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IX MEJORAMIENTO GENETICO DE LA QUINUA

Francisco Fuentes Carmona1

QUINUA: RECURSO FITOGENETICO Y SU USO EN LA AGRICULTURA

Los procesos ancestrales de domesticación de las plantas por parte del hombre, han

utilizado por miles de años lo que en la actualidad denominamos diversidad de los recursos

fitogenéticos. Estos recursos se encuentran distribuidos a lo largo del mundo asociado a

diversas zonas geográficas, como parte de un proceso evolutivo de adaptación a factores

medioambientales. Estos factores determinan en su conjunto la capacidad de sobrevivencia

de las especies vegetales, creando múltiples formas dentro una misma especie.

La coexistencia entre estas formas, ha permitido la combinación de una amplia

gama de caracteres morfológicos y aptitudes de adaptación al medio ambiente, generando

la base del fitomejoramiento, que es aprovechada en la agricultura para la producción de

alimentos.

La zona andina en Sudamérica se caracteriza por ser reservorio de diversidad de

varias especies vegetales en su extensión desde los valles interandinos de Colombia hasta la

zona austral de Chile. Destacan especies como la papa, el tomate, el poroto, el amaranto y

la quinua, ente otros recursos domesticados y seleccionados por diferentes culturas, tales

como la Tiahuanacota e Inca.

La quinua ha sido una especie vegetal utilizada para el consumo humano en diversas

formas de preparación. Tradicionalmente su grano ha sido de interés tanto para su

producción, como para consumo. Esto último debido a su característica de poseer un alto

valor nutritivo, especialmente por su contenido y calidad de sus proteínas y ácidos grasos.

1 Ingeniero Agrónomo, Doctor en Ciencias Agropecuarias

Departamento de Agricultura del Desierto y Biotecnología – Universidad Arturo Prat

francfue@unap.cl

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En los países de la zona andina la quinua es uno de los pocos cultivos que crece bajo

las extremas condiciones ambientales del área, caracterizada por la alta altitud (3.500-4.000

msnm), condición de aridez (100-300 mm por año) y de suelos salinos y frecuentes heladas.

No obstante, fuera de la zona andina se registra la introducción de la quinua como cultivo

alternativo para zonas marginales para la agricultura. Algunos de estos países que han

iniciado esta introducción han sido: Estados Unidos, Inglaterra, Dinamarca, Marruecos,

Uruguay e India.

El centro de origen de la quinua está en la zona correspondiente a la cuenca del lago

Titicaca (zona andina entre Perú y Bolivia). Fue descrita por primera vez por el botánico y

farmacéutico alemán Carl Ludwig Willdenow. Su nombre científico es Chenopodium

quinua y pertenece a la familia de las Amarantáceas, familia a la cual pertenecen otras

plantas como el amaranto, paico, kiwicha y cañahua.

Existe información que señala que probablemente la quinua fue domesticada por

antiguas civilizaciones en diferentes tiempos y zonas geográficas, incluyendo Perú (5000

AC), Chile (3000 AC) y Bolivia (750 AC). No obstante, durante la conquista española su

cultivo fue fuertemente desincentivado, debido a su importancia en la sociedad y por

considerarse sagrado en la creencia religiosa de los indígenas. Sumado al desincentivo

ocurrido durante la conquista española, actualmente ocurre el fenómeno de despoblamiento

de zonas rurales de los andes, situación que expone aún más a la quinua al serio riesgo de

erosión genética, proceso consistente en la pérdida de combinaciones de arreglos genéticos,

los cuales son el resultado de miles de años para su existencia.

La variada morfología que presenta esta especie en las principales áreas de cultivo,

ha significado que los agricultores andinos hayan aprovechado sus diversas formas para

hacer uso de ella como alimento. Por ejemplo se puede observar en los campos de cultivo

de quinua, una amplia variedad de colores en plantas y semillas, o diferencias en los tipos

de ramificación y/o arquitectura general de plantas, al mismo tiempo se puede observar una

variada productividad de grano. De este modo, el uso de este recurso genético ha implicado

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que los fitomejoradores comúnmente estudien la variación de estas características

morfológicas y de otros parámetros genéticos para el entendimiento de cómo estas variables

se asocian con caracteres de interés, tales como la producción de grano, contenido de

saponina en los granos, tolerancia al frío y/o resistencia a enfermedades.

Debido a la existencia de adaptaciones particulares de esta especie a ciertas zonas

geográficas a lo largo de Los Andes, es que se reconocen cinco ecotipos asociados a sub-

centros de diversidad (figura IX.1). Estos corresponden a:

- Quinua de los valles interandinos (Colombia, Ecuador y Perú)

- Quinua del altiplano (Perú y Bolivia)

- Quinua de las Yungas (Bolivia)

- Quinua de los salares (Bolivia, Chile y Argentina)

- Quinua de la costa o de nivel del mar (Chile)

Figura IX.1. Distribución de sub-centros de diversidad de la quinua.

Con respecto a la clasificación intra-específica de esta especie, se consideran dos

grupos principales: uno correspondiente a las quinuas cultivadas, de semillas claras con una

delgada y traslúcida testa y un segundo grupo de quinuas silvestres con semillas oscuras y

testa densa. Esta clasificación es coincidente con aquella de tipo ancestral realizada por

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culturas de Los Andes, la cual incluye un tipo silvestre de quinua denominada “ajara” o

“ashpa quinua”, que morfológicamente es similar a la quinua tradicional. Dentro de la

especie C. quinoa existe la variedad melanospermum, descrita por presentar semillas negras

con márgenes semi-redondeados de amplia distribución en Los Andes. Dentro de la misma

clasificación existe la subespecie milleanum, caracterizada por la presencia de semillas

negras de diámetro fluctuante entre 1,5-1,8 mm, teniendo su distribución principal la zona

andina de Ecuador. Debido a este reconocimiento de formas silvestres de quinua por parte

de agricultores y científicos, se ha sugerido incluirlas en una posición intermedia entre

quinua (C. quinoa Willd.) y algunos de sus posibles ancestros como C. berlandieri

distribuida en Norte América o C. hircinum en Los Andes de Sudamérica.

De esta forma, en la actualidad es una prioridad generar iniciativas que tengan como

objetivo la mantención de colecciones de germoplasma in situ y ex situ, es decir la

conservación en los propios campos de cultivo y a través de colecciones en bancos de

germoplasma; para la conservación y estudio de estos recursos con la finalidad de ser

utilizados para el mejoramiento genético de la quinua.

ANTECEDENTES DEL MEJORAMIENTO GENETICO DE LA QUINUA

La conservación de la diversidad genética de la quinua a través de estrategias de

conservación in situ y ex situ, ha permitido implementar los actuales programas de

mejoramiento genético en la región andina. Pese a ello es importante considerar el

comportamiento en campo de esta diversidad, para posteriormente determinar aquellas

líneas promisorias sobresaliente en atributos de interés como el rendimiento, índice de

cosecha, calidad de grano, resistencia a enfermedades, tolerancia a sequía y/o a salinidad,

entre otras características productivas relevantes. Asimismo es importante el conocimiento

de los sistemas reproductivos de las plantas, los cuales facilitan en mayor o menor medida

los procesos de fecundación natural o artificial entre plantas. Por otra parte, es de vital

importancia considerar el uso de la biotecnología como una herramienta capaz de acelerar

el alcance de objetivos en los programas de mejoramiento mediante el estudio de ADN.

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Estudios que pueden ir desde la determinación del nivel de diversidad en un proceso de

selección, hasta el estudio de genes específicos que controlen características importantes

como la resistencia a enfermedades, control genético de la producción de saponinas en el

grano, o la comprensión de características más complejas, tales como la tolerancia a la

sequía y a la salinidad.

El conocimiento referido al mejoramiento genético de la quinua ha ido en aumento

en estos últimos diez años. Diversas organizaciones en el mundo han desarrollado

programas para su estudio. Por ejemplo, varios experimentos han descrito características

morfológicas y productivas, con el propósito de conocer la adaptación de diferentes

variedades y ecotipos de quinua en zonas fuera de la región andina de Sudamérica

(Norteamérica, Europa, norte de África y Asia). Otros estudios han dirigido sus esfuerzos

para el entendimiento del genoma de la quinua, esto significa estudiar las numerosas

secuencias de ADN que posee esta especie. En la Universidad Brigham Young de Estados

Unidos, un grupo de investigadores han desarrollado programas para la creación de

herramientas moleculares para el estudio de la quinua, dentro de éstos destacan los

marcadores moleculares, secuenciación de genes, mapas genéticos, entre otras

herramientas determinantes para el mejoramiento genético.

En Chile también se han desarrollado esfuerzos para el mejoramiento de la quinua.

Durante la década de los 70, la empresa de Semillas Baer en Temuco, comienza sus trabajos

de fitomejoramiento y producción de semillas de quinua, utilizando germoplasma del

ecotipo de costa, el cual a la fecha ha significado la generación de la única variedad

comercial de quinua registrada en Chile: “Regalona”.

En la región de Tarapacá, la Universidad Arturo Prat a través de su Departamento

de Agricultura del Desierto, se han ejecutado programas de estudio y uso diversificado de

su grano para la alimentación humana. El objetivo de estos trabajos se ha dirigido a la

generación de líneas promisorias (futuras variedades) con características homogéneas que

permitan su alta productividad en el altiplano de la Provincia del Tamarugal. De este

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modo se ha experimentado la introducción de su cultivo en la Pampa del Tamarugal (zona

de Desierto Extremo), para su uso como cultivo alternativo.

En la región de Coquimbo, el Centro de Estudios Avanzados en Zonas Áridas

(CEAZA), ha desarrollado diversas investigaciones para determinar la adaptación

productiva de distintas accesiones de quinua con el objetivo de producción de grano y uso

alternativo en la alimentación de ganado menor en la zona costera, de valle y pre cordillera

de la región.

Los trabajos realizados en Chile se basan en el uso de los dos ecotipos de quinua

existentes, estos son: ecotipo de salares y ecotipo de costa. El ecotipo de salares, se

encuentra distribuido en las regiones de Tarapacá y Antofagasta, estos materiales son

tradicionalmente cultivados por comunidades Indígenas en zonas ubicadas a alturas

variables entre 2.500 a 4.000 ms.n.m, suelos salinos y pluviometría fluctuante entre 100 –

200 mm/año entre los meses de diciembre a febrero.

Según estudios realizados en Chile, estos materiales se encuentran estrechamente

emparentados con variedades de quinua de Bolivia (ecotipo de salares). No obstante existen

evidencias de la introducción de algunos materiales desde la zona andina de Perú en la

región de Antofagasta. Pese a ello la morfología dominante en la mayor parte de los

materiales estudiados, corresponde al de quinua de salares.

En la zona centro y sur de Chile se cultiva la quinua correspondiente al ecotipo de la

costa. Su cultivo se caracteriza por desarrollarse a altitudes variables entre 100 a 800

m.s.n.m, bajo condiciones de secano. Una notable diferencia existente en su cultivo,

respecto a la condición de secano de la quinua de salares en el norte de Chile, es que la

concentración de las lluvias en la zona centro y sur del país se concentra durante el período

invernal, el cual fluctúa de acuerdo la zona geográfica comprendida entre la región del

Libertador Bernardo O’Higgins y la región de Los Ríos de 700 a 1.900 mm/año.

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En relación a estos dos ecotipos, existe una reconocida y marcada diferencia en

términos de adaptación a la altitud, tolerancia a la sequía, salinidad y sensibilidad a la

longitud del día, lo cual podría implicar desde el punto de vista agronómico que ecotipos de

la costa puedan adaptarse a altas altitudes y que puedan servir en el mejoramiento de

características de calidad de ecotipos de salares y viceversa para lograr su cultivo de

ecotipos de salares en zonas de baja altitud de la zona centro y sur de Chile, mediante

cruzamientos dirigidos.

Las metodologías de mejoramiento aplicados en quinua son variados. Algunos se

basan en procedimientos clásicos como la selección masal, individual o por pedigrí. Sin

embargo el uso de metodologías basadas en cruzamientos y retro cruzas han significados

igualmente logros importantes estas últimas décadas. No obstante, el o los procedimientos a

utilizar dependerán principalmente de la facilidad y costo de su implementación en algún

programa.

A través de las metodologías de cruzamiento y posterior estudio de poblaciones

generadas por autofecundación, se ha podido determinar los mecanismos de herencia de

algunos caracteres como color de planta, pigmentación axilar de tallos, tipo de

inflorescencia, contenido de saponinas, color de grano, precocidad, altura de planta y

esterilidad masculina. Estos trabajos considerados pioneros en los estudios genéticos en

quinua, han sido desarrollados principalmente en Bolivia, los cuales a la fecha ha

significado la generación de algunas variedades de quinua, tales como Chucapaca, Sajama,

Kamiri y Huaranga.

A continuación se entrega una descripción de algunas variedades y líneas

promisorias de quinua utilizadas en diversos países de la zona andina de Sudamérica.

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Cuadro 1. Variedades y líneas promisorias de quinua utilizados en países de zona andina de Sudamérica.

Rendimiento Tamaño de Grano Contenido Altitud Período

(ton/ha) (mm) saponinas msnm vegetativo (días)

1 Blanca de Nariño Valle Colombia Blanco claro 3,5 - 4,5 1,9 - 2,2 Bajo 2.800 - 3.250 185 - 205 Mildiu y phoma

Interandino

2 Huancayo Valle Rosada de Junin (Perú) Blanco - Rosado 3,0 - 4,0 1,8 - 2,1 Bajo 2.400 - 3.000 150 - 160 Mildiu y phoma

Interandino X Real purpura (Bolivia)

3 Hualhuas Valle Segregante Rosada Blanco 3,5 - 4,0 1,9 - 2,2 Bajo 3.000 - 3.800 150 - 160 Desgrane, mildiu

Interandino Junin X Real Purpura y phoma

4 Mantaro Valle Huancayo X Blanco 3,5 - 4,5 1,6 - 1,9 Alto 3.000 - 4.000 135 - 145 Mildiu

Interandino Sajama

5 Amarilla de Marangani Valle Selección masal de s/i s/i 2,0 - 2,2 Alto 3.500 -3.800 200 - 210 Mildiu y tumbado

Interandino la zona sur Sicuani Cusco

6 Blanca y Rosada de Junin Valle Selección de variedades Blanco 3,5 - 4,0 1,6 - 1,9 Bajo 3.000 - 3.400 180 - 200 Mildiu

Interandino de Huancayo

7 Cheweca Altiplano Selección masal de Blanco 1,6 - 1,9 1,2 Bajo 3.800 - 3.900 180 - 210 Desgrane

ecotipos de Orurillo

8 Sajama Altiplano 547 Real X 559 Illimani Blanco 2,5 - 3,5 2,0 - 2,2 Sin 3.800 - 3.900 140 - 160 Heladas y

saponina granizadas

9 Kancolla Altiplano Selección masal de Blanco 1,5 - 2,0 1,6 - 1,9 Alto 3.800 - 3.900 160 - 180 Mildiu y

ecotipos de Cabanillas Nacobus

10 Witulla Altiplano Perú (Puno) Blanco 1,2 - 1,8 1,5 - 1,8 Medio a 3.800 - 3.900 160 - 180 Mildiu

Alto

11 Camacani Altiplano Bolivia Blanco 3,2 - 3,6 1,5 - 1,7 Alto 3.800 - 3.900 160 - 180 Mildiu

12 Tahuaco Altiplano Perú Blanco 2,5 - 3,0 1,5 - 1,7 Alto 3.800 - 3.900 160 - 180 Mildiu

13 Chupaca Altiplano Bolivia Blanco 3,3 - 3,4 2,0 - 2,2 s/i 3.800 - 3.900 150 - 170 Mildiu y

heladas

14 Blanca de Juli Altiplano Perú Blanco 1,2 - 2,5 1,4 - 1,8 Medio 3.800 - 3.900 160 - 170 s/i

15 Real Salares Bolivia Blanco 1,5 - 3,5 1,9 - 2,2 Alto 3.800 - 4.000 180 - 210 s/i

16 Baer Costa Chile Blanco opaco 2,5 - 6,0 Medio 200 - 800 Tumbado

17 Linea Roja Ancovinto Salares Chile Blanco - Rosado 0,5 - 2,0 2,2 - 2,5 Alto 3.500 - 3.900 150 - 180 Heladas

18 Linea Amarilla Ancovinto Salares Chile Blanco 0,4 - 1,5 2,0 - 2,4 Medio 3.500 - 3.900 150 - 180 s/i

Variedades Ecotipo Origen Color de grano Tolerancia

79

Algunos de las metodologías utilizadas en el mejoramiento de la quinua incluyen la

selección masal, selección individual, método de pedigrí, cruzamiento y retro cruzas. No

obstante, uno de los métodos más utilizado combina el cruzamiento intra y/o intervarietal

con selección masal de poblaciones segregantes.

Selección masal: La selección masal consiste en una metodología de selección aplicable a

un conjunto de semillas originales heterogéneas, la cual se basa en elegir aquellas plantas

de interés y descartar los tipos no deseables, para posteriormente mezclar toda la semilla

que se produce en conjunto de aquellas plantas seleccionadas. Una variación a esta

metodología consiste en cosechar las mejores plantas y posteriormente cultivarlas como

líneas puras para compararlas entre sí (figura IX.2). Una vez evaluadas, las líneas puras

superiores y similares se mezclan para pasar a la etapa de multiplicación de semilla, con la

consiguiente evaluación por etapa de la estabilidad de las características a mejorar.

Este proceso se repite tantas veces como sea necesario a fin de mantener las

características de la variedad.

X X X

Multiplicación

Semilla original

Evaluación y selección

Evaluación y selección

Evaluación y selección

Fase 1

Fase 2

Fase 3

Figura IX.2. Esquema representando metodología de selección masal.

80

Selección individual: Las semillas cosechadas de plantas F1 se siembran de manera

espaciada en la F2 (figura IX.3). Una sola semilla cosechada de cada planta F2 se utiliza

para obtener la generación F3. Las generaciones sucesivas hasta la F5 se siembran del

mismo modo a partir de semillas individuales cosechadas de cada planta cultivada en la

generación anterior. En la generación F5 las plantas se cosechan y se siembra en un surco

de progenie en la F6. En la generación F7, se establece un ensayo preliminar de rendimiento

y continúan realizándose experimentos de la misma clase hasta la F10. Algunos

fitomejoradores combinan el método de descendencia individual con el método de

selección por pedigrí, cultivan sólo las generaciones F3 y F4 utilizando el primero de estos

métodos para acortar el tiempo que se requiere para alcanzar la etapa de prueba de

rendimiento.

Variedad A X Variedad B

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8 a F10

Parcela masiva

Plantas individuales

Plantas individuales

Plantas individuales

Plantas individuales

Surcos de plantas o de cabezas de línea

Prueba preliminarde rendimiento

Prueba de rendimiento

Figura IX.3. Esquema representando metodología de selección individual

Selección por pedigrí: A partir de plantas seleccionadas de F2, se hacen crecer en surcos

progenies de 25 a 30 plantas en la F3. De los mejores surcos se seleccionan las plantas

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superiores y se siembran en familias de surcos en la F4, F5 y F6, la selección consiste en las

mejores plantas –en los mejores surcos – de las mismas familias. Al llegar a la F6, las

familias deben ser relativamente uniformes. En la F7 se establecen pruebas preliminares de

rendimiento, mismas que se continúan hasta la F10. Pueden hacerse varias modificaciones a

este procedimiento. Por ejemplo, después de que se seleccionan plantas en la F3 y la F4, las

que quedan en los surcos pueden mezclarse entre sí e iniciar nuevos ensayos preliminares

de rendimiento (Figura IX.4).

Variedad A X Variedad B

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8 a F10

Siembra espaciada

Surcos de plantas

Familias de surcos de plantas

Familias de surcos de plantas

Familias de surcos de plantas

Prueba preliminar de rendimiento

Prueba de rendimiento

Figura IX.4. Esquema representando metodología de selección por pedigrí.

Selección por cruza y retro cruza: Consiste en que el alelo dominante que confiere

resistencia a una enfermedad (R), es transferido de una variedad resistente a una variedad

susceptible. La variedad resistente donadora se cruza con la variedad recurrente

susceptible, y la generación F1 se retro cruza con la variedad susceptible (figura IX.5). La

generación de retro cruza 1 (RC1) de esta cruza segregará para la resistencia a la

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enfermedad (Rr:rr). Las plantas “Rr” pueden distinguirse de las plantas “rr” inoculando las

plántulas con el patógeno y observando si las plantas presentan resistencia o susceptibilidad

a la enfermedad. Sólo las plantas Rr (resistentes) se retro cruzan con la susceptible en la

segunda y las sucesivas generaciones de retro cruza. Después de la última retro cruza, las

plantas heterocigotas (Rr) se auto fecundan para obtener plantas resistentes homocigotas

(RR) y heterocigotas (Rr). Se realizan pruebas de progenie de las plantas resistentes (RR y

Rr) para distinguir las plantas homocigóticas (RR) de las heterocigóticas (Rr), de modo que

puedan establecerse líneas puras que posean la característica de resistencia.

Figura IX.5. Metodología de selección por cruza y retro cruza.

Otro factor a considerar en el mejoramiento genético de la quinua es el tipo de

inflorescencia (figura IX.6a y IX.6b). De esta característica dependerán los niveles de

fecundación realizados mediante polinización cruzada. A continuación se ilustran las

principales inflorescencias descritas en quinua.

83

Figura IX.6a. Tipos de inflorescencias descritas en quinua (Bhargava et. al., 2007).

84

Figura IX.6b. Tipos de inflorescencias descritas en quinua (Bhargava et. al., 2007).

85

El conocimiento de la proporción de flores bisexuales y masculinas permite por una

parte facilitar los trabajos de cruzamiento entre variedades de quinua para el

establecimiento de programas de mejoramiento genético, debido a que mayor proporción de

flores masculinas, mayor es la facilidad para realizar los cruzamientos dirigidos, a

diferencia de aquellas inflorescencias que poseen mayor proporción de flores bisexuales.

Esto último obliga a los fitomejoradores a realizar el procedimiento de emasculación o

castración de flores bisexuales, esto significa remover las anteras desde las flores, antes de

que estas abran para la liberación de su polen.

Por otra parte, los diversos tipos de flores descritos en quinua determina la

producción de distintos tipos de semillas, a causa de que flores pequeñas producen semillas

abortivas, implicando una menor producción de granos por planta.

EXPERIENCIAS DE MEJORAMIENTO GENETICO DE LA QUINUA EN EL

ALTIPLANO DE CHILE

Antecedentes generales

El cultivo de la quinua ha constituido el principal componente de la cadena

agroalimentaria de comunidades Aymaras de la zona Andina de Chile. La mayor superficie

sembrada de quinua en el país se encuentra en el altiplano de la Provincia de Iquique,

específicamente en el vasto sector de la Comuna de Colchane.

En los países vecinos de Bolivia y Perú, la quinua se constituye en una alternativa

comercial rentable dada la creciente demanda de países desarrollados como Alemania,

Japón y Canadá. Esto ha implicado transformar el manejo agronómico a sistemas de

producción intensiva, al mismo tiempo los manejos de post cosecha se han dirigido hacia la

transformación del grano en productos con mayor valor agregado. Pese a esta experiencia

cercana, la situación en el altiplano de la región de Tarapacá, la quinua todavía sigue

siendo un cultivo con escaso manejo agronómico y de bajo valor agregado, siendo

86

dedicado principalmente al autoconsumo de las familias productoras, siendo ocasional la

transacción comercial del grano en el mercado local.

Dada la perspectiva emergente que presenta el mercado de la quinua, las

comunidades indígenas del sector han proyectado su potencial desarrollo a través de la

promoción de inversiones tanto propias como de organismos gubernamentales y no

gubernamentales; para aumentar la superficie cultivable e incorporar nuevas técnicas de

cultivo y de post cosecha, a través de la adquisición de maquinarias para la siembra y

procesamiento del grano de quinua. No obstante, el desarrollo de estas iniciativas se

encuentra aún frenado por la calidad heterogénea de los granos de quinua, esto como

consecuencia de la siembra de mezclas de germoplasma, lo que ha generado genotipos con

mucha variabilidad.

Estas mezclas provienen de arquetipos denominados rojos, rosados, amarillos y

blancos. Para el agricultor, esta mezcla tiene una razón: cautelar la producción ante una

ambiente altamente variable en precipitaciones y temperaturas. De esta forma el agricultor

busca obtener rendimientos con algunos de los arquetipos sembrados, los que finalmente

difieren a su vez en su capacidad productiva bajo condiciones de sequía. Finalmente la

cosecha resultante es una mezcla se semillas - no adecuada para el desamargado industrial

- afectando la calidad final del producto.

El proyecto desarrollado en el altiplano de la región de Tarapacá, dentro de su

estrategia de Innovación tecnológica para la creación de una unidad de negocios en base a

la producción mejorada de quinua en la comunidad de Ancovinto, llevó a cabo la

validación de manejos culturales en el cultivo de la quinua, tales como fertilización, riego,

control fitosanitario y selección de germoplasma. Este último tuvo por finalidad seleccionar

dentro de un campo comunitario de agricultores Aymaras, plantas representativas de

características de interés definidas por los mismos agricultores, de manera de dar inicio a

un proceso de evaluación y selección de individuos que permitan la homogenización de

estas características del cultivo y posteriormente proceder a la multiplicar estas líneas

promisorias para su uso por parte de agricultores de la comunidad.

87

Metodología

El trabajo se inició durante la temporada agrícola 2004-2005 en los terrenos de la

comunidad Indígena de Ancovinto, donde se colectaron semillas a partir de una selección

de plantas, según características de interés descritas por agricultores de la comunidad. Las

características de interés fueron: altura de planta, forma de panoja, color de grano y

rendimiento de grano.

El proceso de identificación y selección masal de plantas se inició en un campo de

cultivo de ocho hectáreas en el sector denominado Po’ koloma (Latitud Sur 19 º26’15.7’’,

Longitud Oeste 68º37’42.3’’, altitud: 3.756 m.s.n.m.). La recolección de plantas se realizó

en estado reproductivo, mediante el criterio de color de panoja. Este criterio es

comúnmente utilizado por los agricultores para el proceso de desamargado del grano

(desaponificación). De esta forma se estableció como base dos categorías. En la unidad de

selección descrita se eligieron 50 plantas de panoja color amarillo y 50 plantas con panoja

color rojo, las cuales fueron individualizadas mediante codificación y almacenadas en el

banco activo de germoplasma de quinua de la Universidad Arturo Prat.

El trabajo de evaluación y selección fue realizado durante tres temporadas agrícolas

consecutivas, considerando en cada ciclo la selección de cincuenta plantas de panoja

amarilla y cincuenta rojas. Las técnicas empleadas para efectuar la selección se basaron en

la evaluación de trece descriptores morfológicos, que describen la forma de la planta y

grano de quinua (figura IX.7). Adicionalmente se utilizaron herramientas moleculares para

el estudio de ADN, el cual sirvió de complemento al estudio morfológico, de esta forma se

contribuyó a acelerar los resultados de homogenización de ambas selecciones (figura IX.8).

Cada vez que se realizó la selección de plantas por cada categoría, se evaluó las

relaciones estadísticas entre descriptores de manera de seleccionar aquellas plantas que

presentaron la mayor similaridad morfológica del grupo. Posterior a ello, cada subgrupo

generado fue analizado molecularmente para hacer una nueva selección de aquellas plantas

de mayor similaridad molecular. A partir de esta última selección se procedió a mezclar las

88

semillas provenientes de cada planta, las que posteriormente fueron utilizadas para su

cultivo en campo y servir de fuente de selección en un nuevo ciclo de selección (figura

IX.8).

Figura7. Descriptores morfológicos evaluados en plantas y granos de quinua. 1. Altura de

planta, 2.Longitud de panoja, 3.Ancho de panoja, 4.Ancho de tallo, 5. Número de

ramificaciones de panoja, 6. Largo de hoja, 7. Ancho de hoja, 8. Número de dientes en

hojas intermedias, 9. Contenido de saponinas, 10. Rendimiento de grano, 11. Diámetro de

grano, 12. Peso de 100 granos, 13. Índice de cosecha y 14. Peso de planta.

Figura 8. Metodología en ejecución para la selección de germoplasma de quinua rojo y

amarillo de la comunidad de Ancovinto.

1

23

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

89

Resultados del proceso

Durante el proceso de selección y mejoramiento realizado durante las tres

temporadas en altiplano de la región de Tarapacá, los resultados demostraron un efectivo

avance en la obtención de características morfológicas que significan una uniformidad en la

cantidad y calidad de la producción obtenida en campo.

Los resultados del proceso muestran que la altura promedio de plantas presentó un

leve aumento, pasando de 79,8 a 95,1 cm para la línea amarilla y de 87,0 a 98,0 cm en la

línea roja. Asimismo, la variable de largo de panoja incrementó su magnitud de 30,3 a 70,3

cm en la línea amarilla y de 35,5 a 56,7 cm en la línea roja. Por otra parte el ancho de

panoja mostró una disminución desde 68,3 a 33,8 cm como promedio para la línea amarilla

y de 64,5 a 28,3 cm para la línea roja.

Adicionalmente la evaluación de la ramificación de la panoja en ambas líneas

mostró una disminución en el número de ramificaciones, significando en general un tipo de

panoja compacta con baja proporción de glomérulos laterales. La disminución de

ramificaciones en la línea amarilla varió desde inicio del proceso de 29 a 14,6

ramificaciones en promedio al final del proceso, en tanto en la línea roja vario desde 31,1 a

14,4 ramificaciones en promedio.

La variación de las dimensiones y arquitectura de la panoja, resulta en un

importante avance en el mejoramiento del rendimiento de ambas líneas de quinua, debido a

que ha sido posible producir más grano por planta, con la característica adicional de

homogenización de madurez del grano en toda la panoja, evitando de esta forma el

problema de desgrane al momento de la cosecha.

Con respecto a las características de grano, la variable de peso de 100 granos mostró

una variación positiva a favor de la producción de granos de mayor peso, esta variación

significó pasar de 0,48 a 0,51 gramos en la línea amarilla y desde 0,42 a 0,51 gramos en la

línea roja. Estos resultados guardan directa relación con la variable de diámetro de grano,

90

la cual experimentó una variación desde el primer ciclo de selección al tercero, un cambió

promedio de 2,31 a 2,45 en la línea amarilla y de 2,23 a 2,54 en la línea roja.

El rendimiento de grano promedio individual en plantas presentó también un

mejoramiento desde el inicio del proceso de selección, este consistió en el aumento de 40,9

a 86,9 gr de grano por planta en promedio en la línea amarilla, mientras que para la línea

roja el aumento registrado fue desde 62,9 a 72, 2 gr de grano por planta.

La variable de índice de cosecha experimento un aumento para ambas líneas de

quinua, lo cual se reafirma a través de la variación de la arquitectura de planta y aumento de

rendimiento promedio individual por planta, significando aproximadamente que 50% del

peso total de la planta está representado por grano.

Las variables que describieron el tipo de hoja (largo, ancho y número de dientes en

hojas intermedias), fueron descartadas del análisis general, debido a que no contribuyeron

de manera determinante al proceso de selección.

Los datos recogidos durante las tres temporadas de cultivo experimentaron un

descenso en la amplitud de sus valores, demostrando en este sentido la efectiva

homogenización de las características morfológicas de ambas líneas promisorias de quinua.

Dentro del conjunto de variables definidas en el estudio, destacaron de manera

relevante para fines de selección y establecimiento de un nuevo proceso de selección, las

características que describieron la forma de planta: altura de planta y largo de panoja,

mientras que en el grano fueron importantes las variables de peso de grano por planta y

diámetro.

Según la clasificación general de contenido de saponinas, medido a través de la

metodología de determinación de la altura de espuma producida por agitación, se clasificó

la línea promisoria de quinua amarilla como semidulce, desde el inicio del proceso de

91

selección hasta el tercer ciclo. Por su parte la línea promisoria de quinua roja pasó de

amarga a semidulce sólo en el tercer ciclo.

92

Glosario

1. Accesiones: Se denomina así a la

muestra viva de una planta o

población mantenida en un banco

de germoplasma para su

conservación y/o uso.

2. ADN: Es un tipo ácido nucleico

que contiene las instrucciones

genéticas usadas en el desarrollo y

el funcionamiento de todos los

organismos vivos conocidos.

3. Alelo: Se define como las

diferentes formas de expresión de

un gen, este puede ser dominante

o recesivo.

4. Altiplano: Planicie ubicada en

altura (3.000 – 4.000

msnm),comprendida entre

montañas,

5. Amarantáceas: Clasificación

botánica que se da a un grupo de

plantas que se reúnen en una

familia.

6. Arquetipo: Tipo morfológico

distintivo de una planta o grupo de

plantas.

7. Autofecundación: Proceso de

reproducción sexual, en el cual el

polen de una flor fecunda el óvulo

de su misma flor.

8. Banco activo de Germoplasma:

Instalación cuyo objetivo es la

conservación de material genético

a corto y mediano plazo.

9. Banco de germoplasma: Son

centro de conservación de material

genético a largo plazo.

10. Biotecnología: Es un conjunto

tecnologías basada en principios

de la biología e Ingeniería con la

finalidad de utilizar organismos

vivos o de compuestos de

organismos vivos para la

obtención de productos de valor

para el hombre.

11. Colección ex situ: Es la

conservación de los componentes

de la diversidad biológica fuera de

su hábitat natural.

12. Colección in situ: Conservación

de ecosistemas, hábitat naturales,

mantenimiento y recuperación de

poblaciones viables de especies en

su medio natural.

13. Conglomerado floral: Término

usado para referirse a cada una de

las unidades que componen la

inflorescencia (panoja) de quinua.

14. Cruzamiento: Intercambiar polen

desde una flor de una planta a la

93

flor de una planta diferente para

inducir la fecundación.

15. Desaponificación: Acción que

involucra la eliminación de la

saponina del grano de quinua.

16. Descriptores morfológicos: Es

una característica que se puede

identificar y medir, propia de una

especie. Es usada para simplificar

la clasificación, almacenamiento,

recuperación y uso de datos.

17. Ecotipo: Es una sub población

genéticamente diferenciada que

está restringida a un hábitat

específico, un ambiente particular

o un ecosistema definido, con

unos límites de tolerancia a los

factores ambientales.

18. Erosión genética: Es la pérdida

gradual de la base genética

(diversidad genética) de una

especie o la pérdida de toda una

especie debido a la intervención

antrópica, factores ambientales,

etc.

19. F1, F2, F3…: Corresponde a la

denominación de generaciones de

familias, resultantes del

cruzamiento de dos individuos.

20. Fitomejoramiento: Es la

disciplina responsable de la

creación de nuevas variedades de

plantas, a través del conocimiento

y uso de la genética, estadística,

fisiología y agronomía.

21. Flor bisexual: Se refiere a la flor

que posee estructura femenina y

masculina.

22. Gen: Es un conjunto de

secuencias de nucleótidos que

determinan la unidad base de la

herencia es todas las especies.

23. Genoma: Es el término usado

para referirse a todo el material

genético contenido en las células

de un organismo en particular.

24. Genotipos: Es el término

específico para referirse a un

conjunto de genes de un

organismo que lo hacen particular

de un grupo de otros organismos.

25. Germoplasma: Individuo, grupo

de individuos o clones

representativos de un genotipo,

variedad, especie o cultivo, que

forma parte de una colección

mantenida in situ o ex situ.

26. Heterocigoto: Término utilizado

en genética para referirse al estado

de formas diferentes de un

determinado gen.

94

27. Homocigoto: Término utilizado

en genética para referirse al estado

de formas idénticas de un

determinado gen.

28. Índice de cosecha: Valor

porcentual que indica la

proporción de producto cosechado

del total de la planta.

29. Inflorescencia: Denominación al

órgano floral de la quinua, el cual

está compuesto por un

conglomerado flore, conformando

un conjunto de flores.

30. Línea promisoria: Conjunto de

individuos componentes de la

base de material genético

constitutivo de una futura

variedad.

31. Línea pura: Conjunto de

individuos del mismo genotipo,

obtenidos por autofecundación en

varias generaciones.

32. Mapas genéticos: Es la

disposición gráfica del

posicionamiento de los genes en

los cromosomas de una especie.

33. Marcadores moleculares:

Corresponde a una herramienta

biotecnológica de localización de

secuencias específicas de ADN, el

cual permite caracterizar

germoplasma, identificación de

genotipos, selección asistida,

aislar y caracterizar genes, entre

otras aplicaciones.

34. Nombre científico: Nombre dado

por los científicos a las especies

vegetales para su identificación

clara sin ambigüedades.

35. Panoja: Nombre común dado a la

inflorescencia de la quinua.

36. Poblaciones segregantes:

Conjunto de individuos resultantes

del cruzamiento de dos individuos

distintos genéticamente.

37. Polinización cruzada: Proceso de

fecundación en plantas realizado

con polen proveniente de otros

individuo.

38. Progenie: Es el resultado de la

reproducción entre plantas, es

decir, es el individuo o los

individuos producidos mediante la

intervención de uno o más

parentales.

39. Recursos Fitogenéticos: Plantas

de valor real o potencial para el

ser humano.

40. Retro cruza: Es el cruzamiento de

un individuo de la F1 con unos de

sus parentales.

95

41. Saponina: Compuesto natural que

contiene la superficie del grano de

quinua, el cual le confiere sabor

amargo y capacidad espumante.

42. Secuenciación de genes: Técnica

que permite conocer el orden

consecutivo de los nucleótidos

que componen el ADN.

43. Testa: Cubierta membranosa

externa que tienen las semillas.

44. Variedad: Sub-división natural de

una especie agrupada por

caracteres morfológicos distintos.

45. Variedad recurrente: Es una

variedad que se desea mejorar, la

cual es usada para cruzarse con

otra variedad que aporta la

característica que la variedad

recurrente no posee.