Identificación de descriptores morfológicos relevantes para la distinción de variedades y líneas élites de arroz venezolano con fines de protección intelectual ¹

 María A. Montoya Aramburu*, Nohelia Rodríguez*, Iris Pérez-Almeida* y Carlos Marín**

¹ Esta investigación fue financiada por el Subproyecto 2004000369 "Aplicación de la biotecnología como herramienta de apoyo al mejoramiento genético del arroz en Venezuela con miras a aumentar la resistencia a estrés biótico y la calidad de grano" Aprobado por el MCT- FONACIT, y recibió completo apoyo del INIA-CENIAP (Unidad de Biotecnología, Unidad de Recursos Fitogenéticos), INIA-Portuguesa, la Fundación DANAC, pasantes de la UCV-FAGRO, y UCV-CIBA.

*Investigadoras y

**TAI. INIA. Unidad de Biotecnología, Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias (CENIAP). Apdo 4653. Maracay 2101-A, estado Aragua. Venezuela E-mail: mmontoya@inia.gob.ve ; nrrodriguez@inia.gob.ve ; iperez@inia.gob.ve y cmarin@inia.gob.ve.

RESUMEN

La caracterización varietal, la certificación y la protección intelectual se establecen por una serie de descriptores morfológicos, químicos y fisiológicos, los cuales permiten el cumplimiento de los requisitos de los ensayos de distinguibilidad, uniformidad y estabilidad. El arroz, Oryza sativa L., es un cereal de importancia en Venezuela, al cual se realizan continuos planes de mejoramiento+ en búsqueda de variedades con mejores características. En este trabajo se caracterizaron 45 materiales de arroz venezolanos sembrados en campo en un ensayo alfa lattice, con dos repeticiones, en la localidad de Araure, en la época febrero a julio de 2005, se incluyeron 13 variedades comerciales y 32 líneas élites de los programas nacionales de mejora­miento, determinando que de los 41 descriptores sugeridos por la Unión de Protección de Obtentores Vegetales (UPOV) y el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), durante las etapas de floración, maduración y poscosecha (calidad de semilla, culinaria y de molinería) sólo 16 carac­teres: longitud del limbo, días a floración, número de panículas por planta, longitud de panícula, longitud, ancho y espesor del grano, peso de 1 000 granos, color de cariópside, número de granos llenos y vanos por panícula, resistencia al acame, porcentaje de grano entero, grano yesoso y grano panza blanca y contenido de amilosa, aportan mayor peso en la varianza total para identificar los materiales bajo las condiciones ambientales estudiadas.

Palabras Clave: Oryza sativa L.; variedades; descrip­tores morfológicos; derechos de obtentor; propiedad intelectual.

Identification of morphological descriptors relevant for the distinctiveness of rice venezuelan varieties and advanced lines with aims of intellectual protection ¹

SUMMARY

Varietal characterization, certification and intellectual property rights are established by a series of morphological, chemical and physiological descriptors, which allow the fulfillment of the requirements of distinction, uniformity and stability tests. Rice is an important cereal in Venezuela permanently undergoing genetic improvement in search of varieties with better qualities. In this work, 45 Venezuelan rice materials were characterized. They were planted in Araure during February to July 2005 using an alpha lattice design with two replications. Plant materials included 13 commercial varieties and 32 elite lines from the National Breeding Programs. It was determined that among the 41 descriptors suggested by the Union for the Protection of New Varieties of Plants (UPOV) and International Centre for Tropical Agriculture (CIAT), during the stages of flowering, maturation and post harvesting (seed, culinary and milling quality), only 16 characters contribute with greater weight to the total variance in order to discriminate the materials under the studied environmental conditions; these were limb length; days to flowering; number of panicles per plant; panicle length; width, thickness and length of the grain; weight of 1 000 grains; color of caryopsides; number of full and vain grains per panicle; culm strength; whole grain, chalky grain and white belly grain percentages; and amylose content.

Key Words: Oryza sativa L.; varieties; morphological descriptors; breeder’s rights; intellectual property.

RECIBIDO: octubre 01, 2007 APROBADO: febrero 14, 2008

INTRODUCCIÓN

Desarrollar una variedad de arroz, Oryza sativa L., mediante técnicas tradicionales toma en promedio unos 10 años, desde que se efectúa el cruzamiento inicial hasta que la variedad está lista para ser lanzada al mercado (Cabrera, 1996). En consecuencia, se requiere una alta inversión de recursos financieros y humanos. Debido a ello, los esfuerzos de los individuos e instituciones son reconocidos a través del derecho de obtentor, este es un concepto desarrollado en el último siglo el cual surge por la necesidad de incentivar la actividad creadora del mejorador (Díaz, 1999). Una persona natural o jurídica puede obtener una creación genética; la cual es inscrita en el Registro Nacional de Variedades Protegidas y mientras se encuentre en vigor, es el único ente que puede autorizar su reproducción (Ley de Semillas, 2002).

La Unión Internacional para la Protección de las Obten­ciones Vegetales (UPOV), entró en vigencia en 1968, siendo los primeros países adherentes del continente eu­ropeo. Actualmente hay 37 estados miembros (Díaz, 1999). Aún cuando Venezuela no es miembro del convenio, se rige por la legislación de protección ejercida por el Servicio Autónomo de Propiedad Intelectual (SAPI) el cual a través del Servicio Nacional de Semillas (SENASEM) debe realizar las pruebas de novedad que incluyen: distinción, homogeneidad y estabilidad (DUE), así como aprobar la designación genérica de acuerdo a los lineamientos de la decisión 345 (Régimen Común de Protección de los Derechos de Obtentores Vegetales) la cual es una norma subregional, inspirada en el sistema de protección varietal UPOV (Márquez, 2004).

Para comercializar nuevas variedades en Venezuela éstas deben ser inscritas ante SENASEM, con el objeto de certificarlas, verificarlas oficialmente y mantener la iden­tidad genética, pureza, calidad y sanidad de las semillas (MAT, 1986).

Tanto la certificación, como la norma UPOV establecen una serie de descriptores morfológicos, químicos y fisiológicos que permiten el cumplimiento de los requi­sitos DUE. Según la UPOV (2004) una variedad se considerará distinta, si se diferencia claramente de cualquiera otra cuya existencia fuese comúnmente conocida. A la fecha de presentación de la solicitud o de la prioridad reivindicada, una variedad se considerará homogénea si es suficientemente uniforme en sus caracteres esenciales, teniendo en cuenta las variaciones previsibles según su forma de reproducción, multiplicación o propagación; y se considera estable si sus caracteres esenciales se mantienen inalterados de gene­ración en generación y al final de cada ciclo particular de reproducciones, multiplicaciones o propagaciones.

La UPOV propone un manual que incluye las directrices para la ejecución del examen DUE, indicando la cantidad de material necesario, duración, lugar y condiciones para la ejecución de los ensayos (UPOV, 2004).

De la misma manera el SAPI y SENASEM realizan Ensayos Regionales Uniformes de Arroz (ERU) los cuales incluyen la evaluación de características asociadas al rendimiento, comportamiento agronómico, calidad de grano y calidad molinera.

Los caracteres evaluados son un conjunto de descriptores morfológicos sugeridos por organismos internacionales como el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) y la UPOV con el fin de describir exactamente el fenotipo de la planta de arroz (Muñoz et al., 1993).

En Venezuela se han liberado variedades de las cuales: Llanero 501, Chollet, Acarigua 50, Portuguesa I, Portu­guesa II, y Llanero mejorado, fueron liberadas entre 1953 y 1970 provenientes de cruces simples y recíprocos llevados a cabo por institutos de investigación del Estado (Álvarez et al., 2004).

De 1970 al 2007 fueron liberadas las variedades ARAURE 1, ARAURE 2, CIARLLACEN, ARAURE 3, ARAURE 4, PALMAR, CIMARRÓN, FONAIAP 1, FONAIAP 2000, FUNDARROZ PN1, VENEZUELA 21 y CENTAURO, provenientes de la evaluación y selección de materiales introducidos, programas locales de cruces simples y triples realizados por el Estado o en alianzas estratégicas con instituciones del entorno1.

El mejoramiento privado, realizado por Fundación DANAC, Asociación de productores Chispa y FUSAGRI MIDA, entre otros, ha liberado algunas variedades de importancia comercial como D-PRIMERA, D-SATIVA y D-ORYZA de la Fundación DANAC (Torrealba et al., 2005), ZETA 15 de FUSAGRI-MIDA, y BUTZINA de Productores Asociados Chispa2.

El arroz es uno de los cultivos de mayor importancia a nivel mundial. Las estadísticas de la FAO (2005) indican una producción de 617 941 079 t siendo los principales países productores China e India. En América Latina los principales países productores son Brasil, Colombia, Ecuador, Perú y Venezuela (Pantoja et al., 1997).

El arroz pertenece a la familia de las Poaceae, del género Oryza, especie Oryza sativa L. (GRAMENE, 2005) y posee tres subespecies: Indica, Javánica y Japónica. En Venezuela se produce el tipo Indica, sembrada bajo inundación y con un ciclo que varía entre 110 -150 días (Páez, 2004).

En este trabajo de investigación tiene como objetivo la evaluación de materiales de arroz usando los descriptores sugeridos por la UPOV y el Centro Internacional de Agri­cultura Tropical (CIAT), para determinar, basados en las condiciones locales agroecológicas, las características más relevantes que permitan discernir y cumplir con el requisito de distinción entre las variedades y líneas élites de arroz de Venezuela.

MATERIALES Y MÉTODOS

Material Vegetal

Se utilizaron 45 materiales de arroz (Cuadro 1) inclu­yendo 13 variedades comerciales venezolanas y líneas élites de los programas de mejoramiento de instituciones de mejoramiento del país.

CUADRO 1. Denominación, estatus y procedencia de variedades y líneas élites de arroz utilizados en el ensayo de identificación de descriptores morfológicos para distinguir los materiales de Venezuela.

* LE=línea élite; VAR= variedad comercial; PN: Plan Nacional; FD: Fundación DANAC; PAC= Productores Asociados Chispa; VI= Vivero Italiano

Ensayo experimental en campo

El ensayo se sembró en una parcela experimental del Centro de Investigaciones Agropecuarias del Estado Por­tuguesa (CIAEP) del Instituto Nacional de Investiga­ciones Agrícolas (INIA) situado en Araure, en el mes de febrero (época seca) y la cosecha se llevó a cabo durante el mes de junio (época de lluvias) de 2005.

Se utilizó semilla pregerminada y se efectuó el trans­plante al campo a los 27 días. La fertilización se realizó a los 8 días después del trasplante (DDT), aplicando 350 kg ha-1 de fórmula completa N-P-K (15-15-15).

Posteriormente se ejecutaron 3 reabonos con urea, 60 kg ha-1 a los 25 DDT, y 45 kg ha-1 a los 40 DDT y 60 DDT, respectivamente. El control de malezas se efectuó a los 5 DDT, con una aplicación de Metsulfuron metil (40 g ha-1) para malezas acuáticas, Bentazon (2 l ha-1) para ciperáceas, Propanil (5 l ha-1) y Clomazone (1 l ha-1) para gramíneas. Para el control de Spodoptera frugiperda se aplicó Lambdacihalotrina a razón de 300 ml ha-1 a los 5 DDT.

Diseño experimental en campo

La siembra se realizó con un diseño alfa látice, cada parcela con 4 hileras de 5 m de largo y 0,3 m de sepa­ración. La hilera estuvo formada aproximadamente por 25 plantas con una separación de 0,2 m. Las hileras centrales constituyeron el área efectiva de muestreo.

Las observaciones poscosecha se realizaron en el labo­ratorio de semillas de la Facultad de Agronomía de la Universidad Central de Venezuela (Maracay, estado Aragua) y en el laboratorio de calidad de grano de la Fundación DANAC (San Javier, estado Yaracuy).

Caracterización morfológica

A partir de 65 descriptores listados por la UPOV (UPOV, 2004) y 62 descriptores recomendados por el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) según Muñoz et al. (1993) y basados en experiencias previas en campo, se seleccionaron 41 descriptores a floración, maduración y poscosecha (Cuadro 2). Todas las observaciones se realizaron sobre 20 plantas al azar ubicadas en los hilos centrales de cada tratamiento.

CUADRO 2. Descriptores utilizados para la caracterización morfológicos y distinguibilidad de los materiales de Venezuela.

La normalidad de las variables se analizó con el soft­ware Statistix® versión 8,0 (2003). A través del análisis de varianza (ANAVAR) se determinó el nivel de signifi­cación de las variables y aquellas con P<0,05 fueron utilizadas para el análisis de asociación de componentes principales (ACP) de la varianza total (VT), en función a los criterios de Frontier.

Seguidamente se realizó un perfil de las variables de mayor correlación para obtener un gráfico de doble representación (Biplot) para las áreas en estudio y el agrupamiento de los materiales de arroz por medio de estas variables. Los gráficos de ACP permitieron analizar la variabilidad e identificar asociaciones entre observa­ciones inclusive entre variables, seguidamente se realizó el análisis de conglomerados para obtener el agrupa­miento de los materiales, dichas pruebas se efectuaron con el software InfoStat ® versión 1,1 (Universidad de Córdoba, 2004).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Selección de variables morfológicas

Las variables cuantitativas días a floración, capacidad de macollamiento, longitud, ancho y porte del limbo, altura de planta, porte del macollo, excersión y densidad predominante de la panícula, longitud de la panícula, número de granos llenos y vanos por panícula, resistencia al acame, peso de 1 000 granos, largo, ancho y espesor del grano, humedad de cosecha, porcentaje de germi­nación, contenido de amilosa, porcentaje de granos enteros, yesosos y panza blanca y las variables cualita­tivas vellosidad de la vaina foliar y color de cariópside, son las que permitieron la obtención de diferencias estadísticas significativas entre los materiales.

En uno de sus investigaciones Miezan (1986) coincide con estos resultados, indicando que las características cuantitativas son las mejores para diferenciar materiales de arroz, señala en su estudio basado en tres subespecies de arroz, que la mayor discriminación la logró con número de granos por panícula, número de macollos secundarios, peso de 1 000 granos, ancho del grano, días a floración, largo de grano y proporción largo/peso del grano, todas incluidas entre las de mayor aporte a la VT de este ensayo.

Las variables que no presentaron diferencias estadísticas significativas (P<0,05) fueron básicamente caracteres cualitativos, incluidos: intensidad del color verde de la hoja; pigmentación antociánica de la hoja, de la vaina de la hoja, de las aurículas, del nudo y del entrenudo; forma y color de la lígula; porte de la panícula en rela­ción al tallo; presencia, tamaño y distribución de las aristas; color predominante del ápice del grano apical, esto probablemente debido a que las variables cuali­tativas suelen estar regidas por un solo gen y resultan poco afectadas por el medio genético o físico, lo cual las hace fácilmente identificables y relativamente estables sobre todo en las variedades que poseen simi­litud y han sido mejoradas para un mercado común (Franquet y Borras, 2004).

Por otro lado, se encontró que el rendimiento de los materiales no mostró diferencias estadísticas signifi­cativas, a pesar de ser una variable altamente afectada por el ambiente, este resultado es posible entre muchos otros dado que no se considero la interacción genotipo­ambiente (Vega, 1988).

El fenómeno de homogeneidad de la característica se puede atribuir a la semejanza de los objetivos en los programas de mejoramiento, pues para que una variedad permanezca en el mercado o una línea élite sea elegible deben tener un rendimiento superior al promedio nacional. Respecto a la senescencia de las hojas por ser un dato de apreciación visual y general sobre el material igual para ambas repeticiones, no resultó significativo a pesar de contar con valores extremos desde 20% hasta 75% para diferentes materiales, con un promedio general de 39%, Jennings et al. (2002) indican que a partir de 1958, se realizan cruces de sub-razas indicas con japó­nicas caracterizadas por ser de follaje oscuro y con poca o ninguna senescencia de la hoja al momento de la cosecha; el color de las hojas y el momento de senes­cencia se heredan independientemente del estado de maduración, exponiendo que en la actualidad en los programas de mejoramiento de arroz no existe una selección por dicha característica.

Asociación de componentes principales

A través de la ACP (Cuadro 3) pudieron seleccionarse 3 factores que explican el 54% de la VT. El espacio de 3 dimensiones generado por la descomposición de la matriz, dio origen a la correlación de 3 dimensiones donde el primer factor explica el 23% de la VT confor­mado por las variables: largo del grano, longitud de panícula, contenido de amilosa, porcentaje de grano entero, porcentaje de grano yesoso, número de granos vanos por panícula, peso de 1 000 granos y días a floración.

CUADRO 3. Correlación de las 16 variables de ma­yor aporte a la varianza total utilizados en el ensayo de identificación de descriptores morfológicos que permiten distinguir los materiales de arroz en Venezuela.

El segundo factor revela el 16% de la VT conformado por las variables: número de granos por panícula, número de panículas por planta y longitud del limbo y el tercer factor expone el 15% de la VT constituido por las variables ancho del grano, espesor del grano, porcentaje de grano panza blanca y color de cariópside (Cuadro 4).

CUADRO 4. Estimación del aporte de las 16 varia­bles a los componentes principales for­mados en el ensayo de identificación de descriptores morfológicos métricos que permiten distinguir los materiales de arroz en Venezuela.

En la doble representación gráfica de variables de alta contribución a la VT (Figura 1), el árbol generado por las 16 variables permite encontrar las relaciones directas e inversas entre los caracteres estudiados en función a su ubicación en el área, permite analizar la variabilidad e identificar asociaciones entre observaciones inclusive entre variables; donde las variables más cercanas entre sí poseen una relación directa y las más alejadas en sentidos opuestos indican relaciones inversas.

FIGURA 1. Representación gráfica de las dos primeras dimensiones extraídas del análisis de Asociación de Compo­nentes Principales para 16 descriptores morfométricos.

En este contexto se encontró que las variables peso de 1 000 granos, largo de grano y días a floración están relacionadas de forma directa, asimismo, la resistencia al acame con el número de granos por panícula; color del cariópside, con el contenido de granos yesosos y panza blanca. Relacionadas de forma inversa también fue observable las variables espesor del grano con el contenido de amilosa y el número de granos por panícula con número de panículas por planta (Figura 1), de forma que a mayor cantidad de panículas menor será la cantidad de granos por plantas, por eso en este ensayo a pesar de que el número de panículas y el número de granos por panículas sí fue estadísticamente significativo el rendi­miento se mantuvo constante, existiendo un equilibrio en la producción del cereal.

De la misma manera se encuentran que el porcentaje de granos enteros esta inversamente relacionados con las características porcentaje de grano yesoso y porcentaje de grano panza blanca (Figura 1).

Distinción de los materiales

El análisis de representación gráfica (Figura 2) permitió la configuración de 6 grupos con corte en 2,41 de distancia euclidea, esta agrupación de los 45 materiales gracias a las variables seleccionadas y permitió distinguir los materiales entre sí, y se observa la asociación de los materiales por características comunes; el primer grupo está compuesto por ARAURE-50, PN00A14B, FUNDARROZ PN1, PALMAR, FD-18, ARAURE-1 y FD-14 (Figura 2); el segundo grupo compuesto por: F6418-1, F6417-6, CENTAURO, FONAIAP -1, FD-16, FD-11; el tercer grupo, por: D-ORYZA, FD-17, FD-19, D-SATIVA, FD-13, FD-12, L-30-30, FD-8, FD-7 y FD-2; el cuarto grupo compuesto por: VI/21-4 y VI/04; el quinto grupo compuesto por: FONAIAP­2000, PN00A007, L-36, LINEA-1, PN00A0022, VENEZUELA-21, LINEA-13, CIMARRON, FD-15, PN01A013, D-PRIMERA, ARAURE -4, FD-9 y FD-4; y el sexto grupo compuesto por: FD-10, FD-6, F6510-6, FD-3, PN00A017 y FD-1.

FIGURA 2. Dendograma de la caracterización morfológica de las 45 variedades y líneas élites de arroz.

Espacio dimensionado extraídos del análisis de compo­nentes principales generado de las 16 variables de mayor aporte a la varianza total. Permite encontrar las relaciones directas e inversas entre los caracteres estudiados en función a su ubicación en el área, y analizar la varia­bilidad e identificar asociaciones entre observaciones inclusive entre variables.

En la Figura 1 cada círculo negro representa un material de arroz y es posicionado en el plano en función al valor que asume cada una de las 16 variables utilizadas en el análisis.

La asociación de los materiales en grupos homogéneos y a su vez compuestos por diversos tipos de entradas como son las líneas élites y variedades, todos provenientes de diferentes fuentes de mejoramiento, permite concluir que estas 16 variables poseen el poder discriminante para dife­renciar materiales de arroz (Cuadros 3 y 4).

CONCLUSIONES

-Bajo las condiciones agroecológicas de este ensayo es posible distinguir los materiales de arroz estu­diados con 16 descriptores morfométricos.

-Veintiséis caracteres resultaron estadísticamente significativos, los cuales fueron en su mayoría variables cuantitativas, incluidas algunas relacio­nadas con calidad molinera, calidad culinaria y componentes del rendimiento.

-La mayoría de los caracteres cualitativos no permiten distinguir los materiales de arroz, sólo el color del grano cargo (no pulido), demostró importancia debido a su aporte a la varianza total.

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