Variedades de arroz que pueden crecer temporada tras temporada sin necesidad de volver a sembrar
Arroz que vuelve a crecer a partir de rizomas
El arroz perenne es una variedad de arroz de larga vida que es capaz de volver a crecer temporada tras temporada sin necesidad de volver a sembrar; los genetistas de plantas de varias instituciones están desarrollándola . Aunque estas variedades son genéticamente distintas y se adaptarán a diferentes climas y sistemas de cultivo, su vida útil es tan diferente de la de otros tipos de arroz que se las denomina colectivamente arroz perenne. El arroz perenne, como muchas otras plantas perennes , puede propagarse mediante tallos horizontales debajo o justo por encima de la superficie del suelo, pero también se reproduce sexualmente produciendo flores , polen y semillas . Al igual que con cualquier otro cultivo de cereales, son las semillas las que se cosechan y comen los humanos.
El arroz perenne es uno de los diversos cereales perennes que se han propuesto, investigado o están en desarrollo, [1] incluyendo el trigo perenne , el girasol y el sorgo . Los agrónomos han sostenido que aumentar la cantidad de paisajes agrícolas cubiertos en un momento dado con cultivos perennes es una excelente manera de estabilizar y mejorar el suelo y proporcionar hábitat para la vida silvestre. [2]
El mejoramiento del arroz perenne se inició en el Instituto Internacional de Investigación del Arroz , Filipinas [3] y actualmente se está desarrollando en la Academia de Ciencias Agrícolas de Yunnan, República Popular China, y otras instituciones, pero aún no está disponible para su distribución.
Arroz perenne y anual
El arroz asiático domesticado [4] , Oryza sativa , es una planta de vida corta. La mayoría de las variedades mueren después de producir semillas, aunque algunas pueden volver a crecer (retoños) y producir una segunda cosecha en condiciones favorables. [5] En regiones con climas templados, se pueden cultivar dos o tres cosechas de arroz cada año. Excepto en el caso de los retoños, esto significa que se deben quitar los tallos muertos, cultivar la tierra y sembrar nuevas semillas cada pocos meses.
Por el contrario, el ancestro silvestre del arroz asiático, Oryza rufipogon , suele vivir muchos años, produciendo semillas cada año y propagándose vegetativamente. [6] Además de estos tipos perennes , algunas poblaciones de O. rufipogon son anuales o de vida media. [7]
Los campos erosionados se vuelven menos productivos y las partículas del suelo y los nutrientes disueltos causan problemas ambientales río abajo, incluida la hipoxia en océanos y ríos y la sedimentación de embalses y vías fluviales. [10]
Las plantas perennes vuelven a crecer rápidamente después de la cosecha y forman una cubierta protectora. No es necesario arar los campos después de la primera plantación. [11]
Los investigadores del Instituto Internacional de Investigación del Arroz (IRRI) creían que el arroz perenne "mejoraría la sostenibilidad de la producción de alimentos en las tierras altas montañosas y río abajo". [12]
El arroz perenne podría reducir la tasa de deforestación
La agricultura de tala y quema ha dejado solo unas pocas parcelas de bosque en estas colinas de la provincia de Yunnan. Las zonas de color verde claro son arrozales de las tierras altas.
Un cereal perenne, nutritivo y de alto rendimiento podría permitir a los agricultores pobres de todo el mundo producir alimentos en una parcela de tierra de forma indefinida. En la actualidad, muchos agricultores de subsistencia despejan parcelas en el bosque para sus cultivos. Una vez que el suelo y sus nutrientes se han lavado, la parcela se abandona y se tala y quema un nuevo trozo de bosque. El bosque puede eventualmente regenerarse en la parcela abandonada, o las malezas pueden dominar. Los impactos ambientales de este sistema de cultivo incluyen la pérdida de biodiversidad , las emisiones de dióxido de carbono, el aumento de la escorrentía y la disminución de las precipitaciones. [13] La deforestación podría reducirse mediante prácticas que conserven la productividad del suelo [14]
Otros beneficios potenciales de los cultivos perennes
Resistencia a la sequía: el arroz anual tiene un sistema de raíces poco profundo y es muy susceptible a la sequía. [15] Una planta de larga vida tiene tiempo para desarrollar un sistema de raíces profundo y extenso, lo que la hace teóricamente capaz de acceder a más humedad que una planta anual. [11] El suelo cultivado se seca más rápidamente que el cultivado sin labrar [16]
Resistir la invasión de malezas: La presión de las malezas ha aumentado en los sistemas de arroz de secano a medida que el período de barbecho se ha acortado. [17] El ecologista Jack Ewel escribió: "Las malezas son ampliamente reconocidas como un impedimento importante para el cultivo continuo en los trópicos húmedos, y los campos a menudo se abandonan más porque se anticipan poblaciones incontrolables de malezas que por la disminución de la fertilidad o la acumulación de plagas". [9] La restauración de pastizales con plantas perennes da como resultado menos malezas anuales [18] y las gramíneas perennes, sembradas en densidades apropiadas, pueden superar incluso a las malezas perennes una vez que se establecen. [19]
Nutrición de las plantas: Mientras que las especies de raíces poco profundas, como el arroz [15] obtienen la mayoría de sus nutrientes de la capa superficial del suelo , las plantas perennes de raíces profundas pueden obtener una proporción significativa de su fósforo del subsuelo. [9] "Las raíces profundas son especialmente importantes en sustratos pobres en nutrientes porque aumentan el volumen de suelo explotado por la vegetación". [9]
Reduce la necesidad de trasplantar, desmalezar y otros trabajos agotadores.
Uso más eficiente del fertilizante aplicado
Posibles desventajas
Hábitat mejorado para las plagas. Si los campos no se dejan vacíos durante una parte del año, las poblaciones de roedores e insectos pueden aumentar. La quema de los rastrojos de los arrozales perennes podría reducir estas poblaciones, pero es posible que no se permita en algunas zonas. Además, los roedores e insectos que viven bajo tierra sobrevivirían a la quema, mientras que la labranza altera su hábitat.
Dificulta la rotación de cultivos. Las rotaciones de cultivos con sistemas perennes son posibles, pero la rotación completa necesariamente llevará más tiempo. El ritmo más lento de rotación, en comparación con los cultivos anuales, podría permitir una mayor acumulación de patógenos, plagas o malezas en la fase perenne de la rotación.
Genera materia orgánica en el suelo a expensas de la productividad de las plantas. En ausencia de labranza y en suelos con materia orgánica agotada, los cultivos con grandes sistemas de raíces pueden acumular materia orgánica hasta el punto de que casi todo el nitrógeno y el fósforo del suelo quedan inmovilizados. Cuando esto sucede, la productividad puede disminuir hasta que la materia orgánica se acumula hasta un nivel en el que se alcanza el equilibrio entre la mineralización y la inmovilización de nutrientes o se agrega fertilizante al sistema. [ aclaración necesaria ]
Impactos hidrológicos. Las plantas perennes pueden interceptar y utilizar más agua de lluvia que las plantas anuales cada año. [20] Esto puede provocar que los niveles freáticos bajen o que se reduzca el caudal superficial de los ríos.
Reducción del aporte de nutrientes a las explotaciones agrícolas situadas aguas abajo. La sustitución generalizada de plantas anuales por plantas perennes en los paisajes agrícolas podría estabilizar los suelos y reducir la lixiviación de nitratos hasta el punto de que se podría reducir el aporte de sedimentos y nitrógeno disuelto a los paisajes situados aguas abajo. Los agricultores de estas zonas pueden depender actualmente de estos aportes de nutrientes. [ cita requerida ] Por otra parte, otros sectores de uso del agua podrían beneficiarse de una mejor calidad del agua.
Entornos objetivo para el arroz perenne
Arroz de secano
Arroz de secano que crece entre los tocones carbonizados de un bosque recientemente talado
Arrozales nivelados y rodeados de diques en un valle de la provincia de Yunnan.
38 millones de ha (26%) de arrozales están en terrazas pero sin riego. Este sistema de cultivo produce alrededor del 17% del arroz mundial. [8]
Si bien los sistemas de producción de arroz de secano fueron el objetivo inicial de la perennización del arroz, el hábito perenne puede resultar beneficioso en los sistemas de arroz donde la erosión es una preocupación menor. Frente a la sequía un año y las inundaciones el siguiente, "... el agricultor de arroz de secano puede ser considerado útilmente como un gestor del riesgo y la incertidumbre". [24] Dada la humedad errática, muchos agricultores no utilizan fertilizantes comprados. Con la deforestación, el estiércol puede utilizarse como combustible para cocinar, lo que hace de la fertilidad un problema clave. Cuando se compran fertilizantes, las inundaciones pueden provocar que el escurrimiento de fertilizantes contamine los sistemas de agua. [8]
El arroz con raíces más profundas, como se podría predecir con el arroz perenne, podría aprovechar la humedad y los nutrientes en un mayor volumen de suelo que los tipos de raíces cortas (discutidos anteriormente). El hábito perenne podría reducir la incertidumbre de la plantación y el trasplante con patrones de lluvia erráticos. Los rizomas simplemente permanecerían inactivos hasta que las condiciones de temperatura y humedad fueran adecuadas para la emergencia.
Arroz con cáscara de regadío
El arroz de regadío es muy productivo y este método de producción debe ser bastante sostenible, como se ha practicado en China durante milenios. [25] Sin embargo, las variedades de arroz rizomatoso de alto rendimiento aún pueden tener algunas ventajas, según el Dr. Dayun Tao [26].
Fijación del vigor híbrido: los híbridos de primera generación entre dos líneas o individuos particulares pueden ser excepcionalmente buenos, pero puede ser casi imposible recrearlos. Si el individuo excepcional fuera perenne y rizomatoso, podrían crearse millones de plantas genéticamente idénticas (clones) a partir de fragmentos de los rizomas.
Aceleración de la producción de líneas endogámicas: incluso si el propágulo final para los campos de los agricultores es semilla híbrida, no clones híbridos, los progenitores de híbridos F1 excepcionales podrían propagarse clonalmente de inmediato si fueran rizomatosos. Estas réplicas genéticas podrían mantenerse indefinidamente y cruzarse de nuevo cada año para producir nuevas semillas híbridas F1. Normalmente, la recreación de progenitores mediante reproducción sexual requiere muchas generaciones de endogamia.
Cultivo de retoños: en algunos entornos, se podrían cosechar cultivos de cereales adicionales cada año si las plantas retoñaran rápidamente. Los retoños que crecen a partir de la planta madura pueden alcanzar la etapa reproductiva más rápidamente que los que crecen a partir de semillas. Trasplantar plántulas es más rápido que sembrar semillas, pero aún requiere tiempo y una preparación intensiva del campo y, por supuesto, una gran cantidad de mano de obra para el trasplante.
En este entorno se pueden imaginar otros beneficios:
Reducir la necesidad de transplantar, desmalezar y otras labores agotadoras. Debido a la migración a las ciudades, muchas zonas rurales de Asia sufren actualmente una grave escasez de mano de obra.
Uso más eficiente del fertilizante aplicado
Historia de la investigación sobre el arroz perenne
Hibridación interespecífica y cultivo de embriones, Tailandia, principios de los años 1990
Rizoma del progenitor O. longistaminata del híbrido original del Dr. Tao
Los doctores Dayun Tao y Prapa Sripichitt, que trabajan en el Departamento de Agronomía de la Universidad Kasetsart de Bangkok, realizaron numerosos cruces entre arroz y especies silvestres rizomatosas. [26] La dificultad de este trabajo se ilustra con el caso del único híbrido exitoso que obtuvieron entre Oryza sativa y O. longistaminata . Para obtener esta planta, se polinizaron 119 floretes de arroz, [ aclaración necesaria ] que produjeron 51 semillas. De estas semillas, 33 tenían embriones cultivables, y solo uno de estos embriones se desarrolló en una planta viable. Dicho de otra manera, esta hibridación fue relativamente fácil: se tuvieron que realizar más de 3000 polinizaciones entre arroz y O. rhizomatis para obtener una sola planta viable. [ aclaración necesaria ] Fue un cruce afortunado en otros aspectos: el híbrido era saludable y rizomatoso (todavía está vivo) y parcialmente fértil, lo que permitió obtener semillas F2.
Programa de cultivo de arroz perenne de secano, Filipinas, 1990-2001
Para abordar el problema de la erosión en las regiones productoras de arroz de secano, el Instituto Internacional de Investigación del Arroz (IRRI) inició un programa de mejoramiento de arroz de secano perenne a mediados de los años 1990. [27] En tan sólo unos pocos años, el programa logró avances significativos. El equipo del proyecto de arroz de secano perenne utilizó poblaciones derivadas del cruce de la planta de arroz Oryza sativa con dos plantas perennes diferentes lejanamente relacionadas con la esperanza de que al menos una de estas estrategias permitiera que los genes de la planta perenne se trasladaran al acervo genético del arroz cultivado.
O. rufipogon como donante de caracteres de perennidad. La fertilidad de las familias de la progenie fue en general buena, como se podría haber predicho, dado que O. rufipogon es el ancestro del arroz cultivado. Muchas familias eran perennes, y algunas de las familias de mayor rendimiento eran las más perennes, lo que sugiere que el mejoramiento tanto para el rendimiento como para la perennidad es factible. [12]
O. longistaminata como donante de caracteres de perennidad. Esta especie africana es genéticamente diversa, fuertemente perenne y rizomatosa. Los rizomas pueden sobrevivir y propagarse en condiciones más secas que los estolones. La desventaja de este donante es que está más distantemente emparentado con el arroz cultivado y los cruces y retrocruces son mucho más difíciles de hacer. Los descendientes de los pocos cruces exitosos son en su mayoría infértiles y pocos eran perennes. Muchas de las plantas perennes carecían de rizomas. Los rizomas pueden no ser esenciales para la supervivencia, pero pueden ayudar a las plantas a sobrevivir al estrés y ciertamente las ayudan a propagarse. [28] [29]
Mapeo de los principales genes del rizoma, China, 1999-2001
Parcela de investigación de arroz perenne en una estación de investigación de YAAS en las islas de Hainan
Hu Fengyi, ahora subdirector del Instituto de Cultivos Alimentarios de la YAAS, trabajó en el proyecto de arroz perenne del IRRI y fue el autor principal del artículo que informó por primera vez sobre el mapeo de genes para la producción de rizomas en el arroz. [30] Utilizando la población F2 derivada del cruce Oryza sativa/O. longistaminata, se mapearon dos genes dominantes complementarios, rhz2 y rhz3, que controlan la rizomatología. Se encontró que estos se correspondían con dos QTL asociados con la rizomatología en el género Sorghum, lo que sugiere que la evolución del hábito anual ocurrió de manera independiente, mucho después de que estas especies divergieran. Se están realizando esfuerzos para mapear estos genes en el arroz de manera más precisa. Aunque otros genes sin duda contribuyen a la perennidad y la rizomatología, estos dos son necesarios en el arroz. Los criadores utilizan marcadores para estos genes para ayudar a identificar individuos potencialmente perennes.
Desarrollo de la población reproductora, China, 2007-actualidad
El proyecto IRRI se dio por terminado en 2001 debido a recortes presupuestarios, pero la Academia de Ciencias Agrícolas de Yunnan (YAAS) en Kunming ha continuado la investigación. Se consideró que los rizomas eran más tolerantes al estrés que los estolones, por lo que se centraron en poblaciones derivadas de cruces con O. longistaminata . Como Eric Sacks y sus colegas descubrieron en el IRRI, las plantas de estas poblaciones carecen en su mayoría de rizomas y tienen un alto nivel de esterilidad. Encontrar las plantas extremadamente raras con rizomas y fertilidad ha requerido la selección de grandes poblaciones F2 y de retrocruzamiento. [31] [32]
La nueva variedad de arroz perenne 23 (PR23) representa un nuevo sistema de producción de arroz que se basa en la labranza cero. [33]
Objetivos del mejoramiento del arroz perenne
Restaurar la fertilidad de las semillas
Mapeo de genes que causan esterilidad parcial o total en muchos híbridos interespecíficos. Se han mapeado hasta 35 genes de este tipo en Oryza y la esterilidad es un gran problema en el programa de arroz perenne.
Desarrollar métodos para identificar rápidamente plantas rizomatosas
La selección asistida por marcadores permite examinar un gran número de plantas en busca de marcadores de rizoma. En el campo, las plantas se evalúan primero en cuanto a la producción de rizoma, luego en cuanto a la fertilidad de las semillas y, por último, en cuanto a la viabilidad del polen mediante tinción [34].
El mapeo fino de los genes del rizoma mejorará la eficiencia de la selección asistida por marcadores o incluso permitirá que los genes del rizoma sean clonados y utilizados en técnicas de genes recombinantes.
Eliminar genes indeseables de Oryza longistaminata
Además de los genes potencialmente útiles para los rizomas, la tolerancia al estrés y la resistencia a las enfermedades, en las poblaciones de cría también siguen presentes genes indeseables de O. longistaminata. El retrocruzamiento con variedades de arroz de alto rendimiento es una forma de reducir la frecuencia de estos alelos silvestres.
Aristas : las especies silvestres de Oryza tienen aristas, pero los agricultores prefieren el arroz sin ellas.
Tamaño de semilla pequeño: las especies silvestres de Oryza tienen semillas pequeñas, pero las semillas más grandes son más fáciles de trillar y limpiar. Las semillas más grandes germinan con más vigor. Aumentar el tamaño de las semillas es una forma de aumentar el rendimiento del grano.
Calidad del grano alterada: será difícil lograr el sabor y las propiedades culinarias de las variedades tradicionales de arroz. Y hay miles de variedades locales con propiedades únicas. Elegir entre los posibles objetivos de calidad y luego lograrlos es un "desafío formidable" [35] para todos los programas de mejoramiento del arroz.
Bajo rendimiento: el alto rendimiento de las variedades de cereales de élite siempre se ve comprometido por el cruzamiento con material silvestre. Sin embargo, incluso las especies de arroz silvestre de bajo rendimiento pueden albergar genes para aumentar el rendimiento [36] [37]
Zizania texana — Arroz salvaje de Texas, una planta perenne
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Enlaces externos
El arroz perenne de secano echa raíces Un artículo de Paul Cox en New Agriculturalist.
The Land Institute Un instituto científico en Kansas, EE.UU., con varios programas de mejoramiento de cereales perennes.
Instituto Internacional de Investigación sobre el Arroz (IRRI)
