Published April 5, 2021 | Version v1
Publication Open

Towards an ideotype for food-fuel dual-purpose wheat in Argentina with focus on biogas production

Creators

  • 1. National University of Mar del Plata
  • 2. National Agricultural Technology Institute
  • 3. Instituto de Agrobiotecnología del Litoral
  • 4. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas

Description

Abstract Background Wheat straw, one of the most abundant agricultural residues worldwide, can be used to produce biogas, which is considered one of the most efficiently produced renewable energies. Wheat grown with the dual-purpose of producing food and biogas should display simultaneously high grain and straw yields, low lodging susceptibility and high conversion efficiency of straw into biogas. The aims of this study were to determine the best food-fuel dual-purpose wheat candidates among 36 wheat genotypes—including French, CIMMYT and local ( Criollo ) germplasm—used in breeding programs in Argentina and to gain some insights into the relationships between key traits relevant for dual-purpose wheat genotypes. Results High variability in individual key traits for dual-purpose wheat ideotype has been found. Genotypes of French origin displayed the highest grain yield, and those of CIMMYT origin, the lowest straw yield. Genotypes of Criollo origin showed the highest lodging susceptibility, and French ones, the lowest. Straw yield was positively correlated with grain yield in all genotypes, and negatively correlated with plant height in genotypes of Criollo origin. Straw conversion into biogas was measured in terms of the biogas potential production and kinetic parameters B max (maximum specific biogas production) and k (first-order kinetic constant) were analyzed. All key traits were analyzed together by a principal component analysis. Baguette 31 and SNR Nogal, two genotypes of French origin, showed high grain yield, high-to-very high straw yield, low lodging susceptibility, and moderate-to-high B max and k . Buck Guapo and Buck Baqueano, two genotypes of Criollo origin, displayed good values for grain yield, straw yield and B max and k . However, their high lodging susceptibility precludes their production in shallow soils or high-input systems. Lastly, some old genotypes (e.g. Klein Atlas) harbored a good combination of all key traits and could prove valuable to be included in future breeding programs for dual-purpose wheat. Conclusions While none of the genotypes excelled in every key trait, a few candidates showed potential for dual-purpose ideotype, particularly Baguette 31 and SNR Nogal. The challenge lays in gathering all attributes for food and 2G fuel in the same genotype.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يمكن استخدام قش القمح، أحد أكثر المخلفات الزراعية وفرة في جميع أنحاء العالم، لإنتاج الغاز الحيوي، الذي يعتبر أحد أكثر الطاقات المتجددة المنتجة بكفاءة. يجب أن يُظهر القمح المزروع لغرض مزدوج وهو إنتاج الغذاء والغاز الحيوي غلة عالية من الحبوب والقش في وقت واحد، وقابلية منخفضة للسكن وكفاءة تحويل عالية للقش إلى غاز حيوي. كانت أهداف هذه الدراسة هي تحديد أفضل مرشحي القمح ثنائي الغرض للوقود الغذائي من بين 36 نمطًا وراثيًا للقمح - بما في ذلك الفرنسية و CIMMYT والبلازما الوراثية المحلية ( Criollo ) - المستخدمة في برامج التربية في الأرجنتين واكتساب بعض الأفكار حول العلاقات بين السمات الرئيسية ذات الصلة بالأنماط الوراثية للقمح ثنائي الغرض. النتائج تم العثور على تباين كبير في السمات الرئيسية الفردية لنمط القمح المزدوج الغرض. أظهرت الأنماط الجينية ذات الأصل الفرنسي أعلى محصول من الحبوب، وتلك ذات الأصل CIMMYT، وأدنى محصول من القش. أظهرت الأنماط الجينية من أصل كريولو أعلى قابلية للإقامة، والفرنسيين، الأدنى. ارتبط محصول القش ارتباطًا إيجابيًا بمحصول الحبوب في جميع الأنماط الجينية، وارتبط سلبًا بارتفاع النبات في الأنماط الجينية من أصل كريولو. تم قياس تحويل القش إلى غاز حيوي من حيث الإنتاج المحتمل للغاز الحيوي وتم تحليل المعلمات الحركية B max (الحد الأقصى لإنتاج الغاز الحيوي المحدد) و k (الثابت الحركي من الدرجة الأولى). تم تحليل جميع السمات الرئيسية معًا من خلال تحليل المكون الرئيسي. أظهر الرغيف الفرنسي 31 و SNR Nogal، وهما نوعان جينيان من أصل فرنسي، إنتاجية عالية من الحبوب، وإنتاجية عالية من القش، وقابلية منخفضة للسكن، و B max و k معتدلة إلى عالية. أظهر باك غوابو وباك باكيانو، وهما نوعان جينيان من أصل كريولو، قيمًا جيدة لمحصول الحبوب ومحصول القش و B max و k . ومع ذلك، فإن قابليتها العالية للسكن تمنع إنتاجها في التربة الضحلة أو الأنظمة عالية المدخلات. أخيرًا، كانت بعض الأنماط الجينية القديمة (مثل Klein Atlas) تحتوي على مزيج جيد من جميع السمات الرئيسية ويمكن أن تثبت قيمتها لإدراجها في برامج التكاثر المستقبلية للقمح ثنائي الغرض. الاستنتاجات في حين لم يتفوق أي من الأنماط الجينية في كل سمة رئيسية، أظهر عدد قليل من المرشحين إمكانية وجود نمط إيديولوجي مزدوج الغرض، لا سيما الرغيف الفرنسي 31 و SNR Nogal. يكمن التحدي في جمع جميع سمات الطعام ووقود 2G في نفس النمط الجيني.

Translated Description (French)

Résumé Contexte La paille de blé, l'un des résidus agricoles les plus abondants au monde, peut être utilisée pour produire du biogaz, considéré comme l'une des énergies renouvelables les plus efficaces. Le blé cultivé avec le double objectif de produire de la nourriture et du biogaz devrait afficher simultanément des rendements élevés en céréales et en paille, une faible sensibilité au logement et une efficacité élevée de conversion de la paille en biogaz. Les objectifs de cette étude étaient de déterminer les meilleurs candidats de blé à double usage aliment-carburant parmi 36 génotypes de blé - y compris le matériel génétique français, CIMMYT et local ( Criollo ) - utilisés dans les programmes de sélection en Argentine et d'obtenir des informations sur les relations entre les traits clés pertinents pour les génotypes de blé à double usage. Résultats Une grande variabilité dans les traits clés individuels pour l'idéotype du blé à double usage a été trouvée. Les génotypes d'origine française présentaient le rendement céréalier le plus élevé, et ceux d'origine CIMMYT, le rendement en paille le plus faible. Les génotypes d'origine Criollo présentaient la plus forte susceptibilité à l'hébergement, et les français, la plus faible. Le rendement en paille était en corrélation positive avec le rendement en grains dans tous les génotypes et en corrélation négative avec la hauteur de la plante dans les génotypes d'origine Criollo. La conversion de la paille en biogaz a été mesurée en termes de production potentielle de biogaz et les paramètres cinétiques B max (production maximale de biogaz spécifique) et k (constante cinétique de premier ordre) ont été analysés. Tous les traits clés ont été analysés ensemble par une analyse en composantes principales. La baguette 31 et le SNR Nogal, deux génotypes d'origine française, ont montré un rendement céréalier élevé, un rendement en paille élevé à très élevé, une faible sensibilité au logement et des B max et k modérés à élevés. Buck Guapo et Buck Baqueano, deux génotypes d'origine Criollo, ont affiché de bonnes valeurs pour le rendement en céréales, le rendement en paille et B max et k. Cependant, leur forte susceptibilité à l'hébergement empêche leur production dans des sols peu profonds ou des systèmes à haute teneur en intrants. Enfin, certains génotypes anciens (par exemple Klein Atlas) présentaient une bonne combinaison de tous les traits clés et pourraient s'avérer utiles pour être inclus dans les futurs programmes de sélection du blé à double usage. Conclusions Bien qu'aucun des génotypes n'excelle dans tous les traits clés, quelques candidats ont montré un potentiel d'idéotype à double usage, en particulier Baguette 31 et SNR Nogal. Le défi consiste à rassembler tous les attributs pour la nourriture et le carburant 2G dans le même génotype.

Translated Description (Spanish)

Antecedentes La paja de trigo, uno de los residuos agrícolas más abundantes en todo el mundo, se puede utilizar para producir biogás, que se considera una de las energías renovables producidas de manera más eficiente. El trigo cultivado con el doble propósito de producir alimentos y biogás debe mostrar simultáneamente altos rendimientos de grano y paja, baja susceptibilidad de alojamiento y alta eficiencia de conversión de la paja en biogás. Los objetivos de este estudio fueron determinar los mejores candidatos a trigo de doble propósito para combustible alimentario entre 36 genotipos de trigo, incluido el francés, el CIMMYT y el germoplasma local ( Criollo ), utilizados en programas de mejoramiento en Argentina y obtener algunos conocimientos sobre las relaciones entre los rasgos clave relevantes para los genotipos de trigo de doble propósito. Resultados Se ha encontrado una alta variabilidad en los rasgos clave individuales para el ideotipo de trigo de doble propósito. Los genotipos de origen francés mostraron el mayor rendimiento de grano, y los de origen CIMMYT, el menor rendimiento de paja. Los genotipos de origen criollo mostraron la mayor susceptibilidad de alojamiento, y los franceses, la menor. El rendimiento de la paja se correlacionó positivamente con el rendimiento del grano en todos los genotipos y se correlacionó negativamente con la altura de la planta en los genotipos de origen criollo. La conversión de la paja en biogás se midió en términos de la producción potencial de biogás y se analizaron los parámetros cinéticos Bmax (producción máxima específica de biogás) y k (constante cinética de primer orden). Todos los rasgos clave se analizaron juntos mediante un análisis de componentes principales. Baguette 31 y SNR Nogal, dos genotipos de origen francés, mostraron un alto rendimiento de grano, un rendimiento de paja de alto a muy alto, una baja susceptibilidad al alojamiento y B max y k de moderado a alto. Buck Guapo y Buck Baqueano, dos genotipos de origen criollo, mostraron buenos valores de rendimiento de grano, rendimiento de paja y B max y k . Sin embargo, su alta susceptibilidad de alojamiento impide su producción en suelos poco profundos o sistemas de alto insumo. Por último, algunos genotipos antiguos (por ejemplo, Klein Atlas) albergaban una buena combinación de todos los rasgos clave y podrían resultar valiosos para ser incluidos en futuros programas de mejoramiento de trigo de doble propósito. Conclusiones Si bien ninguno de los genotipos sobresalió en todos los rasgos clave, algunos candidatos mostraron potencial para el ideotipo de doble propósito, particularmente Baguette 31 y SNR Nogal. El desafío radica en reunir todos los atributos para alimentos y combustible 2G en el mismo genotipo.

Files

s13068-021-01941-x.pdf

Files (1.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f81ef7a693ec8e64b8f50d8f6c969268
1.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نحو نموذج مثالي للقمح ثنائي الغرض الذي يعمل بالوقود الغذائي في الأرجنتين مع التركيز على إنتاج الغاز الحيوي
Translated title (French)
Vers un idéotype du blé à double usage pour l'alimentation en Argentine en mettant l'accent sur la production de biogaz
Translated title (Spanish)
Hacia un ideotipo para el trigo alimentario-combustible de doble propósito en Argentina con enfoque en la producción de biogás

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3148169764
DOI
10.1186/s13068-021-01941-x

Is supplement to
https://openalex.org/W4390262993 (Other)
https://openalex.org/W4372193691 (Other)
https://openalex.org/W3193688827 (Other)
https://openalex.org/W2979400123 (Other)
https://openalex.org/W2899380213 (Other)
https://openalex.org/W2355881457 (Other)
https://openalex.org/W2067823209 (Other)
https://openalex.org/W2028879480 (Other)
https://openalex.org/W1598144427 (Other)
https://openalex.org/W1498746317 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1096860570
  • https://openalex.org/W1480837207
  • https://openalex.org/W1534484815
  • https://openalex.org/W1561908295
  • https://openalex.org/W1929113992
  • https://openalex.org/W1964239160
  • https://openalex.org/W1968393107
  • https://openalex.org/W1969072675
  • https://openalex.org/W1975973390
  • https://openalex.org/W1978926091
  • https://openalex.org/W1980274213
  • https://openalex.org/W1981639886
  • https://openalex.org/W1982335643
  • https://openalex.org/W1984276885
  • https://openalex.org/W1987951391
  • https://openalex.org/W1990509402
  • https://openalex.org/W1991129620
  • https://openalex.org/W1994199094
  • https://openalex.org/W1996487180
  • https://openalex.org/W2010169624
  • https://openalex.org/W2015177735
  • https://openalex.org/W2017030462
  • https://openalex.org/W2017387095
  • https://openalex.org/W2018166597
  • https://openalex.org/W2020439104
  • https://openalex.org/W2023413516
  • https://openalex.org/W2024600249
  • https://openalex.org/W2025213588
  • https://openalex.org/W2025754004
  • https://openalex.org/W2033680757
  • https://openalex.org/W2040062305
  • https://openalex.org/W2040951356
  • https://openalex.org/W2043270388
  • https://openalex.org/W2044613557
  • https://openalex.org/W2046533454
  • https://openalex.org/W2056361773
  • https://openalex.org/W2057505471
  • https://openalex.org/W2058102751
  • https://openalex.org/W2059780871
  • https://openalex.org/W2060651715
  • https://openalex.org/W2063427034
  • https://openalex.org/W2073278083
  • https://openalex.org/W2074475752
  • https://openalex.org/W2081425013
  • https://openalex.org/W2081466475
  • https://openalex.org/W2083495093
  • https://openalex.org/W2089274821
  • https://openalex.org/W2095746737
  • https://openalex.org/W2114130120
  • https://openalex.org/W2116096536
  • https://openalex.org/W2130940931
  • https://openalex.org/W2132180631
  • https://openalex.org/W2142504793
  • https://openalex.org/W2144321424
  • https://openalex.org/W2168128200
  • https://openalex.org/W2210385073
  • https://openalex.org/W2306621254
  • https://openalex.org/W2344599818
  • https://openalex.org/W2410347103
  • https://openalex.org/W2464262612
  • https://openalex.org/W2465120140
  • https://openalex.org/W2471997905
  • https://openalex.org/W2501348247
  • https://openalex.org/W2527764806
  • https://openalex.org/W2557922065
  • https://openalex.org/W2767137727
  • https://openalex.org/W2777406321
  • https://openalex.org/W2803865144
  • https://openalex.org/W2804714086
  • https://openalex.org/W2864874706
  • https://openalex.org/W2878347663
  • https://openalex.org/W2889188428
  • https://openalex.org/W2911557696
  • https://openalex.org/W2913932431
  • https://openalex.org/W2915311130
  • https://openalex.org/W2916214253
  • https://openalex.org/W2930956729
  • https://openalex.org/W2947699152
  • https://openalex.org/W2962787792
  • https://openalex.org/W2975419341
  • https://openalex.org/W2981814471
  • https://openalex.org/W3016462847
  • https://openalex.org/W4239964409
  • https://openalex.org/W4249057659
  • https://openalex.org/W653238566