Academic literature on the topic 'Fijación de nitrógeno'

El ecosistema está constituido por las interrelaciones de los factores bióticos y abióticos, en la cual se sostiene la vida. Las leguminosas y otras plantas, viven de forma simbiótica con bacterias que proliferan en el suelo y son capaces de fijar nitrógeno atmosférico (N₂), elemento vital, para la nutrición de las plantas. Las bacterias del género Rhizobium y las de diazótrofos tienen la capacidad de fijar N₂ convirtiendo este a una forma asimilable por las plantas. Las bacterias promotoras del crecimiento en plantas, (PGPB) por sus siglas en inglés son importantes en diferentes ecosistemas donde se presentan adversidades de sequía, baja fertilidad de los suelos cultivables y bajo rendimiento de la producción. La distribución, identificación y predicción de las funciones de la diversidad microbiana ayuda al manejo productivo e incrementa el rendimiento en cultivos agrícolas. Este artículo de revisión estudia la fijación biológica del nitrógeno a través de la interacción y simbiosis de plantas-bacterias.

La economía del nitrógeno es un tema que viene creciendo a nivel mundial, especialmente en la actividad agrícola cuando por mal manejo de la fertilización ocurren pérdidas por lixiviación que contribuyen a la eutrofización del agua, lo que incrementa la población de algas y, como efecto, reduce la disponibilidad de oxígeno, acelerando el proceso de desnitrificación en el que se produce N2O, conocido por su efecto en el calentamiento global. Igualmente, parte del fertilizante es emitido a la atmósfera por volatización. Esto ha impulsado la creación de técnicas que permiten cuantificar el nitrógeno utilizado por las plantas y el fijado en el suelo a través de microrganismos para hacer más eficiente el empleo del nitrógeno en los sistemas agrícolas. Sin embargo, dentro de las mayores limitantes se encuentra su sensibilidad, especificidad, costo y tecnología que se requiere para aplicarlas. Esto ha conducido a la innovación de procedimientos y a la creación de técnicas que tienen una tasa de error muy bajo. El objetivo de este trabajo fue realizar la descripción de las principales técnicas utilizadas para cuantificar la fijación del nitrógeno con énfasis en los antecedentes, procedimientos, expresiones matemáticas que se usan, y escenarios futuros. La información se describe a partir del análisis de ensayos disponibles en la base de datos Scopus. Este trabajo consolida las técnicas que continúan vigentes para cuantificar el nitrógeno y facilita entender su uso a través del tiempo con modelos de predicción, así como su importancia, ventajas y desventajas.

La degradación de pasturas es un problema de interés mundial que afecta la producción y la salud ecosistémica. Cada estado de degradación de pasturas, corresponde a un avance gradual en el deterioro de la relación entre el suelo, la planta, el bovino y el medio ambiente, convirtiendo la ganadería poco a poco en un foco de contaminación. Una de esas fuentes contaminantes corresponde a los GEI (Gases Efecto Invernadero) de los cuales, N O es el 2 que presenta mayor potencial de calentamiento global; por esta razón, en el presente artículo se relacionan generalidades de la degradación de pasturas y su relación con la emisión de gases nitrogenados, entre los cuales se incluye el NH , N O y NO, a través de una revisión de documentos resultantes de 3 2 diferentes investigaciones a nivel mundial, enfocados en la experiencia de los autores.

A lo largo de los años, por lo menos los últimos dos mil, los humanos hemos hecho uso de la fijación de nitrógeno en los procesos agrícolas, a pesar de no tener la comprensión adecuada del proceso involucrado. La primera técnica de mejora agrícola fue la rotación de cultivos, la cual, aunque se sabe de su uso en el continente americano, se cree fue originada en el imperio romano y ampliada al resto de Europa en el siglo XI. Dicha técnica era completamente empírica, por lo que la primera asociación del nitrógeno con el enriquecimiento del suelo fue meramente casual.

Actualmente, el uso de bacterias promotoras de crecimiento vegetal resulta una alternativa viable al uso indiscriminado de agroquímicos. Con el fin de obtener bacterias con capacidad de promoción del crecimiento vegetal, en este trabajo se aislaron doce cepas con actividad de fijación de nitrógeno a partir de la rizósfera de zacate bermuda (Cyonodon dactylon) ruderal. Con base en la rapidez e intensidad del cambio de color en la prueba cualitativa de fijación del nitrógeno, se seleccionaron dos aislados para su identificación molecular y caracterización. La amplificación, secuenciación y análisis de fragmentos del gen ribosomal 16S rRNA permitió identificar a Pseudomonas monteilii (Pm0710) y Chryseobacterium massiliae ca (Cm0711). Ambos aislados mostraron actividad de solubilización de fosfatos, de producción de ácido indol-3-acético, ácido giberélico y sideróforos, de fosfatasa alcalina y ACC deaminasa, así como de inhibición contra: Fusarium brachygibbosum, F. falciforme, F. oxysporum y Ceratobasidium sp. Aunque Cm0711 fue significativamente superior que Pm0710 en la mayoría de las propiedades analizadas, las dos bacterias tienen potencial para ser utilizadas como bioinoculantes; sin embargo, antes se debe realizar su validación in vivo.

El frijol es una leguminosa, que además de fijar biologicamente el nitrógeno, en su cultivo intensivo demanda aplicaciones importantes de fertilización nitrogenada, siendo la urea el fertilizante más utilizado por su alto contenido de nitrógeno de 46%, y que es abastecida a las plantas a través del follaje por su alta solubilidad, lo cual facilita el óptimo manejo del nitrógeno. Methylobacterium es una -proteobacteria methilotrófica facultativa, colonizador persistente de la filósfera con un potencial metabólico importante, el cual ha demostrado que promueve el desarrollo vegetal, induce resistencia sistémica, atenúa el estrés vegetal y produce un espectro amplio de fitohormonas y enzimas como la ureasa necesaria para la hidrolisis de la urea. El objetivo de este trabajo, fue optimizar la absorción foliar de nitrógeno uréico, empleando de manera concomitante diferentes concentraciones de urea con M. extorquens y para ello se cuantificaron los aminoácidos libres y proteínas solubles, probando 5 tratamientos y un control con M. extorquens y urea al 3 y 4% de manera individual y combinados. Los resultados mostraron una diferencia estadísticamente significativa en la concentración del contenido de amino ácidos libres y proteínas solubles en los tratamientos combinados respecto al control y a los tratamientos individuales.

Los biofertilizantes son microorganismos que aumentan la productividad y sanidad de los cultivos, ayudan a fijar nitrógeno, solubilizar fosfatos, producción de sideróforos y fitohormonas. Existe una gran población de microorganismos que ayudan a fertilizar los suelos, entre ellos el género Azotobacter. La presente investigación tuvo como objetivo la evaluación de parámetros para una producción potencial de Azotobacter sp a gran escala. Se procesaron un total de 15 muestras de suelos provenientes de la provincia de Rioja, región de San Martín, Perú, para el aislamiento de bacterias del género Azotobacter y se midieron las capacidades de fijación de nitrógeno, producción de fitohormonas e índice de solubilización de fosfatos. La mejor cepa promotora de crecimiento fue cultivada en condiciones batch para evaluar los parámetros de producción. Se aislaron 18 cepas correspondientes al género Azotobacter de las cuales las cepas 1I y 1F resultaron con mejores promedios para la fijación de nitrógeno con 2.0496 mgL-1, 1.428 mgL-1 respectivamente, la cepa 1F mejor productora de fitohormona logrando 54.972 mgL-1, seguida de la cepa 1G con 52.526 mgL-1, el mayor índice de solubilización de fosfatos fue de 3.0 correspondiente a la cepa 1F. Se concluye que la mejor cepa promotora de crecimiento es la F1 y los parámetros optimizados para la producción a escala corresponden a 120 RPM, pH 7, a 30 °C y 1VVM donde se logra una mayor velocidad específica de crecimiento (µmax) en comparación con las otras combinaciones de variables.

Memoria para optar al Título Profesional de: Ingeniera Agrónoma. Mención: Fitotecnia
En haba (Vicia faba L.) los requerimientos de nitrógeno pueden ser cubiertos, en parte, por la fijación biológica a través de la bacteria Rhizobium leguminosarum sv. viceae. La cantidad de nitrógeno fijado está determinada, entre otros factores, por el contenido de nitrógeno disponible en el suelo y las condiciones en las cuales está creciendo el cultivo, puesto que frente a cualquier estrés se reduce la fijación. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la fertilización nitrogenada e inoculación con Rhizobium, sobre el crecimiento y rendimiento de dos cultivares de haba de crecimiento determinado, establecidos en dos fechas de siembra. Para ello, en la localidad de Talagante se realizaron dos ensayos independientes (uno para cada fecha de siembra), cada fecha de siembra contó con seis tratamientos con arreglo factorial, los cuales correspondieron a la evaluación de los cultivares Retaca y Verde Bonita, cuyas plantas presentan hábito de crecimiento determinado, y tres fuentes de nitrógeno: inoculación de las semillas, aplicación de nitrógeno y un testigo sin inocular y sin nitrógeno. Los tratamientos se dispusieron en un diseño de bloques completos al azar, y cinco repeticiones. En cada fecha de siembra se midió el crecimiento, desarrollo de la planta, nodulación y se cuantificó el rendimiento y sus componentes. En las variables de crecimiento evaluadas no se observó efecto de las fuentes de nitrógeno utilizadas, sin embargo a nivel de cultivar, Verde Bonita logra la mayor producción de materia seca. En cuanto a la nodulación los tratamientos con aplicación de nitrógeno obtienen el menor peso seco de los nódulos. El rendimiento no presentó diferencias con las fuentes de nitrógeno, sin embargo a nivel de cultivar, este se ve afectado por la fecha de siembra, siendo Verde Bonita en la primera fecha, con las tres fuentes de nitrógeno donde se obtienen los mejores rendimientos de vainas y Retaca en la segunda fecha, con las tres fuentes de nitrógeno, donde los rendimientos de granos son los más bajos. Además Retaca mantiene sus rendimientos en granos y vainas al atrasar la fecha de siembra, sin embargo Verde Bonita los disminuye.
On broad bean (Vicia faba L.) nitrogen requirements can be covered in part by the biological fixation by the bacterium Rhizobium leguminosarum sv. viceae. The amount of fixed nitrogen is determined, among other factors, by the nitrogen content available in the soil and the conditions under which the crop is growing, as against any attachment stress is reduced. The objectives of this study were to evaluate the effect of nitrogen fertilization and Rhizobium inoculation on growth and yield of two cultivars of determinate growth had established in two sowing dates. For this, in the locality of Talagante, there were two independent trials (one for each planting date), each planting date had factorial arrangement of six treatments, which corresponded to the evaluation of cultivars “Retaca” y “Verde Bonita”, whose plants exhibit determinate growth habit, and three nitrogen sources: seed inoculation, nitrogen application and control without inoculated and without nitrogen. Treatments were arranged in a design of randomized complete blocks, and five replications. In each planting date was measured growth, plant development, nodulation and quantified the yield and its components. In the growth variables evaluated no effect was seen of nitrogen sources used, however cultivar level, “Verde Bonita” produced the greatest dry matter production. Regarding the treatments nodulation nitrogen application get the lowest dry weight of the nodules. The yield did not differ with nitrogen sources, however cultivar level, this is affected by planting date, with “Verde Bonita” on the first date, with the three nitrogen sources where we get the best yields of pods and “Retaca” on the second date, with the three nitrogen sources, where grain yields are the lowest. Furthermore “Retaca” maintains its grain and pod yields by delaying the planting date, however the decreases “Verde Bonita”.

Memoria para optar al Título Profesional de: Ingeniero Agrónomo, mención: Agroindustria
La fijación biológica de nitrógeno en los cultivos de leguminosas resulta cada vez más importante en vista de los esfuerzos para desarrollar una producción agrícola sostenible, siendo una alternativa económica y natural de la fertilización química; sin embargo estos cultivos son muy variables en su eficiencia para fijar nitrógeno. El frejol común (Phaseolus vulgaris L.) es considerada una planta con baja capacidad para fijar nitrógeno en comparación con otras leguminosas. Con el objetivo de estudiar la eficiencia de fijación biológica de nitrógeno de aislados silvestres de rizobios y determinar diferencias en función de la variedad de frejol utilizada, se realizaron 3 ensayos con variedades de frejol de uso común en Chile: Cimarrón, Apolo INIA y Torcaza INIA. Cada ensayo se realizó bajo condiciones controladas y se evaluó la eficiencia de 6 aislados silvestres de rizobios provenientes de frejol variedad Torcaza INIA cultivados en la zona centro sur de Chile. Esta eficiencia se comparó con un inoculante comercial ofrecido en Chile. Para cada tratamiento en los 3 ensayos, se realizaron mediciones de peso seco aéreo, de raíz y nódulos, contenido de proteína y contenido de clorofila de las plantas a los 15 y 28 días de la siembra. Para cada ensayo se eligieron los tres mejores aislados, en función de los más eficientes, fueron comparados entre sí a través de un análisis de varianza y se determinó que: para las variedades Cimarrón y Torcaza INIA, ninguno de los aislados fue sobresaliente, en tanto que, para la variedad Apolo INIA, el aislado silvestre que presentó la mayor eficiencia fue Aurora 60.3. No obstante, en los tres ensayos y bajo condiciones controladas ningún aislado fue más efectivo que el inoculante comercial. Cabe destacar que este inoculante está compuesto por 3 o más cepas, por lo que se recomienda probar mezclas de los aislados más efectivos para cada variedad y fabricar inoculantes más eficientes.

El frijol (Phaseolus vulgaris L.) es una de las especies más importantes del Perú y del mundo para la alimentación humana. Asimismo, es un mejorador del suelo porfijar nitrógeno atmosférico por la simbiosis del frijol con Rhizobium phaseoli. Esto permite el ahorro en fertilizantes químicos para el agricultor. Este trabajo de investigación se realizó en un campo experimental de la ciudad de Lima (Perú), desde setiembre 2012 a junio del 2013, con el objeto: (i) de evaluar el rendimiento de cinco cultivares genéticos de frijol “ñuña” (Phaseolus vulgaris L.) en la producción de granos en simbiosis con Rhizobium phaseoliy (ii) seleccionar entre los cultivares el de mayor rendimiento en grano y que exprese mayor compatibilidad en la simbiosis. El diseño experimental utilizado fue el Bloque Completo Randomizado (BCR) con 15 tratamientos (con inoculación con Rhizobium, los testigos: sin inoculación y con fertilizante N.P.K.) ,05 cultivares de frijol “ñuña” y tres repeticiones. Se evaluaron factores de: precocidad, nodulación y fijación biológica de nitrógeno (FBN), y de rendimiento, que se analizaron empleando el software estadístico SPSS. Se determinó que existen diferencias estadísticas significativas entre tratamientos y efectuando la prueba de comparación de medias de Tukey al 5% resultó que los tratamientos con inoculación y fertilizados con urea no difieren entre sí. Al evaluar los factores de precocidad como días: a la aparición del botón floral, a la floración, a la madurez fisiológica y de cosecha; resultó el tratamiento con inoculación el más precoz y con una mejor performance el cultivar N°1 “azulita”; en cuanto al número de días a la aparición de los nódulos en cultivares inoculados, el cultivar N°3 sobresalió con media 74,77 días. El cultivar N°1 presentó mejor performance para el tamaño, número y peso de los nódulos. Para el factor rendimiento en grano prevaleció el inoculado, destacando el cultivar N°1con media 5,148 kg/ha. Se concluye que la ñuña “Azulita” tuvo el mayor rendimiento en grano y la que expresó mayor compatibilidad en la simbiosis con Rhizobium phaseoli. La FBN a través de la simbiosis incrementó los parámetros de rendimiento y puede reemplazar a la fertilización con urea, sin dañar el ambiente (suelo-agua) y tiene un menor costo. Cultivar, fertilizante biológico, frijol, ñuña, rizobio.
--- The bean Phaseolus vulgaris L is one of the most important species in Peru and worldwide for human nourishment. It also improves the soil because it fixes atmospheric nitrogen in symbiosis with Rhizobium phaseoli. It enables to save fertilizer, economical upside for farmers. This research has been carried out in a trial field located in Lima (Peru), from September 2012 to June 2013. The objectives were:(i) to evaluate the “ñuña” bean’s cultivar performance (Phaseolus vulgaris L.) within the production of seeds in symbiosis with Rhizobium phaseoli and (ii) to select the cultivar which has the highest performance and expresses the greatest compatibility in symbiosis. The experimental methodology was the Randomized Complete Block Design (RCB) in 15 treatments (with Rhizobium inoculation, the witnesses: without inoculation and with fertilizer N.P.K.), 05 “ñuña” bean’s cultivars and three essays. The following factors were evaluated: earliness, nodulation and nitrogen fixation (FBN) and performance; which were analyzed in the statistical software, SPSS. There are significant statistical differences between treatments. In the Tukey’s average comparison test at 5 % turned out that treatments with inoculation and fertilized with urea do not differ. When evaluating the earliness factors in days, the cultivar N°1 “azulita” had the best performance (at flower’s stems appearance, at blooming, at physiological maturity and harvest). What is more, cultivar N°3 also had the lowest number of days and nodule appearance (74, 77 days) in inoculated cultivars tests. The cultivar N°1 presented the best size, nodule number and weight performance. The inoculated cultivar showed the highest performance, especially the N°1 (5,148 kg/ha). As a conclusion, the “ñuña Azulita” had the best performance in grain and it had the greatest compatibility in symbiosis with Rhizobium phaseoli. Besides, the biological fixation of nitrogen (FBN) through symbiosis can replace the fertilization with urea, because it is less expensive and does not affect negatively the ecological system. Cultivar, biologicalfertilizer, Bean, ñuña, rizobi
Tesis

China represents around 20% of world population and this proportion will remain similar in the coming decades, whereas an improvement in diet will increase the consumption of wheat. Although wheat grain yields have been increasing in the last three decades, the challenges of feeding nearly 1.4 billion people will be significant in the next few decades. To satisfy this demand, it is paramount to study what agronomical and physiological traits may contribute to higher yield potential in wheat. Towards this goal, wheats from Henan Province, which is one of the wheat baskets of China, have been studied in this thesis. The objectives of this study were to identify the combination of agronomical, morphological and physiological traits that have contributed to the substantial improvements in yield potential of recently released Chinese winter wheats and to test phenotypical approaches that may help to speed further breeding advances in Chinese wheats. The yield potential of modern Chinese genotypes has grown as a result of an increase in harvest index (HI), grain number per unit area, and total above-ground biomass, whereas thousand kernel weight has been less affected. By contrast, most of the high yield genotypes are moderately adapted to stress conditions and highly susceptible to yellow rust strains in high-yielding Mediterranean conditions, indicating that stress adaptation has not been a priority in recent Chinese breeding for yield potential conditions. The stress adapted “ ideotype” consists of taller plants with a higher green aerial biomass, particularly during the reproductive stage, together with a better water status, the capacity to take up water during grain filling and a higher nitrogen use efficiency that is related to a more efficient uptake and utilization of N fertilizer. Moreover, the net photosynthesis (Pn) and stomatal conductance (gs) in flag leaves do not appear to be related to increases in yield potential, while total CO2 fixed by the whole ear appears to have a clear role in the yield increase. Studies of carbon (δ13C) and oxygen (δ18O) isotope composition have suggested that higher water use efficiency is involved in raising yield potential. However, such an increase was not achieved through a decrease in gs. By contrast, the high yield potential genotypes have higher nitrogen use efficiency (NUE), N remobilization capacity and uptake capacity during grain filling. These improvements were achieved by optimizing the ear N source/sink balance, which is mainly the result of N released from Rubisco degradation during grain filling. Besides detecting the physiological traits contributing to raising yield potential, testing for effective phenotyping tools to assess stress tolerance is important in breeding. This is the case for biotic stresses, such as yellow rust, where the use of low cost phenotyping approaches may help to select rust tolerance in the breeding pipeline. The use of conventional (i.e. red/blue/green, RBG) images provided an affordable approach to detect genotypic tolerance to yellow rust. Some colour characteristics, including hue, green fraction, greener fraction, a, and u have proved to be more efficient than other more conventional phenotyping approaches.
China representa alrededor del 20% de la población mundial y esta proporción se mantendrá similar en las próximas décadas y por tanto la mejora en la dieta incrementará el consumo de trigo. Aunque los rendimientos de grano en trigo han ido aumentando en las últimas tres décadas, la alimentación de casi 1400 millones de personas en las próximas décadas supone un reto significativo. Para satisfacer esta demanda, es fundamental estudiar qué rasgos agronómicos y fisiológicos pueden contribuir a un mayor rendimiento potencial en trigo. Para lograr este objetivo, los trigos de la provincia de Henan, una de las regiones productoras de trigo de China, se han estudiado en esta tesis. Los objetivos de este estudio fueron identificar la combinación de rasgos agronómicos, morfológicos y fisiológicos que han contribuido a las mejoras sustanciales en el rendimiento potencial de los trigos de invierno chinos recientemente comercializados y evaluar técnicas de fenotípado que pueden ayudar a acelerar los nuevos avances en la selección de trigos chinos. El rendimiento potencial de los genotipos modernos chinos ha aumentado como resultado de un incremento del índice de cosecha (HI), el número de granos por unidad de superfície, y la biomasa aeria total, mientras que el peso de mil granos ha sido menos afectada. Por el contrario, la mayoría de los genotipos de alto rendimiento están moderadamente adaptados a condiciones de estrés y son altamente sensibles a las cepas de roya amarilla en condiciones Mediterráneas de alto rendimiento, lo que indica que la adaptación al estrés no ha sido una prioridad en la selección recientemente realizada en China en condiciones de rendimiento potencial. El “ideotipo” adaptado al estrés consiste en plantas más altas con una mayor biomasa aérea verde, sobretodo durante la etapa reproductiva, junto con un mejor estado hídrico, la capacidad de absorber agua durante el llenado del grano y una mayor eficiencia en el uso del nitrógeno relacionada con una captación y utilización más eficiente de los fertilizantes nitrogenados. Por otra parte, la fotosíntesis neta (Pn) y la conductancia estomática (gs) en las hojas bandera no parecen estar relacionadas con el aumento del rendimiento potencial, mientras que el CO2 total fijado por toda la espiga parece tener un papel claro en el aumento del rendimiento. Estudios de composición isotópica de carbono (δ13C) y oxígeno (δ18O) han sugerido que el aumento de la eficiencia del uso del agua está implicado en el aumento de rendimiento potencial. Sin embargo, dicho aumento no se logró a través de una disminución de la gs. Por el contrario, los genotipos de alto rendimiento potencial tienen una mayor eficiencia en el uso del nitrógeno (NUE), una mayor capacidad de removilización del N y de absorción de agua durante el llenado del grano. Estas mejoras se lograron mediante la optimización del balance fuente / sumidero de N en la espiga, que es principalmente el resultado de la liberación de N procedente de la degradación de Rubisco durante el llenado del grano.

Vaig dirigir la proteïna verda fluorescent codificada en el nucli (eGFP) a les mitocòndries d'arròs utilitzant sis pre-seqüències mitocondrials amb divers origen filogenètic. Vaig investigar la seva efectivitat mitjançant anàlisi de immunotransferència, microscòpia confocal i electrònica tant en calls com en plantes regenerades. Vaig confirmar que els pèptids COX4, SEU9 dirigien eficaçment eGFP a les mitocòndries d'arròs independentment del seu origen. Vaig utilitzar aquesta metodologia per disseccionar i expressar la proteïna NifH nitrogenasa Fe, extremadament sensible a l'oxigen, i la seva maturasa NifM en les mitocòndries d'arròs, superant així el coll d'ampolla més desafiant de l'enginyeria de la fixació biològica de nitrogen en els cereals. Per tant, vaig poder expressar i purificar quantitats substancials de NifH a partir de calls d'arròs i vaig confirmar que la NifH aïllada exercia el paper fonamental de l'activitat emzimática de NifH necessària per dissenyar la fixació de nitrogen, inclosa la transferència d'electrons i la biosíntesi de FeMo-co. D'aquesta manera demostre, per primera vegada, l'expressió i activitat estables d'un component nitrogenasa en qualsevol cereal. També vaig fer servir CRISPR / CAS9 per mutar el OsSBEIIb (que codifica l'enzim ramificadora de midó IIb), que es requereix per a la síntesi d'amilopectina densament ramificada en l'endosperma de l'arròs. Vaig investigar els efectes de la inactivació de l'enzim de biosíntesi de midó individual en el midó d'arròs i en el seu metabolisme general. Les plantes mutants homocigotas, en què OsSBEIIb estava completament inactivat, van produir llavors opaques amb reserves de midó esgotades el contingut d'amilosa va augmentar de 19.6 a 27.4% i el contingut de midó resistent (RS) va augmentar de 0.2 a 17.2%. A causa de la mutació, hi va haver un augment general en l'acumulació de sucres, àcids grassos, aminoàcids i fitosterols en l'endosperma mutant, el que suggereix que els intermediaris en la via de biosíntesi del midó van augmentar el flux a través de vies indirectes causant un profund impacte en l'acumulació de múltiples metabòlits primaris i secundaris.
Conseguí dirigir la proteína verde fluorescente codificada en el núcleo (eGFP) a las mitocondrias de arroz utilizando seis pre-secuencias mitocondriales con diverso orígen filogenético. Investigué su efectividad mediante análisis de inmunotransferencia, microscopía confocal y electrónica tanto en callos como en plantas regeneradas. Confirmé que los péptidos COX4, SU9 dirigían eficazmente eGFP a las mitocondrias de arroz independientemente de su origen. Utilicé esta metodología para diseccionar y expresar la proteína NifH nitrogenasa Fe, extremadamente sensible al oxígeno, y su maturasa NifM en las mitocondrias de arroz, superando así el cuello de botella más desafiante de la ingeniería de la fijación biológica de nitrógeno en los cereales. Por lo tanto, pude expresar y purificar cantidades sustanciales de NifH a partir de callos de arroz y confirmé que la NifH aislada desempeñaba el papel fundamental de la actividad emzimática de NifH necesaria para diseñar la fijación de nitrógeno, incluida la transferencia de electrones y la biosíntesis de FeMo-co. De esta manera pude demostrar, por primera vez, la expresión y actividad estables de un componente nitrogenasa en cualquier cereal. También usé CRISPR / Cas9 para mutar el OsSBEIIb (que codifica la enzima ramificadora de almidón IIb), que se requiere para la síntesis de amilopectina densamente ramificada en el endospermo del arroz. Investigué los efectos de la inactivación de la enzima de biosíntesis de almidón individual en el almidón de arroz y en su metabolismo general. Las plantas mutantes homocigotas, en las que OsSBEIIb estaba completamente inactivado, produjeron semillas opacas con reservas de almidón agotadas cuyo contenido de amilosa aumentó de 19.6 a 27.4% y el contenido de almidón resistente (RS) aumentó de 0.2 a 17.2%. Debido a la mutación, hubo un aumento general en la acumulación de azúcares, ácidos grasos, aminoácidos y fitoesteroles en el endospermo mutante, lo que sugiere que los intermediarios en la vía de biosíntesis del almidón aumentaron el flujo a través de vías indirectas causando un profundo impacto en la acumulación de múltiples metabolitos primarios y secundarios.
I targeted nuclear-encoded green fluorescent protein (eGFP) to rice mitochondria using six mitochondrial pre-sequences with diverse phylogenetic origin. I investigated their effectiveness by immunoblot analysis, confocal and electron microscopy in callus and regenerated plants. I confirmed that COX4, SU9 targeting peptides effectively targeted eGFP to rice mitochondria regardless of their origin. I used this methodology to dissect and express extremely oxygen sensitive nitrogenase Fe Protein NifH and its maturase NifM in rice mitochondria to overcome the most challenging bottleneck of engineering biological nitrogen fixation in cereals. Therefore, I was able to express and purify substantial amounts of NifH from rice callus, and I confirmed that the isolated NifH carried out the fundamental role of NifH enzymatic activity required to engineer nitrogen fixation, including electron transfer, and FeMo-co biosynthesis. I was thus able to demonstrate for the first-time stable expression and activity of a nitrogenase component in any cereal. I have further used CRISPR/Cas9 to mutate the OsSBEIIb (encoding starch branching enzyme IIb), which is required for the synthesis of densely branched amylopectin in the rice endosperm. I investigated the effects of the inactivation of individual starch biosynthesis enzyme in rice starch and overall metabolism. Homozygous mutant plants, in which OsSBEIIb was completely inactivated, produced opaque seeds with depleted starch reserves whose amylose content increased from 19.6 to 27.4% and resistant starch (RS) content increased from 0.2 to 17.2%. Because of the mutation there was a general increase in the accumulation of sugars, fatty acids, amino acids, and phytosterols in the mutant endosperm, suggesting that intermediates in the starch biosynthesis pathway increased flux through spillover pathways causing a profound impact on the accumulation of multiple primary and secondary metabolites.

El frijol común (Phaseolus vulgaris L.) es la leguminosa alimenticia más importante en los trópicos. Es cultivada por pequeños agricultores y por lo general expuesta a condiciones desfavorables con mínimo uso de insumos. La sequía y la baja fertilidad del suelo, especialmente deficiencias de nitrógeno (N) y fósforo (P), son principales limitaciones para el rendimiento del frijol en los sistemas de pequeños productores. El frijol puede derivar parte de su requerimiento de N de la atmósfera a través de la fijación simbiótica de nitrógeno (SNF). El estrés por sequía limita severamente la capacidad SNF de las plantas. Identificación de rasgos asociados con resistencia a sequía contribuye a mejorar el proceso de generación de genotipos de frijol adaptados a estas condiciones. Se realizaron ensayos de campo en el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), Palmira, Colombia, para determinar la relación entre rendimiento de grano y diferentes parámetros morfo fisiológicos tales como uso efectivo del agua (EUW), biomasa dosel, removilización de fotosintatos (índice de partición vaina, índice de cosecha, índice de cosecha de vaina) y capacidad de SNF en líneas élites seleccionadas por resistencia a sequía durante la última década. También se validó la metodología de abundancia natural de 15N usando tejido de grano para cuantificar diferencias fenotípicas en la capacidad SNF y su aplicación en programas de mejoramiento. Se utilizó discriminación de isótopo de carbono (CID) para la estimación de uso eficiente del agua (WUE) y uso efectivo de agua (EUW). Se evaluaron 36 genotipos de frijol pertenecientes al acervo genético mesoamericano en condiciones de campo con dos niveles de suministro de agua (riego y sequía) en dos temporadas. Adicionalmente, se realizó un estudio en condiciones de invernadero utilizando cilindros de plástico con suelo, para determinar la relación entre rendimiento de grano y diferentes características morfo fisiológicas de raíz tales como la longitud total de raíces, producción de raíces finas y tasa de crecimiento visual de raíces. La resistencia a estrés por sequía se asoció positivamente con EUW, raíces profundas y vigorosas, mejor crecimiento de las plantas, y superior movilización de fotosintatos a la formación de vaina y granos; y negativamente con días a floración y días a madurez fisiológica. Basándose en diferencias fenotípicas obtenidas en CID, conductancia estomática, biomasa del dosel y rendimiento de grano en condiciones de sequía, las líneas evaluadas se clasificaron en dos grupos, los ahorradores y los gastadores de agua. Estos dos grupos también se diferenciaron en sus características de raíces, los gastadores de agua con un vigoroso y profundo sistema de raíces y los ahorradores con un moderado a superficial sistema de raíces con mayor presencia de raíces finas. Se utilizó el método de abundancia natural de 15N para comparar capacidad de SNF estimada convencionalmente usando tejido foliar vs tejido de grano. Los resultados mostraron una correlación positiva y significativa entre el nitrógeno derivado de la atmósfera (Ndfa) calculado utilizando tejido foliar y Ndfa usando el tejido de grano. El método usando grano mostró variabilidad fenotípica en la capacidad de SNF bajo condiciones de riego y sequía, y una reducción significativa en condiciones de sequía. Se recomienda usar este método en programas de mejoramiento de frijol para mejorar la capacidad SNF. Mejor habilidad SNF bajo estrés por sequía fue relacionada con presencia de raíces gruesas. Mayor absorción de nitrógeno del suelo fue asociado con un sistema de raíces fino y profundo. El índice de cosecha vaina, discriminación de isotopo de carbono y Ndfa usando tejido de grano podría ser criterios de selección útiles en los programas de mejoramiento para seleccionar frijol común con resistencia a la sequía.
Common bean (Phaseolus vulgaris L.) is the most important food legume in the diet of poor people in the tropics. This legume is cultivated by small farmers and is usually exposed to unfavorable conditions with minimum use of inputs. Drought and low soil fertility, especially phosphorus (P) and nitrogen (N) deficiencies, are major limitations to bean yield in smallholder systems. Beans can derive part of their required N from the atmosphere through symbiotic nitrogen fixation (SNF). Drought stress severely limits SNF ability of plants. Identification of traits associated with drought resistance contributes to improving the process of designing bean genotypes adapted to these conditions. Field studies were conducted at the International Center for Tropical Agriculture (CIAT), Palmira, Colombia to determine the relationship between grain yield and different parameters in elite lines selected for drought resistance over the past decade. The selected traits were effective use of water (EUW), canopy biomass, remobilization of photosynthates to grain (pod partitioning index, harvest index and pod harvest index) and SNF ability. Moreover, in field trials we also validated the use of 15N natural abundance in grain tissue to quantify phenotypic differences in SNF ability for its implementation in breeding programs aiming to improve SNF in common bean. Carbon isotope discrimination (CID) was used for estimation of water use efficiency (WUE) and effective use of water (EUW). A set of 36 bean genotypes belonging to the Middle American gene pool were evaluated under field conditions with two levels of water supply (irrigated and rainfed) over two seasons. Additionally, a greenhouse study was conducted at CIAT using plastic cylinders with soil inserted into PVC pipes, to determine the relationship between grain yield and different root parameters such as total root length, fine root production and visual root growth rate in same group of elite lines under drought stress. Resistance to terminal drought stress was positively associated with EUW combined with a deeper and vigorous root system, better plant growth, and superior mobilization of photosynthates to pod and seed production, but negatively associated with days to flowering and days to physiological maturity. Based on phenotypic differences in CID, leaf stomatal conductance, canopy biomass and grain yield under drought stress, the tested lines were classified into two groups, water savers and water spenders. These groups also differ in their root characteristics, water spenders with a vigorous and deeper root system and water savers genotypes with a moderate to shallow root system and more presence of fine roots. We used 15N natural abundance method to compare SNF ability estimated from shoot tissue sampled at mid-pod filling growth stage vs. grain tissue sampled at harvest. The results showed a significant positive correlation between nitrogen derived from the atmosphere (Ndfa), estimated using shoot tissue at mid-pod filling, and Ndfa estimated using grain tissue at harvest. The method showed phenotypic variability in SNF ability under both drought and irrigated conditions. A significant reduction in SNF ability was observed under drought stress. We suggest that the method of estimating Ndfa using grain tissue (Ndfa-G) can be applied in bean breeding programs to improve SNF ability. Using this method of Ndfa-G, we identified bean lines that combine greater SNF ability with higher grain yield under drought stress. Better SNF ability under drought stress was related with superior presence of thick roots. Superior N uptake from the soil was associated with a large root system with more presence of fine roots. Pod harvest index, grain CID and Ndfa using grain tissue could be a useful selection criterion in breeding programs to select for drought resistance in common bean.

El programa FIC Acacias de INFOR tiene por objetivo entregar los principales antecedentes resultantes de la investigación desarrollada especialmente aplicable en la región del Biobío, aportando información integral para propiciar el desarrollo de nuevos recursos y emprendimientos basados en estas especies, con el fin de incorporar a la producción áreas hoy en desuso o subutilizadas, proteger y mejorar los suelos, dado la fijación de nitrógeno que las acacias proveen, e impulsar una diversificación productiva sobre la base de las características multipropósito de estas

Robinia pseudoacacia es un árbol perteneciente a la familia leguminosa de las fabáceas. Esta falsa acacia (pues no pertenece al género Acacia) puede alcanzar de 15 a 25 m de altura. Crece de forma natural en el este de Estados Unidos, aunque se ha introducido en otros países. Esa especie toma el nombre de Jean Robin, botánico francés, que la trajo de las colonias de América a Francia en el 1601. Posee una copa amplia con hojas compuestas por entre once y veintiún foliolos. Tiene flores blancas que se transforman en legumbres y fuertes espinas. La madera se utiliza en carretería, ebanistería, tornería, etc. para hacer muebles, juegos para niños al aire libre y parqué. Tiene una elevada resistencia y una durabilidad natural muy buena. Se usa también como leña para hacer fuego o estacas. Las abejas producen con las flores de robinia una miel muy buena, popularmente conocida como miel de acacia. Las raíces tienen una elevada capacidad para la fijación de nitrógeno atmósferico. Se emplea mucho como árbol ornamental en ciudades y pueblos. Las flores se usan en algunos países para hacer postres. Hojas y semillas son tóxicas.

La producción de café con el asocio de árboles tiene ventajas ambientales como la conservación y mejoramiento del suelo, reforzar y establecer la sostenibilidad de las fincas de los caficultores mediante la promoción de la diversificación productiva y capacitación en el manejo de sistemas, mejorar y mantener otros tipos de agricultura alterna, aumentar los niveles de materia orgánica del suelo, fijación del nitrógeno atmosférico y reciclaje de nutrientes, entre otros. Desde el punto de vista económico, los árboles en asocio con el café modifican el microclima dentro del cultivo, mediante el acondicionamiento del sitio del cultivo en regiones donde por condiciones de clima, no es factible el cultivo del café a libre exposición solar; así se optimiza la productividad del sistema mediante la producción sostenible. Desde el punto de vista social, brindan ambientes confortables, protegen de las inclemencias climáticas y embellecen el paisaje, entre otros.

La combinación de rasgos como la fijación de nitrógeno en plantas tropicales con otros rasgos como disponibilidad nutricional podría incidir en el éxito de algunas especies para su establecimiento y desarrollo. Otras interacciones como la herbivoría podrían cambiar sutilmente estas relaciones y llegar a ser relevantes para su éxito ecológico. Sometimos brinzales de Pentaclethra macroloba (Gavilán, Fabaceae) en macetas, con y sin adición de nutrientes y a la interacción con defoliación controlada (herbivoría artificial), en el sotobosque secundario dentro de un bosque de Sarapiquí, Costa Rica. La biomasa total muestra una fuerte compensación neta y la defoliación indujo una mayor asignación al follaje. La fertilización siempre resultó en menos asignación a nódulos. La esbeltez respondió a ambos factores de manera sinergística. Sugerimos que la herbivoría puede ocasionar cambios importantes en la manera en que las especies asignan sus recursos en concordancia con sus simbiosis y la disponibilidad de nutrientes.