Potencial del cultivo de la chumbera (Opuntia ficus-indica (L) Miller) para la obtención de biocombustibles

El presente trabajo trata sobre el potencial del cultivo de chumbera (Opuntia ficus-indica (L) Miller) para la obtención de dos biocombustibles: bioetanol y biogás. Para lograr este objetivo se ha estudiado, por una parte, el empleo de procedimientos orientados a la producción de bioetanol no celul��sico a partir de cladodios de chumbera, lo que ha dado como resultado rendimientos de entre 156 y 221 litros de etanol por cada tonelada de materia seca de biomasa, y, por otra, la obtención de biogás mediante la digestión anaeróbica de los mismos en régimen mesófilo, donde se han hallado rendimientos en torno a 198 m3 de metano por tonelada de materia seca. Una vez determinado el potencial de la materia prima se han diseñado procesos para una escala industrial que permitan la transformación de los cladodios de chumbera en ambos biocombustibles y se han determinado sus balances energéticos, los cuales han dado como resultado la autosuficiencia de ambos procesos, obteniéndose, además, un excedente térmico de 1.235 kcal L-1 de etanol producido, y en torno a 140 kep de energía total (térmica + el��ctrica) por tonelada de materia seca empleada en la digestión anaeróbica. Por último se ha estimado el potencial de producción de ambos combustibles en un área apta para el cultivo de la chumbera. En concreto, este estudio se ha llevado a cabo para la provincia de Almería, elegida por tratarse de una zona con cierta tradición en el manejo de esta planta y presentar un clima semiárido mediterráneo. La superficie apta para el cultivo de la chumbera en esta provincia se ha estimado en 100.616 ha y el rendimiento medio del cultivo en 5 t MS ha-1 año-1. En el caso del bioetanol esto implicaría un potencial de producción en torno a 82.158 m3 año-1 que podrían dar lugar a la creación de dos macrodestilerías (con una producción de 100.000 L diarios) o de 49 microdestilerías (con 5.000 L diarios de producción). Si se optara por la transformación de la biomasa de chumbera en metano, podrían obtenerse 99,4 M de metros cúbicos, lo cual permitiría el establecimiento de 79 plantas de cogeneración de 500 kW cada una. ABSTRACT The present work deals with the potential of prickly pear (Opuntia ficus-indica (L) Mill.) biomass as a feedstock for bioethanol and biogas. In order to reach this objective different procedures aiming at the production of non-cellulosic bioethanol from cladodes were carried out; yields from156 to 221 litres of bioethanol per ton of dry matter were found. Mesophilic anaerobic digestion of cladodes was also studied and yields around 198 m3 of methane per ton of dry matter were reached. From these results, processes on an industrial scale were designed for both pathways of energy conversion of prickly-pear biomass and the respective energy balances were calculated. They resulted to be self-sufficient from an energetic point of view; the bioethanol pathway generated a thermal energy surplus of 1,235 kcal per litre of ethanol, while around 140 kep of total energy (heat + electricity) were obtained from the anaerobic digestion of one ton of dry cladodes. Finally, the potential production of both biofuels from prickly pear biomass was estimated for a specific area. The province of Almeria was chosen because of its climate conditions and the previous existence of prickly pear plantations. The area suitable for prickly pear cultivation in the province was estimated at a maximum of 100.616 ha, with an average yield of about 5 t DM ha-1 year-1. If prickly pear biomass were cropped for bioethanol in Almeria, the potential production of bioethanol could reach 82,158 m3 year-1, in either two macrodistilleries (100,000 L day-1) or 49 microdestilleries (5,000 L day-1). If the biogas pathway were preferred, 99. 4 Mm3 of methane could be reached and this would represent 79 CHP plants (500 kW each one).

Corredor Mediterráneo. L.A.V. Valencia - Castellón. Mejora de trazado apto para tráfico mixto. Tramo: La Llosa - Nules

En el contexto definido por las actuaciones previstas por el Ministerio de Fomento, el “Proyecto de Mejora de trazado apto para Tráfico Mixto perteneciente a la L.A.V Valencia‐Castellón” pretende convertir al ferrocarril en un transporte moderno y competitivo con los siguientes objetivos: * Reducir sustancialmente los tiempos actuales de recorrido entre las grandes ciudades. * Aumentar la participación del ferrocarril en la demanda global del transporte y hacerlo competitivo frente a la carretera y el avión. * Incrementar la demanda de viajeros, tanto en los servicios de larga distancia como en los regionales. * Mejorar el resultado económico de explotación de los servicios de larga distancia. El análisis de demanda realizado por el Ministerio de Fomento en el marco de diversos estudios indica una previsión de circulaciones por sentido para el año 2025, de 300 circulaciones en ambos sentidos del tramo Valencia – Castellón. Se aconseja, así, la construcción de una nueva doble vía, objeto del presente proyecto, para separar los distintos tipos de tráfico que se presentan. A tal efecto, el Ministerio de Fomento decidió redactar el Proyecto de L��nea de Alta Velocidad Madrid – Castilla la Mancha – Comunidad Valenciana – Región de Murcia. El presente Estudio Informativo corresponde al “Proyecto de mejora de trazado apto para Tráfico Mixto. Tramo La Llosa – Nules “del proyecto global que une Valencia y Castellón. El objetivo del Estudio Informativo es seleccionar la mejor opción de trazado que pueda plantearse para el tramo estudiado que une las localidades de La Llosa y Nules. Este análisis se realiza con criterio suficiente para la comparación y la elección de la alternativa idónea, considerando, al menos, los puntos de vista económico, ambiental y técnico – funcional. Los objetivos de este Proyecto a grandes rasgos son por lo tanto: * Crear las infraestructuras ferroviarias necesarias para disponer de un enlace ferroviario de alta velocidad entre Valencia y Castellón que pueda servir tanto a los servicios regionales como a los de largo recorrido de viajeros en las relaciones radiales y del eje mediterráneo. * Potenciar los servicios de cercanías al permitirse con la actuación un aumento de la frecuencia. * Conservar, dentro del nuevo esquema ferroviario, la funcionalidad de las instalaciones precisas para el mantenimiento de los distintos tráficos previstos, incluyendo alta velocidad, regionales, cercanías y mercancías. * Mejorar la proposición inicial redactada por el Ministerio de Fomento con trazados más adaptados a las necesidades funcionales de la actuación.

Cartografía de QTL asociados a la tolerancia a estrés hídrico en frijol común (Phaseolus vulgaris L.)

Phaseolus vulgaris L. (frijol común o judía) es una leguminosa de gran demanda para la nutrición humana y un producto agrícola muy importante. Sin embargo, la producción de frijol se ve limitada por presiones ambientales como la sequía. En México, el 85% de la cosecha de frijol se produce en la temporada de primavera-verano, principalmente en las regiones del altiplano semiárido con una precipitación anual entre 250 y 400 mm. A pesar del implemento de tecnología en el campo, los factores naturales impiden al agricultor llegar a los rendimientos deseados. El Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), como instituto de investigación gubernamental en México, tiene como objetivo la mejora de cultivos estratégicos, uno de ellos, P. vulgaris. Los estudios en relación a la sequía se enfocan especialmente en la selección de genotipos tolerantes, los cuales son sometidos en condiciones de estrés y monitoreando parámetros como el rendimiento y peso de semilla, además de algunos indicadores tales como índice de cosecha. El resultado de estos trabajos ha sido la obtención de variedades con mayor tolerancia a la sequía, tales como Pinto Villa y Pinto Saltillo. En los últimos años se ha avanzado notablemente en el conocimiento de las bases moleculares en las respuestas de las plantas al estrés. De acuerdo a diversos estudios se ha demostrado que las plantas bajo estrés por sequía experimentan cambios en la expresión de genes involucrados en la señalización, regulación de la transcripción y la traducción, transporte de agua y la función directa en la protección celular. También se ha observado que el déficit de agua es causado por las temperaturas extremas y la alta concentración de sales, por lo que al nivel molecular, las respuestas al estrés tienen puntos de especificidad y puntos de entrecruzamiento. La sequía puede generar estreses secundarios, tales como el nutricional, oxidativo y osmótico. Sin embargo, es necesario identificar y caracterizar muchos de los componentes involucrados en las respuestas al déficit hídrico, la caracterización de estos genes permitirá tener una mejor comprensión de los mecanismos bioquímicos y fisiol��gicos involucrados en la tolerancia al estrés. Actualmente, con el apoyo de la biología molecular se han identificado algunos genes que otorgan ventajas para la adaptación a ambientes desfavorables. Por lo que el objetivo del presente trabajo es identificar marcadores genéticos asociados a rasgos fenotípicos con énfasis a la tolerancia a estrés hídrico en P. vulgaris. Una vez establecidos los marcadores asociados al estrés hídrico, es factible considerar su uso para la selección asistida por marcadores en l��neas o variedades de frijol de interés para los mejoradores. Se evaluaron 282 familias F3:5 derivadas de la cruza entre los cultivares Pinto Villa y Pinto Saltillo. Las familias se sembraron bajo un diseño simple de l��tice 17x17, el experimento se llevo acabo en el ciclo primavera-verano del 2010 y 2011, y otoñoinvierno de 2010 en el Campo Experimental Bajío del INIFAP con dos repeticiones para cada tratamiento de humedad (riego completo y sequía terminal). En todos los genotipos se realizó el fenotipado (variables fenotípicas) y el genotipado a través de marcadores moleculares. Los análisis estadísticos se basaron en el análisis de componentes principales (Eigen Analysis Selection Index Method, ESIM), la asociación entre marcadores SNP y el fenotipado (paquete SNPassoc para R) y el análisis de varianza (ANOVA). Los valores ESIM mostraron que las variables de Rendimiento, Días a floración, Días a madurez fisiol��gica e Índice de cosecha fueron sobresalientes en sequía terminal, por lo que se sugieren tomarse en consideración para los estudios de sequía en P. vulgaris como monitores de evaluación a la resistencia. Se identificaron nueve familias sobresalieron por sus valores ESIM (PV/PS6, 22, 131, 137, 149, 154, 201, 236 y 273), además de presentar valores superiores para el rendimiento en comparación con los parentales. Estos genotipos son candidatos interesantes para realizar estudios de identificación de loci asociados con la respuesta al estrés, y como potenciales parentales en el desarrollo de nuevas variedades de frijol. En los análisis de asociación SNPassoc se identificaron 83 SNPs significativos (p<0,0003) asociados a los rasgos fenotípicos, obteniendo un total de 222 asociaciones, de las cuales predomina el modelo genético de codominancia para las variables Días a floración, Periodo reproductivo y Biomasa total. Treinta y siete SNPs se identificaron a diferentes funciones biol��gicas a través del análisis de anotación funcional, de los cuales 12 SNPs (9, 18, 28, 39, 61, 69, 80, 106, 115, 128, 136 y 142) sobresalen por su asociación al fenotipado, y cuya anotación funcional indica que se encuentran en genes relacionados a la tolerancia a la sequía, tales como la actividad kinasa, actividad metabólica del almidón, carbohidratos y prolina, respuesta al estrés oxidativo, así como en los genes LEA y posibles factores de transcripción. En el caso de los análisis ANOVA, se identificaron 72 asociaciones entre los SNPs y las variables fenotípicas (F< 3,94E-04). Las 72 asociaciones corresponden a 30 SNPs y 7 variables fenotípicas, de las que predomina Peso de 100 semillas y Periodo reproductivo. Para los rasgos de Rendimiento, Índice de cosecha y Días a madurez fisiol��gica se presentaron asociaciones con seis SNPs (17, 34, 37, 50, 93 y 107), de los cuales, a los SNP37 y SNP107 fueron identificados a la anotación biol��gica de protein binding. Por otro lado, los SNP106 y SNP128 asociados al Periodo reproductivo, son genes con actividad kinasa y actividad metabólica del almidón, respectivamente. Para los marcadores tipo AFLP, se identificaron 271 asociaciones (F<2,34E-04). Las asociaciones corresponden a 86 AFLPs con todas las variables fenotípicas evaluadas, de las que predomina peso de 100 semillas, Días a floración y Periodo reproductivo. Debido a que los en los AFLPs no es posible determinar su anotación biol��gica, se proponen como marcadores potenciales relacionados a la resistencia a la sequía en frijol. Los AFLPs candidatos requieren más estudios tales como la secuenciación de los alelos respectivos, así como la identificación de éstas secuencias en el genoma de referencia y su anotación biol��gica, entre otros análisis, de esta manera podríamos establecer aquellos marcadores candidatos a la validación para la selección asistida. El presente trabajo propone tanto genotipos como marcadores genéticos, que deben ser validados para ser utilizados en el programa de mejoramiento de P. vulgaris, con el objetivo de desarrollar nuevas l��neas o variedades tolerantes a la sequía. ABSTRACT Phaseolus vulgaris L. (common bean or judia) is a legume of great demand for human consumption and an important agricultural product. However, the common bean production is limited by environmental stresses, such as drought. In Mexico, 85% of the common bean crop is produced in the spring-summer season mainly in semiarid highland regions with a rainfall between 250 and 400 mm per year. In spite of the improvement of crop technology, the natural factors hamper getting an optimal yield. The National Institute for Forestry, Agriculture and Livestock (INIFAP) is a government research institute from Mexico, whose main objective is the genetic breeding of strategic crops, like P. vulgaris L. The drought tolerance studies particularly focus on the selection of bean tolerant genotypes, which are subjected to stress conditions, by means of monitoring parameters such as yield and seed weight, plus some agronomic indicators such as harvest index. The results of these works have led to obtain cultivars with higher drought tolerance such as Pinto Villa and Pinto Saltillo. Significant achievements have been recently made in understanding the molecular basis of stress plant responses. Several studies have shown that plants under drought stress present changes in gene expression related to cell signalling, transcriptional and translational regulation, water transport and cell protection. In addition, it has been observed that the extreme temperatures and high salt concentrations can cause a water deficiency so, at the molecular level, stress responses have specific and crossover points. The drought can cause secondary stresses, such as nutritional, oxidative and osmotic stress. It is required the identification of more components involved in the response to water deficit, the characterization of these genes will allow a better understanding of the biochemical and physiological mechanisms involved in stress tolerance. Currently, with the support of molecular biology techniques, some genes that confer an advantage for the crop adaptation to unfavourable environments have been identified. The objective of this study is to identify genetic markers associated with phenotypic traits with emphasis on water stress tolerance in P. vulgaris. The establishment of molecular markers linked to drought tolerance would make possible their use for marker-assisted selection in bean breeding programs. Two hundred and eighty two F3:5 families derived from a cross between the drought resistant cultivars Pinto Villa and Pinto Saltillo were evaluated. The families were sowed under a 17x17 simple lattice design. The experiment was conducted between spring-summer seasons in 2010 and 2011, and autumn-winter seasons in 2010 at the Bajio Experimental Station of INIFAP with two treatments (full irrigation and terminal drought). All families were phenotyped and genotyped using molecular markers. Statistical analysis was based on principal component analysis (Eigen Analysis Selection Index Method, ESIM), association analysis between SNP markers and phenotype (SNPassoc package R) and analysis of variance (ANOVA). The ESIM values showed that seed yield, days to flowering, days to physiological maturity and harvest index were outstanding traits in terminal drought treatment, so they could be considered as suitable parameters for drought-tolerance evaluation in P. vulgaris. Nine outstanding families for the ESIM values were identified (PV/PS6, 22, 131, 137, 149, 154, 201, 236 and 273), in addition, these families showed higher values for seed yield compared to the parental cultivars. These families are promising candidates for studies focused on the identification of loci associated to the stress response, and as potential parental cultivars for the development of new varieties of common bean. In the SNPassoc analysis, 83 SNPs were found significantly associated (p<0.0003) with phenotypic traits, obtaining a total of 222 associations, most of which involved the traits days to flowering, reproductive period and total biomass under a codominant genetic model. The functional annotation analysis showed 37 SNPs with different biological functions, 12 of them (9, 18, 28, 39, 61, 69, 80, 106, 115, 128, 136 and 142) stand out by their association to phenotype. The functional annotation suggested a connection with genes related to drought tolerance, such as kinase activity, starch, carbohydrates and proline metabolic processes, responses to oxidative stress, as well as LEA genes and putative transcription factors. In the ANOVA analysis, 72 associations between SNPs and phenotypic traits (F<3.94E- 04) were identified. All of these associations corresponded to 30 SNPs markers and seven phenotypic traits. Weight of 100 seeds and reproductive period were the traits with more associations. Seed yield, harvest index and days to physiological maturity were associated to six SNPs (17, 34, 37, 50, 93 and 107), the SNP37 and SNP107 were identified as located in protein binding genes. The SNP106 and SNP128 were associated with the reproductive period and belonged to genes with kinase activity and genes related to starch metabolic process, respectively. In the case of AFLP markers, 271 associations (F<2.34E-04) were identified. The associations involved 86 AFLPs and all phenotypic traits, being the most frequently associated weight of 100 seeds, days to flowering and reproductive period. Even though it is not possible to perform a functional annotation for AFLP markers, they are proposed as potential markers related to drought resistance in common bean. AFLPs candidates require additional studies such as the sequencing of the respective alleles, identification of these sequences in the reference genome and gene annotation, before their use in marker assisted selection. This work, although requires further validation, proposes both genotypes and genetic markers that could be used in breeding programs of P. vulgaris in order to develop new lines or cultivars with enhanced drought-tolerance.

Taxonomía y caracterización del arbusto forrajero Atriplex halimus L.

El objetivo de esta Tesis Doctoral ha sido la revisión de la taxonomía infraespecífica de la especie Atriplex halimus L., la delimitación del área geográfica que ocupan sus taxones y su caracterización morfol��gica. En base a las citas bibliográficas y material de herbario consultado se ha trazado un mapa de distribución de la especie, que delimita su distribución como planta espontánea a la Cuenca Mediterránea, desierto de Siria, Macizo de Hoggar y Sahara Occidental. El resto debe considerarse poblaciones naturalizadas o cultivadas. La taxonomía actual, basada en relaciones filogenéticas, nos indica que lo adecuado es separar las poblaciones de A. halimus en dos clados que se caracterizan por tener diferente nivel de ploidía. Para definir el área de distribución de los clados diploide y tetraploide se ha determinado la ploidía de 19 poblaciones en el espacio comprendido entre las dos áreas de distribución conocidas. Y como resultado el área de distribución de ambos clados puede definirse trazando una recta que une el estrecho de Gibraltar con Estambul, las poblaciones al sur de esta l��nea son tetraploides a las que habría que añadir las poblaciones del este y sur de la isla de Cerdeña que son también tetraploides. Se han determinado cuales son los parámetros morfol��gicos que permiten caracterizar ambos clados, para lo cual se han estudiado 52 poblaciones que comprenden toda el área de distribución de la especie. Se han evaluado caracteres cualitativos y cuantitativos de valvas fructíferas, pl��ntulas cultivadas en cámara y arbustos de 2 a 4 años situados en la misma parcela. El único elemento fiable para determinar la pertenencia al clado diploide o tetraploide es la medición del nivel de ploidía. Ninguno de los caracteres morfol��gicos estudiados es plenamente fiable para determinar si los individuos de una población pertenecen al clado diploide o tetraploide a pesar de realizarse las mediciones sobre poblaciones cultivadas en igualdad de condiciones de suelo y clima, y en condiciones muy favorables para la expresión de caracteres cualitativos y cuantitativos. Los caracteres cualitativos observados que guardan una mayor correlación con el nivel de ploidía son: la base de las hojas de las pl��ntulas, el porte del arbusto, la ramificación, el ángulo de inserción de las ramas y la longitud de la inflorescencia. Respecto a los datos cuantitativos los más relevantes han sido, la longitud de los cotiledones y la longitud del limbo de la 1ª, 3ª o 5ª hoja de la pl��ntula o la razón entre este valor y la anchura del limbo. ABSTRACT The aim of this Thesis has been in the revision of the infraspecies taxa of Atriplex halimus L., the delimitation of their natural growing area and their morphological characterization. Using references to relevant literature and consultation of herbariums, it has been possible to map the distribution of the species as spontaneous plant in the Mediterranean Basin, Desert of Syria, Massif of Hoggar and Western Sahara. The remaining populations must be considered as naturalized or cultivated. The current taxonomy, based on phylogenetic relationships, indicates that A.halimus should be divided in two clades. These clades are characterized by their different ploidy level. Samples of nineteen populations collected from localizations between the defined distribution area of both clades have been characterized for their ploidy level. As a result, it can be seen that the line of clade separation can be trazed from Istambul tothe Strait of Gibraltar, where the populations north to this line are classified as diploid and those south of the line are clsassified as tetraploid. The only exception of this rule is in Sardinia, hwre populations to the West and South of the Island are also classified as tetraploid. The morphological parameters, which include the characterization of both clades, have been defined, and the study of fifty-two populations from the entire distribution area according to these parameters have been analysed. The qualitative and quantitative characteristics of the fruit valves have been evaluated, with seedlings grown in a culture chamber, and 2-4 years old shrubs grown in the same orchard. None of the morphological characters under study are fully reliable to determine whether individuals in a population belong to clade diploid or tetraploid. This is despite measurements being made on populations grown under the same conditions of soil and climate, and in very favorable conditions for the expression of qualitative and quantitative traits. The qualitative characteristics that show a higher correlation with the ploidy level are: the base of the leaves of the seedlings, the bearing bush, the branch arrangement, the angle of insertion of the branches and the inflorescence length. With regards to the quantitative data the most relevant were the length of the cotyledons and the length of the blade of the 1st, 3rd or 5th leaves of the seedling, and the ratio of any of this values and the leaf blade width. The only reliable way to determine the diploid or tetraploid clade membership is the measurement of ploidy level.