Evaluación de una selección masiva recurrente entre Genotipos de Caña de Azúcar (Saccharum officinarum L.) para mejorar el rendimiento de sacarosa y tolerancia a la sequía
Johanna
Abarca1, Cristina Ayo 1, Viviana Díaz 1, Bryan
Marroquín 1 y Johanna Tituaña 1
1Estudiante de Genotécnia Vegetal. Ingeniería Agronómica.
Facultad de Ciencias Agrícolas. Universidad Central de Ecuador, Av.
Universitaria, Ecuador
Resumen. Existen variedades
comerciales favorables para el agricultor, sin embargo, el cambio climático
genera periodos de sequía prolongados, en Ecuador, aún no hay variedades
tolerantes. Pequeños agricultores no cuentan con infraestructura adecuada para
combatir la sequía, afectando la economía de los pequeños agricultores y además
compromete la producción nacional. La proyección apunta a una selección masiva
recurrente de variedades investigadas por el CINCAE para la obtención de una
nueva variedad de caña evaluando la tolerancia a sequía y contenido de sacarosa
en la primera generación (F1), para que forme parte del sistema de producción
de los ingenios y cañicultores de El Oro donde se instalará los respectivos
estudios, evaluando la tolerancia a sequía y contenido de sacarosa (kg/ha) en cada
cruzamiento, hasta obtener la primera generación de caña de azúcar, en el
estado I del programa de mejoramiento genético de caña de azúcar.
Palabras clave: Selección masal recurrente,
sacarosa, sequía, rendimiento, caña de azúcar, tolerancia.
1. Introducción
En Ecuador la caña de azúcar es de gran importancia
agrícola destacando en la provincia de Guayas, Imbabura, Los Ríos, El Oro,
Cañar y Loja. Actualmente, el sector está compuesto por cinco grandes ingenios
azucareros: Valdez, San Carlos, Ecudos, IAMCEM y Malca Azucarera [1]. La
caña tiene una riqueza de 14% a 17% de sacarosa, 14% a 16% de fibra y 2% de
otros productos solubles, cada tonelada puede rendir 60 kg de azúcar, por lo
que una hectárea llega a un promedio de 40 toneladas, produce 2400 kg de azúcar
por un valor de $ 4800 [2].
2. Revisión de literatura
2.1 Características de las variedades
liberadas por CINCAE
El programa de variedades de CINCAE, con la formación del
Banco de Germoplasma y la selección en la primera serie (Serie 98), con
semillas provenientes de Brasil. Luego de 10 años de evaluación y selección a
través de los estados I al IV y ensayos semi-comerciales, en diferentes
localidades y por varios cortes [5].
2.2 Contenido de sacarosa (kg/ha)
El cultivo de la caña de azúcar está expuesto a
diferentes condiciones agroecológicas, cuya variedad en el espacio del sistema
de producción y tiempo en que se mantenga dicho sistema, es alta por
naturaleza. Estas variaciones son incontrolables y se convierten en un fenómeno
normal en un agroecosistema [6]. Cuando se dispone de buena humedad y
suficientes nutrimentos, la producción potencial de caña y sacarosa están
determinadas esencialmente por los siguientes factores: El clima y sus
variaciones: radiación solar, temperatura y fotoperíodo.
2.3 Estudio de loci para obtención de
segregantes
El contenido de azúcar normalmente tiene una
heredabilidad de moderada a alta [7]. Los resultados de los primeros
estudios de marcadores moleculares en la caña de azúcar que implica mapeo de
loci de rasgos cuantitativos (QTL) sugieren que el contenido de azúcar está
controlado por un gran número de alelos segregantes [7]. Esta situación
y la alta heredabilidad del contenido de azúcar significa que los programas de
selección recurrentes basados en el contenido de azúcar deben ser efectivos
para mejorar este rasgo.
2.4 Influencia de la luminosidad y nubosidad
en la producción de sacarosa
La intensidad y duración de la radiación solar tienen una
alta influencia en el proceso de ahijamiento, mientras que condiciones de clima
nublado y días cortos lo perjudican. [8] señala que el cultivo caña de
azúcar requiere alrededor de 8 horas luz promedio para para lograr mayor
eficiencia en la fotosíntesis incrementando así la producción y acumulación de
azúcares, pero en Ecuador según los datos meteorológicos existe un promedio anual
de 2025 horas de radiación, o 5.55 horas de luminosidad al día [9].
2.5 Estrés hídrico afecta el rendimiento
En la caña de azúcar, la tolerancia a la sequía se
caracteriza por un mayor contenido de clorofila, mayor conductancia estomática,
fotosíntesis, mantenimiento del crecimiento y ajuste osmótico Las etapas de
macollamiento y crecimiento, corresponden al período crítico de demanda de
agua, dado que en estas fases se produce el 70-80% del rendimiento.
2.6 Cambio climático
En la actualidad la agricultura enfrenta constantes
cambios climáticos producto del calentamiento global, lo cual, pone a la
soberanía alimentaria en riesgo, pues los cambios acelerados del ambiente
afectan la producción de alimentos, estos cambios ambientales dejan grandes
pérdidas económicas pues los rendimientos descienden [3].
2.7 Temperatura
La caña
de azúcar es una planta tropical que se desarrolla mejor en
lugares calientes y soleados, para desarrollarse exige un mínimo de
temperaturas de 18 °C, la temperatura óptima de crecimiento llega a los 30 °C [11].
Las temperaturas óptimas para diferentes etapas del desarrollo de este cultivo
son: para la germinación entre 30 °C y 35 °C, para el macollamiento 30 °C y
para el crecimiento 27 °C.
2.8 Uso de semilla de buena calidad
Para una mejor respuesta de la variedad se recomienda
usar semilla de alta calidad y libre de patógenos sistémicos. Todos los
semilleros deben ser diagnosticados para raquitismo, escaldadura y hoja
amarilla. Estas evaluaciones servirán para identificar la sanidad y la toma de
decisiones sobre el uso de un lote de semillas destinadas a centros
comerciales.
3. Materiales y Métodos
El presente estudio se realizará en la localidad de El
Oro - Portovelo, donde se encuentra el sector agrícola productivo. En época de
verano las temperaturas en dicha parroquia son moderadas a comparación de
invierno donde se presentan altas temperaturas y lluvias constantes, sin
embargo, hay un elevado nivel de sequía, para los agricultores es la época
idónea para instalar sus respectivos cultivos, esta temporada empieza en junio
y finaliza en diciembre, tiempo en el cual se realizarán los ensayos de nuestro
trabajo de investigación.
3.1 Germoplasma para
la selección masiva recurrente
Variedades mejoradas por CINCAE
(parental femenino): EC-01, EC-02, EC-03, EC-04, EC-05, EC-06, EC-07 y EC-08.
3.2 Obtención de
yemas de las variedades
La multiplicación inicia con el
corte de yemas provenientes de tallos de caña de 8 a 10 meses de edad. Se
obtiene las yemas con una máquina saca yemas o sacabocados, que solamente corta
un trozo de 3.5 cm de largo tipo corcho, con poca cantidad de tejido del tallo,
que protege a la yema. Posteriormente, se sumerge las yemas en agua caliente a
51 °C por 1 hora [12]. Se realiza un
pretratamiento colocando las yemas en agua caliente a una temperatura de 50 °C
por 10 minutos, se dejan reposar por 8-12 horas y luego se realiza el
tratamiento. Las yemas tratadas se sumergen en una solución de Vitavax 300 en
dosis de 5 gramos por litro de agua, para evitar el posible ataque de hongos
del suelo.
3.3 Incubación in
vitro
Posterior a la obtención de
yemas, se colocan en una platabanda de germinación con sustrato compuesto por
ceniza y cachaza (relación 3:1 respectivamente), luego de 15 días son
trasplantadas a vasos de icopor, con un sustrato rico en materia orgánica. Cuando
ha desarrollado suficientes raíces, se colocan por 21 días en una incubadora
que proporciona una temperatura de 40°C y 12 horas de luz, a la que se denomina
cámara de termoterapia [13].
Bajo estas condiciones, las plantas tienen un crecimiento acelerado del tejido
apical, produciendo células libres de patógenos. La mayoría de los virus,
bacterias y hongos son eliminados y los tejidos meristemáticos de la parte
apical están listos para ser extraídos y sembrados en un medio nutritivo de
establecimiento [14].
3.4 Aclimatación
Las plántulas in vitro se llevan
al invernadero donde se realiza el trasplante a bandejas múltiples. Se extraen
las plántulas in vitro de los frascos y se sumergen en agua potable para
eliminar restos de medio de cultivo, luego se pesa cada plántula y se
trasplanta en las bandejas. Los sustratos se esterilizan a 180 ºC por ocho
horas. Se toman datos diarios de T° y HR a las 7:30, 10:30, 16:30. El
invernadero está cubierto con malla de 40% de sombra.
3.5 Inducción a la
floración
Es necesario utilizar una casa de
fotoperiodo a una temperatura en 23 °C (de manera artificial). Por medio de
estas cámaras, es posible controlar la duración del día, la temperatura y la
humedad, logrando porcentajes altos de floración. También se puede utilizar un
sistema de inducción en campo abierto, donde se proporciona a las variedades
días largos desde 13 horas de luz hasta alcanzar el fotoperiodo natural y la
posibilidad de realizar un mayor número de cruzamientos [14, 4].
Posteriormente se extrae el polen de los progenitores masculinos se los mezcla
y se polinizan las flores femeninas.
3.6 Obtención de
semillas viables
Después de realizar la selección
masiva recurrente (30 días) se cortan las flores y se secan en condiciones
controladas (18% HR y 17 °C) durante 24 horas. Se usan bolsas de tela o
protecciones de plástico en forma de faroles, colocados en un lugar específico
y con la respectiva identificación. Se limpian las semillas y secan a niveles
de humedad entre 8–10%, se coloca en sobres de aluminio para almacenarlas bajo
congelación hasta que se proceda a la siembra. Se toma una muestra de 0.5 o 1 g
de semillas y se determina su porcentaje de germinación, para saber cuál
cruzamiento es viable y sembrarlo posteriormente.
3.7 Siembra y
trasplante
La siembra se realiza en
semilleros bajo invernadero, con temperatura controlada y suficiente humedad
con un sustrato suelto. El trasplante se realiza a los 25 días en gavetas,
donde permanecerán por un mes para luego ser trasplantadas a campo. El
trasplante en campo se realiza con una separación entre surcos de 1.4 m y de 1
m entre cada híbrido, intercalando una variedad testigo antes de cada cruza. Además,
es necesario levantar un registro y croquis para identificar el material cuando
desarrollen las plantas [15].
3.8 Tratamientos de
riego
Se establecen dos tratamientos:
riego normal y sequía. A los 180 días después de la siembra, en la fase de gran
crecimiento cuando el tallo gana altura y empieza a acumular azúcar. Para ello
las parcelas que están a capacidad de campo, posteriormente se riegan al 50% de
agotamiento de la humedad del suelo disponible (DASM), mientras que las
parcelas de sequía se riegan al 80% de DASM [16].
3.9 Método de
selección (adaptación)
Se seleccionan las mejores
plantas de cada cruzamiento en condiciones de irrigación normal y sequía,
considerando características observables como: grosor, altura del tallo, alta
población (>8 tallo por cepa).
3.10 Medición de la
sequía después de 45 días del déficit hídrico
Medición de la
eficiencia fotoquímica del fotosistema II-Fv / Fm: la
medición de la fluorescencia de la clorofila se realiza a las 11 o 12 h
realizando 2 lecturas en 5 plantas por cada cruzamiento por repetición, para
ello primera las hojas se adaptaron a la oscuridad durante 30 minutos
utilizando clips de hojas [15, 16].
3.11 Evaluación de
rendimiento a 425 días después de la siembra
En caña planta se toman muestras
de tallos de diferentes cepas al azar dentro de cada cruzamiento para
determinar su contenido de sacarosa.
3.12 Segundo y tercer
cruzamiento
Para llevar a cabo el segundo
cruzamiento, las plantas seleccionadas del anterior cruzamiento son etiquetadas
para inducir la floración. Igual que en la etapa anterior se mezcla el polen y
se polinizan las plantas femeninas, una vez obtenidas la semillas se realiza el
mismo procedimiento para la obtención de semillas viables, siembra y
trasplante. Se establecen los mismos tratamientos de riego y método de
selección para sequía y rendimiento. Finalmente, las plantas seleccionadas con
mejores respuestas a sequía y rendimiento son etiquetas para continuar con el
Estado I de mejoramiento.
3.13 Estado I
Se realiza una selección por
familia en el estado I, para lo cual se siembran 100 a 200 plantas por cada
cruzamiento con dos repeticiones bajo condiciones hídricas normales y dos
repeticiones bajo condiciones de estrés hídrico. En este estado también se
evalúa la respuesta a enfermedades como roya común (Puccinia melanocephala),
roya naranja (Puccinia kuehnii), carbón (Sporisorium scitamineum)
y mosaico (Sugarcane mosaic virus SCMV-Potyvirus) [16, 17]
3.14 Beneficiarios del
Proyecto
Este mejoramiento busca
beneficiar a más de 30000 personas que trabajan en la producción de caña de
azúcar en el Ecuador [1]. Se pretende obtener
cerca de 9 toneladas de sacarosa por ha, 2.7 toneladas más que el testigo
Ragnar, el cual tiene un rendimiento de 6.3 toneladas por ha. Además, es
importante recalcar que la variedad obtenida será resistente a sequia con alta
producción de sacarosa, pues las variedades utilizadas para este mejoramiento
se caracterizan por tener altos rendimientos y tolerancia a sequía.
Referencias
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D. (2019). Presión de selección ambiental y diferencial de rendimiento de
catorce cultivos alimenticios del Ecuador [Universidad Central del Ecuador].
Extraído de: http://www.dspace.uce.edu.ec/bitstream/25000/18613/1/T-UCE-0004-CAG-089.pdf
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Recuperado de https://elproductor.com/sostenibilidad-de-cana-de-azucar-en-Ecuador/
4. CINCAE.
(2016). Nuevas Variedades Mejoradas de Caña De Azúcar. Centro de Investigación
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16. Castillo, R & Silva, E. (2004). Fisiología, floración y mejoramiento genético de la caña de azúcar en Ecuador. CINCAE, 3.
Anexos
Anexo 1. Árbol de problema, causas y efectos del cultivo de caña de azúcar (Saccharum officinarum L.)
Anexo 2. Esquema
de mejoramiento genético de caña de azúcar por selección masiva recurrente
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