2 03 pedro j. rocha
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Biotecnología y recursos genéticos en la adaptación de la agricultura al cambio
climático
Pedro J. Rocha S., Ph.D. Coordinador
Área de Biotecnología y Bioseguridad (AB&B) Programa de Innovación para la Productividad y la Competitividad (PIPC)
CEPAL, Chile, 28 de septiembre de 2012 1
Cambio Climático Global
http://www.elcolombiano.com
http://www.indaga.net/noticiascomunitat/images/incendios-forestales-comunitat.jpg
http://www. robertocarballo.com
Impactos del Cambio Climático sobre los Recursos
Naturales
•Sobre las fuentes de agua dulce y mares
– Las inundaciones más frecuentes y devastadoras.
– Las sequías serán extremas (mayor duración).
– Aumento del nivel del mar de hasta 4-6 m.
– Contaminación de acuíferos de agua dulce y manglares.
•Sobre el aire
– Cambios en los patrones de precipitación.
– Eventos climáticos extremos (huracanes, tormentas, ciclos de Niño y Niña más
frecuentes e intensos).
– Aumento de GEI
•Sobre el suelo
– Aridificación y pérdidas de grandes áreas de suelo
•Sobre la biodiversidad
•Sobre Recursos Financieros y Económicos
– Reconstrucción y reparación de infraestructura
•Sobre la sociedad
– Problemas sociales: Migraciones a gran escala
– Problemas de salud pública: (infecciosas, desnutrición, ceguera, etc.)
•Sobre la Seguridad Nacional
– Desplazamientos humanos tanto nacionales como internacionales
http://www. robertocarballo.com
http://www.adn.es/clipping/ADNIMA20081214_2701/4.jpg
http://audioblogs.cienradios.com.ar/mirol/archives/Pobreza.jpg
Impactos del cambio climático sobre la
agricultura
•Disminución de áreas para cultivo.
– Crecientes, inundaciones, avalanchas.
– Sequías, aridificación, erosión del suelo.
•Cambios inesperados en los períodos de siembra y
cosecha.
•Efecto sobre la fisiología de los cultivos.
– Incremento de fase vegetativa.
– Crecimiento rápido de malezas.
•Alteraciones en dinámica de plagas y enfermedades.
• Incremento de costos de labores.
– Adecuación de tierras, sistemas de riego y drenaje.
– Fertilización.
– Control de malezas, plagas y enfermedades.
•Cambios en la productividad.
– Agricultura protegida (Caribe).
– Eventuales incrementos en algunas especies.
– Disminución en cultivos exigentes en agua y temperatura.
•Des-incentiva la inversión y el trabajo en el campo.
– Dificultad en la consecución de créditos a pequeños agricultores.
• Más costoso y mayor riesgo.
http://fundacion-magdalena.gov.co
http://www.fedepalma.org
http://www.elhogarnatural.com http://www.engormix.com
Impactos de la agricultura sobre el cambio
climático
•La agricultura intensiva actual contribuye al cambio climático:
- Responsable del 26% de las emisiones del CO2 del mundo
- Responsable del 80% de la emisión de óxido nitroso debido a la
utilización de fertilizantes nitrogenados.
- Responsable del cambio de la vocación “natural” del suelo
(bosques, selvas, praderas, etc.).
- Fomenta la deforestación (Indonesia, Brasil)
– Uso del fuego como práctica en algunas regiones.
– Impacto del monocultivo sobre la biodiversidad (soya, maíz, etc.).
http://viaorganica.org/medio-ambiente/recomienda-cepal-examinar-nexos-entre-agricultura-y-cambio-climatico/
http://www.momarandu.com/amanoticias.php?a=7&b=0&c=113513 5
“En los próximos 50 años necesitaremos producir una cantidad de alimentos equivalente a la que ha sido consumida en toda la historia de la humanidad” Megan Clark, CSIRO - Australia
Impactos Ganadería y Cambio Climático (CC)
Impactos de: La ganadería sobre el CC El CC sobre la ganadería
Responsable de deforestación, compactación y erosión de suelos
Disminución de áreas de pastoreo - Disminución de productividad
Alteración de disponibilidad y calidad del agua.
- Contaminación por excretas y residuos de sacrificio
Disminución de fuentes de agua - Efecto sobre producción de leche - Mortandad de crías
Emisión de GEI* (CH4, CO2) - Uso del fuego como práctica cultural - 37% de las emisiones del metano
Estrés fisiológico - Cambios en comportamiento
Disminución de la biodiversidad Presencia de enfermedades
• Por cada kilo de alimentación, cada vaca emite entre 15 y 25 g (dependiendo del tipo de alimentación).
• Las emisiones de CH4 de la vacas dependen de la composición de la grasa de la leche.
Ciencia, Tecnología, Innovación, Desarrollo & Institucionalidad
Naturaleza Recursos tangibles
Necesidades
Recurso Intangible
(Conocimiento)
Investigación Básica
Ciencia
Conocimiento tradicional
Tecnología
Industrias y Mercados
Innovación
Desarrollo Impactos
Económico Social
Ambiental
Investigación Aplicada
Rocha, 2009
Institucionalidad
7
Cambio Climático – Agricultura - Tecnologías
Efectos del CC Consecuencias sobre el
cultivo Medidas de CT&I para mitigación y adaptación –
Precisión, Eficacia, Oportunidad
Disminución de áreas de cultivo (por inundaciones, sequías, vivienda, etc.)
- Incremento en costos (insumo tierra)
Incremento en densidades de siembra
Ingen
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Bio
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ica, Bio
info
rmática, Tran
sgénesis
Generación de materiales “compactos”
Adecuación de tierras
- Incremento de costos (insumos, mano de obra).
Mecanización eficiente
- Posible aumento de emisiones GEI
Uso de métodos de adecuación eficientes
Disponibilidad de agua dulce
- Incremento en costos (insumo agua, mano de obra) - Conflicto por uso de agua
Generación de materiales tolerantes a sequía
Uso eficiente del agua (evaluación de sistemas de riego)
Planes de conservación de cuencas hídricas
Desalinización de agua marina
(Rocha, 2009)
8
NRA: Cambio Climático – Agricultura -
Tecnologías
Efectos del CC Consecuencias sobre el cultivo Medidas de CT&I para mitigación y adaptación – Precisión,
Eficacia, Oportunidad
Alteración de condiciones medioambientales: humedad, luz (calidad y cantidad), precipitación, vientos, temperatura.
- Aumento de costos de producción (insumos, semillas, mano de obra)
Implementación eficiente de Tecnificación
Inge
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Ge
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form
ática, Transgén
esis
- Alteraciones fisiológicas (floración, polinización, crecimiento vegetativo, fructificación, contenido y calidad de metabolitos)
Conocimiento riguroso de materiales
Generación de nuevos materiales (mayor eficiencia fotosintética)
Uso de agricultura de precisión y SIG
- Pérdidas de biodiversidad Establecimiento de bancos de germoplasma
- Aumento de plagas y enfermedades conocidas y aparición de nuevas
Generación de materiales tolerantes o resistentes
Desarrollo de sistemas eficientes de diagnóstico
Alteración de la calidad del aire (contenido de CH4 y CO2)
- Implementación obligatoria de políticas de cero quemas.
Desarrollo de sistemas eficientes de preparación de áreas, control de enfermedades, erradicación, etc.
- Revaluación de sistemas animales en labores de siembra y cosecha.
Desarrollo de sistemas mecanizados de cosecha
(Rocha, 2009)
9
Biotecnología
“Toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos” (CDB, 1992).
Otras disciplinas:
Biotecnología: mucho más que transgénesis
IICA no está a favor o en contra de una tecnología particular
Bioseguridad: Expresión de la soberanía de los países frente a la biotecnología (transgénica)
Biotecnología: complemento y fundamento de las diversas formas de agricultura
Cultivo in vitro
Hibridación
Fermentación
“Ómicas”: Genómica, Proteómica, Metabolómica
Marcadores moleculares
Radio-actividad
Transgénesis
Bio-reactor
Bio-informática
Conocimiento científicamente validado y tecnologías disponibles
Ciencias biológicas: Biología celular
y molecular
Ingenierías Derecho Economía
Genética Bioquímica Fisiología vegetal
Microbiología
Estadística Informática
Sistemas productivos sostenibles (social, económico, ambiental)
Elección del agricultor Implementación de políticas Decisión política
Comunicación
Aceptación No
Aceptación
Tecnologías limpias
Tecnología transgénica
Tecnología nuclear
Tecnologías convencionales
Base científica y técnica
Innovación tecnológica
Postulados IICA
Interacción institucional
Propósito
Rocha, 2011. ComunIICA 8(Enero-Julio):23-31
convencional orgánica
limpia
Basada en conocimiento tradicional
transgénica
Ecología
11
Cultivo in vitro
Clonación / Micro-
propagación
Crioconservación
Generación de haploides
Inducción de variación somaclonal
Radioisótopos y Radiación
Inducción de mutaciones
Marcadores Moleculares
Hibridación -Fitomejoramiento-
Bioreactores
Regeneración
Transgénesis
Fermentación
Limpieza biológica
Tipo I: isoenzimas, RFLP, Tipo II: Basados en PCR (RAPD,
AFLP, SSR)
Tipo III. Basados en secuenciación (SNP, SSCP)
“Ómicas” Genómica
Proteómica
Transcriptómica
Metabolómica
Control biológico
Biofertilización (compost)
Biocombustibles
Bioinformática
Biocontrol (productos naturales)
Técnica de insecto Estéril
(Biotecnología )
12
Área Global de Cultivos Transgénicos en 2011 Á
rea
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a)
Basado en: James, C. 2011. Executive summary. Global status of commercialized biotech/GM crops:2011. Brief 43.
13
Estado Cultivos Orgánicos 1985-2010
Fuente: Willer, H.; Kilcher, L (Eds.), 2012. The World of Organic Agriculture - Statistics and Emerging Trends 2012. Research Institute of Organic Agriculture (FiBL), Frick, and International Federation of Organic Agriculture Movements (IFOAM), Bonn
14
• Costo estimado de descubrimiento, desarrollo y autorización de un nuevo evento: 136 M USD y 13,1 años. (McDougall, 2011) -– Y el de un agroquímico 256 M USD y 9,8 años (McDougall, 2010) -
• Costo reportado para evento en Brasil: 3,5 M USD y 10 años. (Fuente: Francisco Aragao, Embrapa).
Estado Agricultura Transgénica en 2011
160
13,2
0,136 0,0035 0
20
40
60
80
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120
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180
Mill
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USD
Basado en: - James, C. 2011. Executive summary. Global status of commercialized biotech/GM crops:2011. Brief 43. - McDougall, P. 2011. The cost and times involved in the discovery, development and authorisation of a new plant biotechnology derived trait. A consultancy study for Crop Life International.
136
3,5
0
20
40
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GM-Priv GM-BRA
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USD
15
Avances en Bioseguridad para ALC
16
Empresa
CTNBio
Formularios Documentación
Pagos
Conceptos
Evaluaciones Análisis de riesgo
Expertos Expedientes
Ministro
Resolución de aprobación
SI
Investigación
Implementación
Técnico (Biológico y Ambiental)
Económico
BIO- SEGURIDAD
Político (Social,
Ambiental)
Biodiversidad: Objetos de estudio de la
biotecnología
Ecosistemas
Organismos y Poblaciones
Órganos y Tejidos
Genes
Proteínas
Metabolitos
Recurso Biológico:
• “Individuos, organismos o partes de estos, poblaciones o cualquier componente biótico de valor o utilidad real o potencial que contiene el recurso genético o sus productos derivados” (CDB, 1992)
Recurso Genético:
• “Todo material de naturaleza biológica que contenga información genética de valor o de utilidad real o potencial”. (CDB, 1992)
• Incluye recursos fito- y zoo-genéticos y microorganismos.
BIODIVERSIDAD
Rocha, 2009 17
Biodiversidad
• Representa un potencial para el desarrollo de nuevos productos y servicios de interés comercial e industrial.
• El aprovechamiento de este potencial depende del conocimiento acelerado de la biodiversidad y de la capacidad de transformar dichos elementos y el conocimiento en productos.
- El hemisferio americano tiene 7 de los 17 países megabiodiversos del planeta.
Bioprospección
• Exploración sistemática y sostenible de la biodiversidad para identificar y obtener recursos genéticos y bioquímicos que tienen el potencial de ser aprovechados comercialmente.
• Hay que pasar de los almacenes de granos y tubérculos a los de genes y metabolitos.
Rocha, 2009 18
Biotecnología y recursos genéticos para la mitigación y
adaptación de la agricultura al cambio climático
19
Apoyo a programas de fitomejoramiento
• Identificación y conocimiento de genes, proteínas y metabolitos.
• Conservación de germoplasma y bancos de genes.
• Uso de genes.
• Selección y multiplicación de materiales promisorios.
• Resultados esperados:
– Materiales tolerantes a sequía, a la salinidad, con mayor eficiencia fotosintética, con nuevas características (agronómicas, organolépticas, farmacéuticas, etc.)
Sistemas de diagnóstico
• Detección de plagas y enfermedades (virales, causadas por fitoplasmas, etc.)
• En tiempo real y sin síntomas evidentes.
• Producción de “vacunas” en plantas.
• Materiales GM resistentes a virus (Virus del mosaico dorado en fríjol -Embrapa, 2011).
Generación de nuevos materiales
• Biocombustibles de algas y demás microorganismos.
Nanobiotecnología
• Biosensores.
• Sistemas de entrega de biocidas, nutrientes, etc.
• El cambio climático global es una realidad.
• Se deben implementar acciones de mitigación y adaptación que involucren a los recursos genéticos existentes y a la biotecnología.
• La tecnología y la innovación son importantes pero no exclusivas para tales propósitos. Es indispensable incluir a la institucionalidad.
• La biotecnología es un vehículo para el aprovechamiento sostenible de la biodiversidad y una manera de enfrentar las consecuencias del cambio climático. – La biotecnología no es solo transgénesis, es una “caja de herramientas (técnicas)
poderosas”: Cultivo de tejidos, bio-reactores, marcadores moleculares, “ómicas”, bioinformática, transgénesis, control biológico, etc.
Comentarios Finales
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• Para adaptar la agricultura al cambio climático, los recursos genéticos deben salir de su entorno natural, pasar por los centros experimentales (investigación) y llegar a la empresa y a los consumidores (innovación).
• Promover la inversión en la creación de empresas y en el desarrollo de productos y servicios de base biotecnológica a partir de la biodiversidad.
• Desarrollar medidas y mecanismos institucionales que faciliten la interacción de los diferentes agentes que intervienen en el desarrollo proyectos y negocios biotecnológicos.
Comentarios Finales
21
Contactos
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IICA Sede Central http://www.iica.int
PIPC Arturo Barrera, M.Sc.
E-mail: [email protected]
AB&B Pedro Rocha, Ph.D.
E-mail: [email protected]