Dinámica de acumulación de sacarosa en tallos de caña de azúcar (saccharum spp.) modulada por cambios en la relación fuente-destino

Abstract

El desarrollo de cultivares precoces y de alto rendimiento en sacarosa en caña de azúcar (Saccharum spp.) es clave para optimizar los recursos ambientales disponibles en áreas subtropicales donde la incidencia de temperaturas bajas limita la duración de los ciclos. Los mecanismos eco-fisiológicos que determinan las diferencias genotípicas en los patrones de acumulación de sacarosa, y, en particular, los que regulan la precocidad, no están completamente esclarecidos. El objetivo de esta tesis fue generar bases ecofisiológicas para analizar las diferencias genotípicas en la producción de biomasa y el rendimiento en azúcar, profundizando en el estudio de las relaciones fuente-destino como moduladores de la acumulación de sacarosa. Bajo un marco experimental delimitado por condiciones subtropicales sin limitantes hídricas, cinco genotipos de caña de azúcar contrastantes en precocidad fueron evaluados durante tres años a campo. Aspectos de la dinámica de generación del número de tallos (generación y senescencia de macollos), del crecimiento y su partición a sacarosa fueron cuantificados para analizar la conexión entre la relación fuente-destino, y los parámetros de la acumulación de sacarosa. Los resultados demostraron que: 1) la dinámica de acumulación de sacarosa está fuertemente asociada con la dinámica de generación y mortalidad de tallos temprano en el ciclo, condicionando la precocidad madurativa; 2) la dinámica de acumulación de sacarosa depende de tres componentes: el contenido inicial (Si) al momento de la estabilización del número final de tallos molibles (θTf), la tasa (Sr) y la duración (Sd) de la maduración; 3) los genotipos difirieron en uno o más de los tres componentes de la dinámica de acumulación de sacarosa; 4) la relación fuente-destino varió a través del ciclo del cultivo con dos etapas definidas (FDe y FDt) donde fueron dominantes i) procesos de competencia por fotoasimilados entre destinos que determinaron la precocidad, y ii) procesos de elongación de tallos y almacenamiento que determinaron la tasa y duración de la maduración; 5) el rendimiento en sacarosa (RS) se asoció con FDt bajo un modelo bilineal. Adicionalmente, se demostró que el número de tallos fue un componente importante en la determinación del rendimiento y que los genotipos difirieron en la eficiencia del uso de la radiación, la tasa de crecimiento del cultivo, el filocrono y la temperatura base. Debido a que los caracteres genotípicos de precocidad y número de tallos no fueron mutuamente excluyentes, sería posible mejorar por precocidad incrementando la relación FDe sin afectar el RS.

The development of early sugarcane cultivars (Saccharum spp.) with high sugar yield is key to optimize environmental resources in subtropical areas where crop duration is limited by the incidence of low temperatures. The eco-physiological mechanisms that determine the genotypic differences in patterns of sucrose accumulation, and earliness in maturity are not fully understood. The aim of this thesis was to generate ecophysiological basis to analyze genotypic differences in biomass accumulation and sugar yield, deepening the study of source-sink relationships in its role as a ripening modulator. Under an experimental benchmark defined by subtropical conditions without water limitation, five sugarcane genotypes contrasting in earliness were evaluated in field experiments during three years. Stalk number generation, growth and sucrose partitioning were quantified to analyze the connection between source-sink relationships and sucrose accumulation parameters. Results showed that: 1) dynamics of sucrose accumulation is strongly associated with dynamics of stalk survival and both conditioned ripening earliness; 2) sucrose dynamics depended on three components: initial sucrose content (Si), sucrose rate (Sr) and duration of the sucrose accumulation phase (Sd); 3) genotypes differed in one or more of the three components of the sucrose accumulation dynamics; 4) the source-sink relationship varied throughout the crop cycle showing two distinct stages (FDe and FDt) when i) processes of competition by photoassimilates between sinks controlled earliness, and ii) growth processes such as stalk elongation and sucrose storage determined the rate and duration of ripening, respectively; 5) sugar yield (RS) was associated with FDt under a bilinear model. Additionally it was shown that the number of stems was an important yield component, that genotypes differed in the solar radiation use efficiency, crop growth rates, the phyllochron and the base temperature. Owing to the fact that the genotypic traits of earliness and stalk number were not mutually exclusive, improved genotypes could be obtained by selecting those with high early source-sink relationships.