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ESTRATEGIAS DE SENESCENCIA EN LINEAS ENDOCRIADAS DE MAIZ E
HÍBRIDOS DERIVADOS BAJO CONDICIONES DE NITROGENO CONTRASTANTES
Seco, A.V.1; D’Andrea, K.E. 1,2; Otegui, M.E. 1,2,3
1
FAUBA; 2CONICET; 3IFEVA; Av. San Martin 4453 (C1417DSE), CABA, Argentina. ([email protected]).
Abstract
In maize, genetic gain in yield was mainly explained by the improvement in kernel number (KN)
and the source-sink ratio during the post-flowering period. The objective of this study was to
analyze genotypic differences for senescence during grain filling and its control by KN in 6 inbred
lines and 12 derived hybrids (direct and reciprocal crosses) under contrasting levels of N
fertilization (N0=control and N400=400kg N ha-1). Field experiments were performed during two
experimental years (2002/03 and 2003/04) at INTA Pergamino. For each genotype × N
combination we measured thermal time at onset of senescence (TT IS), senescence rate (TSEN), leaf
area index (LAI), leaf area duration (LAD), KN and kernel weight (KW). N stress produced an
increased in TSEN (N0=2.42 and N400=0.78 cm2 OCd-1) and a decrease in LAD during grain filling
(LADGF) (N0=908 and N400=1651 OCd) and LADGF/KN (N0=4.2 and N400=3.5 OCd grain-1). The LADGF
was positively related to KN in all hybrids (r2=0.38) and some inbreds in N0; and the source per
kernel (LADGF/KN) was negatively related to KN for hybrids (r2≥0.56). However, two different
responses were observed for these relationship among inbred lines: i) it decreased for B100, ZN6,
LP561 and LP611, and (ii) it remained constant for LP2 and LP662, suggesting a senescence
process controlled by sinks. A positive relationship between KW and LADGF/KN (r2=0.49) was found
for hybrids at N0, indicating that hybrids were strongly limited by source during grain filling under N
stress. Finally, the negative relationship between TSEN and LADGF/KN at all N levels for both types of
genotypes suggested that senescence is modified depending on the established source-sink ratio.
Palabras claves: maíz (Zea mays L.), líneas endocriadas, híbridos, tasa de senescencia, duración
de área foliar, nitrógeno.
Keywords: maize (Zea mays L.), inbred lines, hybrids, senescence rate, leaf area duration,
nitrogen.
Introducción
La ganancia genética para rendimiento en maíz observada durante los últimos años
estuvo explicada principalmente por la mejora en el número de granos (NG) (Luque et
al., 2006, Lee y Tollenaar, 2007). El incremento en el NG estuvo acompañado por una
mejora en la relación fuente/destino en el período postfloración, lo que permitió que el
peso individual del grano (PG) se mantuviera constante, evitando una posible
compensación entre el NG y el PG (Luque, 2006). Si bien la duración del área foliar (DAF)
puede ser analizada en función del área foliar (AF) alcanzada en antesis y la tasa de
senescencia durante el llenado de grano (Sadras et al, 2000), la disponibilidad de N las
modula, afectando la captura de luz a través de modificaciones en la generación del
canopeo (Lemcoff y Loomis, 1986) y su senescencia (Swank et al., 1982). En el mismo
sentido, cambios en las condiciones de crecimiento exploradas por el cultivo (e.g.,
generadas a través de diferentes densidades o por tratamientos de polinización) afectan
la tasa de senescencia (Borrás et al., 2003). Se ha detectado variabilidad genotípica para
los rasgos mencionados utilizando híbridos comerciales (Borrás et al., 2003; Tollenaar,
1989; Maddonni y Otegui, 1996), pero son escasos los trabajos que han evaluado dicha
variabilidad en fuentes de germoplasma útiles para estudios más detallados de control
génico (e.g. líneas endocriadas e híbridos derivados; líneas endocriadas recombinantes RILs-). El objetivo de este trabajo fue analizar si existen diferencias genotípicas en líneas
e híbridos derivados para la senescencia durante el llenado de los granos y su control a
través del NG fijados en condiciones de N contrastantes.
Materiales y Métodos
El material genético bajo estudio estuvo constituido por un conjunto de 6 líneas
endocriadas (D’Andrea et al., 2009) y sus 12 híbridos derivados (B100LP2, B100ZN6,
B100LP561, ZN6LP561, ZN6LP661, LP561LP662, y sus recíprocos). Las líneas
pertenecen a germoplasma argentino tipo flint (LP611, LP662 y ZN6) y flint × otros (LP2
y LP561), excepto B100 que pertenece a germoplasma americano tipo semi dentado. Se
realizaron dos experimentos a campo (2002/03 y 2003/04) en la EEA INTA Pergamino
(33º56’ S, 60º34’ W), Argentina. Los tratamientos fueron una combinación factorial de
genotipos (G) y niveles de N, con la disponibilidad de N en la parcela principal, el G en la
subparcela y tres repeticiones. Los niveles de N fueron N0 (control, sin aplicación de N) y
N400 (con 400 kg N ha-1). La densidad de siembra fue de 7 pl m-2. El experimento fue
conducido sin limitaciones de agua, y se mantuvo libre de plagas y enfermedades. Sobre
5 plantas sucesivas marcadas en la hilera central en V3, se midió el área foliar verde por
planta (AFP= sumatoria de las áreas individuales de las hojas), estimadas como largo x
ancho  0.75 de cada una. A partir del AFP se calculó el índice de área foliar (IAF= AFP ×
densidad, en m2 hojas m-2 suelo) máximo a floración (IAFMAX) y a madurez fisiológica.
Para cada combinación de G × N se determinó el tiempo térmico de inicio de senescencia
(TTIS, ºCd), la tasa de senescencia (TSEN, cm2 oCd-1), índice de área foliar (IAF), la
duración del área foliar total (DAFT,= oCd, medida como el área bajo la curva de la
evolución del IAF), DAF durante el llenado de los granos (DAFLL; medido como la DAF a
partir del inicio del llenado, oCd), el NG y el peso individual del grano (PG, mg). La
dinámica de senescencia fue analizada con el valor absoluto del área foliar senescida,
mediante un modelo bilineal o trilineal, ambas con plateau inicial (según la respuesta del
genotipo), cuyos parámetros fueron TTIS y TSEN. Los atributos fueron evaluados mediante
(i) ANVA para determinar la existencia de variabilidad entre los genotipos y las
condiciones de N evaluadas, y (ii) análisis de regresión, para establecer las relaciones
entre las variables analizadas.
Resultados y discusión
El genotipo y la condición de N fueron significativos (P<0.05) para todos los atributos
medidos (Tabla 1). Asimismo, se observaron diferencias (P<0.05) entre grupos de
genotipos (i.e., líneas e híbridos; Tabla 1) para ambos niveles de N (datos no
mostrados). No hubo diferencias significativas entre cruzamientos directos y recíprocos
para ninguno de los atributos analizados (i.e., ausencia de efecto materno), por lo que
los resultados se muestran como un promedio de ambos.
Tabla 1. Cuadrados medios del análisis de varianza y valores medios para: índice de área
máximo (IAFMAX), duración del área foliar total (DAFT; oCd) y en el llenado de granos (DAFLL;
DAFLL por grano (DAFLL/NG; oCd grano-1), número de granos (NG), tiempo térmico al inicio
senescencia (TTIS, ºCd) y tasa de senescencia (TSEN; cm2 oCd-1) de 6 líneas endocriadas
híbridos derivados cultivados en dos condiciones de N contrastante (N0 y N400).
Fuente de
variación
A
N
AN
G
L vs H
Líneas
Híbridos
HD vs HR
AG
NG
ANG
Promedio
Líneas
Promedio
Híbridos
gl
foliar
o
Cd),
de la
y 12
Cuadrado Medio
IAFMAX
DAF T
DAF LL
NG
DAF LL/NG
TT IS
TSEN
1 5.00 *
174535 ns
337638 ns 178653 **
12.0 *
276 ns 20.4 ***
1 54.0 *** 91937252 ***41665411 *** 981452 *** 37.9 **
536835 *** 182 ***
1 1.15 ns
847755 ns
68819 ns
14570 ns
0.39 ns
9679 ns
5.2 *
17 4.77 *** 4890593 *** 1812178 *** 47929 *** 5.37 ***
23774 *** 2.5 ***
1 53.2 *** 57613076 ***28179763 *** 612309 *** 26.0 ***
24110 *
18.3 ***
***
***
***
***
***
***
5 2.18
2186892
372914
21435
10.3
46666
1.8 ***
11 1.54 *** 1326595 ***
69336 **
8665 *** 1.23 ***
13337 *** 1.3 ***
1 0.23 ns
264710 ns
62621 ns
61 ns
0.34 ns
11387 ns
0.0 ns
17 0.09 ns
68981 ns
24259 ns
2965 ns
0.72 ***
7345 *
0.5 ***
***
***
***
***
***
***
17 0.68
1043137
533554
8977
1.34
10727
1.4 ***
17 0.08 ns
66471 ns
23350 ns
2618 ns
0.30 ns
6498 ns
0.4 ***
N400 3.16
2922
1066
312
3.56
492
0.78
N0
2339
727
237
3.38
600
1.81
2.69
N400 4.61
4559
2237
470
4.79
476
0.79
N0
2893
1089
305
3.62
571
3.04
3.34
*, **, *** Significativo al P<0.05, P<0.01, P<0.001, respectivamente; ns, no significativo. A: año, N:
nitrógeno, G: genotipo, L: líneas, H: híbridos, HD: híbrido directo, HR: híbrido recíproco.
La evolución de la senescencia fue bien descrita por un modelo bilineal (Fig.1) donde
se observa una TSEN única para la mayoría de los casos (r2=0.86-0.99, P<0.01). Sin
embargo, B100 y LP2 (en ambos niveles de N) y LP662 y B100×LP2 (en N400) ajustaron
una función trilineal (Fig. 1a, c) con dos TSEN diferentes, como fuera observado para
híbridos comerciales (Borrás et al., 2003). En general, las líneas presentaron un TTIS
mayor que sus híbridos derivados (546 vs 523 ºCd) pero con una menor TSEN (1.29 vs
1.91 cm2 oCd-1). A su vez, independientemente del genotipo, el estrés por N produjo un
aumento en la TSEN (N0=2.42 y N400=0.78 cm2 oCd-1) (Tabla 1, Fig. 1). Se observaron
híbridos de senescencia contrastante (e.g., B100LP2 con 80% de su canopeo, y
LP561LP662 con 20% de su canopeo en N400 y 40% en N0), pese a poseer al menos un
progenitor con similar comportamiento (e.g., LP2 y LP561). El IAFMAX de los híbridos fue
mayor al de las líneas (Tabla 1 e insertos en Fig 1); asimismo, dicho rasgo se asoció
fuertemente con la DAFT, tanto para N400 (r2=0.97, P<0.001) como para N0 (r2=0.96,
P<0.001). Esto indicaría que el IAFMAX sería un carácter interesante a medir para estimar
la DAFT y consecuentemente la disponibilidad de asimilados durante el llenado de los
granos, estos últimos de cuantificación mucho más difícil cuando se evalúan muchos
genotipos.
FIGURA 1. Evolución del AF senescida por planta (cm2) durante el ciclo del cultivo para dos
híbridos contrastantes y sus líneas parentales, B100LP2 (a, b) y LP561LP662 (c, d), creciendo en
N400 (a, c) y N0 (b, d). En los insertos de cada gráfico se presenta el IAFMAX alcanzado para cada
uno de los genotipos.
Las líneas parentales presentaron una menor DAFLL que los híbridos (896 vs 1163
ºCd). Asimismo, el estrés por N produjo un efecto negativo sobre la duración (N0=908
o
Cd; N400=1651oCd), encontrándose en N0 una asociación positiva entre la DAFLL y el NG
para todos los híbridos en N0 (r2=0.38, P=0.01; Fig. 2a) y algunas de las líneas (LP2,
LP662 y LP611). La ausencia de una correlación en N400 indicaría que no habría una
limitación por fuente de asimilados como en el caso de N0, y que la mayor fijación de
granos estaría determinando una mayor actividad de la fuente. Por otro lado, el cociente
entre DAFLL y NG (i.e., la fuente por grano) fue menor para las líneas que para los
híbridos (3.47 vs 4.20 oCd grano-1) y cuando hubo estrés de N (N0=3.5 y N400=4.2 oCd
grano-1) (Tabla 1). En general, la fuente por grano (DAFLL/NG) se asoció negativamente
con el NG, tanto en híbridos (Fig. 2b) como en líneas en ambas condiciones de N. Sin
embargo, el análisis particular de las líneas distinguió dos comportamientos
contrastantes (Fig. 2c): (i) un grupo (B100, ZN6, LP561 y LP611) en el cual la DAFLL/NG
disminuyó al aumentar el NG, sugiriendo una senescencia sin retrocontrol por los
destinos, y (ii) otro grupo (LP2 y LP662) en el cual la DAFLL/NG se mantuvo al aumentar
el NG, sugiriendo un proceso de senescencia fuertemente retrocontrolado por destinos.
Este tipo de mecanismo debe ser estudiado con más detalle en un posterior análisis. Para
los híbridos en N0 se encontró una relación positiva entre PG y DAFLL/NG (r2=0.49,
p=0.001); esto indica que los híbridos en condición de estrés por N se encuentran
fuertemente limitados por fuente durante el llenado de los granos. Por último, la relación
negativa y significativa entre la TSEN y la fuente por grano (DAFLL/NG) en todos los niveles
de N para los híbridos (r20.34, P0.002) y en N400 para las líneas (r2=0.29, P=0.005)
indica que la senescencia responde a cambios en la relación fuente-destino. Este
resultado respalda y robustece lo observado en un estudio limitado a cuatro híbridos
comerciales (Borrás et al., 2003).
FIGURA 2. Respuesta al número de granos de (a) la duración del área foliar en el llenado (DAFLL),
y (b y c) la DAFLL por grano (DAFLL/NG). Los datos corresponden al promedio de todos los híbridos
(a y b) y a las líneas LP2 y ZN6 (c), estas últimas representando a los grupos contrastantes.
Conclusión
En este trabajo se analizó la variabilidad genotípica existente entre líneas y sus
híbridos derivados para la senescencia durante el llenado de los granos y atributos
relacionados a su control a través del NG fijados en condiciones de N contrastantes. Se
encontró una limitación por fuente bajo estrés por N en los híbridos, una senescencia sin
retrocontrol por destinos (distinguiéndose algunas líneas que mantienen la fuente por
grano ante modificaciones en el NG) y cambios en la tasa de senescencia ante
variaciones en la relación fuente/destino.
Este trabajo fue financiado por PICT2010-0239 y PICT2012-1454. Este trabajo es parte de los
estudios de Alejandra Seco para optar al grado de “Magister” de la EPG Alberto Soriano, FAUBA.
Bibliografia
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