Mejora de olivo para adaptación a diferentes condiciones ambientales y sistemas de cultivo

Resumen

1. Introducción Desde hace décadas, el cultivo del olivo se ha visto expuesto a una expansión globalizada debido principalmente a la alta rentabilidad conseguida por los nuevos sistemas de cultivo y a la gran importancia nutricional y saludable descrita para el aceite de oliva virgen extra. Variedades tradicionales ha sido utilizadas para ser plantadas en estas nuevas zonas, tanto en países donde el olivo no existía (China o Australia) como en ambientes de países productores donde el olivo no era un cultivo muy extendido. Algunas de estas variedades tradicionales, al plantarlas fuera de su zona de origen, han mostrado serios problemas en alguna de sus etapas productivas. Esto ha hecho que el cultivo tenga perdidas significativas de rendimiento debido a ausencia de floración (Argentina) o a defectos en el aceite debido a las condiciones ambientales (Australia). Todo ello se debe, en parte, a que no existen trabajos sistemáticos para determinar la influencia de distintas condiciones ambientales en las variedades de olivo más cultivadas. Por ello, la evaluación de la interacción genotipo x ambiente en dichos caracteres es esencial para responder a estas incógnitas y ayudará a predecir el comportamiento del cultivo ante los efectos del cambio climático. Además, esta evaluación es de vital importancia para definir las mejores estrategias de selección en programas de mejora de olivo. 2. Contenido de la investigación Las observaciones y toma de datos de los caracteres evaluados en esta tesis doctoral fueron llevados a cabo durante dos años (2015 y 2016) usando un ensayo multi-ambiente plantado en el 2006 por el IFAPA. Este ensayo esta plantado en cinco ambientes (Antequera, Baena, Gibraleón, Tabernas y Úbeda) y, constituido por un grupo de variedades tradicionales (‘Arbequina’, ‘Arbosana’, ‘Carrasqueño’, ‘Changlot real’, ‘Frantoio’, ‘Koroneiki’, ‘Ocal’ y ‘Picual’) y de selecciones de mejora (‘Selección 1’ y ‘Selección 2’, del programa de mejora en olivo UCO-IFAPA). En cada ambiente, las variedades estaban distribuidas en un diseño en bloques al azar. El primer carácter observado fue la floración, donde fenología de floración y calidad de flor fueron evaluadas. Se concluyó que para la fenología de floración el genotipo y la interacción muestran poca contribución, siendo el factor determinante el ambiente. La calidad de flor, por el contrario, si mostró un elevada influencia genética, destacando ‘Arbequina’ como una variedad con alta calidad de flor independiente de donde sea plantada. El siguiente carácter evaluado fue el patrón de acumulación de aceite, medido en proporción al peso seco en del fruto. Se distinguieron tres parámetros: pendiente de acumulación, máximo aceite acumulado y fecha en la que ese máximo fue alcanzado. La pendiente de acumulación y el máximo aceite acumulado mostraron una contribución similar de la varianza del genotipo, el ambiente y de su interacción. Para ambos parámetros, la ‘Selección 2’ mostró alta estabilidad, la cual también alcanzó el mayor valor para el máximo aceite acumulado. Sin embargo, la fecha en la que el máximo es obtenido fue un parámetro totalmente influenciado por el ambiente, señalando que la fecha de llegada al máximo acumulado es similar en todas las variedades para un ambiente dado. Finalmente, el último carácter observado en esta tesis doctoral fue la calidad del aceite de las diferentes variedades evaluadas. Todos los parámetros observados (ácidos grasos, tocoferoles, fitosteroles y esqualeno) mostraron una significativa interacción genotipo x ambiente. Por tanto, cada variedad tuvo un comportamiento diferencial según el ambiente en el que estaba plantada . ‘Selección 2’ fue el genotipo que destacó con alta estabilidad en la mayoría de los componentes observados, siendo ‘Arbequina’ la más inestable con valores de ácidos grasos cercanos a los límites inferiores marcados por el Consejo Oleico Internacional en algunos ambientes. 3. Conclusión Se observó que la mayoría de los caracteres de interés agronómico evaluados en esta tesis doctoral mostraron una significativa interacción genotipo x ambiente. Ello indica que el uso de ensayos multi-ambiente para evaluar la interacción genotipo x ambiente en el olivo es conveniente para seleccionar de manera más precisa las variedades (tanto tradicionales como generadas por programas de mejora) más adecuadas para un ambiente dado o estables entre ambientes. Además, este tipo de ensayos dará la oportunidad de identificar los mejores ambientes para el cultivo del olivo ante las posibles variaciones producidas por los efectos del cambio climático. Summary 1. Introduction In the las decades, el olive growing has been expanded around de world due principally to the high profitability obtained by the new growing systems and to the nutritional and healthy characteristics showed by the extra virgin olive oil. Traditional cultivars have been used to be planted in these new cultivation areas. However no previous analysis of the olive behavior on those new climates has been performed. In fact, some of these cultivars have showed significant anomalies on the productive behavior. For example a great yield loss as been observed in Argentina due to lack of flowering and very low olive oil quality has been obtained in Australia due to the climatic conditions. All this is partly due to the fact that there is no previous reports on the influence of different climatic conditions on the behavior of the most popular cultivars. Therefore, the evaluation of the genotype x environment interaction is essential to determine the adaptation of the cultivars to different environments and to predict the olive tree behavior under the climate change effects. Besides this genotype x environment evaluation is of paramount importance to develop efficient selection strategies in olive breeding programs. 2. Research content This PhD was based on a multi-environment trail planted in 2006 by IFAPA and that was evaluated for several agronomic traits during two years (2015 and 2016). This trial is planted in five different environments (Antequera, Baena, Gibraleón, Tabernas y Úbeda), using traditional cultivars (‘Arbequina’, ‘Arbosana’, ‘Carrasqueño’, ‘Changlot real’, ‘Frantoio’, ‘Koroneiki’, ‘Ocal’ y ‘Picual’) as well as two breeding selections (‘Selection 1’ and ‘Selection 2’) from the olive breeding program UCO-IFAPA. The first character considered was flowering, in which flowering phenology and flower quality were evaluated. Flowering phenology showed little genotype and interaction contribution, being the environment only factor with significant influence. For flower quality, genotype and genotype x environment interaction were highly significant, pointing ‘Arbequina’ out as a cultivar with high flower quality across environments. The second character evaluated on the above mentioned multi-environment trial was the olive oil accumulation pattern in fruit dry weight. Three parameters were evaluated: rate of oil accumulation, maximum oil content reached and date of maximum oil reached. Rate of oil accumulation and maximum oil content reached showed similar genotype, environment and interaction contribution. High stability for both parameters was showed for ‘Selection 2’, which also obtained the highest maximum oil accumulated. However, date of maximum oil reached only showed a significance influence of environment. Therefore, all genotypes reached their maximum oil content in each environment in similar dates. Finally, the last character described in this PhD thesis was the olive oil quality. All components observed (fatty acids, tocopherols, phytosterols and squalene) showed significant genotype x environment interaction. ‘Selection 2’ was the genotype with higher stability for the most of olive oil components observed, being ‘Arbequina’ the cultivar having the most unstable olive oil, with fatty acid levels close to the lower limit set by the International Olive Council in some the environments here evaluated. 3. Conclusion Most of olive tree characters here evaluated showed significant genotype x environments interaction. Therefore, it is advisable to use multi-environment trials in order to evaluate this interaction and, therefore, to accurately select the best genotypes for a given environment or those stable across environments. Besides, this kind of trials will also offer the opportunity to identify the best environments considering the possible variations due to the climatic change effects. Bibliografía / Bibliography Aybar VE, Paulo De Melo-Abreu J, Searles PS, Matias AC, Del Rio C et al. (2015) Evaluation of olive flowering at low latitude sites in Argentina using a chilling requirement model. Spanish Journal of Agricultural Research 13 (1). doi:10.5424/sjar/2015131-6375 Barranco D (2008) Variedades Y Patrones. En: D. Barranco, R., Fernández-Escobar, R., Rallo. L., (Eds) El cultivo del olivo. Mundi-Prensa y Junta de Andalucía Madrid:37-62. Belaj A, Hidalgo J, Beltran G, Cano J, Jiménez A et al. (2013) La colección mundial de variedaes de olivo de Córdoba y su utilidad para el cultivar andaluz. Vida Rural, 358, 54-58 ISSN 1133-8938 Bellini E (1990) Behaviour of some genetic characters in olive seedlings obtained by cross-breeding. Fruit Breeding and Genetics 317:197-208. doi:10.17660/ActaHortic.1992.317.24 Benlloch-Gonzalez M, Sanchez-Lucas R, Benlloch M, Fernandez-Escobar R (2018) An approach to global warming effects on flowering and fruit set of olive trees growing under field conditions. Scientia Horticulturae 240:405-410. doi:10.1016/j.scienta.2018.06.054 De la Rosa R, Kiran AI, Barranco D, Leon L (2006) Seedling vigour as a preselection criterion for short juvenile period in olive breeding. Australian Journal of Agricultural Research 57 (4):477-481. doi:10.1071/ar05219 de la Rosa R, Leon L, Moreno I, Barranco D, Rallo L (2008) Ripening time and fruit characteristics of advanced olive selections for oil production. Australian Journal of Agricultural Research 59 (1):46-51. doi:10.1071/ar07142 Duarte F, Jones N, Fleskens L (2008) Traditional olive orchards on sloping land: Sustainability or abandonment? J Environ Manage 89 (2):86-98. doi:10.1016/j.jenvman.2007.05.024 Ebrahimi F, Majidi MM, Arzani A, Mohammadi-Nejad G (2016) Oil and seed yield stability in a worldwide collection of safflower under arid environments of Iran. Euphytica 212 (1):131-144. doi:10.1007/s10681-016-1779-y Estruch R, Ros E, Salas-Salvado J, Covas M-I, Corella D et al. (2018) Primary Prevention of Cardiovascular Disease with a Mediterranean Diet Supplemented with Extra-Virgin Olive Oil or Nuts. The New England journal of medicine. doi:10.1056/NEJMoa1800389 Gauch HG, Piepho HP, Annicchiarico P (2008) Statistical analysis of yield trials by AMMI and GGE: Further considerations. Crop Sci 48 (3):866-889. doi:10.2135/cropsci2007.09.0513 Giannakopoulos C, Le Sager P, Bindi M, Moriondo M, Kostopoulou E et al. (2009) Climatic changes and associated impacts in the Mediterranean resulting from a 2 degrees C global warming. Glob Planet Change 68 (3):209-224. doi:10.1016/j.gloplacha.2009.06.001 Giorgi F, Lionello P (2008) Climate change projections for the Mediterranean region. Glob Planet Change 63 (2-3):90-104. doi:10.1016/j.gloplacha.2007.09.005 Hardner CM, Evans K, Brien C, Bliss F, Peace C (2016) Genetic architecture of apple fruit quality traits following storage and implications for genetic improvement. Tree Genetics & Genomes 12 (2). doi:10.1007/s11295-016-0977-z Hassani M, Heidari B, Dadkhodaie A, Stevanato P (2018) Genotype by environment interaction components underlying variations in root, sugar and white sugar yield in sugar beet (Beta vulgaris L.). Euphytica 214 (4):21. doi:10.1007/s10681-018-2160-0 Kaniewski D, Van Campo E, Boiy T, Terral J-F, Khadari B et al. (2012) Primary domestication and early uses of the emblematic olive tree: palaeobotanical, historical and molecular evidence from the Middle East. Biological Reviews 87 (4):885-899. doi:10.1111/j.1469-185X.2012.00229.x Lavee S (1990) Aims, methods and advances in breeding of new olive (Olea-europaea, L.) cultivars. Proceedings of the I International Symposium on Olive Growing 286:23-36 Lavee S, Harshemesh H, Haskal A, Avidan B, Ogrodovich A et al. (1999) 'Maalot' a new cultivar for oil extraction resistant to Spilocaea oleagina (Cast.). Third International Symposium on Olive Growing, Vol 1 (474):125-128. doi:10.17660/ActaHortic.1999.474.22 León L (2014) Material vegetal y mejora. IV Jornadas del Grupo de Olivicultura de la Sociedad Española de Ciencias Hortícolas Leon L, Rallo L, Del Rio C, Martin LM (2004) Variability and early selection on the seedling stage for agronomic traits in progenies from olive crosses. Plant Breeding 123 (1):73-78. doi:10.1046/j.0179-9541.2003.00920.x Leon L, Velasco L, de la Rosa R (2015) Initial selection steps in olive breeding programs. Euphytica 201 (3):453-462. doi:10.1007/s10681-014-1232-z Lionello P (2012) Climate of the Mediterranean Region: From the Past to the Future. Climate of the Mediterranean Region: from the Past to the Future:1-502. doi:10.1016/C2011-0-06210-5 Mailer RJ, Ayton J, Graham K (2010) The Influence of Growing Region, Cultivar and Harvest Timing on the Diversity of Australian Olive Oil. Journal of the American Oil Chemists Society 87 (8):877-884. doi:10.1007/s11746-010-1608-8 Rallo L (1995) Selección y mejora genética del olivo en España. Olivae 59:46-53 Rallo L, Barranco D, Caballero JM, Del Rio C, Martín A et al. (2005) Variedades de olivo en España. Rallo L, Barranco D, Castro-Garcia S, Connor DJ, del Campo MG et al. (2013) High-Density Olive Plantations. In: Janick J (ed) Horticultural Reviews, Vol 41, vol 41. Horticultural Reviews. John Wiley & Sons, Chichester, pp 303-383 Rallo L, Barranco D, de la Rosa R, Leon L (2008) 'Chiquitita' olive. Hortscience 43 (2):529-531 Tanasijevic L, Todorovic M, Pereira LS, Pizzigalli C, Lionello P (2014) Impacts of climate change on olive crop evapotranspiration and irrigation requirements in the Mediterranean region. Agric Water Manage 144:54-68. doi:10.1016/j.agwat.2014.05.019 Torres M, Pierantozzi P, Searles P, Rousseaux MC, Garcia-Inza G et al. (2017) Olive Cultivation in the Southern Hemisphere: Flowering, Water Requirements and Oil Quality Responses to New Crop Environments. Frontiers in Plant Science 8. doi:10.3389/fpls.2017.01830 Tous J, Romero A, Plana J, Hermoso JF (2007) Olive oil cultivars suitable for very-high density planting conditions. Proceedings of the Fifth International Symposium on Olive Growing, Vols 1 and 2 (791):403-408. doi:10.17660/ActaHortic.2008.791.59 Wang JW, Ma LY, Gomez-del-Campo M, Zhang DS, Deng Y et al. (2018) Youth tree behavior of olive (Olea europaea L.) cultivars in Wudu, China: Cold and drought resistance, growth, fruit production, and oil quality. Scientia Horticulturae 236:106-122. doi:10.1016/j.scienta.2018.03.033 Warleta F, Quesada CS, Campos M, Allouche Y, Beltran G et al. (2011) Hydroxytyrosol Protects against Oxidative DNA Damage in Human Breast Cells. Nutrients 3 (10):839-857. doi:10.3390/nu3100839 Yan W, Kang MS (2002) GGE biplot analysis: A graphical tool for breeders, geneticists, and agronomists. CRC press. CRC press Yan W, Kang MS, Ma B, Woods S, Cornelius PL (2007) GGE biplot vs. AMMI analysis of genotype-by-environment data. Crop Sci 47 (2):643-655. doi:10.2135/cropsci2006.06.0374 Yan WK, Hunt LA, Sheng QL, Szlavnics Z (2000) Cultivar evaluation and mega-environment investigation based on the GGE biplot. Crop Sci 40 (3):597-605. doi:10.2135/cropsci2000.403597x