Articulación del proyecto con las cadenas productivas.

El proyecto se concentrará en las principales especies perennes y anuales de los géneros Lotus, Medicago y Trifolium, con énfasis diferencial en función de los ecosistemas marginales de cada región. El desarrollo del proyecto se apoya directamente en el sistema productivo de la región, tanto por tener a los predios comerciales como fuente del germoplasma a prospectar, así como por ser los productores, sus agremiaciones y las empresas vinculadas, los destinatarios finales de los productos del Proyecto. El diagnóstico de la incidencia de la calidad genética y física de insumos y procesos que utiliza el productor en la implantación de praderas tendrá un impacto directo en el corto plazo en el resultado económico del predio en forma directa a través del aumento de productividad de las pasturas basadas en leguminosas forrajeras e indirecto en los cultivos de grano que integran la rotación agrícola-ganadera en cada sistema productivo. En definitiva, los resultados del mismo se dirigen a mejorar las producción pecuaria mediante la calidad de insumos y procesos así como el desarrollo de nuevos cultivares e inoculantes, cuya base proviene del material colectado en los predios de la región. Productores representados por las Agremiaciones Regionales y Empresas estarán involucrados en la colecta del material genético. Las instituciones de investigación realizarán la caracterización del material colectado para su incorporación en los programas de mejoramiento genético y selección de cepas, cuyos productos serán comercializados por los sistemas cooperativos y empresas de la región. Este proyecto cuenta con una contraparte en los países muy bien estructurada a través de la Red de Recursos Genéticos de PROCISUR, (REGENSUR) y complementa los esfuerzos realizados en el pasado (http://www.procisur.org.uy/online/regensur.asp). Esto garantiza que el germoplasma y los resultados técnicos generados en el proyecto, tendrán una continuidad en los programas de mejoramiento genético de los países. Este proyecto está dentro de los objetivos de las líneas estratégicas definidas por los países de la región (PROCISUR): Recursos Naturales y Agricultura Sustentable, Cadenas Agroindustriales, Recursos Genéticos y Biotecnología.

Las figuras innovadoras del presente proyecto son:

∙ Uno de los pocos ejemplos donde la participación de los productores se integra a la investigación en el área de recursos genéticos de leguminosas forrajeras templadas, y simultáneamente participan en la caracterización de la calidad de insumos y procesos de sus predios, permitiendo medir el impacto en la implantación de las leguminosas y por ende en el resultado económico de las empresas.

∙ La integración de la investigación de la leguminosa con su simbionte, que generará información sobre las interacciones e incompatibilidades de los simbiontes con diversas leguminosas forrajeras.

∙ El equipo multidisciplinario, que generará conocimiento y materiales en relación a las características de adaptación a condiciones ambientales restrictivas para su posterior uso en mejoramiento genético. La utilización de investigación básica en fisiología y genética permitirá acelerar la identificación de germoplasma adaptado a las condiciones restrictivas objetivo del proyecto.

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Leguminosas para Sistemas Sustentables

Objetivos (General y Específicos)

Objetivo general: Valorizar los recursos genéticos de las leguminosas forrajeras naturalizadas del género Lotus, Medicago y Trifolium y sus rizobios asociados para su mejoramiento y utilización agronómica. Este proyecto se enmarca dentro de la Red de Recursos Genéticos del Cono Sur (REGENSUR http://www.procisur.org.uy/online/regensur.asp) del PROCISUR, con el respaldo de los Programas de Mejoramiento y Conservación de Recursos Genéticos en cada país. Se busca ampliar la base de germoplasma para obtener nuevas variedades de leguminosas forrajeras y cepas de rizobios asociados adaptadas a ambientes con limitaciones.

Objetivos específicos:

1. Conservar y desarrollar los recursos genéticos  de especies naturalizadas de los géneros Lotus, Medicago y Trifolium (perennes y anuales) de valor agronómico y sus simbiontes asociados mediante una colecta participativa.

2. Caracterizar la diversidad genética de poblaciones naturalizadas de leguminosas en relación con la adaptación natural al pastoreo y estrés biótico, así como las respuestas bioquímico-fisiológicas frente a estrés abiótico.

3. Colectar y caracterizar la diversidad genética de poblaciones nativas o naturalizadas de Rhizobium.

4. Evaluar el valor agronómico de los aislamientos de Rhizobium en las especies priorizadas.

5. Evaluar de forma participativa la calidad de insumos y procesos (planta-rizobio) utilizados por los productores en la implantación de leguminosas y su impacto en la eficiencia de la cadena productiva.

Déficit hídrico, acidez del suelo y baja disponibilidad de P determinan las principales restricciones de crecimiento de los ambientes objetivos del proyecto. Por lo tanto, la investigación se centrará en las especies de los géneros Medicago, Lotus y Trifolium potencialmente aptas para estos ambientes “pobres”. El mejoramiento genético de leguminosas forrajeras no tiene un gran desarrollo a nivel mundial para estos ambientes restrictivos, ya que la inversión de las empresas semilleristas internacionales apunta fundamentalmente a ambientes de alta fertilidad. Las instituciones participantes tienen amplia experiencia en investigación, desarrollo y divulgación de las especies que pueden desarrollarse en estos ambientes restrictivos, tales como L. corniculatus, T. pratense, M. polymorpha, T. michelianum,  T. subterraneum, L. uliginosus, T. resupinatum, T. repens, etc. Las restricciones abióticas que condicionan la productividad de las leguminosas forrajeras en diferentes suelos de la región son numerosas (ej. acidez, salinidad, alcalinidad, déficit hídrico, anegamiento, toxicidad por Aluminio, baja disponibilidad de P). El proyecto se concentrará en el estudio de estrés hídrico y acidez de suelo,  problemas comunes a la mayoría de los ambientes en ambos países. Ambos factores, aunque por diferentes vías, reducen la persistencia productiva de las leguminosas, ya que afectan todas las etapas del cultivo, desde el establecimiento hasta la fase productiva, reduciendo la producción global, aumentando la estacionalidad de la producción y por ende reduciendo la estabilidad de los sistemas productivos. La complejidad de la respuesta de plantas y bacterias a estos factores hace necesaria la integración de un equipo multidisciplinario, que integre recursos genéticos, genética poblacional y fisiología de planta y bacteria, entre otras disciplinas.

Resumen ejecutivo

En los países del Cono Sur de América Latina (Argentina, Brasil, Chile y Uruguay) las producciones vacuna y ovina representan una porción importante del producto nacional bruto. Sin embargo, la mejora de la producción animal en la región está limitada por la productividad, calidad y extensión de las pasturas actuales. Aunque las pasturas basadas en las leguminosas forrajeras se han adoptado en la región, particularmente en sistemas intensivos basado en las rotaciones de cereales-leguminosas perennes, las pasturas naturales representan más de 70% del área pastoril total. La pequeña proporción de pasturas cultivadas refleja las dificultades para lograr la implantación y persistencia de las especies de leguminosas introducidas en suelos marginales para la agricultura.

La producción agrícola se ha extendido en los últimos años, desplazando áreas de cultivos y pasturas a suelos de menor fertilidad y con mayores restricciones de crecimiento. La necesidad de producir más se contrapone con un mercado donde los principales recursos no renovables no son valorizados; la ampliación del área agrícola ha determinado un incremento en las pérdidas de suelo por erosión, problema que se incrementa en suelos marginales. Las leguminosas forrajeras aportan a la economía y al bienestar de los países del Cono Sur mediante un beneficio directo en producto animal. Las leguminosas no solo aportan a una ganadería más eficiente y sustentable sino que, además constituye la principal fuente de Nitrógeno para los cultivos en suelos poco fértiles.

A pesar de la adaptación de algunas leguminosas forrajeras a suelos poco fértiles, la producción está limitada por diversas restricciones medioambientales, tales como sequía, anegamiento, acidez del suelo,  que afectan la implantación, crecimiento y persistencia. A pesar de las innumerables ventajas de algunas especies de los géneros Medicago, Lotus y Trifolium, el mejoramiento genético a nivel mundial se ha concentrado en escasas especies de leguminosas forrajeras y para suelos fértiles. Los INIAs de la región están involucrados en la conservación de los recursos naturales, pero no han realizado una gran inversión en investigación regional que esté orientada específicamente a generar recursos genéticos de las especies de leguminosas forrajeras adaptadas a las condiciones restrictivas de suelos marginales.

Los rendimientos en estos suelos marginales son inferiores a los suelos fértiles por una serie de factores negativos de tipo abiótico y biótico. Se destacan entre los primeros el déficit hídrico y la acidez del suelo, restricciones comunes a los suelos de Chile y Uruguay. Esta problemática de producción no ha sido abordada específicamente a través de mejoramiento genético por lo que no se dispone de germoplasma adaptado a los nuevos escenarios de pasturas. La no disponibilidad de ese tipo de material genético no solo agranda la brecha productiva con los sistemas basados en suelos fértiles sino que, además obliga al empleo de mayores insumos, especialmente fertilizantes. La identificación, caracterización, incorporación y desarrollo de germoplasma adaptado a los suelos poco fértiles y con restricciones de crecimiento, tal como se planifica obtener en el marco del presente proyecto, aportará al desarrollo sustentable de los países de la región tanto en lo económico cuanto en lo ambiental. El proyecto proveerá simultáneamente cepas de rizobio que garanticen una óptima FBN para estas leguminosas en suelos problema.

El proyecto colectará y caracterizará accesiones  de leguminosas de los géneros Medicago, Lotus y Trifolium para identificará fenotipos con mayor adaptación al suelos ácidos, con frecuentes déficit hídricos y baja disponibilidad de P. El Consorcio utilizará una estrategia de colecta participativa, integrando desde el inicio a los productores rurales, principales beneficiarios de los resultados del proyecto. Para optimizar la fijación de N, el proyecto aislará, caracterizará y seleccionará cepas de alta eficiencia, tolerantes a estrés, para cada especie en particular en los suelos problema. El proyecto proveerá un numero de soluciones biotecnológicas (recursos biológicos y herramientas en calidad de insumos) para mejorar la adaptación de especies forrajeras a ambientes restrictivos y mejorar la productividad y sustentatibilidad de las pasturas en la región.

 

Antecedentes y justificación

En los países del Cono Sur de América Latina (Argentina, Brasil, Chile y Uruguay) las producciones vacuna y ovina representan una porción importante del producto nacional bruto y los intercambios comerciales con terceros países. Hay una creciente demanda mundial por productos derivados del animal de calidad superior, pero la mejora de la producción animal en la región está limitada por la productividad, calidad y extensión de las pasturas actuales. Aunque las pasturas basadas en las leguminosas forrajeras se han adoptado en la región, particularmente en sistemas intensivos basado en las rotaciones de cereales-leguminosas perennes, las pasturas naturales representan más de 70% del área pastoril total. La pequeña proporción de pasturas cultivadas refleja las dificultades para lograr la implantación y persistencia de las especies de leguminosas introducidas.

El cultivo de las leguminosas forrajeras en América del Sur comenzó con complejas mezclas de semilla introducidas de diversos orígenes (Europa, Oceanía). Las principales especies perennes adaptadas a los ecosistemas del Cono Sur son Lotus corniculatus, L. glaber, L. uliginosus, Medicago sativa, Trifolium pratense, T. repens. Dentro de las anuales se destaca M. polymorpha, L. subbiflorus, T. subterraneum, T. michelianum, T. resupinatum T. incarnatum, T. vesiculosum, Ornithopus compressus, O. sativus, Biserrula pelecinus. Estas especies crecen en pasturas naturales y/o cultivadas y sus áreas de distribución varían con las condiciones edáficas y climáticas. También, como uno de los rasgos más notables de leguminosas perennes en la región, se usan en sistemas de rotación cultivo-pasturas en las áreas donde arroz, trigo, cebada, avena, maíz, girasol, son cultivados. La adopción por parte de los productores de leguminosas para esta rotación permite el mantenimiento de los sistemas agrícolas en áreas marginales de la región.

A pesar de su adaptación, la producción de las leguminosas perennes está limitada por diversas restricciones medioambientales, tales como sequía y anegamiento, acidez del suelo, enfermedades y plagas, que afectan la implantación, crecimiento y persistencia. Las colectas de poblaciones naturalizadas de leguminosas perennes han mostrado una marcada variación y adaptación a las condiciones de stress hídrico y manejo del pastoreo, cuando fueron llevadas a ambientes comunes. La comprensión de los mecanismos fisiológicos y bioquímicos que confieren tolerancia a estrés hídrico es importante en términos de desarrollo de estrategias de selección y mejoramiento genético. El estrés por sequía lleva a una serie de ajustes fisiológicos y bioquímicos encadenados que van desde el cierre estomático a la generación de especies reactivas del oxígeno (ERO). Las plantas logran superar el daño oxidativo por acciones coordinadas de mecanismos antioxidantes no enzimáticos mediados por moléculas tales como los carotenos, ascorbato, prolina y glutatión, así como enzimáticos relacionados con las actividades superóxido dismutasa, peroxidasas y catalasas. Se ha encontrado que existe una estrecha relación entre la actividad enzimática constitutiva e inducida y una mayor tolerancia al estrés ambiental. Por lo tanto, para comprender mejor los mecanismos fisiológicos y bioquímicos que subyacen a la tolerancia diferencial a la sequía es necesario evaluar parámetros de este tipo .

La multiplicación de semilla propia por parte de productores tradicionales de sistemas agrícola-ganaderos ha generado poblaciones naturalizadas adaptadas al pastoreo. Aún cuando estas poblaciones constituyen un recurso genético privilegiado para identificar caracteres de alto valor adaptativo, el riesgo de erosión genética ha aumentado recientemente en la región. Los cambios progresivos en la estructura rural, la especialización productiva, extensión del monocultivo de soja y la nivelación de los ambientes impuestos por las modificaciones de los ecosistemas agrícolas han contribuido a la sustitución de las poblaciones naturalizadas por nuevas variedades nacionales o importadas de menor adaptación. Debido a la creciente presión impuesta por la expansión de los cultivos, las áreas de pasturas han sido desplazadas a zonas marginales y suelos de baja fertilidad. Como consecuencia, las pasturas se cultivan cada vez más al límite de su adaptación, en áreas donde la habilidad para sobrevivir estreses ambientales se ha tornado una característica esencial del éxito.

La creación de materiales genéticos adaptados a condiciones marginales y superiores en rendimiento y/o resistencia a factores adversos (biológicos o químicos) es uno de los componentes fundamentales de la sostenibilidad de cualquier sistema de producción. Las formas cultivadas son fuentes sumamente importantes de variación genética para el mejoramiento de pasturas. La selección natural así como la introgresión de poblaciones locales llevaron al desarrollo de ecotipos adaptados, con los consecuentes aumentos en adaptación y variabilidad intra-especifica. San Gabriel y Estanzuela Ganador, ejemplos destacados de cultivares locales de L. corniculatus, rinden el doble de forraje que los cultivares americanos. La utilización de ecotipos en mejoramiento genético ha permitido desarrollar nuevos cultivares con mayor productividad y persistencia (ej. L. corniculatus INIA Draco.

Aun cuando el valor de los recursos genéticos es reconocido, la investigación ha dado un apoyo limitado a la colecta y caracterización de leguminosas forrajeras naturalizadas con buena adaptación a los suelos y las condiciones climáticas de la región, que propendan a crear nuevos cultivares con mayor persistencia. Por otra parte, las empresas privadas invierten escasos recursos en programas regionales de mejoramiento de estas leguminosas, ya que éstos son proyectos costosos que apuntan a áreas ecológicas marginales, con dudosa rentabilidad en el corto plazo. El mejoramiento genético de estas leguminosas debe ser implementado por las instituciones públicas. La construcción de programas de mejoramiento orientados al desarrollo de cultivares mejorados adaptados a los estreses ambientales, asistidos por el conocimiento de productores y extensionistas sobre los agrosistemas, aparece como una estrategia factible para incrementar la productividad de las áreas de pastoreo, factor esencial para mejorar la producción pecuaria.

Las leguminosas contribuyen en la agricultura incorporando aproximadamente 30% del nitrógeno global a la biosfera. Su importancia en la sustentatibilidad de los agrosistemas y ecosistemas naturales se refleja en el incremento de la materia orgánica del sistema de rotaciones agrícolas con leguminosas forrajeras, que pueden alcanzar niveles 8 veces más altos que en los sistemas de monocultivo. Limitaciones a la fijación simbiótica surgen de la especificidad para la fijación de nitrógeno de diferentes especies de un mismo género y su bacteria nodulante. Poblaciones nativas de rizobios efectivas en L. corniculatus resultan inefectivas en otras especies del género, mientras que otras poblaciones nativas nodulan efectivamente L. uliginosus. A nivel práctico, la incompatibilidad de cepas dificulta la introducción de L. uliginosus en campos con historia previa de L. corniculatus, debido al antagonismo de las mismas. Asimismo, las poblaciones nativas de rizobios provenientes de la presencia de tréboles nativos, resultan en general inefectivas o parasitarias en las principales especies introducidas de tréboles (ej. T. pratense). De manera similar,  existen poblaciones nativas de rizobios que resultan efectivas en especies anuales del género Medicago e inefectivas en alfalfa.

La especificidad de las cepas determina que la introducción y mejoramiento genético de especies cultivadas deban ir acompañados de un programa de selección de cepas de Rhizobium que posibilite la disponibilidad de inoculantes comerciales específicos. El uso masivo de inoculantes fabricados con cepas especialmente seleccionadas desde 1960 para las diferentes alternativas forrajeras ha generado poblaciones naturalizadas de rizobios adaptadas a las condiciones de suelo y clima de Uruguay, una fuente de recursos genéticos de interés para el proyecto.

El proyecto