Mejoramiento genético de plantas

Segunda Edición

Vallejo Cabrera, Franco Alirio, Franco Alirio Vallejo Cabrera

• Editorial: Universidad Nacional de Colombia
• Año: 2016
• ISBN del libro electrónico: 9789587755046
• Categoría: Tecnología e ingeniería
• Categoría: Agronomía

El libro es el resultado de 27 años de labores del Grupo de Investigación en "Mejoramiento Genético y Producción de Semillas de Hortalizas" y de las experiencias acumuladas en la enseñanza del fitomejoramiento durante los últimos 30 años en la Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira. Constituye una importante ayuda y un complemento para los cursos de mejoramiento genético de plantas en pregrado y posgrado. Ofrece un tratamiento general de los diferentes temas, y brinda al estudiante bases fundamentales sobre el apasionante mundo del fitomejoramiento. También puede ser material de interés para los científicos o investigadores que en su ejercicio profesional se desempeñan en campos relacionados con el mejoramiento genético de plantas. La obra comprende 21 capítulos. En los primeros se presentan la importancia, la justificación Y los fundamentos genéticos para un programa de fitomejoramiento. Se analizan tópicos como el origen, la diversidad y la evolución de las plantas cultivadas, la clasificación de la variabilidad de las plantas, los recursos fitogenéticos, los sistemas de reproducción, la esterilidad, la incompatibilidad, la variación fenotípica, la estimación de los componentes de la varianza genética, la heterosis, la endogamia y la interacción genotipo por ambiente. En los capítulos finales se presentan los diferentes métodos de mejoramiento genético para las especies autógamas y alógamas, la resistencia genética a enfermedades e insectos plagas, las aplicaciones de la biotecnología en el mejoramiento genético, sistemas de producción de semillas y una bibliografía seleccionada.

Capítulo 1

Introducción

El mejoramiento de la productividad, la calidad y la adaptación de los cultivos se puede conseguir, básicamente, de tres maneras:

• Por el uso de semillas genéticamente superiores, que provienen de los programas de mejoramiento.

• Por el mejoramiento de las condiciones ambientales mediante prácticas correctas de producción o manejo adecuado de los insumos, tales como suelo, fertilizantes, agua y pesticidas.

• Por el aprovechamiento simultáneo del mejoramiento genético y ambiental.

Para ilustrar estas estrategias se consideran los siguientes ejemplos:

• El ataque de un hongo a un cultivo puede ser prevenido con fungicidas (mejoramiento ambiental) o con la siembra de una variedad resistente (fruto del mejoramiento genético). El último proceso probablemente es el más económico.

• En trigo, el único proceso económicamente viable de control de las enfermedades es la siembra de líneas o variedades resistentes (mejoramiento genético).

• El maíz es un cereal que siempre viene mejorado genéticamente, constantemente aparecen nuevos híbridos y variedades. El mejoramiento ambiental, sin embargo, también puede dar buenos resultados gracias a métodos adecuados de siembra, fertilización y riego, entre otros.

• El contenido de aceite en el embrión de la semilla de maíz es de gran importancia industrial. Actualmente, existe la necesidad de crear variedades con mayor contenido de aceite (mejoramiento genético) y los cambios en las condiciones ambientales en los cultivos de maíz (fertilización, agua, etc.) no conseguirán incrementar significativamente la cantidad de aceite de las semillas. El mejoramiento genético, en este caso, es el único medio para obtener tal aumento.

Desde el punto de vista de los agricultores, las variedades mejoradas genéticamente ofrecen uno de los medios más efectivos, en términos de costos de producción, para aumentar el rendimiento y la calidad de los cultivos. Los ingenieros agrónomos, los biólogos y los ambientalistas se sienten atraídos por el mejoramiento genético por una razón muy importante: el rendimiento y la calidad de los productos vegetales pueden ser incrementados mediante el uso de la genética, sin incurrir en los riesgos que a menudo acompañan el uso de sustancias químicas contaminantes, como fertilizantes y plaguicidas. El fitomejoramiento, en otras palabras, genera tecnología limpia y no contaminante.

El fitomejoramiento, en un sentido amplio, es el arte y la ciencia de alterar o modificar la herencia de las plantas para obtener cultivares (variedades o híbridos) mejorados genéticamente, adaptados a condiciones ambientales específicas, de mayor rendimiento económico y de mejor calidad que las variedades nativas o criollas. En otras palabras, el fitomejoramiento busca crear plantas cuyo patrimonio hereditario esté de acuerdo con las condiciones, las necesidades y los recursos de los productores rurales, de la industria y de los consumidores; o sea, de todos aquellos que producen, transforman y consumen productos vegetales.

El fitomejoramiento también puede ser entendido como una aceleración del proceso evolutivo natural de las especies vegetales provocada por el hombre, con el fin de crear nuevas variedades o híbridos que presenten ventajas para el cultivo, el uso y el consumo del hombre y de los animales domésticos. Esta aceleración se logra aplicando las leyes de la genética, de la evolución y de la probabilística.

El fitomejoramiento, entendido como el arte de seleccionar plantas, ha sido practicado por el hombre desde el comienzo de la agricultura, desde hace 12.000 años aproximadamente. Sin embargo, el fitomejoramiento como ciencia, como algo creativo, empezó con el redescubrimiento de las leyes de Mendel, en 1900, por parte de Correns, De Vries y Tschermak.

El fitomejoramiento, como ciencia aplicada, es una sola, a pesar de que se fundamenta o se refuerza en un conjunto de disciplinas básicas, tales como la genética, la biología molecular, la botánica, la citología, la biometría, la fisiología, la fitopatología, la entomología, los suelos, el clima, las nuevas biotecnologías y en el conocimiento del medio socioeconómico en el cual se van a utilizar los nuevos cultivares.

El fitomejorador necesita obtener toda la información posible acerca del cultivo que va a mejorar y de las condiciones socioeconómicas del medio en el que se van a utilizar los nuevos cultivares. Debe construir un programa consistente de largo alcance, “vivir” con su cultivo, “'amar un poco” sus selecciones, variedades o híbridos pero sin sobredimensionarlos, porque probablemente no son tan buenos como él cree. Además, debe ser receptivo y hacer que los resultados lleguen a la comunidad.

Algunos fitomejoradores se abstienen de entregar ciertos genotipos mejorados porque siempre están esperando producir la “mejor” variedad o el “mejor” híbrido. Se debe pensar que el fitomejoramiento implica un proceso de avances progresivos y que por lo tanto esto no va a ocurrir. Se debe entregar al público la variedad o el híbrido mejorado (aunque no el “mejor”) para su uso y beneficio. La sociedad no se beneficia de los genotipos mejorados que permanecen guardados en los centros experimentales.

Últimamente y con el auge de las nuevas biotecnologías, se ha pretendido crear una división entre el fitomejoramiento convencional o tradicional y el fitomejoramiento no convencional sustentado en el uso de las nuevas biotecnologías. Esto no es correcto y menos aún lo es afirmar que el fitomejoramiento propiamente dicho pronto sería reemplazado por las nuevas biotecnologías. La biotecnología es una herramienta más, como lo es la genética, la fisiología y la biometría, que ayudará grandemente a la producción de nuevos cultivares. Los fitomejoradores, biotecnólogos vegetales, fisiólogos y fitopatólogos, deben fortalecer los equipos multidisciplinarios de trabajo y complementarse para enfrentar problemas de mutuo interés. Se deben olvidar las rivalidades o competencias entre fitomejoradores y biotecnólogos vegetales, pues ambos, trabajando armoniosamente, buscan las mismas metas u objetivos.

Todos los científicos dedicados a la producción agrícola deben comprender que la lucha por la producción de alimentos para una población humana creciente, se ganará o perderá en los campos experimentales y en las fincas de los agricultores; los laboratorios serán solamente espacios para acelerar o incrementar la eficiencia de esta lucha.

1.1. Justificación y logros del fitomejoramiento

La alimentación humana depende en un 93% de los productos vegetales y en un 7% de los productos animales, pero éstos provienen indirectamente de las plantas. El 99% de la comida es producida en tierra firme y sólo el 1% lo es en los océanos y en las aguas continentales. El 80% de la población mundial utiliza exclusivamente plantas o derivados de éstas para el tratamiento de las diferentes enfermedades; alrededor de 7.000 compuestos químicos medicinales provienen de especies vegetales. Combustibles, materiales de construcción, ropa, insecticidas y herbicidas, también se derivan de las especies vegetales. Al conocer la gran importancia de las plantas, no es sorprendente que el hombre se haya preocupado desde hace muchos años atrás –y siga preocupándose– por obtener genotipos seleccionados o mejorados para satisfacer sus necesidades.

Los avances logrados en la producción de alimentos, a partir de 1900, han sido progresivos y, sin duda, sorprendentes para beneficio tanto de los agricultores como de los consumidores. El mejoramiento vegetal ha dado origen a variedades o híbridos cada vez más productivos, con mayor resistencia a hongos, bacterias, virus, insectos, frío, calor, sequía, acidez, salinidad, y con gran adaptación a las diferentes condiciones en donde es posible el desarrollo de la agricultura.

Cientos de millones de hectáreas se cultivan hoy en día en el mundo con semillas de variedades o híbridos mejorados que producen entre 150 a 500 por ciento más que las variedades cultivadas a comienzos del siglo XX, hecho que permite el suministro de alimentos y materia prima para la creciente demanda, la cual en la década de 1980 fue superior en 210 veces a la existente en la década de 1900.

En el último siglo, el fitomejoramiento basado en métodos de hibridación entre diferentes variedades de la misma especie, junto con métodos especiales de selección en generaciones segregantes subsecuentes, ha alcanzado extraordinarios resultados que han repercutido considerablemente en la producción agrícola mundial. En muy pocos casos, la selección de mutantes (naturales o inducidos) o la utilización de plantas transgénicas han producido resultados tan espectaculares, hasta el momento.

A finales del siglo XIX, las variedades de remolacha azucarera contenían alrededor del 9% de azúcar; hoy existen variedades con más del 20%. En la década de 1940, las variedades de girasol contenían alrededor del 30% de aceite, mientras los híbridos actuales contienen 50%, y algunas líneas poseen más del 60% de aceite. En la primera mitad del siglo XX, el rendimiento máximo del maíz era de 5,0 t/ha en Estados Unidos y en Europa; el rendimiento máximo actual excede las 20,0 t/ha. Las variedades de trigo de las décadas de 1960 y 1970 rendían entre 6,0 y 8,0 t/ha; actualmente las nuevas variedades exceden las 10,0 t/ha. Similares resultados se han logrado con muchos otros cultivos. En el Cuadro 1 se presenta el rendimiento máximo alcanzado y la relación entre el rendimiento máximo y el rendimiento promedio para algunos cultivos; en él se pueden observar las ganancias espectaculares obtenidas por el uso de nuevas variedades acompañadas de factores ambientales favorables.

Cuadro 1. Rendimiento máximo alcanzado y relación entre rendimiento máximo y rendimiento promedio de algunos cultivos (Borojevic, 1990).

Especie	Rendimiento máximo (t/ha)	Relación entre rendimiento máximo y rendimiento promedio
Maíz	23,9	4,3
Sorgo	21,5	6,5
Arroz	14,4	5,8
Trigo	14,1	2,3
Cebada	11,4	6,2
Avena	10,6	3,9
Soya	7,4	3,5
Papa	94,1	2,4
Remolacha azucarera	120,0	3,0
Caña	150,0	3,0

Además, se han producido desarrollos...

Índice

• Portada
• Página Legal
• Presentación
• CAPÍTULO 1
• CAPÍTULO 2
• CAPÍTULO 3
• CAPÍTULO 4
• CAPÍTULO 5
• CAPÍTULO 6
• CAPÍTULO 7
• CAPÍTULO 8
• CAPÍTULO 9
• CAPÍTULO 10
• CAPÍTULO 11
• CAPÍTULO 12
• CAPÍTULO 13
• CAPÍTULO 14
• CAPÍTULO 15
• CAPÍTULO 16
• CAPÍTULO 17
• CAPÍTULO 18
• CAPÍTULO 19
• CAPÍTULO 20
• CAPÍTULO 21
• Página Institucional
• Créditos