Monografias | Sistema para el control de las campañas de hibridación de la caña de azúcar en Cuba

ÍNDICE
Resumen.
Abstract.
Introducción.
Desarrollo.
    I. Fundamentación.
        Necesidad de un software.
        Procedimiento.
    II. Diseño de la base de datos.
        Diagrama Entidad Relación (E/R).
        Tablas y atributos.
        Grafo de dependencias.
        Restricciones adicionales.
        Necesidad de las tablas Históricos.
    III. El sistema.
        Diagrama de casos de uso del sistema.
Conclusiones
Recomendaciones.
Bibliografía.

RESUMEN
Este trabajo se realiza por la necesidad de una herramienta computacional para los fines específicos de la hibridación en caña de azúcar, con el objetivo de evitar que se cometan errores en el registro de las combinaciones empleadas y se realice un uso correcto de los progenitores de acuerdo a la fertilidad del polen evidenciada en el área de floración y fases que manifiesten en los distintos chequeos de floración.

El sistema debe almacenar toda la información generada en las campañas de cruzamiento, facilitando la toma de decisiones y diferentes alternativas de cruzamientos en caso de que ocurran problemas o anomalías con la sincronización de la floración de progenitores concebidos en el plan de cruzamiento, además se debe tener el control, por años y localidades, de los datos emanados de las campañas de hibridación. Se fundamentó la creación de un software que de respuesta a esta necesidad.

Se diseñó una base de datos relacional, utilizando el diagrama Entidad Relación para el modelado de los datos. Se diseñó e implementó un software que permita al usuario introducir todos los datos referentes a las campañas de cruzamiento, procesar los cruces y la distribución de las semillas y además se da la posibilidad de visualizar la información mediante una serie de reportes.

Palabras claves: Caña de azúcar, Flor, cruzamientos, base de datos, programa de computación.

Abstract: This work is carried out for the necessity of a software for the specific purpose of the hybridization in sugar cane, with the objective of avoiding errors in the registration of the used combinations and be carried out a correct use of the progenitors according to the fertility of the pollen evidenced in the flowering area and phases that manifest in the different flowering checkups. The system should store all the information generated in the crossing campaigns, facilitating the taking of decisions and different crossing alternatives in case they happen problems or anomalies with the synchronization of the flowering of progenitors conceived in the crossing plan, the control should also be had, for years and locality of the emanated data of the hybridization campaigns. The creation of a software was based that of answer to this necessity. A database was designed, using the diagram Entity Relationship for the modeling of the data. It was designed and it implemented software that allows the user to introduce all the relating data to the crossing campaigns, process the crossings and the distribution of the seeds and the possibility is also given of visualizing the information by series of reports.

INTRODUCCIÓN
La hibridación es la acción y efecto del cruzamiento entre individuos de diferente constitución genética. No fue hasta 1908 que George Shull dio con un arma biológica para evitar que los agricultores guardaran y desarrollaran sus propias semillas. Se llamó «hibridación», un maravilloso eufemismo que hizo pensar a los agricultores que cruzando dos plantas lejanamente emparentadas, podría crearse un «vigor híbrido» capaz de mejorar las cosechas, hasta el punto de hacer que la esterilidad de la semilla resultante -lo que significa que no puede ser replantada- fuera rentable económicamente (Kumpatla et al., 1998).

El trabajo de hibridación constituye la base de todo Programa de Mejora. La campaña de hibridación en Cuba se realiza en 2 localidades del país (Sancti Spíritus y Holguín), bajo condiciones naturales.

La ausencia de automatización en la sincronización de la floración, provoca que se cometan errores en el registro de las combinaciones empleadas y no se realice un uso correcto de los progenitores de acuerdo a la fertilidad del polen evidenciada en el área de floración y fases que manifiesten en los distintos chequeos de floración.

Con la utilización de un software se logra la automatización de toda la información necesaria para el desarrollo y ejecución de las campañas, así como el control por años y localidades de los datos emanados de las campañas de hibridación.

DESARROLLO
I. FUNDAMENTACIÓN
El mejoramiento moderno, dispone de diferentes métodos para obtener nuevas variedades de plantas, que se adapten a las condiciones concretas de la agricultura contemporánea, para satisfacer las necesidades de la población. La obtención de una variedad de caña de azúcar requiere de un riguroso proceso, el cual se inicia con la selección de los progenitores y termina con la obtención de una nueva variedad que será más productiva que las existentes.

La complejidad en la ejecución de los cruces está en dependencia del número de progenitores que se maneje, las localidades conque se trabaja y la cantidad de cruces que se pretendan realizar de acuerdo a un programa previamente establecido donde juega un papel primordial la información acumulada y la experiencia de los investigadores que elaboran el programa en estrecha relación con los que le dan cumplimiento.

Entre las semanas 4 a la 6, se encuentran florecidos el mayor número de progenitores, llegando a más de 500 en un mismo día. Ver gráfico 1.

Gráfico 1: Número de variedades florecidas en cada semana por años

Todo esto hace que el trabajo de determinar entre ellos cuales se deben cruzar y que a la vez respondan a los programas establecidos hacen difícil las decisiones las cuales tienen que ser rápidas, pues la floración continúa su desarrollo, el sexo agrega más complejidad al problema el cual también esta asociado con factores genéticos y ambientales.

Necesidad de un software:
Por tanto es necesario el desarrollo de una herramienta que pueda ayudar a los que se enfrentan a esta problemática, es decir, un sistema desarrollado para los fines específicos de la hibridación, con el objetivo de obtener resultados superiores.

El sistema debe almacenar toda la información generada, lo cual daría la posibilidad de ir ganado en eficiencia cada año, facilitaría los valores de los progenitores por año, localidad y otros indicadores de manejo dentro de los cruces.

La utilidad de este sistema estaría dada por la automatización de toda la información necesaria para el desarrollo y ejecución de la campaña, así como el control de la que fluye durante el proceso de hibridación, facilitando la toma de decisiones y diferentes alternativas de cruzamientos en caso de que ocurra problemas o anomalías con la sincronización de la floración o no floración de progenitores concebidos en el plan de cruzamiento.

El control por años y localidades de los datos emanados de las campañas de hibridación como son:
· Las combinaciones utilizadas.
· Progenitores florecidos.
· Período de floración.
· Fertilidad del polen.
· Progenitores empleados.
· Orígenes básicos de los progenitores.
· Porcentaje de utilización respecto a la colección de germoplasma y a los individuos disponibles en los lotes de hibridación.
· Condiciones climatológicas existentes, entre otros.

Permitir establecer comparaciones entre combinaciones utilizadas y posturas por diferentes criterios y aunar experiencias que permitan cambiar y mejorar los planes de cruzamientos, y de esta forma contribuir a aumentar la variabilidad genética de las poblaciones.

Además de poderse tomar decisiones en cuanto a la introducción de genotipos, formas originales e híbridos que permitan contar con nuevos progenitores que garanticen la continuidad en la obtención de nuevas variedades con resistencia a enfermedades y de buen desarrollo agroazucarero en las diferentes zonas edafoclimáticas del país.

Calcular además la cantidad de gramos de semillas por cruces, la cantidad de posturas por cruces, el total de posturas obtenidas y su distribución por provincia, permitiendo analizar en cada campaña las combinaciones utilizadas y así tomar las medidas para garantizar que las próximas sean más eficientes.

Con la información almacenada en la base de datos se podrían realizar análisis estadísticos descriptivos que permitan caracterizar progenitores, combinaciones, realizar estudios de floración por localidad y su relación con años y genotipos, estudios de frecuencia, entre otros.

Procedimiento
1. Elaboración del programa de cruces
El programa de cruzamiento se elabora sobre la base del potencial genético del Banco de Germoplasma, la información acumulada sobre los progenitores y estudios de las progenies y la experiencia de los investigadores, dirigiéndose en tres sentidos fundamentales:
· Cruzamientos para la obtención de variedades comerciales.
· Cruzamientos exploratorios con vista a mantener una renovación sistemática de las combinaciones comprobadas y por consiguiente renovar la variabilidad genética que explota.
· Cruzamientos con fines genéticos para la búsqueda de nuevas fuentes de variación.
2. De acuerdo al programa de cruzamiento se siembran las variedades solicitadas en las localidades de acuerdo al nivel de floración de cada una de ellas.
3. Chequeo de floración:
Estos se realizan a partir del mes de octubre con frecuencia semanal, donde se revisan las diferentes fases visuales de la flor. Estas fases son:
· Alargamiento, Hoja bandera, Inicio, Hembra, Macho, Fin de la floración
Las fases de alargamiento, hoja bandera y fin de la floración se evalúan de forma cualitativa pero el resto debe evaluarse de forma cuantitativa, es decir, cuantos tallos se encuentran en esta fase.
4. Análisis de la fertilidad del polen:
Antes de utilizar una variedad para someterla a cruzamiento es necesario conocer la fertilidad del polen; esta determinación permite decidir su uso como progenitor masculino o femenino a partir del porcentaje de polen viable presente en la muestra. Este se calcula dividiendo la cantidad de granos fértiles entre el total de polen recolectado.
5. Montaje del cruce:
Una vez decidido que variedad se utilizará como macho y cual como hembra se procede al montaje del cruce.
6. Cosecha:
Cuando la panícula madura se realiza la cosecha. Las panículas femeninas se extraen del gorro colocándose en el interior del cartucho para cosecha. En este momento es imprescindible presillar la tarjeta de identificación del cruce y anotar en el propio cartucho los datos fundamentales para evitar posibles errores en el manejo posterior.
7. Beneficio de la semilla:
· Secado: Se realiza a 35° C en dos momentos, un primer secado 24 horas luego de la cosecha y un segundo secado, antes del almacenamiento.
· Despalille: Se realiza en condiciones de temperatura y humedad bajas. Consiste en desprender las florecillas o semillas del resto de las partes de las flores.
· Pesado: Se pesan el total de semillas obtenidas en cada combinación y se toman 1 gramo de cada una para realizar las pruebas de germinación.
· Prueba de germinación: Esta se realiza en cámaras germinadoras a 38° C y entre 70 % y 80 % de humedad relativa. Este proceso dura entre 7 y 9 días, luego se cuentan las posturas germinadas.
· Estimado de posturas por gramos: Luego de conocer los resultados de la prueba de germinación y el peso de la semilla se efectuará el estimado de las posturas a obtener, multiplicando la cantidad de posturas que germinaron por la cantidad total de gramos del cruce.
8. Distribución:
Se distribuye de la semilla de acuerdo a la solicitud de los clientes. El excedente de semilla se almacena en condiciones de temperatura y humedad bajas con el objetivo de utilizarla en otras campañas.

II. DISEÑO DE LA BASE DE DATOS
Se necesita una base de datos, para el control de la información, que permita registrar y almacenar la información necesaria para el desarrollo y ejecución de la campaña de hibridación, así como su control, facilitando la toma de decisiones, ofrecer el período de floración de progenitores a emplear en la campaña, indicar cuándo, dónde y con quién se deben realizar los cruzamientos, no dejando al azar estas decisiones, facilitando al mejorador el desarrollo de la campaña.

Además se debe tener el control, por años y localidades, de los datos emanados de las campañas de hibridación. Entre estos datos están combinaciones utilizadas, progenitores florecidos, período de floración, fertilidad del polen, período óptimo de floración, progenitores usados como femenino, masculino y en ambos sentidos, origen genético y geográfico de los progenitores, los individuos disponibles en lotes de hibridación, etc.

La base de datos debe permitir además, conocer la cantidad de gramos de semillas por cruce, la cantidad de posturas por cruce, el total de posturas obtenidas y su distribución, permitiendo analizar en cada campaña las combinaciones utilizadas y así tomar las medidas para garantizar que las próximas sean más eficientes.

Diagrama Entidad Relación (E/R).
A partir de las especificaciones anteriores y de lo analizado en el capítulo 1 se obtuvo el diagrama Entidad/Relación de la base de datos. Ver figura 1

Figura 1. Diagrama Entidad Relación (E/R).

Tablas y atributos
· BancoGermoplasma (Variedad, prf, prm, ori, Cat, fet,, Pob, dta, lta, BTa, PTe, bmd, pmd, btaz, ptaz, ard, cfb, Tch, PolTh, Pg, Cca, HcR, Des, Cta, Fen, Rcr, Fym, esp, RaE, FdW, Fau, FLí, Hac, FNu, Nhp, CYm, IFl, Ffl, Pfl, Pym, Roy, Car, Mos, RCD, Rpr, RPo, REF, RyL, Rmo, Rrr, Rma, Rbo)
· Asentamiento: (ClaveAsentamiento, MetrosLineales, TotalTallos)
· ProgramaCruce: (IdCruce, Hembra, Macho)
· Cliente: (IdCliente, NombreCliente, Dirección, Teléfono, Email)
· Chequeo: (Fecha, ClaveAsentamiento, Alargamiento, HojaBandera, Inicio, Hembra, Macho, Termino, FertilidadPolen)
· SeSiembra: (ClaveAsentamiento, Variedad, Cepa)
· MontajeCruce: (IdCruce, ClaveAsentamientoHembra, ClaveAsentamientoMacho, TecnicaHembra, TecnicaMacho, FechaMontaje, FechaCosecha, FechaSecado, FechaDespalille, PesoCruce, FechaPrueba, FechaConservación, PosturasGerminaron)
· SolicitaCruce: (IdCruce,IdCliente, Objetivo)
· Distribución: (IdCliente, Fecha, Peso, IdCruce)

Grafo de dependencias.
En el grafo de dependencias se pueden ver las tablas creadas y las relaciones establecidas. Ver figura 2.


Figura 2. Grafo de Dependencia

Restricciones adicionales.
Fue necesario definir una serie de restricciones para garantizar que los datos almacenados sean correctos:
1. El nombre de las campañas solo debe contener números con 8 dígitos.
2. En la tabla Asentamiento la cantidad de tallos de una variedad tiene que ser mayor que 0.
3. En la tabla Asentamiento los metros lineales que ocupa una variedad tiene que ser mayor que 0
4. En la tabla Chequeo la fecha de los chequeos de floración tiene que estar en un rango entre 01/01/1986 y 12/31/año actual.
5. En la tabla distribución la fecha de las distribuciones tiene que estar en un rango entre 01/01/1986 y 12/31/año actual.
6. En la Tabla MontajeCruce las fechas de montaje, cosecha, secado, despalille, prueba de germinación y conservación deben estar entre 01/01/1986 y 12/31/año actual.
7. En la tabla MontajeCruce la fecha de montaje del cruce tiene que ser menor que la fecha de cosecha del cruce.
8. En la tabla MontajeCruce la fecha de cosecha del cruce tiene que ser menor o igual que la fecha de secado del cruce.
9. En la tabla MontajeCruce la fecha secado del cruce tiene que ser menor que la fecha de despalille.
10. En la tabla MontajeCruce la fecha de despalille tiene que ser menor o igual que la fecha de la prueba de germinación.
11. En la tabla MontajeCruce la fecha de la prueba de germinación tiene que ser menor o igual que la fecha de conservación del cruce.
12. En la tabla MontajeCruce la técnica usada para el macho tiene que ser Margullo o Solución.
13. En la tabla MontajeCruce la técnica usada para la hembra tiene que ser In Situ, Mota, Margullo o Solución.
14. En la tabla Chequeo los valores de la etapa de alargamiento solo pueden ser Pocos, Algunos o Muchos.
15. En la tabla Chequeo los valores de la etapa de hoja bandera solo pueden ser Pocos, Algunos o Muchos.
16. En la Tabla SolicitaCruce el objetivo del cruce solo puede ser:
17. En la tabla Cliente la dirección, el teléfono y el correo electrónico tienen que ser únicos.
18. En la tabla SeSiembra el tipo de cepa solo puede ser: Caña Planta, Retoño 1, Retoño 2, Retoño 3 o Retoño 4.

Necesidad de las tablas Históricos:
Es necesario tener el control de toda la información de las campañas de hibridación con el objetivo de realizar comparaciones entre las combinaciones utilizadas en diferentes campañas, su fertilidad, cantidad de posturas obtenidas, cruces más solicitados etc.; para poder mejorar los planes de cruzamiento y aumentar la variabilidad genética de las poblaciones de caña de azúcar. Además se podrían realizar análisis estadísticos descriptivos que permitan caracterizar progenitores, combinaciones, realizar estudios de floración por localidad y su relación con años y genotipos.

Para guardar la información necesaria de todas las campañas se construyeron varias tablas históricas:
HISTORICOASENTAMIENTO:
Esta tabla representa las variedades dentro de un lote en cada campaña. Tiene como atributos el nombre de la campaña, la clave de asentamiento de la variedad, el nombre de la Variedad, los metros lineales que ocupa en el lote y la cantidad de tallos por variedad.

HISTORICOPROGRAMACRUCE:
Esta tabla representa los programas de cruces solicitados en cada una de las campañas. Tiene como atributos el nombre de la campaña, el nombre del cliente que solicita el cruce, el nombre de la variedad que utiliza como Hembra, el nombre de la variedad que se utiliza como Macho y el objetivo del cruce.

HISTORICOCHEQUEO:
Esta tabla representa el chequeo de floración realizado semanalmente a las variedades en cada campaña. Tiene como atributos el nombre de la campaña, la clave de asentamiento de la variedad, el nombre de la variedad, la fecha de los chequeo, la cantidad de tallos en fase de alargamiento, la cantidad de tallos en fase de hoja bandera, la cantidad de tallos en fase de inicio, la cantidad de tallos en fase de hembra, la cantidad de tallos en fase de macho, la cantidad de tallos que terminaron de florecer y la fertilidad del polen de cada variedad.

HISTORICOMONTAJECRUCE:
Esta tabla representa el montaje de los cruces en cada campaña. Tiene como atributos el nombre de la campaña, la identificación del cruce que se monta, la clave de asentamiento de la variedad hembra, la clave de asentamiento de la variedad macho, la técnica empleada para el montaje de la hembra, la técnica empleada para el montaje del macho, la fecha del montaje del cruce, la fecha de cosecha del cruce, la fecha de secado del cruce, fecha de despalille del cruce, el peso total del cruce, fecha de la prueba de germinación, fecha de la conservación del cruce y la cantidad de posturas que germinaron en la prueba de germinación.

HISTORICODIST/CLIENTE:
Esta tabla representa a quien se le distribuye la semilla obtenida en los cruces realizados en cada campaña. Tiene como atributos el nombre de la campaña, el nombre del cliente, la fecha de distribución de la semilla, el peso del envío y la identificación del cruce.

CAMPAÑAS:
Esta tabla representa el nombre de la campaña de hibridación que se efectuará. Tiene como atributo el nombre de la campaña.

III. EL SISTEMA.
Se diseñó un software que permita al usuario introducir todos los datos referentes a las campañas de cruzamiento, procesar los cruces y la distribución de las semillas y además incluirá una serie de reportes para la salida de la información.
La interfaz general del sistema tendrá un menú principal que se diseñó teniendo en cuenta el tipo de información que se maneje.
· Menú Configuración de trabajo:
En el que se agrupan varias ventanas que permiten introducir la información necesaria para el comienzo de las campañas de hibridación. Además contiene un submenú con los reportes para la salida de la información generada en esta etapa. Tiene también la opción “Terminar campaña”, que guarda toda la información de la campaña anterior y prepara las condiciones para la nueva campaña, y la opción “Salir”, para cerrar el sistema.
· Menú Área de floración:
Aquí se agrupan las ventanas para que el usuario del sistema pueda procesar los datos referentes al área de floración como el asentamiento de las variedades en los lotes de hibridación y los chequeos de floración realizados a cada variedad. En este menú también se localiza un submenú con una serie de reportes que permiten visualizar o imprimir datos referentes al área de floración.
· Menú Área de cruzamiento:
Donde se localizan una ventana que permite al usuario ejecutar los cruces que estén listos según el programa de cruces y otra para introducir los datos del montaje de cada cruce. Contiene un submenú con un grupo de reportes con la información relacionada con el área de cruzamiento.
· Menú Distribución:
Que contiene la ventana en la cual se procesan los datos de cada distribución de semillas, con un submenú donde se incluyen los reportes para mostrar o imprimir la distribución hecha en la campaña actual y la distribución realizada en campañas anteriores.
· Menú de ayuda:
Posee la ayuda al usuario del sistema y los créditos del mismo.
Casos de uso del Sistema.
Se reconocieron dos actores del sistema y los casos de uso que se muestran en la tabla 1: Técnico en mejoramiento genético e investigador en mejoramiento genético.


Tabla 1 Actores y casos de uso del sistema

Diagrama de casos de uso del sistema.
Los casos de uso están divididos en configuración de trabajo, área de floración, área de cruzamiento y distribución que se muestran en la figura 3.


Figura. 3 Diagrama de Casos de uso del sistema.

CONCLUSIONES
· Al revisar la literatura se encontró que en el mundo existen algunos software para estos fines, pero que no se ajustan a las características de las campañas de hibridación en nuestro país.
· La importancia y la necesidad de este software está fundamentada plenamente por la complejidad de los cruzamientos de la caña de azúcar en Cuba.
· Se utilizó el modelo Entidad Relación (E/R) para el modelado de los datos partiendo de las especificaciones de los requisitos de la base de datos para realizar el diseño conceptual.
· Se desarrolló un sistema capaz de dar respuesta a la necesidad actual de automatizar las campañas de hibridación de la caña de azúcar. Además de mantener los datos históricos de las campañas anteriores para estudios comparativos que ayuden a mejorar los planes de cruzamiento y aumentar la variabilidad genética de las poblaciones de caña de azúcar, también se da la posibilidad de visualizar la información mediante reportes.

RECOMENDACIONES
· Utilizar la solución de este problema en las campañas de cruzamiento que se realizan en el Centro Nacional de Hibridación de la Caña de Azúcar, ubicado en la provincia de Sancti Spíritus, y en la Estación Provincial de Investigación de la Caña de Azúcar de Holguín.

BIBLIOGRAFÍA
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AUTORES
Osmany Cruz Coca
Ramiro Pérez Vázquez
Victor Caraballoso T.
Yumaris Sambrano
Aldo Valencia,
Isaías Machado
Héctor J. Suárez.

Dirección: Centro Nacional de Hibridación de la Caña de Azúcar. Carretera Tres Palmas, km. 1 1/2, Guayos, Sancti Spíritus, Cuba. E-mail: centrohib@epica.ss.minaz.cu

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