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http://observatorio.info/2005/08/elhuracan-katrina-en-el-golfo-de-mexico/
La alimentación del futuro en México: Innovación en las
Agrociencias dentro de un contexto de cambio climático, ingreso
de especies invasoras e incremento de plagas y enfermedades
Martín Aluja,
Alexandro Medina Chena y
Trevor Williams
Mi más sinceros agradecimientos al
Dr. Alfonso Larqué Saavedra y al
Dr. José Pablo Liedo Fernández
por su honrosa invitación
al Dr. Miguel Rubio
por proporcionar información valiosa
y al LAP Arturo Piña
por su apoyo en la presentación
Bosquejo Conferencia:
Antes de deprimirnos un halo
de esperanza y futurismo …
Cambio climático
 Generalidades
 Recursos hídricos
 Incremento en temperaturas
 Incremento del nivel del mar
 Plagas agrícolas
 Especies invasoras
Costo ambiental de biocombustibles
Que la ciencia no es redituable …
EL PROBLEMA PRINCIPAL . . .
La población mundial actual = 7 mil millones
La población proyectada para 2045 = 9 mil millones
(crecimiento del 30%, Naciones Unidas)
Con el cambio climático y
modificaciones en la
distribución y abundancia
de la lluvia, el manejo del
agua y en general el
manejo sustentable de
regiones agrícolas y urbes
será la única opción viable.
http://www.emol.com/noticias/intern
acional/2011/01/14/458520/mas-de100-peregrinos-muertos-dejaestampida-humana-en-india.html
Producción local de
alimentos
http://www.taringa.net/posts/imagenes/5337885/N
ueva-tecnologia-Argentina-en-Ferrocarriles.html
Actualmente gran parte de los alimentos
que se consumen se producen en sitios
lejos del punto de consumo, incluso de
otros países u otros continentes.
¡En EUA, los alimentos han recorrido un
promedio de 2,400 Km antes de llegar al
supermercado!
http://www.sidces.com/fotos/
details.php?image_id=328
http://economiaalbariza.blogspot.com/p/sectorterciario.html
El transporte de alimentos es costoso,
contribuye a las emisiones de CO2 y
obligan a los países productores a
garantizar que sus productos están libres
de plagas, lo cual se logra principalmente
mediante el uso de plaguicidas químicos
generalmente muy tóxicos.
Ventajas de la producción local:
Menores costos de transporte
Alimentos más frescos
Sin necesidad de aplicar medidas
fitosanitarias drásticas
http://pablomarquez-esaytunidadg.blogspot.com/2010/10/invernaderosurbanos-plantagon.html
El invernadero urbano …
Para 2050 se estima que casi el 80% de la
población a nivel mundial estará viviendo
en centros urbanos.
Un ejemplo es el concepto del "invernadero
vertical urbano" (“vertical farming”)
Producción de alimentos en invernaderos
rascacielos en zonas urbanas con tecnologías
hidropónicas y con un mínimo de uso
de plaguicidas químicos (sistema cerrado).
http://archidose.blogspot.com/
2010/01/some-lettuce-growsin-manhattan.html
Arturo Piña
PREPARÁNDOSE PARA EL FUTURO …
Una de las principales preocupaciones
futuras es el potencial impacto del
cambio climático sobre la producción
de alimentos. Los cambios previstos en
los regímenes de temperatura y
precipitación afectarán el tipo, la manera y el
lugar de uso de los diversos
cultivos/cultivares empleados actualmente.
http://www.concordienses.co
m.ar/portada_info.php?id=61
Se necesitará innovar para
controlar/aminorar:
Estrés biótico (control de enfermedades,
plagas y malezas (re)emergentes)
Estrés abiótico (salinidad, sequía, pérdida
de fertilidad de suelos)
http://botanica.cluster006.ovh.net/for
o/viewtopic.php?f=3&t=2467
Otros retos…
Incrementar sustancialmente rendimientos
Mejorar la calidad nutricional de los
alimentos (biofortificación)
Incrementar variabilidad genética de los
principales cultivares de plantas y razas
animales criadas
Producir alimentos de manera sustentable y
amigable al ambiente
Cambio climático: ciencia, evidencia y acciones. 2010. SEMARNAT.
Emisiones de gases de efecto invernadero en México
«La última vez que los niveles de CO2 fueron tan altos como en la actualidad (de forma
sostenida), las temperaturas globales fueron de 5 a 10oC superiores, el nivel del mar era unos
22 a 33 m más alto, no había un casquete polar permanente en el Ártico y había muy poco
hielo en la Antártida y Groenlandia»
A. Tripati (Science, 2009)
http://www.unep.org/geo/geo_ice/graphics.asp
Cambio climático: ciencia, evidencia y acciones. 2010. SEMARNAT.
Alternativas
tienen otros
efectos
colaterales …
Rafael Villegas
Cambio climático
y
recursos hídricos
http://horalibreconcriterio.blogspot.com/2010/1
2/recuperara-duarte-el-potencial.html
Cambio climático: ciencia, evidencia y acciones. 2010. SEMARNAT.
Promedio de las proyecciones regionales (50km x 50km) de cambio en precipitación anual(%)
bajo el escenario A2 de emisiones de GEI, para las climatologías A) 2020s, B) 2050s y C) 2080s,
con respecto al periodo 1970-1999.
Grado de presión sobre el Recurso Hídrico
http://www.ine.gob.mx/descargas/cuencas/cambio_global_y_rec_hdricos_mex.pdf
Escenario de grado de presión (máxima) sobre el recurso de agua al
2030 considerando sólo las tendencias en población, PIB y agricultura
http://www.ine.gob.mx/descargas/cuencas/cambio_global_y_rec_hdricos_mex.pdf
Grado de presión cuando se consideran las proyecciones socioeconómicas
para 2030 y se incluyen los escenarios de cambio climático
http://www.ine.gob.mx/descargas/cuencas/cambio_global_y_rec_hdricos_mex.pdf
Producción de hortalizas
en Almería, España
• 27 mil hectáreas de
invernaderos.
• >60% de la producción es
exportada a otros países
de la Unión Europea.
• Graves problemas de
disponibilidad de agua,
residuos de plaguicidas en
alimentos, resistencia en
las poblaciones de plagas.
http://vicentecamarasa.wordpress.com/2010/
08/31/los-invernaderos/
http://www.vistaalmar.es/component/content/article/45-pescaacuicultura/639-comeremos-peces-de-invernadero.html
Nanosensores para la
producción de precisión
http://blogs.creamoselfuturo.com/nanotecnologia/category/nanomateriales-y-nanodispositivos/
Con este sistema se puede
detectar estrés hídrico, falta o
exceso de nutrientes, la
presencia de patógenos o
plagas, condiciones de luz,
actividad fotosintética y perfil
fisiológico del cultivo.
Con esta información, precisamente localizado a través del
sistema GPS dentro de cada sensor, puede generar la
información necesaria para dirigir los diferentes
tratamientos de agua/fertilizantes/plaguicidas a solo la
parte del cultivo que lo necesita en el momento adecuado.
Actualmente se utiliza
esta tecnología
conectada a una red
inalámbrica para
monitorear las
condiciones de suelo en
algunos viñedos en
California.
http://www.cejavineyards.com/Press/CejaVineyards--Nuestra-Historia---En-Espa-ol
Beneficios: menores
consumos de agua, menores
costos, menos
contaminación, mejor
rendimiento.
http://www.portalciencia.net/nanotecno/nanoeuropa.html
Biofertilizantes
Ya existe mucha evidencia que algunos microorganismos
pueden potenciar el crecimiento y vigor de las plantas.
Estos microorganismos funcionan a
través de la fijación de nitrógeno en
una relación simbiótica o tienen otras
funciones ecológicas en el suelo (ej.
eliminando potenciales patógenos).
En México la investigación en la
UNAM (Centro de Estudios
Genómicos) demuestra un aumento
importante en la producción de fríjol
en mas de 20 mil ha de cultivo a
través del uso de biofertilizantes
basado en Rhizobium spp.
http://www.biofertilizers.net/es/bio-pesticide.html
Innovaciones necesarias …
Generación de cultivares/variedades
resistentes a la sequía y la salinidad
http://www.madrimasd.org/blogs
/universo/2007/12/03/80207
http://www.veoverde.com/2009/01/guia-de-arboles-tamarugo/
http://infoagronomo.blogspot.co
m/2010/10/suelos-salinos.html
Restauración de un popal de Sagittaria lancifolia invadido
por el pasto africano Echinochloa pyramidalis
(zacate alemán)
Recuperación del espejo de agua
Dra. Patricia
Moreno
Una investigadora del INECOL llevó a cabo una
restauración exitosa del humedal, lo que permite
plantear mecanismos y estrategias para avanzar en la
restauración de potreros en mayor escala,
recuperando las funciones de los humedales.
Constituye uno de los pocos ejemplos que existen de
restauración de humedales de agua dulce en México.
Cambio climático
y aumento de
temperatura
Cambio climático: ciencia, evidencia y acciones. 2010. SEMARNAT.
Promedio de las proyecciones regionales (50km x 50km) de cambio en temperatura media (oC)
bajo el escenario A2, para las climatologías A) 2020s, B) 2050s y C) 2080s, con respecto al
periodo 1970-1999.
¿Qué podemos esperar en Europa
a finales del Siglo XXI?
De no implementarse
acciones para reducir gases
de efecto invernadero, la
temperatura global
promedio se podría
incrementar hasta en 3.4 oC
para 2080 comparado con
1990.
http://ec.europa.eu/environment/climat/adaptation/index_en.htm
Estado de Puebla
Plagas “tropicales” podrían
empezar a atacar los huertos de
Manzana en zonas templadas =
Anastrepa ludens
12 cultivares de Malus domestica + Citrus paradisi
IDARED
BRAEBURN
FUJI
TOPAZ
DIWA
GALA
ELSTAR
GRAPEFRUIT
GOLDEN
ENGISHOFER
SCHNEIDERAPFEL
GRAUER
BOHNAPFEL
HORDAPFEL
Total phenolic
content
apparently
influences
degree of
resistance
(Pree, 1977)
Linalool+benzyl
isothiocyannate (BITC)
helps repel damage by B.
dorsalis (Seo et al, 1983)
Terpenoids and resins
flowing from ducts in the
peel of mangos render them
partically resistant to the
attack of various fruit fly
species (Caravalho, 1996;
Clark et al., 2001)
Number of pupae per
fruit (mean +SE)
Total number of
pupae per sample
Fruit infestation rate of different Malus domestica Cultivars
+ Citrus paradisi by Anastrepha ludens
1000
800
600
400
200
0
50
40
30
20
b
F =Reemplazar
29.618, df = 12, p < 0.001
con pupas
decentes
a
10
0
Cultivar
Number of pupae per
fruit (mean +SE)
mg/100 g FG
Efecto de polifenoles en la infestación de Anastrepha ludens
Catechin
Procyanidin B2
Phloridzin
Rutin
Epicatechin
Chlorogenic acid
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
50
p-Coumaroylquinic acid
Quercetin-Galactoside/glucoside
b
F = 29.618, df = 12, p < 0.001
40
30
20
Phloretin-Xyloglucoside
Quercetin-Rhamnoside
Procyanidin B1
a
10
0
Cultivar
Encapsulamiento de huevecillos de A. ludens insertados de
manera artificial en aguacates Hass
Aluja, M., F. Díaz-Fleischer & J. Arredondo. 2004. Non-host status of Persea americana cultivar “Hass”
to Anastrepha ludens, Anastrepha obliqua, Anastrepha serpentina, and Anastrepha striata (Diptera:
Tephritidae) in Mexico. J. Econ. Entomol. 97: 293-309.
Producción de alimentos e
innovación: papel de la
biotecnología e ingeniería
genética
Habrá que aplicar las últimas
innovaciones/tecnologías para
recuperar/generar nuevos
cultivares resistentes al ataque de
plagas y enfermedades
En caso de manzanas,
reinsertar genes perdidos …
http://neetescuela.com/ali
mentos-transgenicos/
¡No olvidar que insectos
cuentan con mecanismos
formidables para enfrentar
obstáculos naturales o
creados por los humanos!
Largo de aculeo:
adaptación para evitar
barreras químicas u
otros factores de
resistencia
Fuente: Greany et al. (1983)
Fuente: Aluja et al. (2000)
Con permiso de CRC Press
Número promedio de huevecillos por clutch (± EE)
Efecto de la calidad del
hospedero sobre el tamaño
del clutch
18
16
Fruto no tratado
14
15 ppm + 0.05% L77
(Acido Giberélico)
12
10
8
6
4
2
0
OCT
NOV
DEC
ENE
Birke et al., 2004
Tamaño de puesta (promedio ± ES) de hembras de A. ludens en frutos de
mango de dos grados de madurez
Díaz-Fleischer, F., M. Aluja. 2003. Ecological Entomology 28: 268-277.
Tamaño de puesta
20
Inmaduro
Maduro
15
10
5
0
1
2
Secuencia de oviposición
Peso (g)
Firmeza (N)
Contenido de Azúcar
(Brix)
Verde
297.91 ± 13.23
6.83 ± 0.28
2.75 ± 0.91
Maduro
287.72 ± 17.22
3.21 ± 0.35
15.94 ± 0.84
http://www.elpilon.com.co/inicio/en-alerta-el-sur-del-cesar-porllegada-de-%E2%80%98la-nina%E2%80%99/
Cambio climático y
producción de alimentos
Disminución de aptitud en áreas de cultivo de maíz de temporal
Disminución de
aptitud en áreas
de especies
forestales (2050)
Problema: disminución de aptitud en áreas
de cultivo de frijol de temporal
DA: Decremento Alto
DM: Decremento
Medio
DB: Decremento Bajo
CNS: Cambio No
Significativo
Incremento
en el nivel
del mar
http://www.semanario.com.mx/2007/56318112007/Creacion.html
Cambio climático: ciencia, evidencia y acciones. 2010. SEMARNAT.
Cambio climático: ciencia, evidencia y acciones. 2010. SEMARNAT.
Otras Interacciones complejas
Plagas y especies invasoras en relación con deterioro ambiental provocado
por fenómenos como ciclones tropicales e incendios forestales
INNOVACIÓN vs SENTIDO COMÚN: ORDENAMIENTOS
ECOLÓGICOS Y TERRITORIALES
Perote
Cofre de Perote
Vigas de
Ramírez
Acajete
R. Lucio
Tlalnelhuayocan
Xalapa
Coatepec
E. Zapata
Ordenamientos Ecológicos Territoriales
http://thefxmedia.com/plaga-de-langostas-australia.html
Plagas y cambio climático
Plagas y cambio climático
Nanoformulación de plaguicidas
De las muchas otras aplicaciones, la
nanoformulación de plaguicidas ofrece la
posibilidad de emplear bajísimas dosis de
químicos con los mismos o mejores
resultados de aplicaciones convencionales.
http://news.farsfound
ation.net/en/science-atechnology/science.h
tml?start=54
http://www.organic-gardeningshop.com/Agorganics/Product_Details.aspx?Produc
tID=155
Esto porque el "entrampamiento" del
plaguicida en nanoestructuras permite
dirigir las aplicaciones al sitio de
alimentación de las plagas o protege el
plaguicida de la degradación rápida
resultando en un excelente nivel de control
de la plaga con concentraciones bajas de
plaguicidas, incluso de plaguicidas
biológicos, como el Spinosad
En caso de Huanglongbing:
única solución es la creación de
cultivares resistentes y
reconversión de huertos …
http://www.telefuerza.com/munic
ipios/mostrar.php?id=300
http://www.milenio.com/cdb/doc/impreso/9078704
Innovaciones:
ingeniería genética
cultivo de tejidos
http://www.gastronomiaycia.com/2008/08/14/los-citricos-espanoles-en-peligro/
Producción de hortalizas
en Almería, España
• 27 mil hectáreas de
invernaderos.
• >60% de la producción es
exportada a otros países
de la Unión Europea.
• Graves problemas de
disponibilidad de agua,
residuos de plaguicidas en
alimentos, resistencia en
las poblaciones de plagas.
http://vicentecamarasa.wordpress.com/2010/
08/31/los-invernaderos/
http://www.vistaalmar.es/component/content/article/45-pescaacuicultura/639-comeremos-peces-de-invernadero.html
Spodoptera exigua
daños a los cultivos
de invernadero
"Vir-Ex" producto basado en un virus
patógeno de Spodoptera exigua
• Patente (España)
• Planta de producción
de virus
• Empresa: Biocolor SA
• Producto: Vir-Ex
• Hortalizas de
invernadero (miles de
hectáreas por año)
Uso exitoso de la feromona de marcaje para repeler hembras
de A. ludens and A. obliqua
Feromona de marcaje
Andrea Birke
Control biológico del
Nemátodo Dorado de la
Papa, uno de los problemas
fitosanitarios que mayor
impacto negativo tiene en
este cultivo.
Heridas
en la raíz
Cultivo de papa
Quistes en desarrollo
Gloria Carrión
Control Biológico de Corrihuela o Muérdago
que está matando miles de árboles en la región
Phil Brewster
http://mexico.cnn.com/planetacnn/2010/10/19/especiesinvasoras-una-de-las-amenazas-de-la-biodiversidad-mexicana
Especies invasoras
y cambio climático
• El escarabajo
Redbay
Ambrosia
Beetle,
Xyleborus
glabratus
Eichhoff
(Scolytinae:
Curculionidae)
Alex Chena
Costo ambiental de los
biocombustibles
Costo ambiental de biocombustibles
Alex Chena
Alex Chena
Alex Chena
Alex Chena
Fitorremediación para el tratamiento y reuso del agua residual
en ingenios azucareros y alcoholeras de Veracruz
Vinazas
(altamente
contaminantes)
Industria
azucarera-alcoholera
Tratamiento de vinazas diluidas en humedales
construidos, permite el reuso de estos efluentes
en el riego agrícola, el ahorro de agua y la
preservación de los ecosistemas
Fitotecnología para el tratamiento de vinazas
de caña de azúcar en humedales construidos
Primera tecnología reportada para tratar vinazas crudas
diluidas (sin otro tratamiento previo) y permitir su reuso
en riego de caña de azúcar
Dra.Eugenia Olguín
Producción de alimentos
e innovación: papel de la
biotecnología e
ingeniería genética
Algunos
ejemplos
adicionales para
rematar . . .
http://www.bligoo.com/explore/article/1667950/Enque-puede-contribuir-la-biotecnologia.html
http://bioagricultura.wordpress.com/tag/
cambio-climatico/
http://tecnovegecard611caro.blogspot.com/
Aumentar en el valor nutritivo de vegetales
ej. Tomates que producen mayores cantidades
de licopeno, un compuesto que disminuye los
niveles de colesterol y tiene cierta actividad
anti-cáncer.
Soya con mayor contenido de omega-3, y
otros ácidos grasos de beneficio para prevenir
las enfermedades cardiovasculares.
Cultivos con mayor rendimiento y resistencia
a las enfermedades, ej. plantas con la
tecnología de micro-RNAs que bloquean la
infección de patógenos a nivel molecular
mediante la producción de pequeños
fragmentos de ARN con secuencias que
"anulan" los mensajes de ARN enviados por los
agentes patógenos.
http://www.elmundo.es/elmundo/201
0/03/02/ciencia/1267528282.html
http://www.argenpress.info/2010/09/
enfermedades-en-cultivos-de-yerbamate.html
Producción pecuaria
Investigación y desarrollos biotecnológicos
para mejorar y aumentar la producción
pecuaria:
Vacunas recombinantes
Modificadores metabólicos recombinantes
Uso de pre- y probióticos, aditivos
alimenticios, etc
Transgénesis y selección asistida por
marcadores
Clonación
Técnica de insecto estéril para controlar
gusano barrenador y mal del sueño
Diagnóstico molecular de patógenos
http://www.compracentro.com/cursos/hobbies/CursoCrianza-Animales-Granja-Pavos-Pollos-ConejosCerdo-Codorniz-Avestruz-52.php
http://www.cuencarural.com/granja/avicultura/6283
9-bienestar-en-gallinas-ponedoras/
http://www.diversidadambiental.or
g/medios/nota217.html
Acuacultura
http://agropesca12.blogspot.com/
http://blogueiros.axena.org/2011/03/04/acu
icultura-x-peces-de-agua-dulce-la-tilapia/
http://www.taringa.net/posts/info/1733747/A
cuicultura_-Cria-de-peces.html
La acuacultura ha tenido un crecimiento
dramático en las últimas décadas y se
espera que éste continúe. En 2009, casi la
mitad (44.3%) del pescado consumido en
el mundo provino de la acuacultura (FAO
2010). Para apoyar y continuar el
crecimiento del sector ha sido y será
fundamental:
Mejoramiento genético y control de la
reproducción de animales cultivados
Bioseguridad y control de enfermedades
Manejo del impacto ambiental de las
piscifactorías y biorremediación
Manejo pesquerías y conservación de la
biodiversidad
Desafíos de la Acuacultura
Las enfermedades son uno de los
principales obstáculos de la
acuacultura a nivel mundial, pues hay
brotes epizoóticos en sistemas
productivos intensivos y extensivos.
Para controlarlos, es necesario:
Caracterizar la fauna parasitaria de
los animales acuáticos cultivados
Mejorar las técnicas de
identificación y diagnóstico de
patógenos (métodos moleculares
como ELISA o PCR)
Mejorar la profilaxis (vacunas GM y
ADN)
http://e-ciencia.com/blog/divulgacion/acuiculturaque-es-y-en-que-consiste/
http://www.madrimasd.org/blogs/cienci
a_marina/2008/04/03/88156
http://www.ixoyeacuacultura.webpin.com/943959_POLI
CULTIVO-ACUICOLA.html
Descubrimiento del agente causal del
“Colony Collapse Disorder” (CCD)
http://gmojournal.com/index.php/2011/10/25/ar
e-systemic-pesticides-to-blame-forhoneybee-colony-collapse/
Las colonias de abejas están
colapsando en muchas partes
del mundo; ¡miles de millones
de abejas han desaparecido!
¿Por qué?
¿Cambio global? ¿Plaguicidas?
¿Teléfonos móviles?
¿Enfermedades?
Un proyecto en colaboración
con Universidad de Montana y
el Ejército de los Estados Unidos
+ otras tres instituciones de
EE.UU
Se detectaron un nuevo virus
iridiscente + un hongo parásito
implicado fuertemente en el
colapso de las colonias
http://www.flickr.com/photos/239
05174@N00/2327501747/
Estudios prioritarios:
(i) desarrollar métodos sencillos
para el diagnóstico de la
enfermedad
(ii) eliminar o controlar el
movimiento de colonias
infectadas
(iii) investigar técnicas de
tratamiento (antiviral y/o
antimicótico)
(iv) secuenciar el genoma del
virus para entender de
dónde vino
¿Qué la ciencia
no es redituable?
Durante 80 años México no pudo exportar
aguacate (Persea americana) Hass a EUA
debido al mito de la Mosca de la Fruta
Envíos de Aguacate (Toneladas)
 3,500 millones de dólares
2004-2011
Problema… y nicho de oportunidad
El lirio acuático (Eichhornia crassipes) es una maleza acuática que crece
muy rápidamente cubriendo extensas superficies en presas, lagunas y
canales de riego, impidiendo el libre paso del agua o la navegación;
además, afecta la supervivencia de las plantas y los animales nativos.
Un grupo de trabajo de la BUAP ha desarrollado técnicas para utilizar el
lirio en la elaboración de artesanías y la fabricación de papel, tablas de
aglomerados para construcción y filtros para agua.
http://veracruzinforma.com.mx/2010/06/chiquinan
do-limpia-el-lirio-acuatico-en-tlalixcoyan/
http://turismoynegocios.wordpr
ess.com/2011/05/27/decontaminante-del-lago-deyojoa-a-hermosas-artesanias/
http://ciudadtijuana.info/cdtj/2011/02/27/elaboran-papelcon-maleza-acuatica/
por su atención