas (18 y 22). En estudios realizados por varios investigadores, donde evaluaron el comportamiento de un grupo de variedades de arroz con diferentes manejos de agua, obtuvieron mayor ahijamiento en el período poco lluvioso que en el período lluvioso (5, 8 y 20)

En cuanto a los granos llenos por panículas no se encontraron diferencias significativas en los genotipos estudiados en ambos períodos de siembras para estas condiciones de bajos suministros de agua, esto pudiera atribuirse a que cuando los genotipos se someten a condiciones de estrés en la fase vegetativa se haya provocando una mayor traslocación de fotosintatos para el llenado de los granos. Al respecto, diferentes investigadores e instituciones científicas plantean que al someter el cultivo del arroz a condiciones estresantes en la fase vegetativa, se produce una mayor acumulación de fotosintatos (60%) que posteriormente se traslocan y forman los carbohidratos para el llenado de los grano, logrando mayor peso y longitud de las panículas (18 y 21).

Al observar la figura 1 y 2, la temperatura fue favorable para el desarrollo del ahijamiento encontrándose en un rango de 27 hasta 28 o C en esta fenofase, coincidiendo esto con lo informado en otros estudios sobre la influencia del clima en las fenofases del cultivo del arroz (22).

Como se muestra en las figuras 1 y 2, se aprecia que las precipitaciones que ocurrieron durante el período donde se realizó el estrés son insuficientes para afectar la metodología empleada, lográndose una adecuada evaluación en todos sus componentes del rendimiento, no obstante, las precipitaciones acaecidas en todo el período de desarrollo del cultivo eran insuficientes para obtener rendimientos por encima de las 3 toneladas, por lo que se hizo necesario, después de haber aplicado el estrés, reponer la lámina de agua.

El peso de 1000 granos mostró diferencias significativas entre todos los genotipos evaluados en comparación con el testigo en producción J- 104, destacándose la Variedad Amistad – 82 con los mayores pesos en ambos períodos de siembras

Comportamiento agrícola e industrial

Al analizar los resultados obtenidos en el rendimiento agrícola (tabla III), se encontraron diferencias significativas, entre los genotipos en estudios y el testigo de producción J - 104, destacándose el genotipo 8554 entre todos los estudiados con los más altos rendimientos agrícolas en ambos períodos de siembra, mostrando un rendimiento de 5.67 t. ha –1 en el período poco lluvioso del 2006 y 4.94 t. ha –1 en el período lluvioso del 2007. En este sentido se señala que el rendimiento se establece en función de sus componentes, número de panículas, número de espiquillas por panículas, porcentajes de espiguillas llenas y peso de 1000 granos; sin embargo, en algunos casos y en ciertas condiciones climáticas, el porcentaje de llenado de las espiguillas puede ser más limitante para el rendimiento que el número de espiguillas. Por ello para cada situación dada, debe examinarse las causas de la variación del rendimiento y sus componentes (1, 5, 6 y 8) Los genotipos de menores rendimientos fueron la 8476 y 8555. En estudios realizados por otros investigadores obtuvieron altos rendimientos en la evaluación de variedades de arroz para condiciones de bajos insumos de agua y fertilizantes y en el comportamiento de nuevos genotipos de arroz frente al estrés hídrico (5, 7, 17 y 18).

Algunos investigadores informan que otro aspecto preocupante de la producción de arroz es el agotamiento del agua dulce, en particular en los sistemas de regadío, donde se cultivan tres cuartas partes de la producción de arroz. En parcelas experimentales se utilizan entre 1.100 y 1.200 litros de agua para producir un kilo de arroz. Pero en los sistemas reales, a menudo se utiliza una cantidad de agua mucho mayor (23), "La necesidad de producir más arroz para más personas en menos tierras y con menos agua es un desafío para la ciencia y la tecnología, así como para las comunidades productoras de arroz."

Algunos investigadores plantean que para variedades de ciclo corto el promedió anual es 120 hasta 130 días en el período poco lluvioso y para las de ciclo medio de 135 hasta 140 días después de la germinación (1y 8).

Al analizar el ciclo del cultivo se apreció que los genotipos estudiados todos presentaban ciclo corto, con la excepción de la variedad J-104 que en el período poco lluvioso se comporto como de ciclo medio.

El rendimiento industrial (Tabla III), constituye una seria limitante para muchos genotipos, ya que una variedad es aceptada para su liberación cuando presenta un porcentaje de granos enteros por encima de 52 %. En este estudio no se observaron diferencias significativas en todo el material evaluado para las condiciones de bajos suministros de agua. Estos resultados son similares a los obtenidos para la variedad J-104 con un 49 % de granos enteros en condiciones de aniego permanente y un 47 % en condiciones de secano favorecido (5 y 9).
En cuanto a la resistencia al acame (A), (tabla 4) los genotipos evaluados presentaron resistencia, en ambos períodos de siembra: (poco lluvioso del 2006 y lluvioso del 2007), mientras que la variedad Reforma mostró susceptibilidad.

Al analizar la resistencia al desgrane (D), el genotipo 8476 y la variedad Reforma se mostraron susceptibles en ambos períodos de siembras. Las líneas 8554, 8480 y la variedad Amistad – 82 fueron las únicas que mostraron resistencia para ambos períodos, sin embargo, la variedad J – 104 se presentó resistente en el período poco lluvioso del 2006.

La Piriculariosis (Pg), es la enfermedad más importante que afecta al cultivo del arroz en el mundo, no todos los genotipos evaluados presentaron buen comportamiento ante la enfermedad en ambos períodos; sin embargo, el genotipo 8480 obtenido por cultivo somático mostró el mejor comportamiento para ambos períodos y en el período lluvioso solamente el genotipo 8554 obtenido por inducción de mutaciones fue el de mejor comportamiento frente a la piriculariosis. Esto pudo deberse a que al parecer estas líneas mostraron mayor resistencia al tipo de linaje o razas del patógeno presente en estas condiciones y en este período de siembra. No obstante en estudios realizados en el cultivo del arroz se ha mostrado que en Cuba no existen variedades resistentes a todos los patotipos, del hongo Pyricularia grisea sino, resistentes a algunas razas del hongo, constituyendo patodermos verticales para el mejoramiento genético de este cultivo (9 y 24).

Para el manchado del grano (M), se mostró (Tabla IV) una susceptibilidad general a está patología para ambos períodos de siembra, con excepción de los genotipos 8554, 8480 y la variedad Reforma, lo que se sugirió que las condiciones de estrés por sequía entre otras causas favorecieron el manchado del grano, lo cual puede estar dado por desbalance en los procesos fisiológicos de la planta que provocan la inhibición de los mecanismos de defensa de la planta y por tanto incrementaron la presencia de microorganismos capaces de afectar al grano. Estos resultados coinciden con lo obtenido por algunos autores quienes indicaron que el manchado del grano se debe más a un desorden nutricional que al efecto producido por el hongo (24).

En cuanto a Sarocladium oryzae (S), agente causal de la pudrición de la vaina los genotipos 8554, 8480 y la variedad Reforma fueron resistentes a este hongo en ambos períodos de siembra y se pudo constatar que todo el material evaluado en este período presentó un buen comportamiento al Borer (B).

Al analizar el ácaro (Ac), se pudo apreciar que todo el material empleado mostró una susceptibilidad en el periodo lluviosa, con excepción de la variedad Reforma que se comporto como resistente en ambas siembras. La siembra en el periodo lluvioso es donde casi siempre se crean las condiciones para la aparición de la plaga y está variedad fue liberara en Taiwán como resistente al ácaro (1).

Análisis de las condiciones climáticas

Al analizar las condiciones climáticas (temperatura y humedad relativa) (figura 1 y 2), se apreció que solo las temperaturas se mantuvieron favorables al desarrollo de la enfermedad entre (20 - 30 o C), pues la humedad relativa (HR) estuvo generalmente por debajo de 90 % siendo necesario para el éxito de la infección una humedad relativa (HR) por encima del 90 % (7, 22 y 24).

REFERENCIAS

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Recibido: 10/09/2010, aceptado 30/08/2011

 

 

M.Sc. Elizabeth Cristo, Investigadora Auxiliar de la Unidad Científico Tecnológica de Base Los Palacios, carretera La Francia, km 1½, LosPalacios, Pinar del Río. Email: [e-mail]