Abstract
Summary
The production and identification of Brachiaria hybrids with high levels of resistance to Aeneolamia varia (F.) and the characterization of mechanisms of resistance to other spittlebug species are very important steps in a Brachiaria breeding scheme. This scheme is based on the following biannual cycle of recurrent selection: a) Production and field testing of thousand of hybrids; b) Selection for agronomic adaptation and performance; c) Greenhouse evaluation for resistance to A. varia (500-1000 hybrids with two repetitions per hybrid); d) Detailed evaluation for resistance to A. varia and other spittlebug species (ca. 100 hybrids, ten repetitions per hybrid); e) Field testing for resistance and agronomic performance of those hybrids selected for resistance under greenhouse conditions. Comparison of average damage scores in two consecutive cycles of selection showed that damage levels decreased from 3,2 to 2,3 (P < 0.05) in a scale of 1 to 5, i. E., about 28% gain in resistance. These data confirm the reliability of both the selection scheme and the evaluation methodology. Significant advances were made in the understanding of differential mechanisms of resistance of Brachiaria sp. to four species of spittlebug and in the identification of hybrids with multiple resistance to two or more spittlebug species.
Introducción
Con la introducción inicial y el posterior mejoramiento genético de forrajes procedentes de África se ha buscado una mejora sostenible de la producción en suelos ácidos y de baja fertilidad en los cuales se desarrolla la ganadería extensiva en América tropical. Se busca proteger el suelo contra la erosión, así como mejorar su fertilidad, actividad biológica y estructura (CIAT 1993). Brachiaria decumbens (Stapf) cv. 'Basilisk' es el cultivar que ha llenado mejor las expectativas de los productores por su buen comportamiento agronómico, amplia adaptación y calidad forrajera. Desafortunadamente, B. decumbens es un material altamente susceptible a salivazo (Lapointe et al. 1992). La falta de conocimiento sobre la familia Cercopidae, como plaga de gramíneas forrajeras, ha dificultado el desarrollo de estrategias apropiadas para el manejo de salivazo en pasturas tropicales (Peck 2000). En América tropical, estos insectos están ampliamente distribuidos desde el sur de Estados Unidos hasta el norte de Argentina. Los salivazos de mayor importancia económica pertenecen a los géneros Aeneolamia, Zulia, Mahanarva, Notozulia, Deois y Prosapia (Calderón et al. 1982). Los de mayor importancia en Colombia son los géneros Aeneolamia y Zulia. Las especies más importantes son A. varia (Fabricius) en los Llanos Orientales, A. reducta (Distant) en la costa norte y en el Magdalena medio, Z. carbonaria (Lallemand) y Z. pubescens (Lallemand) en el piedemonte de la Amazonia, piedemonte de la Orinoquia, valle geográfico del río Cauca y Magdalena medio (Rodríguez 2001). Debido a que las pasturas se consideran cultivos de valor bajo y ocupan extensiones grandes, el uso de algunas medidas de manejo como los productos químicos para el control del salivazo de los pastos, resulta demasiado oneroso por los costos del producto y la carencia de infraestructuras para su uso, por lo cual se dificulta su aplicación (Valerio et al. 1996).
Por esta razón, Lapointe y Sonoda (2001) consideran el uso de cultivares resistentes a enfermedades y plagas como la medida de control más efectiva, económica y ecológicamente viable, de rápida y fácil adopción por los productores de carne y leche. Son varios los trabajos emprendidos desde 1980, en varios países de Sur América, que buscan desarrollar cultivares resistentes a diferentes especies de salivazo (Lapointe et al. 1992). Brachiaria brizantha (A.Rich) Stapf cv. 'Marandú', fue liberado en Brasil en 1984 como un cultivar promisorio por ser resistente a salivazo y por su buen comportamiento agronómico. Los trabajos de Nilakhe (1987), Ferrufino y Lapointe (1989), Lapointe et al. (1989), Cosenza et al. (1989) y Arango et al. (1991) confirmaron los altos niveles de resistencia de 'Marandú'. Desafortunadamente, este cultivar requiere suelos más fértiles que B. decumbens (Lapointe y Miles 1992), de allí la necesidad de desarrollar resistencia en materiales con mejor adaptación a suelos ácidos y pobres. Utilizando 'Marandú' como fuente primigenia de resistencia a A. varia, se inició una nueva etapa de mejoramiento de la Brachiaria cuyo objetivo final es combinar la adaptación edáfica y persistencia de B. decumbens con la resistencia a salivazo de B. brizantha (Miles et al. 1995; Miles y DoValle 1996).
En años recientes, el CIAT ha desarrollado metodologías rápidas y confiables para la evaluación por resistencia a diferentes especies de salivazo en invernadero y campo (Sotelo et al. 1998; Sotelo y Cardona 2001), con las cuales se han podido evaluar grandes cantidades de híbridos generados por fitomejoramiento. Se han desarrollado híbridos resistentes a A. varia, la especie de salivazo de más amplia distribución y de mayor impacto en los Llanos Orientales de Colombia (Sotelo y Cardona 2001). Posteriormente, se apreció la necesidad de extender los trabajos a otras especies de salivazo de importancia económica porque no se puede asumir que el comportamiento de resistencia de una especie forrajera sea igual para otras especies de salivazo (CIAT 2001). Un ejemplo de esto es la diversidad de resultados con respecto a la resistencia de CIAT 16203 [Brachiaria jubata (Fig. & De Not.) Stapf]. En Colombia, este material es antibiótico a ninfas de A. varia (Arango et al. 1991). Por el contrario, es susceptible a Notozulia entreriana (Berg) en Brasil (Valerio et al. 1996). En el presente trabajo se presentan resultados de avances en la incorporación de resistencia a A. varia en Brachiaria, y se hace una comparación entre niveles de resistencia a otras especies de salivazo como resultado de trabajos encaminados a desarrollar resistencia múltiple al complejo de especies existentes en Colombia.
Materiales y Métodos
Generación y preselección de híbridos
Para lograr sus objetivos, el programa de mejoramiento de Brachiaria del CIAT está aplicando un esquema de selección recurrente en una población sintética, tetraploide y sexual, de amplia base genética (el primer esquema descrito por Miles y do Valle, 1996). El objetivo es aumentar en cada nuevo ciclo de selección y recombinación, el desempeño promedio de la población en cuanto a resistencia a A. varia (y otros atributos) (Fig. 1).
Ciclo bianual de selección recurrente para la obtención de híbridos de Brachiaria resistentes a Aeneolamia varia y a otras especies de salivazo. La fase de Fitomejoramiento comprende la generación de híbridos en casa de malla, su siembra en campo y la selección agronómica para entregar a Entomología. La fase de Entomología comprende una primera etapa en la cual se hace evaluación y descarte masivo en invernadero por susceptibilidad al ataque de A. varia. En la segunda etapa ocurre la evaluación detallada por resistencia a A. varia. En la tercera etapa se evalúan los materiales por resistencia a otras especies de salivazo para iniciar un nuevo ciclo de selección recurrente. La cuarta etapa comprende todas las labores encaminadas a evaluar por resistencia en campo y por comportamiento agronómico de aquellos híbridos que mostraron la mayor resistencia al insecto en condiciones de invernadero.
Para el ciclo evaluado entre 1999 y 2000 (denominado "SX99"), se utilizaron como padres 10 clones sexuales identificados como resistentes a A. varia en el ciclo anterior. La recombinación genética de estos clones se realizó en 1998. La semilla de estos 10 clones (resultado de polinización abierta entre 20 repeticiones de cada clon distribuido al azar en un bloque aislado) se cosechó y luego se sembró para producir la población "SX99". Después de ser propagada vegetativamente esta población de 3.218 plántulas individuales, se estableció en 1999 (sin repeticiones) en dos localidades: la estación del CIAT en Santander de Quilichao, Cauca (1.110 msnm; 23.8°C; 74% H.R) y la finca Matazul en Puerto López, Meta (182 msnm; 25.4°C; 80%H.R.).
Preselección de híbridos
Dado el gran volumen de progenies generadas por polinización abierta, fue necesario realizar un descarte inicial por adaptación agronómica en el campo con base en una escala visual de cuatro puntos: 1. desechable; 2. de comportamiento dudoso; 3. satisfactorio; 4. sobresaliente. Los híbridos así preseleccionados se propagaron vegetativamente en CIAT para proveer a los diferentes grupos de trabajo con material suficiente para sus respectivas evaluaciones por resistencia a salivazo, por tolerancia al aluminio y por digestibilidad. Los híbridos entregados a la sección de Entomología de Forrajes se utilizaron inicialmente para hacer un primer descarte masivo por resistencia varietal a A. varia.
Evaluación en invernadero y descarte masivo por susceptibilidad a A. varia
Para descartar híbridos susceptibles en forma rápida y confiable, se hizo en cada ciclo un tamizado preliminar de los centenares de híbridos entregados por la sección de Mejoramiento, usando dos repeticiones por material. Para confirmar niveles comparativos de resistencia o susceptibilidad, los testigos susceptibles CIAT 0606 y CIAT-0654 y los testigos resistentes CIAT 6294 y CIAT 36062 se evaluaron con 10 repeticiones. La evaluación por resistencia a A. varia se hizo con el método desarrollado por Sotelo et al. (1998). Las plantas se infestaron con 10 huevos previamente seleccionados en laboratorio y próximos a eclosionar por repetición. Luego de la eclosión, la infestación se dejó transcurrir sin interferencias hasta cuando las ninfas llegaron al quinto ínstar o aparecieron los primeros adultos. En este punto, cada uno de los híbridos y testigos se evaluaron mediante una escala de daño de 1 a 5 (Sotelo et al. 1998). Los materiales con calificaciones de daño mayores de 2,0 se descartaron. Aquellos con calificaciones de daño inferiores a 2,0, se evaluaron por supervivencia de ninfas mediante el recuento de ninfas supervivientes y/o adultos emergidos y se clasificaron por su respuesta como resistentes (< 30% de supervivencia), intermedios (31-50%) o susceptibles (> 51%). Los híbridos resistentes e intermedios se reevaluaron posteriormente utilizando 10 repeticiones por material. Los mejores por resistencia a A. varia en el ciclo de 2000, fueron luego evaluados por resistencia a otras especies de salivazo importantes en Colombia (Z. carbonaria, Z. pubescens, A. reducta). Para esta fase se utilizó el método anterior (Sotelo et al. 1998), trabajando cada especie de insecto por separado.
Evaluación en campo
La evaluación por resistencia a salivazo en condiciones de campo, es una de las etapas más importantes en el proceso de selección de materiales resistentes, debido a la necesidad de validar los resultados obtenidos en invernadero y conocer la respuesta agronómica de los híbridos bajo presión de la plaga. Aunque las evaluaciones por resistencia bajo condiciones de infestación natural en campo son generalmente muy difíciles debido a la ocurrencia focal e impredecible de la infestación, la técnica desarrollada por Sotelo y Cardona (2001), garantiza una infestación uniforme. Esto se debe a que las plantas son infestadas en el invernadero y mantenidas allí hasta cuando las ninfas alcanzan el segundo ínstar. Por consiguiente, todas las plantas que se trasplantan están infestadas uniformemente cuando llegan al campo. Con este método se evaluaron los híbridos seleccionados en el ciclo del 2000, en la estación experimental de Corpoica en Macagual, Caquetá (Colombia) a 300 msnm, 25°C y 85% H.R. Los híbridos de Brachiaria, generalmente 10 repeticiones por híbrido, se infestaron en invernadero con 10 huevos próximos a eclosionar por tallo. Cuando la infestación estuvo bien establecida y las ninfas alcanzaron el segundo ínstar (10-15 días después de la infestación), las plantas infestadas se llevaron al campo y se trasplantaron. La infestación se dejó proceder sin interferencias hasta cuando todas las ninfas se desarrollaron o los adultos emergieron, unos 35-40 días después de la infestación inicial. Las plantas se calificaron por daño sobre la base de una escala visual de 1 a 5, igual a la utilizada en el invernadero. Además se contó el número de tallos por macolla antes y después de la infestación.
Todas las pruebas en invernadero o en campo tuvieron un diseño estadístico totalmente aleatorio. Los datos generados en estas pruebas se sometieron a análisis de varianza, con separación de medias mediante la prueba de rangos múltiples de Duncan. Las estadísticas descriptivas y los análisis de correlación lineal simple entre variables y entre ensayos se determinaron utilizando SAS (SAS 1982).
Resultados y Discusión
Evaluaciones en invernadero de los híbridos generados y preseleccionados por adaptación agronómica en los ciclos de 1998 у 2000
De los híbridos generados en el ciclo 1998 se seleccionaron 598 en la estación experimental de CIAT en Santander de Quilichao (Cauca) y 928 en la finca Matazul en Puerto López (Meta). Estos se evaluaron en dos repeticiones en invernadero por resistencia a A. varia. Como resultado de esta prueba preliminar, se identificaron 61 materiales que mostraron niveles de daño iguales o inferiores a 3, posible tolerancia, por lo cual se sometieron a recuentos de supervivencia de ninfas para medir la antibiosis. La mayoría presentaron valores de supervivencia superiores a 40%, valor registrado para el testigo resistente CIAT 6294. Sin embargo, los híbridos BR97NO/0235 y BR97NO/0047, se clasificaron como altamente resistentes en comparación con el testigo más resistente, el híbrido BR93/ 1371. En la figura 2 se muestran los niveles de tolerancia y antibiosis presentes en algunos de los materiales evaluados en la primera etapa del ciclo de 1998. Cuando estos 61 materiales se evaluaron de nuevo usando 10 repeticiones de cada uno, se confirmaron los excelentes niveles de resistencia presentes en los híbridos BR97NO/0235 y BR97NO/0047 (Tabla 1). Otros tres híbridos se clasificaron como intermedios con niveles de antibiosis estadísticamente iguales a los registrados para el padre resistente, CIAT 6294 (cv. 'Marandú').
Niveles de resistencia a Aeneolamia varia en los cinco híbridos mejores de Brachiaria seleccionados en 1998. Medias de 10 repeticiones por genotipo
Las medias dentro de una columna seguidas por la misma letra no son significativamente diferentes al nivel del 5% (Prueba de Rangos Múltiples de Duncan).
En una escala de 1 a 5 (1, no daño; 5, planta muerta).
Analizado como arcoseno raíz de proporción. Se presentan los datos sin transformar.
R, resistente; I, intermedia; S, susceptible.
Testigos resistentes. CIAT 6294 ('Marandú') es el padre resistente.
Testigos susceptibles.
Relación entre daño y porcentaje de supervivencia de ninfas de Aeneolamia varia en algunos híbridos de Brachiaria evaluados en prueba preliminar de invernadero (dos repeticiones por genotipo). BR93NO/1371 y CIAT 6294 son testigos resistentes; CIAT 0606 y CIAT 0654 son testigos susceptibles.
En el segundo ciclo de selección recurrente (año 2000), se seleccionaron 111 híbridos resistentes a A. varia en la etapa de evaluación preliminar para descarte masivo con dos repeticiones. Estos se reconfirmaron utilizando 10 repeticiones. Como resultado de esta reconfirmación, se identificaron 41 híbridos sexuales con niveles de resistencia igual o más alta a A. varia que el cultivar resistente 'Marandú'. Los híbridos seleccionados por resistencia a A. varia, pasaron a ser padres de nuevas cruzas dentro del esquema de selección recurrente y fueron luego evaluados por resistencia a otras especies de salivazo en invernadero y campo. Al comparar los datos obtenidos en los dos ciclos de selección por resistencia a A. varia (Fig. 3), se observa que las poblaciones híbridas en 1998 mostraron una distribución de frecuencia con tendencia hacia la susceptibilidad, calificaciones de daño altas; por el contrario, las poblaciones evaluadas en el ciclo del 2000 mostraron una distribución de frecuencias con tendencia hacia la resistencia. Al comparar las medias de población para la variable daño, se encontró una disminución significativa de 3,2 a 2,3 en la escala de 1 a 5, es decir, un 28% de ganancia en resistencia en el ciclo 2000 con respecto al ciclo 1998.
Histogramas de frecuencia de calificación de daño en dos poblaciones de híbridos de Brachiaria y cinco testigos evaluados por resistencia a Aeneolamia varia bajo condiciones de invernadero. 'Marandú' y BRX44-02 son los padres resistente y susceptible, respectivamente.
Identificación de híbridos de Brachiaria resistentes a varias especies de salivazo en invernadero
El grupo de 41 híbridos sexuales seleccionados por resistencia a A. varia se probaron por resistencia a Z. carbonaria y Z. pubescens en comparación con A. varia, con el fin de buscar resistencia combinada a dos o más especies. Los híbridos que se seleccionaron por resistencia a las tres especies de salivazo mostraron niveles bajos de daño y una sobrevivencia ninfal reducida, en muchos casos superando la resistencia del cultivar 'Marandú' (labia 2). Un número de materiales combinó la resistencia a dos o más especies de salivazo. Así, 15 híbridos fueron resistentes a las 3 especies de salivazo (labia 3). Más importante aún, 3 de los híbridos (SX99NO/0164, SX99NO/ 0236, y SX99NO/0823) mostraron antibiosis (sobrevivencia ninfal reducida) a todas las especies probadas. Este resultado se considera muy importante para el proceso de mejoramiento porque indica que sí es posible la recombinación de genes de antibiosis a A. varia para lograr resistencia a otras especies importantes como lo son Z. carbonaria y Z. pubescens.
Niveles de resistencia a tres especies de salivazo en 41 híbridos sexuales de Brachiaria previamente seleccionados por resistencia a Aeneolamia varia
Escala de daño de 1 - 5 (1, sin daño; 5, daño severo, planta muerta).
Testigo susceptible.
Testigo resistente.
Frecuencia de distribución de reacciones de resistencia a tres especies de salivazo en 4 l híbridos sexuales de Brachiaria previamente seleccionados por resistencia a Aeneolamia varia
Evaluación de híbridos de Brachiaria por resistencia a A. reducta en invernadero
Por primera vez se hicieron estudios sobre la resistencia de genotipos de Brachiaria a A. reducta, la especie de salivazo más importante en la región Caribe de Colombia. Esta es una especie agresiva que causa pérdidas importantes en sabanas nativas y que puede, en el futuro, tener un impacto significativo sobre nuevos cultivares liberados por el proyecto. Las pruebas fueron conducidas con el mismo grupo de 41 materi les derivados de híbridos sexuales que fueron iguales o más resistentes a A. varia que 'Marandú'. Cinco de los híbridos mostraron niveles altos de antibiosis a A. reducta comparables con los detectados con A. varia (labia 4). Las pérdidas de peso seco en los genotipos resistentes fueron bajas, reflejo de los niveles altos de antibiosis presentes en ellos.
Comparación de niveles de resistencia a Aeneolamia varia y Aeneo{amia reducta en híbridos de Brachiaria previamente identificados como resistentes a A. varia
Evaluaciones en campo de híbridos de Brachiaria por resistencia a salivazo
En la estación experimental de Corpoica en Macagual (Caquetá) se llevaron a cabo siete ensayos en el 2001. Tres fueron hechos con A. varia, tres con Z. pubescens, y uno con Z. carbonaria. En la tabla 5 se resumen los resultados más notables de la evaluación de 50 genotipos: 41 híbridos sexuales seleccionados en el ciclo del 2000, tres híbridos apomícticos, 4 testigos resistentes. y dos testigos susceptibles. Al observar los resultados, los promedios de los ensayos muestran que algunos híbridos resistentes se desempeñaron tan bien como los testigos resistentes. En general, los niveles de resistencia a Z. carbonaria fueron más bajos que los encontrados con las otras dos especies de salivazo probadas pero, aún así, se detectaron varios híbridos con resistencia muy aceptable a esta especie (labia 5). Hubo una correlación alta (r = 0.841; P < 0.001; n = 1500) entre ensayos para la variable daño y una muy significativa correlación (r = 0.876; P<0.00l) entre la calificación de daño y el número de macollas muertas como resultado del ataque por ninfas. Los testigos susceptibles CIAT 0606 y CIAT 0654 perdieron 48-63 y 38-46% de sus macollas, respectivamente. En contraste, no hubo mortalidad de macollas en los testigos resistentes CIAT 6294 ('Marand') y CIAT 36062.
Resistencia de campo a tres especies de salivazo en híbridos sexuales de Brachiaria y testigos. Promedio de tres ensayos de campo con Aeneolamia varia, tres ensayos con Zulia pubescens y uno con Zulia carbonaria
Promedios dentro de una columna seguidos por la misma letra no son significativamente diferentes (P < 0.05). Análisis por prueba de F mediante el método de Scheffe para hacer contrastes lineales arbitrarios.
ª En una escala de 1 a 5 (1, no hay daño; 5, daño muy severo, muerte de la planta).
Número de tallos o macollas al fin del proceso de infestación/ Número de tallos o macollas al inicio de la infestación.
La ocurrencia de resistencia múltiple a tres especies de salivazo, en por lo menos 12 de los híbridos sexuales estudiados, representa un avance muy importante en el mejoramiento de Brachiaria para resistencia múltiple al complejo de salivazos presentes en Colombia. Constituye también una demostración sobre la necesidad de exponer nuevos materiales a tantas especies como sea posible, con el fin de asegurar que los niveles de resistencia así logrados protegen a los nuevos híbridos de ataques simultáneos por dos o más especies. Por otra parte, los estudios aquí reseñados muestran que el método de selección es apropiado, ya que hubo una muy buena correlación entre los niveles de resistencia detectados en invernadero con aquellos medidos en el campo. Los resultados también muestran que el método de campo recientemente desarrollado, sirve tanto para medir resistencia como para estimar las pérdidas causadas por salivazo en híbridos de Brachiaria con niveles diferenciales de resistencia a varias especies.