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Fisiología del arroz y
mejoramiento
Chillan 15-26 de enero de 2007
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Mejoramiento genético
Aumentar rendimiento
Rendimiento: Kg/ Ha
N° panojas / m2
N° de granos / panoja
Peso de 1000 granos
Materia seca producida etapa vegetativa
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Mejoramiento genético
Aumentar la eficiencia de producción de
biomasa (materia seca)
Incrementar la distribución de biomasa
a los destinos de interés economico
Granos
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Fenología de la planta de arroz
Fisiología del arroz
Factores que afectan rendimiento
Chillan 15-26 de enero de 2007
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Fenología de la planta de arroz
S0-3
V1-13
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R0-9
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Germinación
S0
S1
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S2
S3
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Plántula
Dura de 14-20 días
Desde primer hoja hasta quinta hoja.
Hasta tercer hoja la planta vive de las
reservas del endosperma
A partir 5º hoja emerge primer macollo
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Macollaje
25-55 días de duración
Primer macollo emerge previo al estado
de 5 hojas
Desarrollo igual al del tallo principal
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Macollaje
Menos número de hojas , menor tamaño
y desarrollo mas tardío
Difícil distinguir del tallo principal
Crecimiento muy activo
Hasta elongación entrenudos acumula
almidón en las vainas de las hojas
Primer componente del Rendimiento
Nº panojas / Ha (potenciales)
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Macollaje
T S
P SS P S
P
TP
6
4
2
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P S P S
S
PS T
5
3
1
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa Reproductiva
Diferenciación primordio
Desarrollo de la panícula
Es posible distinguir las espiguillas
La panícula se eleva dentro de la vaina de la hoja bandera
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa Reproductiva
Embarrigado (encañado, embuchado)
12-16 días luego de diferenciación
Vaina hoja bandera se hincha
Se elongan los entrenudos del tallo
Sensibilidad a las bajas
temperaturas
Segundo Componente del Rendimiento
Nº granos / panoja
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa Reproductiva
Floración
La panoja emerge de la vaina de la hoja
bandera
Las flores se abren, son fecundadas y se
cierran.
Duración: 3-5 días luego de la emergencia de la
panoja.
La antesis floral ocurre desde arriba hacia
abajo
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa Reproductiva
Etapa de llenado y maduración del grano
Madurez lechosa
•El ovario se desarrolla
•Aparecen los gránulos de almidón
•Comienza la diferenciación del embrión
•Los carbohidratos se traslocan de hojas y tallos al grano
•El endosperma presentan apariencia lechosa
Tercer Componente del Rendimiento
Peso de 1000 granos
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa Reproductiva
Etapa de llenado y maduración del grano
Madurez pastosa
Se va perdiendo humedad y endosperma se hace pastoso
El endosperma se comprime entre lemma y palea que le
dan la forma y tamaño final
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa Reproductiva
Etapa de llenado y maduración del grano
Madurez dura
•35-40 días luego de la polinización se
alcanza la madurez.
•El Contenido de agua es menor al 20%.
•La panoja madura de arriba hacia abajo
(tiene granos duros, pastosos y
lechosos).
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Nº de plantas
Nº de macollos
Nº de granos Peso del grano
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Fisiología del arroz
Senescencia foliar
Crecimiento foliar
as
m
i
qu
rén
e
A
Proteólisis, síntesis de aminoácidos y proteínas
Fotosintesis
Absorción de nutrientes
Sílice
Traslado de nutrientes y fotoasimilados
Crecimiento del cariopse
Partición de fotoasimilados
Llenado de grano
Secado de grano
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Germinación
Imbibición de la semillas
Síntesis de AG3 a aleurona
Transcripción de la amilasa
Transporte a endosperma para
degradación almidón
Maltosa y moleculas de almidón de cadena corta
Temperatura
Temperatura mínima 6-8º C
Temperatura optima 30-32º C
Temperatura máxima 41º C
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Germinación
Oxigeno
El tenor de oxigeno en suelo determina el tipo de germinación
Alto tenor de oxigeno
Siembra en seco
Emerge primero radicula
Bajo tenor de oxigeno
Siembra en agua
Emerge primero coleoptile
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Se inicia con la primer hoja verdadera (completa)
Los eventos en esta etapa son:
Iniciación foliar
Elongación foliar
Maduración de la lámina foliar
Formación del collar
Elongación de la vaina
Formación del nudo
Elongación del entrenudo
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Requerimientos
Climáticos
Radiación
Temperatura
del agua 31º / 16º
Cultivar
Culturales
Densidad de siembra
Fertilización
Riego
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N > 3,5%
P > 0,25% en el tallo principal
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Fotosíntesis
Energía lumínica
Energía química
Fijar CO2
Carbohidratos
Rendimiento es resultado de fotosíntesis
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Fotosíntesis
Rendimiento por planta
Hoja bandera (llenado de grano)
Rendimiento por tallo
Presencia y cantidad de destinos
Granos acumulando reservas
Rendimiento por area
Numero de tallos / Ha
Numero de granos/panoja
Peso de 1000 granos
Intensidad fotosintetica
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Indice de Area foliar
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Hasta elongación de entrenudos
Almacenamiento de almidón se hace en las vainas foliares
Vainas almacenan almidon y /o sucrosa
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Una vez inudado el arroz crece en hipoxia
Suelo inundado las raices se recubre de Fe (ferroso)
Las raices necesitan oxigeno para ser funcionales
Las hojas mueren en 3-6 filocronos de elongación
No proveen de oxigeno a las raices
Nudos y entrenudos proveen de oxigeno a la raiz
Aerenquima
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Formación de aerénquimas
Tejido capaz de conducir oxigeno
Muerte ordenada y programada de las
células (apoptosis) produciendo grandes
espacios intercelulares
La conducción de oxigeno en arroz
inundado se hace por la linea de nudos y
entrenudos con aerénquimas
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Etapa vegetativa
Requerimientos
Temperatura: 18 a 25 º C
Climáticos
Humedad:
Oxigeno: Desarrollo de radícula
Preparación terreno
Fecha y densidad de siembra
Culturales
Distribución de la semilla
Método de siembra
Control de malezas
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Nutrición mineral
Nitrógeno
Rápidamente absorbido por las plántulas y convertido en
proteínas foliares
Las hojas se expanden, llegan a maximo fotosintetico y
mueren.
Parte de este nitrógeno se transfiere de las hojas adultas a
las jóvenes hasta después de llenado de grano
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Nutrición mineral
Nitrógeno
Aminoacidos constitutivos de la hoja
son transformados a:
Glutamato, glutamina y serina
Rapidamente traslocables a destinos como hojas en
crecimiento
Nitrogeno es redistribuible a las hojas jovenes durante todo
el periodo vegetativo.
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Nutrición mineral
Nitrógeno
Máxima area foliar en R0
Inicio panicula R0
Diferenciación panícula R1
Alta demanda de
nitrogeno traslocable
Hojas parecen sufrir deficiencia de nitrogeno.
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Nutrición mineral
Nitrógeno
•Aumenta numero de espiguillas por panoja
•Interrelación marcada entre absorcion de N y radiación
•Características del tipo de planta afectan la relación anterior
Plantas altas, poco macollaje y panojas grandes :
Muy afectadas en su respuesta al N con baja radiación
Plantas semienanas muy macolladoras y menor tamaño de
panoja:
Poco afectadas en su respuesta al N con baja radiación
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa vegetativa
Nutrición mineral
Sílice
Tiene absorción selectiva por el ácido silícico
Se deposita en paredes celulares y epidermis
Incrementa fotosintesis
Reduce el consumo de agua
Favorece las posicion erecta de las hojas
Reduce efectos de toxicidad de algunos
nutrientes por excesiva absorcion
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa reproductiva
Desarrollo del grano
Lleva un período relativamente largo en el desarrollo de la planta
Desarrollo del tubo polínico
Nutrición del endosperma y embrión
Energía
Elongación del grano: expansión de pared celular hasta
ocupar el maximo espacio entre lemma y palea
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa reproductiva
Desarrollo del grano
Primer carbohidrato transportado
sacarosa
Desde fertilización hasta fin de elongación
Invertasas acidas
sacarosa
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glucosa + fructosa
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa reproductiva
Llenado del grano
Células del endosperma almacenan fundamentalmente almidón
Células de la aleurona con lípidos y proteínas
Células de las capas sub aleurona almidón, lípidos y proteínas
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Etapa reproductiva
Llenado del grano
Bioquímica del llenado se lleva acabo en dos lugares
Citosol
Plastidos
sucrosa
amilopectina
amilosa
sucrosa sintasa
UDP-glucosa + fructosa
ATP
PPi
UTP
ADP
Glucosa-1-Fosfato
ATP
PPi
ADP-Glucosa
Glucosa-1-Fosfato
ATP
PPi
ADP
Unidades de ADP-glucosil
Formacion almidón
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Etapa reproductiva
Requerimientos
Climáticos
Culturales
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Radiación solar
Nitrógeno
Riego
Alto requerimiento de nitrógeno
traslocable desde las hojas
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Requerimiento de radiación solar (%)
100
75
Periódo
crítico para
radiación
solar
50
15 días
25 a 55 días
Emergencia Macollaje
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21 días
21 días
Primordio Floración
10 días
Grano Grano
pastoso maduro
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Biomasa vegetativa
Radiación solar incidente
Rendimiento
Energía para producción MS
Radiación incidente
Eficiencia de intercepción
Eficiencia de conversión
Eficiencia de traslado a parte aerea
Eficiencia de partición a granos
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Radiación incidente
Radiación electromagnetica
OC 0,3-3nm (lumínica)
Re
ndi
(Kg mien
/h a t o
)
OL 5-100 nm (térmica)
µmol.m-2s-1
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Factores que afectan la radiación solar incidente
en el cultivo
Fotosíntesis
•Longitud del día
•Máxima intensidad de radiación esperable en un día claro
•Nubosidad
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Variación de la radiación según los meses
PA
R
40º LS
D
E
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N D
m eses
Variación de la radiación según la latitud
PA
R
40º LS
0º LS
D
Chillan 15-26 de enero de 2007
E
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
meses
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Radiación incidente
Eficiencia de
intercepción
Radiación interceptada
Eficiencia de
conversión
Materia seca producida
Eficiencia de partición
parte aérea
Materia seca parte aérea
Eficiencia de
partición a granos
Rendimiento económico
Chillan 15-26 de enero de 2007
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Radiación incidente
Eficiencia de
intercepción
Radiación interceptada
Chillan 15-26 de enero de 2007
Arquitectura planta,
crecimiento foliar,
senescencia
prácticas agronómicas
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Arquitectura de planta
Planófilas
Erectófilas
k = 1.5
k = 0.3
a = IAF Planófilas > intercepción que erectófilas
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Habito de macollaje
Erecto
Intermedio
Disperso
Chillan 15-26 de enero de 2007
Abierto
Procumbente
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
d
a
R
n
ó
i
iac
Planófilas
Erectófilas
1
Chillan 15-26 de enero de 2007
2
3
4
5
6
IAF
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Senescencia foliar
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Radiación incidente
Eficiencia de
intercepción
Radiación interceptada
Eficiencia de
conversión
Bioquimica C3
Factores que la afectan
Materia seca producida
Eficiencia partición
parte aérea
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Diferentes largo de ciclo
Vegetativo - Reproductivo
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Duracion del ciclo
Está bajo control genético y modulados por factores
ambientales
Radiación
Temperatura
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Fotoperiodo
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Tasa de reacción
Temperatura
I
II
III
I= reacción
II= desnaturalización
Temperatura ºC
III = tasa de reacción
I - II = III
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
base
óptima exceso
T °C
1/duración (tasa de desarrollo)
Duración (días)
Temperatura
Tb
To
Tm
T ºC
Modelo cuantitativo
(estimar duración distintas fases fenológicas)
Tiempo térmico = ∑ (T - Tb) = ºC día
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Temperatura
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Emergencia-Floración (ºC días)
Fotoperíodo
Días cortos
Sensibilidad
Precocidad
intrínseca
12
18
S
D
Chillan 15-26 de enero de 2007
12
Fc
M
Siembra
6
Hs
J
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Radiación incidente
Eficiencia de
intercepción
Radiación interceptada
Eficiencia de
conversión
Materia seca producida
Eficiencia de partición
parte aérea
Materia seca parte aérea
Composición reserva
Eficiencia de
del grano
partición a granos
Rendimiento económico
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Partición a granos
Crecimiento
Rendimiento
Indice de cosecha
Indice de cosecha =
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Rendimiento en grano
Biomasa total
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Partición a granos
Indice de cosecha =
Numero de
granos
Rendimiento en grano
Biomasa total
Peso de granos
Activo crecimiento durante
el llenado de granos
Activo crecimiento durante etapa
crítica de fijación de granos
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Partición a granos
Indice de cosecha
Calidad de la biomasa producida
Con 1 gramo de glucosa se obtienen:
0,83 g de almidón
0,33 g de aceite
0,41 g de proteínas
Requerimientos de glucosa para la
producción de grano
(g glucosa / g grano)
Arroz: 1,4
Girasol: 2,4
Soja: 2,0
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Partición a granos
Relación fuente-destino
Reguladores de crecimiento
Control de distribución
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Control nutricional
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Partición a granos
Relación fuente-destino
Transporte asimilados
Carga y descarga
Partición
Interacción fuente-destino
Cantidad de carbohidratos producidos
Nº de espiguillas fecundadas
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Partición a granos
Plasticidad morfológica
Variaciones fenotípicas de distribución
Ideotipos
Chillan 15-26 de enero de 2007
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Partición a granos
Plasticidad morfológica
Variaciones fenotípicas de distribución
Ideotipos
Chillan 15-26 de enero de 2007
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
T
H
G
Dias desde siembra
Materia seca (Kg/ha)
T
Materia seca (Kg/ha)
Materia seca (Kg/ha)
Variaciones fenotípicas de distribución
H
G
Dias desde siembra
T
H
G
Dias desde siembra
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Partición a granos
Plasticidad morfológica
Variaciones fenotípicas de distribución
Ideotipos
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Partición a granos
µMol CO2. m-2 s-1
Ideotipos
Hoja bandera
Inferiores
planta moderna
Inferiores
Planta tradicional
µMol PPDF. m-2 s-1
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II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Mejoramiento genético
Aumentar rendimiento
Rendimiento: Kg/ Ha
N° panojas / m2
N° de granos / panoja
Peso de 1000 granos
Materia seca producida etapa vegetativa
Chillan 15-26 de enero de 2007
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz
Mejoramiento genético
Aumentar la eficiencia de producción de
biomasa (materia seca)
Cambio en el tipo de planta
Disminuir senescencia foliar
Incrementar la distribución de biomasa
a los destinos de interés economico
Modificar duración ciclo
vegetativo-reproductivo
Chillan 15-26 de enero de 2007
Granos
Aumento en el numero de
destinos de fotosintatos
II Curso de capacitación en mejoramiento genético del arroz