Influence of socio-economic and cultural factors in rice varietal diversity management on-farm in Nepal

A questionnaire survey of 408 households explored the role of socio-economic and cultural factors in rice (Oryza sativa L.) varietal diversity management on-farm in two contrasting eco-sites in Nepal. Multiple regression outputs suggest that number of parcels of land, livestock number, number of rice ecosystems, agro-ecology (altitude), and use of chemical fertilizer have a significant positive influence on landrace diversity on-farm, while membership in farmers' groups linked to extension services has significant but negative influence on landrace diversity. Factors with significant positive influence on diversity of modern varieties on-farm were number of parcels of land and of rice ecosystems, access to irrigation, membership in farmers' groups, and use of insecticide. Within communities, resource-endowed households maintain significantly higher varietal diversity on-farm than resource-poor households and play a significant role in conserving landraces that are vulnerable to genetic erosion and those with socio-cultural and market-preferred traits. Resource-poor households also contribute to local diversity conservation but at lower richness and area coverage levels than resource-endowed households. Households where a female had assumed the role of head of household due to death or migrant work of her husband had less diversity due to lower labor availability. Landraces with socio-cultural and market-preferred traits are few in number but have potential to be conserved on-farm.

Genetic analysis of heat tolerance at anthesis in rice

Genetic analysis of heat tolerance will help breeders produce rice (Oryza sativa L.) varieties adapted to future climates. An F6 population of 181 recombinant inbred lines of Bala (tolerant) × Azucena (susceptible) was screened for heat tolerance at anthesis by measuring spikelet fertility at 30°C (control) and 38°C (high temperature) in experiments conducted in the Philippines and the United Kingdom. The parents varied significantly for absolute spikelet fertility under control (79–87%) and at high temperature (2.9–47.1%), and for relative spikelet fertility (high temperature/control) at high temperature (3.7–54.9%). There was no correlation between spikelet fertility in control and high-temperature conditions and no common quantitative trait loci (QTLs) were identified. Two QTLs for spikelet fertility under control conditions were identified on chromosomes 2 and 4. Eight QTLs for spikelet fertility under high-temperature conditions were identified on chromosomes 1, 2, 3, 8, 10, and 11. The most significant heat-responsive QTL, contributed by Bala and explaining up to 18% of the phenotypic variation, was identified on chromosome 1 (38.35 mega base pairs on the rice physical genome map). This QTL was also found to influence plant height, explaining 36.6% of the phenotypic variation. A comparison with other studies of abiotic (drought, cold, salinity) stresses showed QTLs at similar positions on chromosomes 1, 3, 8, and 10, suggesting common underlying stress-responsive regions of the genome.

Rice seed quality development and temperature during late development and maturation

The potential longevity of japonica rice (Oryza sativa L. subsp. japonica) seed is particularly sensitive to high temperature – and thus climate change – during development and maturation. Cultivar Taipei 309 was grown at 28/208C (12 h/12 h) and then from 19 DAA (days after 50% anthesis), when seeds were just over half filled, at 28/208C, 30/228C, 32/248C or 34/268C (12 h/12 h). Whereas ability to germinate ex planta had been achieved in almost all seeds by 24 DAA, only half the population were desiccation tolerant. Desiccation tolerance continued to increase over the subsequent 28 d, similarly at all four temperatures. Subsequent longevity, assessed by p50 (period in days to reduce viability to 50% in hermetic storage at 408C with c. 15% moisture content), increased progressively at 28/208C until 38 DAA, and remained constant until the final harvest (52 DAA). The three warmer temperature regimes provided similar longevity to 28/208C at any one harvest, except at 38 DAA where the warmest (34/268C) was poorer. That temperature regime also provided greater seed-to-seed variability within each survival curve. The results confirm that appreciable improvement in seed quality occurs during seed development and also subsequent maturation in japonica rice, but that increase in temperature from 28/208C to 34/268C during late seed filling onwards has comparatively little effect thereon. Comparison with previous investigations suggests that seed quality development may be less sensitive to high temperatures during late development and maturation than during the early seed development that precedes it.

Farmers' management of rice varietal diversity in the mid-hills of Nepal: implications for on-farm conservation and crop improvement

Season-long monitoring of on-farm rice (Oryza sativa, L.) plots in Nepal explored farmers' decision-making process on the deployment of varieties to agroecosystems, application of production inputs to varieties, agronomic practices and relationship between economic return and area planted per variety. Farmers deploy varieties [landraces (LRs) and modern varieties (MVs)] to agroecosystems based on their understanding of characteristics of varieties and agroecosystems, and the interaction between them. In marginal growing conditions, LRs can compete with MVs. Within an agroecosystem, economic return and area planted to varieties have positive relationship, but this is not so between agroecosystems. LRs are very diverse on agronomic and economic traits; therefore, they cannot be rejected a priori as inferior materials without proper evaluation. LRs have to be evaluated for useful traits and utilized in breeding programmes to generate farmer-preferred materials for marginal environments and for their conservation on-farm.

On-farm management of rice genetic diversity: understanding farmers' knowledge on rice ecosystems and varietal development

The paper highlights the methodological development of identifying and characterizing rice (Oryza sativa L.) ecosystems and the varietal deployment process through participatory approaches. Farmers have intricate knowledge of their rice ecosystems. Evidence from Begnas (mid-hill) and Kachorwa (plain) sites in Nepal suggests that farmers distinguish ecosystems for rice primarily on the basis of moisture and fertility of soils. Farmers also differentiate the number, relative size and specific characteristics of each ecosystem within a given geographic area. They allocate individual varieties to each ecosystem, based on the principle of ‘best fit’ between ecosystem characteristics and varietal traits, indicating that competition between varieties mainly occurs within the ecosystems. Land use and ecosystems determine rice genetic diversity, with marginal land having fewer options for varieties than more productive areas. Modern varieties are mostly confined to productive land, whereas landraces are adapted to marginal ecosystems. Researchers need to understand the ecosystems and varietal distribution within ecosystems better in order to plan and execute programmes on agrobiodiversity conservation on-farm, diversity deployment, repatriation of landraces and monitoring varietal diversity. Simple and practical ways to elicit information on rice ecosystems and associated varieties through farmers’ group discussion at village level are suggested.

Response to zinc deficiency of two rice lines with contrasting tolerance is determined by root growth maintenance and organic acid exudation rates, and not by zinc-transporter activity

Zinc (Zn)-deficient soils constrain rice (Oryza sativa) production and cause Zn malnutrition. The identification of Zn-deficiency-tolerant rice lines indicates that breeding might overcome these constraints. Here, we seek to identify processes underlying Zn-deficiency tolerance in rice at the physiological and transcriptional levels. A Zn-deficiency-tolerant line RIL46 acquires Zn more efficiently and produces more biomass than its nontolerant maternal line (IR74) at low Zn(ext) under field conditions. We tested if this was the result of increased expression of Zn(2+) transporters; increased root exudation of deoxymugineic acid (DMA) or low-molecular-weight organic acids (LMWOAs); and/or increased root production. Experiments were performed in field and controlled environment conditions. There was little genotypic variation in transcript abundance of Zn-responsive root Zn(2+)-transporters between the RIL46 and IR74. However, root exudation of DMA and LMWOA was greater in RIL46, coinciding with increased root expression of putative ligand-efflux genes. Adventitious root production was maintained in RIL46 at low Zn(ext), correlating with altered expression of root-specific auxin-responsive genes. Zinc-deficiency tolerance in RIL46 is most likely the result of maintenance of root growth, increased efflux of Zn ligands, and increased uptake of Zn-ligand complexes at low Zn(ext); these traits are potential breeding targets.

Temporal sensitivity of rice seed development from spikelet fertility to viable mature seed to extreme-temperature

Extreme temperature during reproductive development affects rice (Oryza sativa L.) yield and seed quality. A controlled-environment reciprocal-transfer experiment was designed where plants from two japonica cultivars were grown at 28/24 ⁰C and moved to 18/14 ⁰C and vice versa, or from 28/24 to 38/34 ⁰C and vice versa, for 7-d periods to determine the respective temporal pattern of sensitivity of spikelet fertility, yield, and seed viability to each temperature extreme. Spikelet fertility and seed yield per panicle were severely reduced by extreme temperature in the 14 d period prior to anthesis; and both cultivars were affected at 38/34 ⁰C while only cv. Gleva was affected at 18/14 ºC. The damage was greater the earlier the panicles were stressed within this period. Later-exserted panicles compensated only partly for yield loss. Seed viability was significantly reduced by 7-d exposure to 38/34 ⁰C or 18/14 ⁰C at 1 to 7 and 1 to 14 d after anthesis, respectively, in cv. Gleva. Cultivar Taipei 309 was not affected by 7 d exposure at 18/14 ⁰C; and no consistent temporal pattern of sensitivity was evident at 38/34 ⁰C. Hence, brief exposure to low or high temperature was most damaging to spikelet fertility and yield 14 to 7 d before anthesis, coinciding with microsporogenesis; and it was almost as damaging around anthesis. Seed viability was most vulnerable to low or high temperature in the 7 or 14 d after anthesis, when histodifferentiation occurs.

The effect of simulated flooding post-anthesis on pre-harvest sprouting and subsequent seed longevity in contrasting rice cultivars

Unpredictable flooding is a major constraint to rice production. It can occur at any growth stage. The effect of simulated flooding post-anthesis on yield and subsequent seed quality of pot-grown rice (Oryza sativa L.) plants was investigated in glasshouses and controlled-environment growth cabinets. Submergence post-anthesis (9-40 DAA) for 3 or 5 days reduced seed weight of japonica rice cv. Gleva, with considerable pre-harvest sprouting (up to 53%). The latter was greater the later in seed development and maturation that flooding occurred. Sprouted seed had poor ability to survive desiccation or germinate normally upon rehydration, whereas the effects of flooding on the subsequent air-dry seed storage longevity (p50) of the non-sprouted seed fraction was negligible. The indica rice cvs IR64 and IR64Sub1 (introgression of submergence tolerance gene Submergence1A-1) were both far more tolerant to flooding post-anthesis than cv. Gleva: four days’ submergence of these two near-isogenic cultivars at 10-40 DAA resulted less than 1% sprouted seeds. The presence of the Sub1A-1 allele in cv. IR64Sub1 was verified by gel electrophoresis and DNA sequencing. It had no harmful effect on loss in seed viability during storage compared with IR64 in both control and flooded environments. Moreover, the germinability and changes in dormancy during seed development and maturation were very similar to IR64. The efficiency of using chemical spray to increase seed dormancy was investigated in the pre-harvest sprouting susceptible rice cv. Gleva. Foliar application of molybdenum at 100 mg L-1 reduced sprouted seeds by 15-21% following 4 days’ submergence at 20-30 DAA. Analyses confirmed that the treatment did result in molybdenum uptake by the plants, and also tended to increase seed abscisic acid concentration. The latter was reduced by submergence and declined exponentially during grain ripening. The selection of submergence-tolerant varieties was more successful than application of molybdenum in reducing pre-harvest sprouting.

Identificação de genes de resistência à brusone (Magnaporthe grisea) em cultivares de arroz (Oryza sativa) utilizando marcadores moleculares

A brusone, causada por Magnaporthe grisea, é a doença mais importante do arroz. Uma vez que, o uso de cultivares resistentes é o método mais efetivo para o controle da doença, a pesquisa visa a identificação de novos genes que confiram resistência mais durável. O objetivo deste trabalho foi a identificação de cultivares que contenham os genes de resistência Pi-1, Pi-2 e Pi-11 utilizando marcadores moleculares. RG64, um marcador RFLP baseado em PCR, foi utilizado para verificar a presença do gene Pi-2 em 250 cultivares de arroz. Trinta e três cultivares apresentaram o mesmo perfil eletroforético da linha-quaseisogênica (NIL) C101A51, que contém o gene Pi-2. Verificou-se que 28 cultivares foram resistentes aos isolados inoculados, indicando que RG64 possui alta eficiência para a seleção de cultivares que contêm o gene Pi-2. Três marcadores microssatélites (RM) foram utilizados para verificar a presença do gene Pi-1 em 104 cultivares de arroz. Trinta cultivares, analisadas com RM254, apresentaram o mesmo perfil da NIL C104LAC, que contém o gene Pi-1. Verificou-se que 19 cultivares foram resistentes aos isolados inoculados. Três marcadores microssatélites foram utilizados para verificar a presença do gene Pi-11 em 104 cultivares de arroz. Oito cultivares, analisadas com RM210, apresentaram o mesmo perfil da NIL IR1529, que contém o gene Pi-11, mas somente uma foi resistente. Com exceção do RM254, os demais marcadores microssatélites tiveram baixa eficiência de seleção de cultivares com o mesmo perfil das NILs. Estes resultados indicam que o uso de marcadores moleculares pode ser útil para acelerar o processo de lançamento de cultivares com resistência à brusone. No entanto, ainda é preciso aumentar a eficiência de seleção, através de marcadores microssatélites com localização cromossomal mais próxima dos genes Pi-1 e Pi- 11. Em um futuro próximo, isto poderá ser possível com a disponibilização de mapas moleculares de maior resolução.

Análise das questões ergonomicas, qualidade de vida no trabalho, e diagnóstico sócio econômico que importam aos trabalhadores de uma empresa rural na formação de lavouras de arroz irrigado (Oryza Sativa L.) : um estudo de caso

Resumo não disponível.

Estudo da influência de manejos pós-colheita na incidência de fungos e micotoxinas no arroz (Oryza sativa L.)

Cerca de 15% da safra de arroz é perdida anualmente, principalmente em práticas inadequadas de pós-colheita. Nesse contexto, a avaliação de técnicas de secagem e armazenamento é necessária em função das perdas quali e quantitativas de grãos, resultantes do desenvolvimento de fungos. O objetivo desse trabalho foi analisar a contaminação fúngica e por micotoxinas do arroz submetido aos sistemas de secagem intermitente e estacionário, com armazenamento em sacaria e em silo-secador, avaliando o comportamento das principais variáveis de influência no processo. O trabalho foi realizado entre os meses de maio de 2003 a maio de 2004. As amostras de arroz com casca foram coletadas a cada dois meses, em duplicatas. Foram, ainda, analisadas amostras de arroz branco polido e parboilizado de ambos sistemas. O número de colônias de bolores e leveduras foi determinado e a capacidade produtora de micotoxinas dos isolados do gênero Aspergillus foi investigada. A detecção de aflatoxinas, ocratoxina A, zearalenona e citrinina foi realizada por cromatografia em camada delgada. Os grãos secados no sistema estacionário apresentaram maior contagem de colônias fúngicas. Enquanto no sistema intermitente, a contaminação foi mais uniforme ao longo do armazenamento. Predominaram representantes do gênero Penicillium nos dois sistemas, principalmente P. commune e P. islandicum. Entre os isolados do gênero Aspergillus, destacou-se A. flavus. Foram encontrados 7 (13, 20%) isolados de A.flavus produtores de aflatoxina B1, mas não foram detectadas micotoxinas nas amostras. A umidade dos grãos afetou significativamente a contaminação fúngica no manejo intermitente e no terço superior (altura 2) do silo-secador. A temperatura no interior do silo influenciou a contaminação no terço inferior (altura 1).

Danos de Ochetina uniformis (Pascoe, 1881) (Coleoptera, Erirhinidae, Erirhininae), sob diferentes níveis populacionais, na cultura de arroz irrigado (Oryza sativa L.)

O gorgulho Ochetina un!/Órmis é o principal inseto praga surgido nos últimos anos em arroz irrigado, no sul do Brasil, devido às perdas que causa à produtividade da cultura. Com o objetivo de investigar os danos do inseto na cultura de arroz irrigado, sob diferentes níveis~. populacionais de infestação, foi conduzido ensaio em campo experimental, na safra 2002/03. Para isso utilizou-se seis tratamentos: O, 2, 6, 12, 24 e 32 adultos/O,R 01:\ em delineamento de blocos casualizados com 4 repetições. O sistema de irrigação e drenagem foi individualizado. A cultivar IRGA 417, de ciclo curto. foi semeada com densidade de 80 sementes/mo Um desbaste foi feito aos 19 dias após a semeadura, permanecendo 200 plantas de tamanho uniforme, por unidade experimentaL A infestação foi realizada aos sete dias após o estabelecimento da lâmina de água, que correspondeu a 32 dias após a semeadura. As variáveis avaliadas foram número de folhas perfuràdas, ma.,<;saseca de folhas, estatura de plantas, número de panículas/m, número de grãoslpanícula, peso de mil grãos, esterilidade de grãos e produtividade de grãos. Observou-se redução da estatura e acamamento de plantas. A cada inseto/O)~ m2 estimou-se redução de 0,441 panículaslm, de 0,456 grãos/panícula e de produtividade equivaJente a 83,567 kglha. O percentual de redução da produtividade foi de I,OR% a cada inseto/1112.

Identificação de genes envolvidos na interação entre Magnaporthe grisea e arroz (Oryza sativa L.)

A brusone, causada pelo fungo Magnaporthe grisea (Hebert) Barr, é uma das mais importantes doenças da cultura do arroz. A resistência genética é a forma mais efetiva para o controle da doença. Os objetivos do presente trabalho foram: identificar genes envolvidos na resposta de resistência à infecção de M. grisea em arroz através das técnicas de expressão diferencial; obter e caracterizar uma biblioteca de cDNAs utilizando como modelo linhas quase-isogênicas de arroz (NILs = Near Isogenic Lines), contendo os genes de resistência Pi-1 e Pi-2; e avaliar e comparar a expressão diferencial de mRNAs, através dos cDNAs isolados em uma série de cultivares com resposta distinta à infecção de M. grisea. Foram identificados dois isolados com virulência diferencial para as NILs e um isolado para os cultivares. Os cDNAs relacionados à resistência do arroz à M. grisea foram identificados a partir de mRNAs isolados das NILs. Foram obtidos 30 fragmentos de cDNAs e 232 clones de cDNAs pelas técnicas de cDNA-AFLP e SSH, respectivamente. A análise das seqüências permitiu identificar genes envolvidos nos processos de metabolismo, transporte de íon inorgânico; transdução de sinais; fatores de transcrição; metabolismo de coenzima; conversão e produção de energia; metabolismo e transporte de carboidrato e biossíntese de proteína. Noventa clones isolados através da técnica de SSH foram selecionados e a expressão diferencial foi avaliada via hibridização em macroarranjos de cDNAs. A ausência de conservação entre os mRNAs diferencialmente expressos nas interações analisadas e a diversidade dos grupos de genes reflete a complexidade das respostas. A análise funcional in vivo desses genes poderá contribuir para utilização dos mesmos na obtenção de uma resistência de espectro amplo à brusone do arroz.

Araneofauna (Arachnida; Araneae) relacionada à cultura do arroz (Oryza sativa L.) e áreas adjacentes ao agroecossistema no município de Cachoeirinha, RS, Brasil

Com a intenção de conhecer a identidade e a diversidade da araneofauna relacionada com a cultura do arroz e as áreas entorno da lavoura, foi realizado um inventário, na Estação Experimental do Arroz (EEA), do Instituto Rio Grandense do Arroz (IRGA), Cachoeirinha, RS (50o58’21’’W; 29o55’30’’S), procurando contribuir com o conhecimento deste agroecossistema. Procurou-se avaliar a riqueza de espécies, abundância e similaridade da fauna de aranhas entre as formações e períodos escolhidos para a amostragem. Foram realizadas saídas de 20/10/2004 a 6/6/2005; o local de estudo (EEA) foi dividido em três áreas; a primeira um campo, que durante muitos anos foi utilizado para o cultivo do arroz, mas atualmente está “desativado” (em pousio), a segunda área a lavoura de arroz, subdividida em duas subáreas (arroz 1 e 2), e por fim, a terceira área na borda de um fragmento de mata próximo ao campo. Em cada área foram efetuadas coletas em transectos, dois em cada área, totalizando oito a cada coleta. Nos transectos foram realizadas coletas matinais utilizando a metodologia de rede de varredura (35 cm de diâmetro), para amostrar a araneofauna da vegetação herbácea e subarbustiva, tanto na cultura do arroz, no campo e na borda da mata. Em cada transecto foram efetuados 50 golpes com a rede em movimentos de avanço pendulares. Três períodos foram avaliados: antes do arroz ser semeado, durante o desenvolvimento do arroz e após a colheita. Foram coletadas um total de 2717 aranhas, incluindo jovens e adultos. A partir do exame de todas as amostragens realizadas, houve uma maior abundância de aranhas no campo, diferindo significativamente das outras áreas. A comunidade de aranhas das áreas estudadas constitui-se de 85 morfoespécies, pertencentes a 15 famílias, predominando, no geral, Oxyopidae, Araneidae e Tetragnathidae; no campo e borda ocorreu predomínio de Oxyopidae e no arroz (1 e 2) foi Araneidae. O grupo funcional com maior abundância de aranhas, que prevaleceu em todas as áreas, foi das caçadoras emboscadoras, seguido das construtoras de teias orbiculares. Entre as morfoespécies as mais abundantes foram: Oxyopes salticus Hentz, 1845, Alpaida veniliae (Keyserling, 1865) e Misumenops pallidus (Keyserling, 1880). A família que registrou o maior número de morfoespécies foi Linyphiidae. A única morfoespécie registrada em todos os períodos amostrais foi Oxyopes salticus, sendo a mais abundante no campo e borda; no arroz foi Alpaida veniliae. A maioria das morfoespécies foram raras, ocorrendo em somente uma ou duas coletas. Dos estimadores de riqueza de espécies o que mais se aproximou da riqueza observada foi Bootstrap nas áreas de campo (estimando 30,55 espécies; 85,1% das espécies amostradas), arroz 1 (31,41; 82,8%) e borda (79,02; 78,5%); no arroz 2 foi Chao 1 (39; 82,1%). Abundância e riqueza foram significativamente diferentes entre as áreas e os períodos. Ocorreu predomínio expressivo de aranhas jovens (imaturas). Entre as aranhas adultas, não existiu diferença significativa nos tamanhos médios entre as espécies das diferentes áreas. Dos fatores abióticos, somente a temperatura teve relação com a maior abundância na borda. Houve diferença significativa para a similaridade entre as áreas e os períodos. São apresentados aspectos da fenologia das morfoespécies mais abundantes registradas nesta pesquisa e outros resultados encontrados sugerem a importância de estudos da biodiversidade nos agroecossistemas.

Fertilizer distribution mechanisms and side dress nitrogen fertilization in upland rice under no-tillage system

Algumas culturas têm pouca adaptação ao sistema plantio direto (SPD), em vista da alta compactação da camada superficial do solo. Nesse caso, o mecanismo utilizado na semeadora para a abertura dos sulcos para deposição do fertilizante pode ter grande importância no sentido de facilitar a penetração das raízes. Avaliouse a influência do mecanismo de distribuição de fertilizante e da adubação nitrogenada na cultura do arroz de terras altas (Oryza sativa) no sistema plantio direto. O experimento foi conduzido nos anos agrícolas 2001/2002 e 2002/2003, em Botucatu-SP, Brasil. O delineamento experimental foi em blocos casualizados, com parcelas subdivididas e quatro repetições. As parcelas foram constituídas por dois mecanismos de distribuição de fertilizantes (haste sulcadora e disco duplo). Nas subparcelas, quatro níveis de N foram aplicados em cobertura (0, 40, 80 e 120 kg ha-1). Avaliou-se a profundidade de abertura do sulco e de deposição das sementes, a população de plantas, a altura de plantas, o número de colmos e de panículas m-2, o número total de espiguetas por panícula, a fertilidade das espiguetas, a massa de 1.000 grãos, a matéria seca da parte aérea, a produtividade e o teor de N na folha bandeira. O sucesso no estabelecimento da cultura do arroz de terras altas no SPD nas regiões de inverno seco do Brasil está diretamente ligado ao mecanismo de distribuição das semeadoras-adubadoras. A haste sulcadora promoveu maior profundidade de deposição de sementes, conseqüentemente reduzindo o estande, o número de panículas por área e a produtividade. A aplicação de N em cobertura no arroz de terras altas em SPD proporciona maiores produtividades quando a semeadura é realizada com mecanismo de disco duplo.