Resultados AGROALNEXT (2022/025)

1.1 Análisis de los datos de origen, caracterización e imágenes de la colección del COMAV, CIAT, BAGERIM y La Mayora.

Las cuatro colecciones que participan en el proyecto son las del banco de germoplasma del CITA de Zaragoza (BGHZ), del COMAV de la Universitat Politècnica de València, de la Región de Murcia (BAGERIM) y de La Mayora-CSIC de Málaga. Las colecciones estudiadas disponen de un total de cerca de 4000 entradas. En el transcurso de proyectos anteriores realizados conjuntamente, se sabe de la existencia de duplicados entre estas colecciones, por lo que durante esta anualidad se han detectado los duplicados y seleccionado las entradas para cultivar el primer año del proyecto. Se han seleccionado un total de 452 entradas de los 4 géneros seleccionados (Cucumis, Citrullus, Cucurbita y Lagenaria). En la Figura 1 se representan las colecciones de Cucurbitáceas de los bancos proveedores de germoplasma detallando su origen geográfico. Además de las entradas de procedencia española, el BGHZ proporcionó 98 entradas de 21 países distintos, el COMAV 58 entradas de 25 países y La Mayora 212 de 43 países.

Del análisis de los datos se deduce la complementariedad de las colecciones. Además de estas colecciones, para seleccionar las entradas a probar en la campaña de cultivo de primavera-verano de 2023, se dispuso también de la colección de cucurbitáceas del grupo de Mejora Genética de Cucurbitáceas y de la información sobre colecciones nucleares de C. maxima, C, moschata, C. pepo y Cucumis sativus establecidas en estudios anteriores realizados por el grupo, empleando datos morfológicos y moleculares (Ferriol et al., 2003, 2004a, 2004b; Valcárcel et al.2018a, 2018b).
En la información recibida del BGHZ y La Mayora los duplicados habían sido ya eliminados, en el caso de la recibida de BAGERIM se identificaron los siguientes duplicados con el banco del COMAV: 157 entradas de melón, dos de pepino, tres de C. ficifolia, cuatro de C. máxima, cinco de C. moschata, seis de C. pepo, siete de Cucurbita spp., ocho de Lagenaria siceraria y nueve de sandía.

Los criterios para la selección de las 500 variedades a probar en la primavera-verano de 2023 fueron:

a) Formar parte de las colecciones nucleares basadas en la variabilidad morfológica y molecular realizadas con anterioridad
b) Procedencia geográfica de los materiales, maximizando el material procedente de áreas con clima seco y caluroso y potenciando la diversidad varietal
c) Disponibilidad de información previa sobre adaptación al déficit hídrico o salinidad y la disponibilidad de semilla en los bancos.

En la tabla 1 se indica el número de entradas finalmente cultivadas en los campos experimentales de Alcàsser (Valencia) y Carrizales (Alicante), especificando el banco de origen y el país de procedencia. Como puede observarse, aunque la mayor parte proceden de España, numerosas entradas de todos los cultivos proceden de más de 20 países distintos. Esto se realizó para tener una amplia representación de condiciones ambientales y maximizar de esta manera la posibilidad de identificar materiales adaptados a condiciones de estrés.

1.2. Creación de una base de datos de la colección de cucurbitáceas, incluyendo los datos ya existentes y los generados en el proyecto.

Se ha diseñado la estructura de la base de datos que contendrá, a la finalización del proyecto, información completa de todos los materiales ensayadas y una oferta detallada de las variedades mejor adaptadas de cada cultivo al déficit hídrico y salinidad en cada zona de cultivo.

Además de los datos de pasaporte, caracterización, imágenes, etc, se introducirán los datos disponibles de análisis genómico, de los que se dispone para muchas de estas entradas y de respuesta a enfermedades, en distintas condiciones, los datos de estrés hídrico, tanto los tomados en campo como los de evaluación mediante drones, y de estructura de raíz, que se generen en el proyecto, y los datos de caracterización metabólica de los que se dispone para muchas de estas entradas.

2.1 Caracterización de la adaptación al déficit hídrico en ensayos de campo efectuados con riego restringido.

El ensayo se realizó en tres parcelas de terreno ubicadas en el término municipal de Alcàsser. En la de mayor tamaño se cultivaron las plantas de melón, sandía, C. pepo, C. maxima, C. moschata y Lagenaria siceraria, aportando el 100% de las necesidades hídricas de la planta, y las plantas de melón, sandía y L. siceraria con una reducción de riego del 50%. En el campo 2 se cultivaron las plantas de C. pepo, C. maxima, C. moschata con el 50% de riego. Las entradas de pepino se cultivaron en el campo 3. En total se cultivaron alrededor de 500 entradas. Se realizaron los dos tratamientos, 100% y 50% de riego.

El cultivo se llevó a cabo según las normas de cultivo ecológico, aplicando el abonado estándar para este tipo de cultivos y realizando los tratamientos fitosanitarios permitidos en agricultura ecológica. El semillero se realizó en los Semilleros Agrícolas Cucala (Cuatretonda, Valencia) el 28 de febrero y el trasplante se realizó en marzo. Se utilizó un diseño de bloques aumentado. Se eligieron 3 entradas controles para cada cultivo, de las cuales se puso una parcela en cada una de las filas ocupada por ese cultivo.

Caracteres evaluados

En todos los tratamientos de evaluaron 23 caracteres agronómicos y de fruto.

Caracteres agronómicos y de fruto:

1. Tipo varietal
2. Vigor de la planta: medido en conjunto en todas las plantas de la parcela. Se tomó en todas las fechas en las que se hizo el vuelo del dron.
3. Precocidad de floración: medida como el número de días transcurridos desde la siembra hasta la primera flor abierta de la parcela.
4. Precocidad de maduración: medida como el número de días transcurridos desde la siembra hasta la maduración del primer fruto de la parcela.
5. Número de frutos por planta: medido como el número de frutos por bloque dividido por las tres plantas del bloque
6. Peso del fruto: medido como el promedio del peso de 5 frutos por parcela pesados individualmente
7. Producción: tomada como el número de frutos por bloque (3 plantas) x el peso medio del fruto (de los 5 frutos pesados individualmente).
8. Forma del fruto: según los descriptores del IPGRI para cada cultivo
9. Reticulado: tomado en conjunto las tres plantas de la parcela
10. Intensidad del reticulado
11. Grados Brix: medidos en cada uno de los 5 frutos recolectados
12. Firmeza de la corteza: una sola medida por fruto, medida con durómetro
13. Firmeza de la carne: una sola medida por fruto, medida con durómetro
14. Color de la carne: según los descriptores del IPGRI para cada cultivo
15. Longitud del fruto: medido en los 5 frutos por parcela
16. Anchura del fruto: medido en los 5 frutos por parcela
17. Anchura de la cavidad interna: medido en los 5 frutos por parcela
18. Espesor de la corteza: medido en los 5 frutos por parcela
19. Espesor de la carne: medido en los 5 frutos por parcela
20. pH: medido en los 5 frutos por parcela
21. Incidencia de enfermedades fúngicas y virales: se identificó el patógeno causante de la enfermedad y se evaluó la severidad de los síntomas. En el caso de patógenos fúngicos de suelo se recogieron muestras de raíz y se realizaron aislamientos en laboratorio para su identificación. La severidad de los síntomas se evaluó mediante la siguiente escala: 1. ligera, 2. media, 3. severa.
22. Incidencia de plagas: se identificó la plaga y se evaluó la severidad de la infestación mediante la siguiente escala: 1. ligera, 2. media, 3. severa
23. Susceptibilidad al azufre: medida mediante la siguiente escala: 1 ligera, 2 media, 3 severa

Entradas heterogéneas:

• En el caso de entradas heterogéneas en las que se apreció mezcla de dos tipos se caracterizaron por separado ambos tipos, tanto para caracteres de parcela como para los de fruto, caracterizando 5 frutos de cada tipo.
• En el caso de entradas heterogéneas mezcla de varios tipos, se caracterizaron una única vez poniendo “variable” para dichos caracteres y caracterizando 5 frutos.

2.2. Caracterización de la adaptación al estrés salino en ensayos de campo efectuados en zonas naturalmente salinizadas. Utilización de drones provistos de sensores de espectro visible, multiespectrales y térmicos para la detección de estrés. Seguimiento de la incidencia de plagas y de enfermedades virales y fúngicas.

La parcela donde se llevó a cabo el ensayo está situada en la Partida El Derramador (Elche), dentro del Parque Natural Agrario de Carrizales. La parcela, de 6 hectáreas de superficie, está dedicada al cultivo de plantas herbáceas y granados, utilizando el riego por inundación. El ensayo ocupó una superficie de 5.400 m2 (60 m de ancho x 90 metros de largo) de la parcela. El semillero se realizó en los Semilleros Agrícolas Cucala (Cuatretonda, Valencia) el 28 de febrero y el trasplante tuvo lugar en marzo. El número de plantas por genotipo, el diseño experimental y los caracteres evaluados fueron similares a lo descrito para el ensayo de Alcàsser. Se rego con agua salina y el suelo también esta salinizado, por el cultivo sucesivo con agua salina y por la salinización de los acuíferos. Por todo ellos las especies menos tolerantes a la salinidad mostraron dificultades en el desarrollo.

2.3. Estudio de la estructura del sistema radical de las entradas más adaptadas al déficit hídrico y salino en ensayos en cámara climática. Utilización de software específico para análisis de imagen.

De las entradas que muestran un comportamiento más prometedor en los ensayos de campo se está realizando un estudio de su sistema radical, ya que se ha demostrado la importancia que tiene la estructura y desarrollo de las raíces en la capacidad de exploración del suelo, de absorción de agua y nutrientes y en la tolerancia a estrés biótico y abiótico. Para ello, se cultivan las plantas en cámara climática con una mezcla de sustrato que facilita la extracción de las raíces sin rotura de las raicillas de menor calibre. Tras la extracción de las raíces y su limpieza, se escanean y las imágenes digitalizadas se analizan mediante el programa WinRhizo, midiendo caracteres como diámetro del cuello, longitud ramificación, así como el pardeamiento o necrosis. El análisis de los parámetros evaluados permitirá correlacionarlos con el grado de adaptación a los estreses abióticos estudiados.

2.4. Estudio de la adaptación al estrés hídrico mediante ensayos de cultivo in vitro.

El cultivo in vitro es una excelente herramienta que permite el estudio del desarrollo del sistema radical de gran cantidad de plantas con gran facilidad. Además, permite estudiar la relación existente entre la adaptación al déficit hídrico y salinidad en las primeras fases de desarrollo de la planta con la adaptación en estado adulto y en el lugar de cultivo definitivo, en el que los estreses aplicados coexisten con otros, tanto de tipo biótico como abiótico.

Durante este primer año se ha puesto a punto los procedimientos de evaluaciones mediante cultivo in vitro. Para ello, se han utilizado una variedad de origen exótico de Cucumis melo de utilidad como portainjerto TGR-1551 (C. melo ssp agrestis grupo acidulus) y una variedad tradicional de melon amarillo (C. melo ssp. Melo grupo ibericus). Los ensayos realizados, que se describen en la presentación adjunta, han permitido seleccionar la dosis idónea de polietilenglicol y NaCl para estudiar el estrés hídrico y salino en cultivo in vitro así como el tiempo idóneo de tratamiento. A la finalización del ensayo se han extraído las plántulas y tras el lavado de las raíces se han escaneado. Las imágenes se han procesado con el software WinRhizo, registrando los caracteres seleccionados y determinando el impacto del estrés en el desarrollo de raíz.
Con las condiciones seleccionadas se probará la colección completa de variedades seleccionadas a partir de los cultivos del primer año.

2.1. Caracterización de la adaptación al déficit hídrico en ensayos de campo efectuados con riego restringido. Utilización de drones provistos de sensores de espectro visible, multiespectrales y térmicos para la detección de estrés hídrico. Seguimiento de la incidencia de plagas y de enfermedades virales y fúngicas.

El estrés hídrico se ha evaluado en campo en Alcasser incluyendo un tratamiento control con la aplicación de la dosis de riego recomendada para el cultivo y un tratamiento con riego del 50% de la dosis recomendada. Se ha realizado una caracterización visual de caracteres agronómicos, vigor de la planta, precocidad de floración y fructificación, número de frutos por planta, peso del fruto y caracteres de calidad externa (forma, color, reticulado, etc.) e interna (contenidos en azucares y ácidos).

Se han utilizado drones con sensores especializados para agricultura de precisión (RGB, mulitespectral y térmico) capaces de adquirir datos múltiples de los cultivos con el objetivo de calcular índices vegetativos (NDVI, SAVI, CVSI…) que han permitido obtener datos de variables claves para el análisis de propiedades agrícolas tales como, niveles de clorofila, temperatura del follaje, estrés hídrico, salud de la planta, todo ello con el objeto de obtener mapas prescriptivos de estrés hídrico o de enfermedades fúngicas y virales que nos den la posibilidad de hacer un estudio cíclico y retroalimentado de los cultivos. Se han realizado varios vuelos en distintos momentos del cultivo.

Se estudiará la relación existente entre la caracterización en campo y la obtenida mediante esta tecnología. Adicionalmente, se anotará la incidencia de plagas y enfermedades fúngicas y virales, que también se evaluaran con los drones.

2.2. Caracterización de la adaptación al estrés salino en ensayos de campo efectuados en zonas naturalmente salinizadas. Utilización de drones provistos de sensores de espectro visible, multiespectrales y térmicos para la detección de estrés. Seguimiento de la incidencia de plagas y de enfermedades virales y fúngicas.

Los ensayos de adaptación al estrés salino se han realizado en la zona del Campo de Carrizales (Alicante) en colaboración con los investigadores de la Universidad Miguel Hernández. Se trata de una zona naturalmente salinizada en la que el grupo solicitante ha realizado ya ensayos de melón en el marco del proyecto PROMETEO /2017/078. La evaluación de la adaptación al estrés salino se está realizando de manera similar a lo explicado en el punto anterior (déficit hídrico), integrándose los datos procedentes de la evaluación en campo y los procedentes de la evaluación por drones.