Advances in high throughput and affordable crop phenotyping for adapting maize and wheat to climate change

Resumen

La producción de suficiente alimento para una población cada vez mayor es uno de los principales retos para el próximo siglo. Para esa demanda, la productividad de los cultivos ha de aumentar a la vez que se enfrenta a los efectos del cambio climático como el incremento de las temperaturas y la intensidad de los periodos de sequía. La mejora en la capacidad de adaptación de los cultivos es clave para estas condiciones más exigentes y la selección de variedades más productivas para ambientes específicos requiere una mejor comprensión de la aclimatación de los cultivos a los estreses. La investigación en fenotipeado de cultivos tiene como objetivo el desarrollo de nuevas metodologías de alto rendimiento capaces de caracterizar características de interés de las plantas de una manera no destructiva. En condiciones de campo, la aplicación de metodologías tradicionales en experimentos de grandes dimensiones es laborioso y requiere mucho tiempo. El principal objetivo de esta tesis es el desarrollo y estudio de diferentes metodologías de carácter versátil, precisa y de alto rendimiento para mejorar las medidas de como se desarrollan los cultivos, a la vez que se reducen costes y el tiempo requerido para los muestreos. Los cultivos de estudio son el trigo y el maíz. El uso de drones equipados con cámaras y sensores permite medir simultáneamente hectáreas de campos experimentales de manera rápida, precisa y sin destrucción de muestra. Aún así, las medidas a nivel de suelo son también una alternativa suficientemente potente por lo que respecta al precio del equipamiento y la resolución espacial de las cámaras. La capacidad de medir diferencias genotípicas de estas metodologías en el rendimiento del trigo y el maíz ha estado analizada bajo diferentes condiciones de crecimiento como la deficiencia de nutrientes, practicas de agricultura de conservación, sequia y altas temperaturas. Por un lado, los estudios de maíz se desarrollaron en Zimbabue y se centraban en la evaluación de genotipos bajo condiciones diferentes de fosforo y agricultura de conservación para combatir la pobreza mineral de los suelos. En estos estudios, las medidas relacionadas con parámetros de biomasa en estadios iniciales del cultivo funcionaron bien como indicadores de rendimiento. Durante estadios fenológicos más avanzados, medidas de color estuvieron asociadas tanto al rendimiento como el contenido de nitrógeno en las hojas. En el caso del trigo, las evaluaciones se realizaron en diferentes latitudes de España, cubriendo un amplio rango de condiciones climáticas y agronómicas. Las medidas se realizaron en diferentes estadios fenológicos. En términos generales, los indicadores generales de biomasa y estado hídrico del cultivo han estado las medidas más relacionadas con el rendimiento. El retraso de la senescencia en ambientes donde el agua es el factor más limitante y el potencial fotosintético durante la floración fueron relevantes bajo en condiciones de sequia y siembra tardana, respectivamente.