Taller “Sistemas de Producción de Trigo y Cebada: Decisiones de manejo en base a conceptos ecofisiológicos para

optimizar el rendimiento, la calidad y el uso de los recursos”, CYTED Red Metrice, Universidad Austral de Chile,

Valdivia, 14 y 15 de Noviembre de 2011.

Determinantes genéticas del ciclo de cebada y los

desafíos impuestos por la intensificación agrícola

Ariel Castro, Esteban Hoffman, Luis Viega

Facultad de Agronomía, Universidad de la República

• EL CULTIVO EN EL SISTEMA AGRICOLA ACTUAL

• GERMOPLASMA DISPONIBLE

• BASES GENETICAS

• PERSPECTIVAS

PRODUCCION

LIMITANTES

CARACTERES CLAVES

Fisiología/Manejo

PRACTICAS MEJORADAS

Genomica

GERMPLASMA MEJORADO QTL

Mejoramiento

PRODUCCION

MEJORADA

ESPEC. VARIETAL

PRODUCCION

MEJORADA

EEMAC

EELE

Principales cambios en

cereales de invierno en

Uruguay en los últimos

años.

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

1.400.000

1.600.000

1.800.000

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Are

a d

e s

iem

bra

(h

a)

Inv VerRel Invierno-Verano

60-40

40-60

Hoffman, elaborado a partir de DIEA -MGAP

2011

Hoffman, elaborado a partir de DIEA-MGAP

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

500000

550000

600000

1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016

Are

a (

has)

Cebada

Trigo

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

19

68

19

71

19

74

19

77

19

80

19

83

19

86

19

89

19

92

19

95

19

98

20

01

20

04

20

07

20

10

20

13

Are

a (

ha

s)

b = 55,3

R2 = 0,71

CV = 29

%

Hoffman, elaborado en base a DIEA-MGAP

2011

Evolución e importancia de la siembras de pasturas asociada a los

cultivos de invierno en Uruguay. F: DIEA – MGAP 2010

M A M J J A S O N

LLENADO DE GRANO S

D

N

0

4

8

12

16

20

24

28

May Ju

nJu

lAgo Set O

ctNov D

icEne

Te

mp

era

tura

(ºC

)

1988

SH 30 años

Evolución de la temperatura durante la estación de

crecimiento de cultivos de invierno de 1988 en

relación a la serie histórica para la zona norte.

Factores de producción y manejo asociados con la variación del

potencial máximo por sitio (2009)

y = -113,29x + 6093,8

R2 = 0,6815

y = -57,225x + 3357,9

R2 = 0,3181

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

-5 0 5 10 15 20 25 30 35

F.Siembra- Días pos- 1 de junio

Rendim

iento

pote

ncia

l (k

g.h

a-1

)

< 5 año de Agric.

> 5 años de Agric.

Deficiencia de S

Fuente: Hoffman y Baeten sp

M A M J J A S O N

LLENADO DE GRANO S

D

N

CEBADA

SOJA SOJA

SORGO

Cultivares de cebada sembrados a nivel nacional en año 2005-06 y

2011-12.

INIA Ceibo CL

INIA Arrayán CL

Danuta CL

Daymán CM

Q. Ayelen CM

Ambev 488 CM

Q. Ainara CM

MUSA 936 CM

Carumbé CMc

INIA Ceibo CL

INIA Arrayán CL

Conchita CL

MADI CL

LAISA CL

Daymán CM

2005-06 2011-12

Evolución de la proporción de cultivares de cebada de ciclo largo y ciclo

medio - medio corto enviados al programa de caracterización de cultivares

de la Facultad de Agronomía

14

0

2933

60

80

100 100

86

100

71 67

40

20

0 0

0%

20%

40%

60%

80%

100%

2000 2004 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Pro

po

rció

n d

e t

ota

l d

e c

ult

iva

res

ca

rac

teri

za

do

s (

%)

C.largo C. Medio y C. Medio-Cortos

Fecha ultima helada

1/10 1/9

1/91/9

15/9

Adaptado: Caorsi, 1982

M A M J J A S O N

LLENADO DE GRANO S

D

N

CEBADA

FOTOP

Grupo1

(Clipper)

Grupo 2

Quebracho

Rendimiento 4878 5438

Biomasa Total (Kg/ha) 11555 12524

Índice de Cosecha 0.374 0.412

Espigas/m-2 615 638

Granos/espiga 16.6 17.9

Peso de mil granos (g) 47.2 48.6

Ciclo a espigazón 74.6 73.2

1a.+2a. 91.0 96.0

Castro et al., 1997

Grupo1

(Clipper)

Grupo 2

Quebracho

Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5

Rendimiento 4878 5438 5749 5743 5937

Biomasa Total (Kg/ha) 11555 12524 11562 12038 13801

Índice de Cosecha 0.374 0.412 0.440 0.424 0.385

Espigas/m-2 615 638 523 648 640

Granos/espiga 16.6 17.9 19.1 21.1 22.0

Peso de mil granos (g) 47.2 48.6 48.6 47.8 47.7

Ciclo a espigazón 74.6 73.2 80.4 84.4 78.1

1a.+2a. 91.0 96.0 91.3 91.1 90.9

Castro et al., 1997

Emergencia -Espigazón Espigazón-Madurez

1992 1993 1992 1993

Tº media 13.5 13.5 18.1 19.7

Precipitación 177 63 96 268

Nº heladas 21 19 1 0

Duración 80 78 34 34

Grupo1

(Clipper)

Grupo 2

Quebracho

Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5

Rendimiento 3587 3661 3676 3846 3556

Biomasa Total (Kg/ha) 8646 8704 8570 8735 9549

Índice de Cosecha 0.365 0.370 0.377 0.385 0.328

Espigas/m-2 535 551 550 523 510

Granos/espiga 16.3 16.6 18.5 18.3 17.8

Peso de mil granos (g) 43.2 45.7 40.4 40.0 37.7

1a.+2a. 90.7 94.8 86.6 84.3 80.2

Castro et al., 1997

Cultivares de cebada

utilizados en

experimentos de

chacra (Red

Nitrógeno, 2008) y

concentración por

época de siembra

Variedades sembradas

0

1

2

3

4

5

6

7

Ceibo Arrayan Madi Perun Dayman

N°

de s

itio

s

35%

6%

12%

18%

29%

Variedades sembradas según fecha de siembra

0

1

2

3

4

5

3° Junio 1° Julio 2° Julio 3° Julio

N°

de s

itio

s

Daymán Ceibo Arrayán Madi Perun

50%

100%

57%

14%

29%

20%25%

Fuente: Hoffman y Baeten sp

SE Z20 Z30 Z65 MF

TILLERING ELONGATION GRAIN FILLING

Higher T°

SE Z20 Z30 Z65 MF

TILLERING ELONGATION GRAIN FILLING

Later HD

Later Pl. Date

↓ Grain size and weight

(↓ Yield and HI)

SE Z20 Z30 Z65 MF

TILLERING ELONGATION GRAIN FILLING

Earlier HD

Longer GF

↑ Grain size and weight

(↑ Yield and HI)

GDC (ºC d) 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 200 400 600 800 1000 oCd

-1

pes

o g

ran

o (

mg

)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

tc (m

g oC

d-1 )

Crecimiento de Grano

Antesis MF

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7P

rop

orc

ión

de l

a v

ari

ació

n

exp

licad

a

Duración Tasa máxima Momento de

tasa máxima

PG = 0.017D + 44.816TM + 0.078MTM

(r2 = 0.65, n = 87)

Fuente: Kemanian y Viega. 1997

Caracterización varietal de acuerdo al peso de grano (PG) (mg), duración, momento de tasa máxima

(MTM), tasa máxima (TM), coeficiente de estabilidad (b) y sensibilidad del peso de los granos apicales

(SA). Tres años dos épocas de siembra (temprana en el sur, tardío en el norte)

Cultivar

PG Duración MTM TM b SA

Bowman 45.3 Media medio Baja > 1 medio

Clipper 42.7 Corta temprano Alta < 1 bajo

FNC6-1 45.5 Media tardío Alta = 1 alto

Mn599 45.0 Corta medio Alta > 1 alto

E. Quebracho 44.5 Larga tardío Baja < 1 bajo

Duración (ºCd): corta: < 600; media: 600 - 650; larga: > 650.

MTM (ºCd): temprano: < 320; medio: 320 - 340; tardío: > 340.

TM (mg/ºCd): bajo: < 0.102; alto: > 0.106.

c) FNC6-1, EEMAC 96

0

10

20

30

40

50

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Tiempo Térmico (ºCd)

Pe

so

de

gra

no (

mg

)

Centrales

Apicales

d) Quebracho, EEMAC 96

0

10

20

30

40

50

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Tiempo Térmico (ºCd)

Pe

so

de

gra

no

(m

g)

Centrales

Apicales

2004 15 de mayo

0

5

10

15

20

25

30

35

78 81 84 87 90 93 96 99 102 105

Días a emergencia de aristas

Fre

cu

en

cia

2003 15 de julio

0

5

10

15

20

25

30

63 66 69 72 75 78 81 84

Días a emergencia de aristas

Fre

cu

en

cia

2004 1 de setiembre

0

10

20

30

40

50

60

52 54 57 60 63 66

Días a emergencia de aristas

Fre

cu

en

cia

BARONESSE

BARONESSE

BARONESSE

BCD 47

BCD 47

BCD 47

ANTHESIS

FENOLOGIA

Grain

weight

Grain

plumpness

July 17th, 2003 -0.616 -0.611

June 15th, 2004 -0.554 -0.634

August 1st, 2004 -0.618 -0.590

July 12th, 2005 -0.660 -0.670

August 31st, 2005 -0.621 -0.567

Phenotypic correlations of agronomic traits with Heading Date (BARONESSE/BCD47)

Alelos presentes

Ciclo

PMG

P12 QTL 2H QTL 3H

BCD47 Baronesse 73.1 47.5 86.1

BCD47 BCD47 77.4 43.5 76.3

Baronesse Baronesse 77.3 43.4 74.1

Baronesse BCD47 81.6 38.8 60.2

Baronesse 80.5 42.3 77.8

BCD47 83.9 44.3 65.5

1H 2H 3H 4H

GMS21 0.0

Bmac213

Bmac399 15.3

Bmag770 63.7 HVM20 64.2 Bmac090 64.8 Bmag504 65.3

Bmac032 88.9

HvHVA1 0.0

45 cM

Bmac134 0.0

HVM36 33.9

EBmac684 0.0 Bmac093 1.3

Bmag125 49.7

GBM1047 0.0

HVM54 22.1 EBmac415 23.2

33 cM

32 cM

Distance based on SCRI map

5H

Bmac316 0.0

Bmag500 29.7

Bmag173 80.5 Bmag009 81.0

6H 7H

HvWaxy4a 0.0

EBmac603 26.4

HVCMA 0.0

HvACL3 14.2 Bmag507 17.2

Bmag120 48.5

Ris44 88.2

Bmac156 129.6

Bmag135 144.7

35 cM

Bmag337 0.0 Bmac096 4.5 GBM1039 6.3

GMS061 0.0

Bmag222 31.0

GMS001 90.4

Bmag105 Bmag005

85 cM

Bmac209 0.0 Bmag138 3.1 Bmag136 3.6

Bmag603 4.0

Bmag225 30.5

Bmag606 72.1

Bmag013 106.3

Bmac067

HVM40 0.0

Bmac181 57.1 Bmac030B 60.7

MWG2180 68.5

Bmac310 75.0

EBmac788 112.2

ABG54 122.0 baal29j18red 122.7 HvMLO3 126.0

GBM1015 141.1

Bmag419 148.6 HvSnf2 153.1 HdAmyB 158.1

ANTHESIS

YIELD

HARVEST INDEX

GRAINS/M²

GRAIN WEIGHT

GRAIN PLUMPNESS

PLANT HEIGHT

TILLERS/M²

Castro et al., 2008, 2009

BARONESSE X BCD47

FENOLOGIA EN LA POBLACION BCD47/BARONESSE

• Dos QTL responsables de la mayor parte de la variación (2H y 3H)

• Genes candidatos: eps2S y denso

• Completa aditividad

• ¿Posibilidad de continuar la acumulación de alelos favorables?

• ¿Especificidad en los efectos?

0

10

20

30

40

50

60

Distancia (cM)

LR

ANT

Ciclo a Floración Llenado

EB

mac684

0.0

Bm

ac093

1.3

Bm

ag125

49.7

Bm

ac209

0.0

Bm

ag138

3.1

Bm

ag136

3.6

Bm

ag603

4.0

Bm

ag225

30.5

Bm

ag606

72.1

Bm

ag013

106.3

Bm

ac067

CROMOSOMA 2Hb CROMOSOMA 3H

Emerg-Z20 Z20-Z30

Z30-Antesis

0

10

20

30

40

50

60

Distancia (cM)

LR ANT

Emer.T1

Ciclo a Floración Llenado

EB

mac684

0.0

Bm

ac093

1.3

Bm

ag125

49.7

Bm

ac209

0.0

Bm

ag138

3.1

Bm

ag136

3.6

Bm

ag603

4.0

Bm

ag225

30.5

Bm

ag606

72.1

Bm

ag013

106.3

Bm

ac067

CROMOSOMA 2Hb CROMOSOMA 3H

Emerg-Z20 Z20-Z30

Z30-Antesis

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Distancia (cM)

LR ANT

Z20-Z30

Ciclo a Floración Llenado

EB

mac684

0.0

Bm

ac093

1.3

Bm

ag125

49.7

Bm

ac209

0.0

Bm

ag138

3.1

Bm

ag136

3.6

Bm

ag603

4.0

Bm

ag225

30.5

Bm

ag606

72.1

Bm

ag013

106.3

Bm

ac067

CROMOSOMA 2Hb CROMOSOMA 3H

Emerg-Z20 Z20-Z30

Z30-Antesis

0

10

20

30

40

50

60

Distancia (cM)

LR ANT

Z30-ANT

Ciclo a Floración Llenado

EB

mac684

0.0

Bm

ac093

1.3

Bm

ag125

49.7

Bm

ac209

0.0

Bm

ag138

3.1

Bm

ag136

3.6

Bm

ag603

4.0

Bm

ag225

30.5

Bm

ag606

72.1

Bm

ag013

106.3

Bm

ac067

CROMOSOMA 2Hb CROMOSOMA 3H

Emerg-Z20 Z20-Z30

Z30-Antesis

HEADING DATE GRAIN FILLING

EB

mac684

0.0

Bm

ac093

1.3

Bm

ag125

49.7

Bm

ac209

0.0

Bm

ag138

3.1

Bm

ag136

3.6

Bm

ag603

4.0

Bm

ag225

30.5

Bm

ag606

72.1

Bm

ag013

106.3

Bm

ac067

CHROMOSOME 2Hb CHROMOSOME 3H

SE-Z20 Z20-Z30 Z30-Z65

eps2S denso

Población Henni/Meltan (Borras et al., 2010)

• Ciclo a Antesis

• Periodos analizados: Fase de iniciación de hojas y espiguillas (FHE), Fase de

elongación (FEl)

• Emergencia de hojas, filocron, dinámica de macollaje

CL HENNI

CL MELTAN

FEH

FEH

FEl

FEH

FEH

FEl

CL HENNI

SE Z20 Z30 Z65 MF

TILLERING ELONGATION GRAIN FILLING

Proyecto: INIA-FPTA (2007-2009)

Caracterización genómica del germoplasma de cebada, por variables de calidad

maltera, agronómicas y sanitarias.

77 genotypes

Varieties used in Uruguay (1930-2005)

Quality sources

Ancestors

Experimental lines

SNPs (1033, Illumina BOPA1)

Llenado de Grano

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Número de días

Fre

cu

en

cia

Ciclo a Antesis

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90

Número de días

Fre

cu

en

cia

E-Z20

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Número de días

Fre

cu

en

cia

Z20-30

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Número de días

Fre

cu

en

cia

Z30-A

0

2

4

6

8

10

12

14

16

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Número de días

Fre

cu

en

cia

Llenado de Grano

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Número de días

Fre

cu

en

cia

Descomposición y variaciones de las subfases a antesis Epoca 1

Bowman

Quebracho

Clipper

FNC 6-1

Palomar

Perún

CLE 178

Dephra

Epoca 2

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750

Quebracho

Clipper

Palomar

Bowman

FNC 6-1

Perún

CLE 178

Dephra

tiempo térmico (°Cd)

Sub-fase IH Sub-fase IE Sub-Fase CE

Duración del ciclo siembra floración y de las sub-fases iniciación de hojas (IH), iniciación de

espiguillas (IE) y crecimiento de espiguillas (CE), según cultivar y época de siembra en el año

1998 (González y Xavier, 2000).

Higher T°

SE Z20 Z30 Z65 MF

TILLERING ELONGATION GRAIN FILLING

Later HD

↓ Grain size and weight

(↓ Yield and HI)

SIN VENTAJAS

Higher T°

SE Z20 Z30 Z65 MF

TILLERING ELONGATION GRAIN FILLING

Later HD

↓ Grain size and weight

(↓ Yield and HI)

SIN VENTAJAS EN NÚMERO DE MACOLLOS

ASOCIACIÓN CON MÁXIMO DE ESP/ESPIGA

Higher T°

SE Z20 Z30 Z65 MF

TILLERING ELONGATION GRAIN FILLING

Later HD

↓ Grain size and weight

(↓ Yield and HI)

FERTILIDAD DE ESPIGUILLAS

Importancia relativa en la determinación de NEF

0

0.5

1

NMP PEF

impo

rtan

cia

rela

tiva

NEF = 1,57.10-5

* NMP0.70

* PEF0.85

0.4

0.6

Figura 29 b

Importancia relativa del número máximo de primordios (NMP) y el

porcentaje de espiguillas fértiles (PEF), en la determinación del número

de espiguillas fértiles por espiga al momento de antesis (Viega et al.,

2000).

SE Z20 Z30 Z65 MF

TILLERING ELONGATION GRAIN FILLING

ES POSIBLE?

SE – Z20

Z20 – Z30

Z30 – Z65

SE – Z65

GRAIN FILLING

DURATION

PHOTOP. RESPONSE

0 cM

10 cM

20 cM

30 cM

40 cM

50 cM

60 cM

70 cM

80 cM

90 cM

100 cM

110 cM

120 cM

130 cM

140 cM

150 cM

160 cM

170 cM

180 cM

190 cM

200 cM

Ppd-H1

eps2S

Ppd-H2

eam9

eps5L

Ppd-H2

Ppd-H1

denso

Blenheim/Kym

Harrington/TR306

Igri/Danilo

Steptoe/Morex

Gobernadora/CMB

Harrington/Morex

Dicktoo/Morex

Chevron/M69

Vada/L94

T.Prentice/V.Gold

Blenheim/E224

Blenheim/Kym

Cali/Bowman

Gerbel/Heriot

BCD47/Baronesse

Halcyon/Sloop

Alexis)Sloop

Chebec/Harrington

Arapiles/Franklin

Tallon/Kaputar

Henni/Meltan

Vrn-H3

Vrn-H2

Vrn-H1

eam8

eps2S

eps3L

eam9

eps4L

eps5L

eps6L.1

eps6L.2

eam7

eps7S

HvCO1

eps7L

2H

11_111100,0

11_2126528,4

11_1042252,511_1152253,511_2138855,011_2074856,311_1099757,511_1079658,211_2047658,911_2066959,911_1120662,811_2058563,511_1143064,211_2116666,811_2111067,511_2114469,3

11_11111123,3

2

58.2 58.9 59.9

62.8 63.5

66.8 67.5 69.3

52.5 53.5 55.0 56.3

GR

AIN

SIZ

E

GR

AIN

WE

IGH

T

HE

AD

ING

DA

TE

GR

AIN

FIL

LIN

G

QUEBRACHO

PERUN

I. CEIBO

N. CARUMBE

PHOTOP

PHOTOP

M A M J J A S O N

LLENADO DE GRANO S

D

N

CEBADA

SOJA SOJA

SORGO

Temperatura interna de la hoja para todos los tratamientos

evaluados en los tres cultivares, en el campo. Año 2005.

FEH

FEl

C.Largo

Llenado

T. macoll.

28.

44 62.

82 63.

53 66.

83 67.

54 113

.47 116

.49

125

.46 30.

99 48.

83 50.

26 57.

97 80.

61

85.

93 3.3

4 6.7

9 9.8

4 14.

96

41.

85 73.

75 86.

44 88.

65

Marke

r

cM

2

H

5

H

7

H

7H

5H x

7H

2H x

7H

2H x

5H

2H

5H

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