RELACIÓN AMONIO/NITRATO EN LA PRODUCCIÓN DE HIERBAS

Transcripción

Agricultura Técnica en México Vol. 35 Núm.1 1 de enero- 31 de marzo 2009 p. 5-11
RELACIÓN AMONIO/NITRATO EN LA PRODUCCIÓN DE HIERBAS AROMÁTICAS
EN HIDROPONÍA*
AMMONIUM/NITRATE RATIO IN THE PRODUCTION OF AROMATIC HERBS IN HYDROPONICS
José Luis González García1, María de las Nieves Rodríguez mendoza1§, Prometeo Sánchez García1 y Elda Araceli gaytán
Acuña2
Posgrado en Edafología-Nutrición Vegetal, Colegio de Postgraduados. ([email protected]), ([email protected]). 2Posgrado en Fruticultura-Recursos Genéticos
y Productividad. Colegio de Postgraduados, Campus. Montecillo, km 36.5 carretera México-Texcoco. Montecillo, Estado de México. C. P. 56230. ([email protected]).
§
Autora para correspondencia: [email protected].
1
RESUMEN
ABSTRACT
La producción de hierbas aromáticas puede ser una alternativa
rentable bajo condiciones de invernadero. El objetivo de esta
investigación fue evaluar el efecto de diferentes relaciones
NH4+ /NO3- en la solución nutritiva sobre el crecimiento y
producción de tres hierbas aromáticas: cebollín (Allium
schoenoprasum), albahaca (Ocimum basilicum L.) y eneldo
(Anethum graveolens L.). El experimento se realizó en el
Colegio de Postgraduados Campus Montecillo, Estado
de México, México, durante los meses de enero-mayo de
2005 bajo condiciones de invernadero. Las hierbas fueron
cultivadas en un sistema hidropónico con riego por goteo, el
sustrato utilizado fue una mezcla de tezontle y fibra de coco
(60:40), la solución nutritiva universal Steiner se modificó
para obtener cuatro diferentes relaciones de NH4+/NO3(0/100, 20/80, 40/60 y 100/0) con las que fueron regadas las
hierbas. Las variables determinadas fueron: altura de planta,
área foliar y biomasa total. La relación 0/100, incrementó
significativamente el área foliar y la producción de biomasa
total en cebollín. En albahaca, la mayor altura, área foliar y
biomasa total se obtuvieron con la relación 20/80. En eneldo
no se observaron diferencias por efecto de las relaciones
NH4+ / NO3- estudiadas.
The production of aromatic herbs could be a profitable
alternative for greenhouse production. The objective of
this research was to determine the effects of different
NH4+ /NO3- ratios on the growth and production of three
aromatic herbs: chives (Allium schoenoprasum), basil
(Ocimum basilicum L.) and dill (Anethum graveolens
L.). The experiment was conducted in the Colegio de
Postgraduados at Montecillo, Estado de Mexico, Mexico,
from January to May 2005, under greenhouse conditions.
The herbs were cultivated in a hydroponic system with
drip irrigation. A mixture of volcanic rock, locally
called “tezontle” and coconut fiber (60:40) was used
as substrate; the universal Steiner’s nutritive solution
was modified to obtain four different NH4+/NO3- ratios:
0/100, 20/80, 40/60 and 100/0. The studied parameters
were: plant height, leaf area and total biomass. The
0/100 -ratio significantly increased leaf area and total
biomass production of chives. The greater height,
leaf area and total biomass production of basil were
observed with the 20/80 ratio. For dill, no significant
differences were observed for the effects of the NH 4+
/NO 3- ratios studied.
Palabras clave: Allium schoenoprasum, Anethum
graveolens L., Ocimum basilicum L., relación NH4+/NO3-.
Key words: Allium schoenoprasum, Anethum
graveolens L., Ocimum basilicum L., NH4+/NO3- ratio.
* Recibido: Enero, 2008
Aceptado: Febrero, 2009
6 Agric. Téc. Méx. Vol. 35 Núm. 1 Enero-Marzo 2009
José Luis González García et al.
INTRODUCCIÓN
MATERIALES Y MÉTODOS
La producción de hierbas finas (culinarias y
aromáticas), pueden ser una alternativa de producción
bajo condiciones de invernadero, especialmente en
sistemas hidropónicos. Cabe mencionar que México
es el principal proveedor de albahaca verde, cilantro
(Coriandrum sativum ) y perejil ( Petroselinum
sativum ) a E.E. U.U. (Minero, 2004).
La investigación se realizó durante los meses de enero
a mayo de 2005, en un invernadero tipo túnel, con
cubierta de polietileno UVII-720, y estructura de acero
galvanizado, con ventilación lateral, presentándose
una temperatura máxima de 38 ºC y 9 ºC la mínima,
con una intensidad luminosa de 653.43 mmol m -2 s -1,
localizado en el Colegio de Postgraduados, Campus
Montecillo, el cual se ubica a 19º 29’ latitud oeste y
98º 53’ latitud norte a 2 250 m, en Montecillo, Estado
de México. Para la germinación de las semillas de los
tres cultivos se emplearon charolas de plástico de 200
cavidades (27.94 cm de ancho por 54.61 cm de largo).
El trasplante se efectuó a las seis semanas después de
la emergencia, cuando las plántulas tenían una altura de
5-7 cm, en charolas de fibra de vidrio con una superficie
de 1 m2 (1 m de largo x 1m de ancho) y 20 cm de altura;
el sustrato utilizado fue una mezcla de 60% tezontle
(granulometría de 1-3 mm) y 40% de fibra de coco. Las
plántulas de las tres especies se colocaron a una distancia
entre hileras de 15 cm y una separación entre plantas de 15
cm, en un arreglo de tresbolillo, obteniéndose un total de 45
plantas por charola. Se utilizó un sistema de riego por goteo,
constituido por cuatro recipientes de 100 L cada uno (en los
que se prepararon las cuatro diferentes soluciones nutritivas
correspondientes a cada uno de los tratamientos), tubería de
conducción de 16 mm de diámetro y estacas tipo gotero de
2 L h-1 regulados por un distribuidor de cuatro salidas con
un gasto de 8 L h-1. El diseño experimental utilizado fue un
factorial 4 X 3 distribuido como parcelas divididas; la parcela
grande correspondió a las relaciones de NH4+/NO3- y las
parcelas chicas estuvieron constituidas por las tres especies;
de esta combinación resultaron 12 tratamientos, cada uno de
los tratamientos se constituyó por 45 plantas, cada planta se
tomó como una unidad experimental, obteniéndose un total
de 540 unidades experimentales.
El nitrógeno es el cuarto elemento más abundante
que se encuentra en el tejido vegetal después del
carbono, oxígeno e hidrogeno, además éste es parte
importante de un gran número de los constituyentes
de las plantas, proteínas y clorofila, entre otros. Las
plantas pueden aprovechar el nitrógeno en forma
de NO 3- o NH 4+, por lo que en hidroponía es posible
utilizar nitrato y amonio en las soluciones nutritivas.
Se ha argumentando que en cualquiera de las dos
formas es benéfico o de igual forma puede causar
desbalances nutrimentales en la solución nutritiva.
Se ha demostrado que un adecuado balance entre el
amonio y el nitrato es benéfico para el crecimiento
de las plantas pero sólo bajo ciertas circunstancias
y este efecto benéfico varia entre cultivos (Mengel
y Kirkby, 1987).
En muchos cultivos se ha observado que la combinación
de NO 3 - con bajas cantidades de NH 4 + produce un
mayor crecimiento; sin embargo, la proporción óptima
probablemente difiere entre las distintas especies
y podría cambiar con la edad de la planta (Haynes,
1986). Por otro lado, Mengel y Kirkby (1987)
reportaron que muchas especies vegetales crecen
mejor cuando el nitrógeno se suministra en forma de
NO 3- comparado con NH 4+.
El nitrógeno en forma NO 3 - es preferentemente
absorbido por la mayoría de las plantas vasculares,
mientras que la forma NH 4+ resulta tóxica para muchas
de ellas, incluso en bajas concentraciones cuando ésta
es la única fuente de nitrógeno o en combinación con
N-NO 3- (Salsac et al., 1987).
El objetivo de la presente investigación fue determinar
el efecto de cuatro relaciones NH 4+/NO 3- en soluciones
nutritivas, en la producción de tres hierbas aromáticas
(cebollín, albahaca y eneldo).
La solución nutritiva base utilizada en el experimento fue
la solución universal Steiner (Steiner, 1961) modificada.
Las soluciones nutritivas se prepararon en tanques de
100 L de capacidad, en donde se agregaron las cantidades
de fertilizantes requeridas de acuerdo al tratamiento, se
mezcló y ajustó el pH en el rango de 5.5-6.0. La solución
fue renovada cada ocho días para evitar deficiencias
nutrimentales. El Cuadro 1 muestra, en general,
los balances de cada nutrimento en relación con las
concentraciones de NH 4+ y NO 3-.
Relación amonio/nitrato en la producción de hierbas aromáticas en hidroponía
7
Cuadro 1. Concentración de la solución Steiner para cada una de las relaciones de NH4+/NO3-.
Relación
NH4+/NO3-
Ca2+
Mg2+
K+
NH4+
NO3-
H2PO4-
SO42-
Cl-
Cmolc m3
0/100
9
7
4
0
12
1
7
-
20/80
40/60
100/0
9
7.2
4.5
3.4
4
2.5
5.2
4
1
2.4
4.8
12
9.6
7.2
0
3
4
3
7.4
8.8
12.5
4.5
Las variables utilizadas para determinar el crecimiento y
la producción de las hierbas aromáticas fueron: altura de
planta (desde la superficie del sustrato, hasta el meristemo
apical), área foliar (determinada con integrador de área
foliar, LI-COR, LI-3300) y la biomasa total en donde se
tomó en cuenta el peso del tallo (PT) + peso de las
hojas (PH) + peso de la raíz (PR), a los 62 días después
del transplante (DDT).
El análisis de varianza (ANAVA) se realizó en forma
independiente para cada uno de los cultivos y así observar
la respuesta de cada una de las variables con la utilización
de diferentes relaciones amonio/nitrato, para l cual se
utilizó el software estadístico (SAS Institute, 1996).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Cebollín
La variable altura de planta no mostró diferencias
significativas, sin embargo, en el Cuadro 2 se observa que
la mayor altura se alcanzó con la relación 0/100 (41.34
cm) superando en 6.45, 16 y 23%, respectivamente a
las relaciones 20/80, 100/0 y 40/60. Cuando se utilizó
NO 3- únicamente como fuente de nitrógeno la altura
del cebollín se incrementó, presentándose un efecto
adverso con la adición de NH4+ en la solución nutritiva.
Resultados similares se han reportado al utilizar altas
concentraciones de amonio debido a que una acumulación
de éste en los brotes puede inducir una disminución en la
fotosíntesis y provocar una reducción en el crecimiento y
la producción del cultivo (Puritch y Barker, 1967; Goyal
et al., 1982; Marques et al., 1983).
En el parámetro área foliar se observaron diferencias
significativas (α= 0.05). El tratamiento 0/100 obtuvo
75.5 cm2, mayor en 7, 13 y 53% en comparación con las
relaciones 20/80, 100/0 y 40/60, respectivamente (Cuadro 2).
Los resultados observados con la adición de NH4+ pudieron
deberse a la disminución del pH en la rizosfera, lo cual tiene
un efecto adverso sobre el crecimiento de la raíz y por lo tanto
sobre el desarrollo vegetal (Ganmore-Neumann y Kafkafi,
1983). Además, la toxicidad por NH4+ se ha atribuido a la
acidificación de la zona radical (Maynard et al., 1968).
La producción de biomasa total en cebollín presentó
diferencias significativas (α= 0.05) entre tratamientos.
La relación 0/100 mostró los mejores resultados, superó
en 8, 13 y 104% a las relaciones 20/80, 100/0 y 40/60,
respectivamente, observándose la mayor producción de
biomasa total al incrementarse la concentración de NO3disminuyendo la de NH4+ en la solución nutritiva.
El menor crecimiento y producción de biomasa observados
en cebollín puede ser efecto de la toxicidad del NH4+ por
su acumulación en tejidos fotosintéticos, provocando
con esto una disminución en el proceso de fotosíntesis
(Marques et al., 1983) y al antagonismo que existe entre
el NH 4 + y la absorción y translocación de cationes
(Hamlin et al., 1999).
En cebollín la relación 0/100 produjo los mejores
resultados que cualquier otra relación, como se
observa en los datos antes expuestos de las variables
agronómicas evaluadas (altura, área foliar y biomasa
total) incrementándose por tanto el rendimiento,
observando poca tolerancia a la utilización de NH 4+
como fuente de nitrógeno.
Cuadro 2. Efecto de la relación NH4+ /NO3- sobre altura, área foliar y biomasa total en el cultivo de cebollín a los 62
días después del transplante, bajo condiciones de invernadero. Montecillo, Estado de México. 2005.
Relación NH4+ /NO3-
Altura
(cm)
Área foliar
(cm2)
Biomasa total
(g)
20/80
40.54 a
70.17 ab
14.96 ab
100/0
18.96 a
66.71 ab
14.34 ab
0/100
23.88 a
75.52 a
16.30 a
40/60
14.75 a
49.07 a
7.96 b
DMS 0.05
7.32
24.76
7.43
CV (%)
10.26
20.93
30.66
Media
39.45
65.37
13.39
R2
0.225
0.396
0.43
GL
16
16
16
Valores con la misma letra dentro de factor en cada columna son iguales de acuerdo a la prueba de Tukey p< 0.05; DMS= diferencia mínima significativa; CV= coeficiente
de variación; GL= grados de libertad; R2= coeficiente de determinación.
Cuadro 3. Efecto de la relación NH4+/NO3- sobre la altura, área foliar y biomasa total en el cultivo de albahaca a
los 62 días después del transplante, bajo condiciones de invernadero. Montecillo, Estado de México.
2005.
Relación NH4+ / NO3-
Altura
(cm)
Área foliar
(cm2)
Biomasa total
(g)
20/80
58.20 a
975.6 a
78.84 a
100/0
50.30 b
803.2 a
67.48 a
0/100
50.60 b
725.2 a
71.24 a
40/60
51.56 b
924.0 a
84.94 a
DMS 0.05
5.96
368.27
35.54
CV (%)
6.26
23.74
25.97
Media
52.66
857
75.62
R2
0.545
0.226
0.128
GL
16
16
16
Albahaca
Los resultados observados en altura de planta fueron
significativamente diferentes (α=0.05). El tratamiento
20/80 (58.2 cm) superó los tratamientos 40/60, 0/100 y
100/0 en 12, 15 y 14%, respectivamente (Cuadro 3); así
mismo, se observó una mayor respuesta de la planta al ser
nutrida con ambas fuentes de N (NH4+ y NO3- ) a diferencia
de los valores obtenidos en plantas tratadas con soluciones
nutritivas que únicamente contenían alguna de la fuente
individual de nitrógeno; esto concuerda con lo reportado
con Zornoza et al. (1988) para el cultivo de pimiento, en
donde la utilización de una relación 80/20 (NO3- / NH4+)
presentó un incremento de 10% en la altura de planta en
comparación con plantas tratadas con la solución nutritiva
que contenía NO3- como fuente única de N. Otros autores
coinciden en que el crecimiento es mayor en plantas
nutridas con ambas formas de nitrógeno de manera
conjunta en comparación con la utilización de NH4+ o
NO3- de forma independiente (Greidanus et al., 1972;
Goyal et al., 1982; Xu et al.,1992).
Los resultados observados por el efecto de las relaciones
de amonio/nitrato no presentaron diferencias significativas
en el área foliar producida en el cultivo de albahaca; sin
embargo, los valores más altos se obtuvieron al utilizar la
relación 20/80 con un incremento de 5, 21 y 34% con respecto
a las relaciones 40/60, 100/0 y 0/100 (Cuadro 3). Los más
altos valores de área foliar se observaron con la utilización
de ambas fuentes de nitrógeno en comparación con el uso
individual de NH4+ o NO3- . De la misma forma, Kyunghwan
y Yongbeom, (2004) reportaron un incremento en la
producción de biomasa en albahaca al utilizar relaciones de
amonio:nitrato 30:70 y 15:85. Estos resultados coinciden con
lo reportado por Miyoung y Byoungryong (2001) quienes
obtuvieron resultados similares con la utilización de una
relación (NH4+/NO3-) 25/75 en el cultivo de petunia.
De igual manera a los efectos producidos con la utilización
de diferentes relaciones NH4+ /NO3- en los resultados
de área foliar, la producción de biomasa total no se vio
modificada por los tratamientos; sin embargo, al igual
que en las otras variables la presencia de ambas formas de
nitrógeno en la solución nutritiva incrementó la biomasa
total en comparación con aquellos obtenidos en plantas
tratadas con NH4+ o NO3- de forma separada, obteniéndose
la mayor producción de biomasa total con la utilización de la
relación 40/60, en contraste con las relaciones 20/80, 0/100
y 100/0 (Cuadro 3). Muñoz (1993) reportó una producción
9
de biomasa total en albahaca de 10,000 a 15,000 kg ha-1, la
cual fue superada en esta investigación, ya que a los 62 DDT
la producción fue de 35,478 kg ha-1 al utilizar la relación
20/80. Esta relación, aunque no alcanzó la mayor producción
de biomasa total, presentó las mejores características
físicas para su consumo, en comparación con las plantas
tratadas con la relación 40/60 las cuales presentaron un
amarillamiento en las hojas, probablemente provocado por
toxicidad de amonio.
En general, el cultivo de albahaca respondió mejor a la
nutrición con la relación 20/80 obteniéndose los mejores
resultados en las variables agronómicas evaluadas (altura,
área foliar y biomasa total) que al utilizar NH4+ y NO3- de
forma separada (0/100 y 100/0); estos resultados coinciden
con lo reportado por Cao y Tibbitts (1993) que al utilizar
ambas fuentes de nitrógeno en la solución nutritiva con
pequeñas proporciones de NH4+ (8 a 20%), promovieron el
crecimiento y desarrollo de tubérculos en el cultivo de papa,
en comparación a la utilización de NH4+ o NO3- de forma
separada. Sandoval et al. (1992) reportaron en el cultivo
de trigo (Triticum aestivum L.), que se puede obtener una
mayor producción de grano y de materia seca al utilizar
NH4+ en porcentajes menores o iguales a 50% de la cantidad
de nitrógeno aplicado que cuando la planta es suministrada
exclusivamente con NO3-.
Eneldo
La altura de las plantas tratadas con las diferentes relaciones
amonio/nitrato no presentaron diferencias significativas; no
obstante, la mayor altura de planta se observó con la relación
100/0 en comparación con las relaciones en las cuales hubo
presencia de NO3- en cualquier proporción (20/80, 40/60 y 0/100)
(Cuadro 4). En cuanto a el área foliar en este cultivo tampoco se
observó diferencia significativa entre tratamientos; sin embargo,
se incrementó cuando se utilizó conjuntamente NH4+ y NO3- en
la solución nutritiva, en comparación con la utilización de NH4+
o NO3- de manera independiente (0/100 y 100/0). Resultados
similares fueron reportados por Kraus et al. (2002) en rudbeckia
(Rudbeckia hirta), quienes al suministrar diferentes relaciones de
NH4+/NO3- (75/25, 50/50, 25/75) observaron mayor área foliar
en comparación a la obtenida únicamente con NO3- como fuente
de nitrógeno. Otros autores han observado en varios cultivos que
cuando el amonio y el nitrato son utilizados de manera conjunta,
el crecimiento y la producción mejoran en comparación
cuando se adicionan éstos de manera separada (Barker y
Mills, 1980; Edwards y Horton, 1982; Elmanin y Wilcox,
1986; Errebhi y Wilcox, 1990).
Cuadro 4. Efecto de la relación NH4+ / NO3- sobre altura, área foliar y biomasa total en el cultivo de eneldo a los 62
días después del transplante, bajo condiciones de invernadero. Montecillo, Estado de México. 2005.
Relación NH4+ / NO3-
Altura
(cm)
Área foliar
(cm2)
Biomasa total
(g)
20/80
49.70 a
707.5 a
56.06 a
100/0
50.56 a
564.0 a
54.10 a
0/100
43.64 a
704.8 a
63.80 a
40/60
48.10 a
777.9 a
67.22 a
DMS 0.05
8.13
589.4
58.26
CV (%)
9.36
47.30
53.40
Media
48
688.56
60.29
R2
0.305
0.066
0.033
G.L.
16
16
16
Los valores medios de biomasa total obtenidos no mostraron
diferencias significativas entre tratamientos; sin embargo,
los valores más altos se observaron en plantas nutridas con
la relación 40/60 superando a los resultados observados por
las relaciones 0/100, 20/80 y 100/0 (Cuadro 4). Osorio et al.
(2003) y Chen et al. (1998) en plantas nutridas con mezclas
de NH4+:NO3- observaron una mayor producción de biomasa
en comparación con plantas nutridas con amonio o nitrato
de manera independiente.
CONCLUSIONES
Los cultivos de cebollín, albahaca y eneldo responden
diferencialmente a la nutrición con NH 4 + /NO 3 - en
diferentes relaciones.
E n c e b o l l í n , l a r e l a c i ó n 0 / 1 0 0 , d e N H 4+/ N O 3favorece el desarrollo del área foliar y la producción
de biomasa total.
En albahaca la relación 20/80 de amonio/nitrato
incrementa significativamente el rendimiento.
En el cultivo de eneldo no se observó diferencia en altura
de planta, área foliar y biomasa total producida por efecto
de las relaciones NH4+ /NO3- estudiadas.
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Agricultura Técnica en México Vol. 35 Núm.1 1 de enero- 3 1 de marzo 2009 p. 12-22
ESTIMACIÓN DEL RENDIMIENTO DE CEBADA (Hordeum vulgare L.) MALTERA
CON EL MÉTODO FAO*
ESTIMATION OF MALTING BARLEY (Hordeum vulgare L.) YIELD BY THE FAO METHOD
René Gómez Mercado1§‌, Carlos Alberto Ortiz Solorio5, Mauro Zamora Díaz2, Jesús Soria Ruíz3, Antonio Trinidad Santos4 y
Aquiles Carballo Carballo5
INIFAP-Hidalgo, km 3.6 carretera Pachuca - Cd. Sahagún, Centro Comercial El Saucillo, Torre Norte 1er. piso despacho 111, Mineral de la Reforma, Hidalgo, México.
Tel. 01 771 7136387. 2Campo Experimental Valle de México, INIFAP, km 18.5 carretera Los Reyes-Lechería C. P. 56230, Chapingo, Texcoco, Estado de México, Tel.
01 595 9542277 Ext. 126, ([email protected]). 3Laboratorio de Geomática, Campo Experimental Toluca, INFIAP, km 4.5, carretera Toluca-Zitacuaro,
Zinancantepec C. P. 52176, Estado de México, México. Tel. 01 722 2784339, ([email protected]). 4Posgrado en Edafología, IRENAT. Colegio de Postgraduados,
km 36.5 carretera México-Texcoco, Montecillo, Estado de México, C. P. 56230. Tel. 01 595 9511474 y 9520200 Ext. 1241, ([email protected]), ([email protected]).
5
Posgrado en Producción de Semillas. IREGEP. Colegio de Postgraduados, km 36.5 carretera México-Texcoco, Montecillo, Estado de México, C. P. 56230. Tel. 01 595
9520200 Ext. 1552, ([email protected]) §Autor para correspondencia: [email protected].
1
RESUMEN
Al emplear modelos para predecir rendimientos de cultivos,
con frecuencia existen limitantes por las variables que
utilizan. De ahí, que resulte la necesidad de elegir al que
contenga el menor número de variables o bien que éstas
puedan estimarse con algún procedimiento conocido y fácil
de realizar. La metodología propuesta por el proyecto de zonas
agroecológicas de la Organización para la Alimentación y la
Agricultura (FAO) presenta esta alternativa, por su sencillez,
pero a la vez con fundamentos ecofisiológicos que soportan
los procesos que tienen los cultivos para producir biomasa. El
uso de ese método permite validar, calibrar y hacer el ajuste,
de acuerdo con sus variables, mismas que pueden calcularse
en campo, de manera experimental o por un procedimiento
de muestreo que evalúe una superficie o región, para
corroborar que el método estima el rendimiento de manera
aceptable (alta precisión y bajo sesgo). Para el caso de
estudio en el cultivo de la cebada, el método no permite
captar la variación local del potencial de rendimiento, pero
a nivel regional produce una media aceptable, por lo que se
sugiere el ampliar el estudio, para explorar la diferencia entre
regiones y genotipos. Se propone un factor de ajuste a la
Aceptado: Marzo, 2009
metodología de la FAO, para que la estimación se aproxime a
la realidad, tanto por región como por genotipo. Se presenta
una relación entre factor de ajuste del rendimiento y la
densidad de espigas por hectárea.
Palabras clave: Hordeum vulgare L., índice de área foliar,
índice de cosecha, modelos de predicción.
ABSTRACT
When using models to predict crop yields, with frequency
there are limitations due to the variables fed into those models.
Hence, the need to select the model with either the smallest
number of variables or variables that can be estimated
by some well known procedures that are also easy to fit.
The methodology provided by the Agro-ecological Zones
Project, proposed by the Food and Agriculture Organization
(FAO) constitutes a good alternative, not only due to its
simplicity, but also for the eco-physiological principles
that support the processes for biomass production by crops.
Estimación del rendimiento de cebada (Hordeum vulgare L.) maltera con el método FAO
The use of this method allows for validating, calibrateing
and fitting the model, according to the needed variables,
these must be calculated in the field, experimentally or by a
sampling procedure that evaluates an area or a region to make
sure that the method estimates crop yields in an acceptable
form (highly accurate and low bias). For the studied case in
the barley crop, the method does not allow for the detection
of the local variation in yield potential, but at a regional scale
the method produces a reasonable average yield, therefore
we suggest the increase of the study to explore differences
among regions and genotypes. The results indicate the need
for an adjustment factor to FAO's methodology, so that the
estimated yield approaches reality for both, region and
genotype.. A relationship between the fitting factor of crop
yield and spikes density per hectare, is presented.
Key words: Hordeum vulgare L., harvest index, leaf area
index, prediction models.
INTRODUCCIÓN
El cultivo de la cebada de temporal se siembra principalmente,
para la elaboración de malta, y en consecuencia requiere
índices de calidad industrial, que estén determinados por las
cualidades genéticas, manejo, suelo y cantidad y distribución
de la precipitación. Las características genéticas
y el manejo agronómico son variables que pueden
controlarse, pero algunas propiedades del suelo y lluvia
son factores incontrolables, que resultan determinantes
para obtener un buen rendimiento y una buena calidad
de grano para malta (Gómez et al., 2001).
La diferencia climática y de suelo para producir
cultivos, hace más complejo el obtener tecnología
y en consecuencia crea modelos de simulación que
tengan un mayor ajuste y estimen los rendimientos de
acuerdo a la fluctuación que existe entre los diferentes
ambientes (Ortiz et al., 2005). Bajo este principio, el
13
cultivo de la cebada no escapa a esa variación, además de
tener un ciclo de cultivo corto y requerimientos hídricos
menores que otros cultivos, como maíz, trigo y avena
(Castañeda et al., 2004).
De manera general, los modelos de simulación de
rendimientos se clasifican en simples y complejos. Los
primeros se relacionan con el clima, la biomasa y el índice
de área foliar (Tinoco et al., 2003; Gómez et al., 2003);
los segundos, involucran estas variables, pero incluyen
aspectos genéticos y del suelo (Ovalle et al., 2005).
Para simular y predecir el rendimiento, se han utilizado
desde modelos simples empíricos hasta los complejos
(Ortiz et al., 2005; Castellano et al., 2006). Sin embargo,
cuando se trata simular el rendimiento de cultivos no
existe información para cubrir los requerimientos de
la mayoría de los modelos, que explican de manera
teórica, los fenómenos que influyen en el rendimiento.
Los modelos empíricos son más simples, pero no aclaran
los procesos que ocurren para obtener rendimientos. La
información no disponible se refiere al tipo de cultivar
(fenología, fisiología y genética) y cómo interactúa con
el clima y los suelos (Barrales et al., 2004).
El propósito de este trabajo fue determinar un modelo que
simule adecuadamente el rendimiento de cebada maltera para
el estado de Hidalgo, con base en variables de planta y clima,
sustentado en el método propuesto por la Organización para
la Alimentación y la Agricultura (FAO, 2000).
La presente investigación se realizó en tres regiones del
estado de Hidalgo donde se siembra cebada maltera; en
cada región se instaló un experimento que permitiera
explorar diferentes ámbitos de producción durante el
ciclo primavera-verano 2006 (Cuadro 1).
Cuadro 1. Características de las regiones de estudio del estado de Hidalgo, México.
Región
Localidad
Latitud
Longitud
Altitud (m)
Temperatura
1
2
Almoloya
Apan
19° 45’ 14.4”
19° 41’ 16.6”
98º 21’ 57”
98º 23’ 33”
2 730
2 547
12.2
14.1
3
Villa de Tezontepec
19° 54’ 16.0”
98º 53’ 4”
2 355
15.4
René Gómez Mercado et al.
Se parte del supuesto que tiene la metodología de la FAO para
estimar rendimiento, es decir, se considera que no existen
limitaciones en cuanto a la humedad del suelo.
La metodología adoptada para realizar la presente
investigación constó de tres etapas:
1) determinación de componentes de rendimiento de cebada
en las tres regiones del estado. Para ello, se condujeron tres
experimentos (Cuadro 1), con tres genotipos (Esmeralda,
Adabella y M-152A) para obtener su biomasa neta (Bn), índice
de cosecha (Hi), densidad de espigas por hectárea (DsE) y
rendimiento de grano. El diseño experimental fue de bloques
al azar, con 10 repeticiones de cada genotipo (30 parcelas
experimentales). Cada unidad experimental constó de cuatro
surcos a 0.30 m de ancho por 5 m de largo (6 m2).
Se obtuvo la Bn con base en raíces, tallos, hojas y espigas;
Hi se calculó con la siguiente relación: Hi= rendimiento de
grano/Bn total; el rendimiento de grano se calculó de acuerdo
con Gómez et al., 2003; se cuantificó la densidad de espigas
por hectárea (DsE); y el índice de área foliar (IAF) se calculó
con base a Bn de hojas y el área foliar específica (AFE)
para el cultivo de cebada (FAO, 2000), de acuerdo con la
siguiente ecuación: IAF= (Bn de hojas)(AFE/10 000). El IAF
es una variable determinante en los modelos de predicción
de rendimiento que permite la estimar el rendimiento de
cultivos (Loke y Soós, 2002).
2) aplicación del método FAO. La información climática
se obtuvo directamente de las estaciones agroclimáticas
automatizadas que se encuentran en cada localidad de
estudio, localizadas de 2 a 5 km de distancia en línea recta
donde se establecieron los experimentos de campo. Este
método se basa en principios ecofisiológicos que consisten
en obtener la cantidad total de biomasa neta (Bn) generada
por el cultivo y multiplicarla por el índice de cosecha
(Hi), para obtener el rendimiento estimado (Y), esto es:
Y= Bn(Hi). Para tener la Bn se calcula la diferencia entre
biomasa total (Bg) y las pérdidas por respiración (R), por lo
que es necesario calcular la tasa de producción de biomasa
neta (bn), con la tasa de producción de biomasa gruesa (bg)
y la tasa de respiración (r). Es decir, bn= bg - r.
Se asume que la Bn, durante el ciclo, sigue una curva
sigmoidal perfecta y que bn una curva normal, lo que resulta
en una tasa promedio diaria de producción de biomasa neta
de la mitad de la tasa de biomasa neta máxima (0.5bnm), con
lo que se calcula Bn= 0.5bnm(N), donde: N es la duración en
días del ciclo del cultivo. Es necesario generar la tasa máxima
de producción (bgm), la cual se relaciona con la fotosíntesis
máxima (Pm), ésta a su vez depende de la temperatura media,
el tipo de cultivo (C3 o C4) y la concentración de CO2 en la
atmósfera (Ortiz et al., 2005).
Se calculó bgm con base a la producción de biomasa en días
despejados (bc), en días nublados (bo) y la fracción del día
en la que el ciclo está nublado (F): bgm= F(bo) + (1 - F)bc,
donde: F= (Ac - 0.5Rg)/0.8Ac; Rg= radiación global y Ac=
radiación fotosintéticamente activa.
Los valores de Ac, bc y bo se calcularon con modelos que
emplean valores de radiación teórica (RA), se consideró que
si se tiene una Pm= 20 kg ha-1 h-1 de CH2O, entonces bgm=
F(bo) + (1 - F)bc; y si es menor que 20, la fórmula cambia a:
bgm= F(bo)((100 - (x/2))/100) + (1 - F)(bc)((100 - x)/100);
donde: x= |(Pm - 20)/20|(100).
Por otra parte, la respiración involucra dos procesos:
crecimiento y mantenimiento, que se expresa por la ecuación
Bn= 0.36bgm/((1/N) + 0.25Ct); donde Ct es el coeficiente
de respiración y se obtiene de la ecuación Ct= C30(0.044 +
0.0019T + 0.001T2), con C30= 0.0283 para leguminosas y
0.0108 para no leguminosas, T es la temperatura (oC) media
mensual del ciclo; y N es el número de días del ciclo del cultivo.
La expresión matemática de Bn es válida para un IAF > 5;
cuando el IAF es < 5, se multiplica por un factor de corrección
(L), que se estima como: L= 0.3424 + 0.9051(log10IAF).
La radiación global (Rg) y la temperatura media se obtuvieron
de las estaciones agroclimáticas automatizadas. Para el
cálculo de Pm, se utilizó datos determinados por FAO (2000)
(Cuadro 2). Los diversos niveles de inversión empleados
para la estimación de rendimientos genera diferentes índices
de cosecha (Hi) e índices de área foliar máxima (IAF), las
cuales se muestran en el Cuadro 3 (FAO, 2000).
Cuadro 2. Fotosíntesis máxima (Pm) kg ha-1 h-1 de CH2O, como función de temperatura (T) media (oC) del ciclo
para el cultivo de cebada (FAO, 2000).
T
Pm
5
5
10
15
15
20
20
20
25
15
30
5
35
0
40
0
45
0
15
Cuadro 3. Niveles de inversión, IAF y Hi para el cultivo de cebada (FAO, 2000).
Cultivo
Cebada
Nivel de inversión
Medio
Ciclo
del
cultivo
Grupo
del
cultivo
IAF max
Hi
IAF max
Hi
IAFmax
Hi
100 días
C3
3.5
0.4
2.5
0.3
1.5
0.2
Alto
3) comparación del resultado de Bn y rendimiento estimado
por región y genotipo vs rendimiento experimental. Con
el esquema de cálculo del libro de Excel se estima el
rendimiento con base a la duración del ciclo fenológico,
IAF y Hi de cada genotipo. Se realiza la comparación de
rendimientos estimados y experimentales por medio de una
regresión. Asimismo, se obtiene un cociente por genotipo
Bajo
y región, como factor de ajuste para reducir la variación
(porcentaje de sobrestimación y subestimación) entre
rendimientos estimados y experimentales. Finalmente, se
busca un cociente con base al promedio de la metodología de
la FAO y promedio de rendimientos estimados, para obtener
una relación con la DsE que permita estimar rendimientos en
una etapa anticipada a la cosecha (en el espigamiento).
Cuadro 4. Variables determinadas en los experimentos de campo en tres localidades de Hidalgo y tres genotipos de
cebada establecidos bajo temporal, 2006.
Región
Localidad
1
Almoloya
2
Apan
3
Villa de
Tezontepec
Variedad
Bn
DsE
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
(kg ha-1)
10990
11485
11707
7913
7729
7844
5906
6340
6426
(núm. ha-1)
3976676
4641399
4139942
3853061
3926531
3983673
3689796
3567347
3551020
IAF§
3.32
4.32
3.83
2.43
2.65
2.37
2.72
3.14
2.90
Hi
Rendimiento
0.406
0.414
0.42
0.401
0.412
0.417
0.406
0.382
0.426
(kg ha-1)
4462
4755
4917
3173
3184
3271
2398
2422
2738
Donde: Bn= biomasa neta; DsE= densidad de espigas; IAF= índice de área foliar; Hi= índice de cosecha; §variable estimada con IAF= (Bn de hojas) (AFE/10 000); AFE=
área foliar específica (25 m2 kg-1 de hoja para cebada).
En la primera etapa de la metodología utilizada, se
obtuvieron los componentes del rendimiento evaluados en
campo, en peso seco (Cuadro 4). Es conveniente hacer notar
que los valores de IAF y Bn fueron mayores en la variedad
Adabella, pero en la región 1 se obtuvo el mayor en
rendimiento de grano. El genotipo de mayor rendimientoas
fue M - 152A, debido al alto valor de Hi. Las
diferencigenéticas de los cultivares observada en campo
fue determinante en los resultados obtenidos, como lo
afirman Akcura et al. (2005).
Para aplicar la metodología propuesta por la FAO, es
necesario conocer la duración del ciclo del cultivo; que se
desarrolló en el ciclo primavera - verano de 2006 (Cuadro 5).
Cuadro 5. Fenología de la cebada bajo temporal en tres localidades del estado de Hidalgo (primavera-verano,
2006).
Región
1
Localidad
Genotipo
Fecha de siembra
Emergencia
Madurez fisiológica
Almoloya
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
5 jul.
12 jul.
12 jul.
12 jul.
24 jun.
24 jun.
24 jun.
6 jul.
6 jul.
6 jul.
23 oct.
27 oct.
20 oct.
27 sept.
2 oct.
24 sept.
8 oct.
13 oct.
3 oct.
Apan
2
Villa de
Tezontepec
3
El ciclo varió de acuerdo con cada genotipo; la
variedad Esmeralda presenta una duración de 100
hasta 110 días, la variedad Adabella desde 105 hasta
114 días, y la línea experimental M - 152A de 95
a 107 días, debido a las diferentes altitudes de las
localidades, las cuales variaron de 2 355 a 2 730
m. Los datos climatológicos usados para estimar
rendimientos por el método de la FAO, fueron
promedios mensuales de cada localidad (Almoloya, de
julio a octubre; Apan y Villa de Tezontepec, de junio
a octubre) de la emergencia a la madurez fisiológica
de cada genotipo.
16 jun.
29 jun.
Cálculo de la tasa bruta o gruesa (bgm) de producción de
biomasa, biomasa neta (Bn) y rendimiento de grano de
localidad
Se determinó el valor promedio para el ciclo del cultivo de:
la radiación global (Rg); radiación teórica (RA); radiación
fotosintéticamente activa (Ac); la producción fotosintética
para días despejados (bc) y para días nublados (bo); y la
temperatura media. Con base a la temperatura media del ciclo
se determinó la fotosíntesis máxima (Pm) kg ha-1 h-1 de CH2O
(Cuadros 6, 9 y 12). Se obtuvo la bgm con base a Ac, bc, bo, Rg
y Pm de cada localidad en estudio (Cuadros 7, 10 y 13).
Cuadro 6. Resultados de Rg, RA, Ac, bc, bo y Pm ciclo julio-octubre, Almoloya, Hidalgo, 2006. (Latitud norte 19°
45' 14.4").
Variable
Rg
RA
Ac
bc
bo
T
Jul.
509.538
932
388
472
249
12.1
Ago.
471.229
909
379
460
243
12.1
Sept.
467.556
849
354
430
227
12.3
Oct.
450.402
754
314
382
201
12.1
Promedio
475
861
359
436
230
12.2*
Donde: Rg= radiación global (cal cm-2 día-1); T= temperatura media (oC), obtenida de la estación agroclimática automatizada de Almoloya, Hidalgo; RA= radiación teórica
(cal cm-2 día-1), obtenida de Torres (1983); Ac= 0.4166RA; bc= 0.5063RA; bo= 0.2671RA; *Pm < 20.
17
Cuadro 7. Cálculo de la tasa máxima de producción (bgm) de cebada de temporal Almoloya, Hidalgo, 2006.
Ac
bc
bo
Rg
F
x
bgm
359
436
230
475
0.422896845
15
307.89
Donde: F= (Ac - 0.5Rg)/(0.8 Ac); bgm= F(bo)((100-(x/2))/100) + (1- F)(bc)((100 - x)/100); x= |(Pm-20)/20|(100); (Pm <20).
Cuadro 8. Cálculo de Biomasa neta (Bn) y rendimiento de cebada de temporal Almoloya, Hidalgo, 2006.
IAF
Hi
bgm
L
Ct
Bn
3.5
2.5
1.5
0.4
0.3
0.2
307.89
307.89
307.89
0.83483599
0.7025755
0.5017802
0.00209445
0.00209445
0.00209445
9496.44264
7991.95058
5707.85992
Rendimiento
(kg ha-1)*
3850
2430
1735
Donde: IAF= índice de área foliar (Cuadro 3); Hi= índice de cosecha (Cuadro 3); bgm= tasa máxima de producción (Cuadro 7); L= factor de corrección cuando IAF < 5; L=
0.3424 + 0.9051(log10 IAF); Ct=coeficiente de respiración; Ct= C30(0.044 + 0.0019T + 0.001T2); C30= 0.0108 para no leguminosas; Bn= biomasa neta; Bn= (0.36bgm(L))/
((1/N)+(0.25Ct)); N= días de ciclo del cultivo; *rendimiento= (Bn)(Hi).
Cuadro 9. Resultados de Rg, RA, Ac, bc, bo y Pm ciclo junio-septiembre, Apan, Hidalgo, 2006. (Latitud norte
19° 41' 16.6").
Variable
Rg
RA
Ac
bc
bo
T
Jun.
585.9
933
389
472
249
14.1
Jul.
532.0
931
388
471
249
14.2
Ago.
521.9
909
379
460
243
14.0
Sept.
495.0
850
354
430
227
14.1
Promedio
534
906
377
459
242
14.1*
Donde: Rg= radiación global (cal cm-2 día-1); T= temperatura media (oC), obtenida de la estación agroclimática automatizada de Apan, Hidalgo; RA= radiación teórica (cal
cm-2 día-1), obtenida de Torres (1983); Ac= 0.4166RA; bc= 0.5063RA; bo= 0.2671RA; *Pm < 20.
Cuadro 10.
Cálculo de la tasa máxima de producción (bgm) de cebada de temporal Apan, Hidalgo, 2006.
Ac
bc
bo
Rg
F
x
bgm
377
459
242
534
0.365998361
5
363.33
Donde: F= (Ac - 0.5Rg)/(0.8 Ac); bgm= F(bo)((100-(x/2))/100) + (1- F)(bc)((100 - x)/100); x= |(Pm-20)/20|(100); (Pm <20).
La bgm, se utilizó para el cálculo de la Bn y el
rendimiento de grano (Cuadro 8, 11 y 14). El IAF se
estimó a partir de la biomasa neta (Bn) de las hojas
y el área foliar específica (AFE) para cebada, el cual
es de 25 m 2 kg -1 de hoja seca (FAO, 2000); el Hi, se
obtuvo al dividir la Bn del grano entre la Bn total;
y el rendimiento de grano, se calculó al multiplicar la Bn
total por el Hi. Los resultados obtenidos se muestran en el
Cuadro 15 por localidad y genotipo. Con estos resultados,
se estimó la Bn total y los rendimientos de grano por
el método FAO y se compararon con los rendimientos
experimentales (Cuadro 16).
Cuadro 11. Cálculo de Biomasa neta (Bn) y rendimiento de cebada de temporal Apan, Hidalgo, 2006.
IAF
Hi
bgm
L
Ct
Bn
3.5
2.5
1.5
0.4
0.3
0.2
363.33
363.33
363.33
0.83483599
0.7025755
0.5017802
0.00259598
0.00259598
0.00259598
10719,7292
9021,43562
6443,11928
Rendimiento
(kg ha-1)*
4288
2706
1289
Donde: IAF= índice de área foliar (Cuadro 3); Hi= índice de cosecha (Cuadro 3); bgm= tasa máxima de producción (Cuadro 10); L= factor de corrección cuando IAF
< 5.5; L= 0.3424 + 0.9051(log10 IAF); Ct=coeficiente de respiración; Ct= C30(0.044 + 0.0019T + 0.001T2); C30= 0.0108 para no leguminosas; Bn= biomasa neta; Bn=
(0.36bgm(L))/((1/N)+(0.25Ct)); N= días de ciclo del cultivo; *rendimiento= (Bn)(Hi).
Cuadro 12. Resultados de Rg, RA, Ac, bc, bo y Pm ciclo julio-octubre, Villa de Tezontepec, Hidalgo, 2006.
(Latitud norte 19° 54' 12.2").
Variable
Jul.
Ago.
Sept.
Oct.
Promedio
Rg
RA
Ac
bc
bo
585.4
931
388
471
249
551.6
909
379
460
243
515.5
850
354
430
227
513.3
754
314
382
201
541
861
359
436
230
T
15.6
15.5
15.7
15
15.5*
Donde: Rg= radiación global (cal cm-2 día-1); T= temperatura media (oC), obtenida de la estación agroclimática automatizada de Tolcayuca, Hidalgo; RA= radiación teórica
(cal cm-2 día-1), obtenida de Torres (1983); Ac= 0.4166RA; bc= 0.5063RA; bo= 0.2671RA; *Pm= 20.
Cuadro 13.
Cálculo de tasa máxima de producción (bgm) de cebada de temporal, Villa de Tezontepec, Hidalgo,
2006.
Ac
bc
bo
Rg
F
Pm
bgm
359
436
230
541
0.306556366
20
373
Donde: F= (Ac - 0.5Rg)/(0.8 Ac); bmg= F(bo) + (1 - F)( bc); (Pm= 20).
Cuadro 14. Cálculo de Biomasa neta (Bn) y rendimiento de cebada de temporal, Villa de Tezontepec, Hidalgo,
2006.
IAF
Hi
bgm
L
Ct
Bn
3.5
0.4
373
0.83483599
0.00308489
10401.6286
Rendimiento
(kg ha-1)*
4161
2.5
0.3
373
0.7025755
0.00308489
8753.73069
2626
1.5
0.2
373
0.5017802
0.00308489
6443.11928
1250
Donde: IAF= índice de área foliar (Cuadro 3); Hi= índice de cosecha (Cuadro 3); bgm= tasa máxima de producción (Cuadro 13); L= factor de corrección cuando IAF
< 5.5; L= 0.3424 + 0.9051(log10 IAF); Ct=coeficiente de respiración; Ct= C30(0.044 + 0.0019T + 0.001T2); C30= 0.0108 para no leguminosas; Bn= biomasa neta; Bn=
(0.36bgm(L))/((1/N)+(0.25Ct)); N= días de ciclo del cultivo; *rendimiento= (Bn)(Hi).
19
Cuadro 15. Cálculo de IAF, Hi y rendimiento de grano de cebada de temporal a partir de los datos experimentales
de cada localidad en estudio, 2006.
Localidad
Genotipo
Bn total
(g)
Bn total†
(kg ha-1)
Bn hoja†
(g)
Bn hoja
(kg ha-1)
IAF¶
Hi†
Rendimiento
(kg ha-1)
Almoloya
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
115.39
140.69
143.41
96.93
94.68
96.09
72.35
77.66
78.72
10990
11485
11707
7913
7729
7844
5906
6340
6426
16.27
21.16
18.77
10.19
11.12
9.96
13.31
15.37
14.21
1328
1727
1532
970
1059
949
1086
1255
1160
3.32
4.32
3.83
2.43
2.65
2.37
2.72
3.14
2.90
0.406
0.414
0.420
0,401
0.412
0.417
0.406
0.382
0.426
4462
4755
4917
3173
3184
3271
2398
2422
2738
Apan
Villa de
Tezontepec
†
Donde: resultado de los experimentos establecidos en campo; ¶ variable estimada con IAF= (Bn de hojas)(AFE/10 000); AFE= área foliar específica (25 m2 kg-1);
rendimiento= (Bn)(Hi).
Cuadro 16. Comparación de biomasa neta (Bn) y rendimiento de grano estimada vs rendimiento experimental de
cebada de temporal en tres localidades, 2006.
Región
Localidad
Variedad
Bn
experimental
1
Almoloya
2
Apan
3
Villa de
Tezontepec
Esmeralda
Adabella
M-152 A
Esmeralda
Adabella
M-152 A
Esmeralda
Adabella
M-152 A
10990
11485
11707
7913
7729
7844
5906
6340
6426
Es de importancia señalar que la región 1, la metodología
de la FAO, subestima los rendimientos y la biomasa neta;
mientras que las regiones 2 y 3, los sobre estima; sólo la
región 2 se observa que se estima con menor variación.
El método FAO no alcanza a ser sensible a los cambios de
las regiones edafoclimáticas y a la diferencia genotípica
de los cultivares, sin embargo,a nivel promedio su
estimación resulta razonable. Debido a estos resultados,
se procedió a realizar una corrección a los rendimientos
para obtener un factor de ajuste por región y genotipo,
y así determinar la variación existente. Además, se
realizó una media general para observar su variación
y determinar su ajuste a nivel promedio (Cuadro 17).
Bn
Rendimiento
estimado
experimental
(kg ha-1)
9385
4462
10941
4755
9774
4917
8720
3173
9564
3184
8204
3271
9167
2398
10327
2422
9039
2738
Rendimiento
estimado
3810
4530
4105
3497
3940
3421
3722
3945
3851
Las diferencias entre los rendimientos estimados y
experimentales, varían de 4.97% hasta 19.78% cuando
se subestima (región 1) y de 4.39% hasta 38.61%
cuando se sobreestima (región 2 y 3). Al realizar el
promedio general, la variación es baja (10.06%) y se
puede considerar aceptable.
De acuerdo con los resultados, podemos
señalar que el promedio general es aceptable,
pero no mide o no es sensible a los cambios
edafoclimáticos y de características genéticas de
los cultivares de cebada. Se proponen los factores
de ajuste para que estos permitan distinguir la
productividad de cada región y de cada genotipo,
de manera que al ser multiplicados por este factor en
cada región y genotipo sean ajustados los rendimientos.
Se buscó un factor de ajuste a los rendimientos que se
relacionara con variables para estimar los rendimientos
de manera anticipada, y que se fundamenten con el uso
de la información que se generó en los experimentos
establecidos y el ajuste de la metodología de la FAO. Se
utilizaron dos factores de ajuste: a) el promedio de los
resultados teóricos del procedimiento de la FAO, del nivel
de inversión alto (IAF= 3.5 y Hi= 0.4) de cadalocalidad en
estudio; 3 850, 4 288 y 4 161 kg ha-1 que da un promedio de 4
100 kg ha-1; y b) el promedio de los rendimientos estimados.
Ambos se correlacionaron con la DsE, que es una variable
que puede ser evaluada antes de la cosecha (Cuadro 18).
Cuadro 17. Ajuste de rendimientos estimados, obtención del factor de ajuste y porcentaje de variación de las regiones
y genotipos utilizados.
Región
Localidad
Genotipo
1
Almoloya
2
Apan
3
Villa de
Tezontepec
Promedio
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Rendimiento (kg ha-1)
Experimental
4462
4755
4917
3173
3184
3271
2398
2422
2738
3480
Factor de
Variación (%)
ajuste
1.1709
1.0497
1.1978
0.9073
0.8082
0.9561
0.6443
0.6139
0.7109
0.8994
17.09
4.97
19.78
-9.27
-19.18
-4.39
-35.57
-38.61
-28.91
-10.06
Estimado
3810
4530
4105
3497
3940
3421
3722
3945
3851
3869
Cuadro 18. Factores de ajuste obtenidos con promedios de FAO, y rendimientos estimados y la DsE obtenida en las
parcelas experimentales de tres localidades y tres genotipos de cebada de temporal.
Localidad
Genotipo
Almoloya
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Esmeralda
Adabella
M - 152 A
Apan
Villa de
Tezontepec
Promedio
†
Rendimiento (kg ha-1)
Experimental
Estimado
4462
3810
4755
4530
4917
4105
3173
3497
3184
3940
3271
3421
2398
3722
2422
3945
2738
3851
3480
3869
Factor 1
1.09
1.16
1.20
0.77
0.78
0.80
0.58
0.59
0.67
0.85
†
Factor 2¶
1.15
1.23
1.27
0.82
0.82
0.85
0.62
0.63
0.71
0.90
DsE ha-1
(millones)
3.98
4.64
4.14
3.85
3.93
3.98
3.69
3.57
3.55
3.93
Donde: calculado con base en el rendimiento experimental entre la media de 4 100 kg ha-1; ¶ estimado con base en el rendimiento experimental entre la media de los
rendimientos estimados de 3 869 kg ha-1.
Los resultados de la comparación entre los factores de
ajuste obtenidos y la DsE, se muestran en la Figura 1 y la
Figura 2, en donde se observa que los dos factores ajustan de
manera similar y con igual coeficiente de regresión, lo que
permite utilizar cualquiera de los dos para la predicción de
rendimientos durante el espigamiento, etapa en que se puede
determinar la DsE de manera precisa. Sin embargo, para hacer
uso del segundo, es necesario establecer experimentosde
campo y obtener datos de Bn de la hoja y total; esto provoca
un costo mayor que el utilizar la media de los rendimientos
teóricos que se obtienen de la metodología de la FAO.
Se recomienda una mayor exploración del ámbito de
rendimientos de cebada en el estado, para aumentar la
precisión y disminuir el sesgo de modelo para estimar
rendimiento en cebada.
1.3
1.4
Factor mediaFactor
de rend.
estimados
media
de FAO
1.2
1.3
1.1
1.2
1
1.1
0.9
0.8
0.8
0.7
y = y-0.4158x2
- 8.3624
= -0.4273x+23.9892x
+ 4.1152x
- 8.6275
R² =R²0.7479
= 0.7495
0.6
0.6
0.5
0.5
El método FAO es una herramienta que sirve para estimar
el rendimiento promedio del cultivo decebada de temporal
a nivel de macro región, con limitaciones para establecer
los diferentes potenciales de rendimiento en las regiones
del área de estudio.
Es necesario calibrar o ajustar el método FAO, para
una mejor estimación de rendimiento de cebada
bajo temporal, misma que debe de realizarse con un
mayor número de experimentos de campo y parcelas
comerciales, de manera que se permita captar la
variación del rendimiento en las diferentes regiones
del estado donde se siembra este cultivo.
El método FAO en el estado de Hidalgo subestima
en las regiones de alto potencial el rendimiento de
cebada (región 1, Almoloya) y sobreestima el
rendimiento en las otras regiones 2 (Apan) y 3
(Villa de Tezontepec).
LITERATURA CITADA
0.4
0.4
3.4
3.4
3.6
3.6
3.8
3.8
44
4.2
4.2
4.4
4.4
4.6
4.6
4.8
4.8
DsE en millones
Figura 1. Modelo de regresión entre el factor de ajuste del
método de la FAO y la DsE.
1.4
1.3
Factor media de rend. estimados
CONCLUSIONES
El ajuste a los rendimientos derivados para la
metodología de la FAO, puede ser utilizado de manera
aceptable, para estimar rendimientos al obtener la DsE
en campo (espigamiento).
0.9
1
0.7
21
1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
y = -0.4273x2 + 4.1152x - 8.6275
R² = 0.7495
0.6
0.5
0.4
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
4.6
4.8
DsE en millones
Figura 2. Modelo de regresión entre el factor de ajuste de la
media de los rendimientos estimados y la DsE.
Akcura, M.; Cerl, S.; Taner, S.; Kaya,Y.; Oser, E. and Ayranci,
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ESTUDIO DE CASO DEL IMPACTO DE LA TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍA
EN TRIGO DEL INIFAP*
STUDY OF CASE OF THE IMPACT OF THE TRANSFERENCE OF TECHNOLOGY
IN WHEAT OF THE INIFAP
Dora M. de J. Sangerman-Jarquín1§, Eduardo Espitia Rangel2, Héctor Eduardo Villaseñor Mir1, Benito Ramírez Valverde3 y
Pilar Alberti Manzanares4
Campo Experimental Valle de México, INIFAP. Km 18.5 carretera Los Reyes- Lechería, A. P. 10, C. P. 56230 Chapingo, Texcoco, Estado de México. Tel. y Fax. 01
595 9542964. 2Campo Experimental Bajío, INIFAP. Km. 6.5 carretera Celaya-San Miguel de Allende. C. P. 38110, Celaya, Guanajuato. Tel. 01 461 6177508, (espitia.
[email protected]). 1Programa de Trigo, Campo Experimental Valle de México. Km 18.5 carretera Los Reyes- Lechería, A. P. 10, C. P. 56230 Chapingo, Texcoco,
Estado de México. Tel. 01 595 9542877 Ext. 127, (villaseñ[email protected]). 3Posgrado en Estrategias para el Desarrollo Agrícola Regional, Campus- Puebla,
Colegio de Postgraduados en Ciencias Agrícolas. Km 125.5 carretera Federal México- Puebla C. P. 72130, Puebla, Puebla, A. P. 2-12, Colonia Libertad, Tel. 01 222 28514
42, ([email protected]). 4Posgrado en Desarrollo Rural- Estudios de Género, Colegio de Postgraduados en Ciencias Agrícolas. Km 35.5, carretera México- Texcoco,
C. P. 56230, Montecillo, Texcoco, Estado de México. Tel. 01 595 9520200 Ext. 1878. 1§Autora para correspondencia: [email protected].
1
RESUMEN
El objetivo de esta investigación fue identificar los factores
que favorecieron o limitaron el uso de las variedades de
trigo generadas por el Instituto Nacional de Investigaciones
Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP). El estudio de
campo se realizó en 2006 en el municipio de Nanacamilpa,
Tlaxcala, México; región donde el trigo representa un
componente de importancia económica familiar. La
información base se obtuvo de una muestra simple aleatoria,
la cual consistió en aplicar un cuestionario a 50 agricultores
con preguntas cerradas y abiertas. Los resultados más
destacados fueron. 1) las variedades de mayor impacto
fueron: Temporalera M87 y Romoga F96. Además de
haberse sembrado Zacatecas VT74, México M82, Batán
F96, Náhuatl F2000 y Tlaxcala F2000, todas generadas por
el INIFAP, 2) 60% de los agricultores sabe que el INIFAP
genera semilla de trigo de las variedades mejoradas, 3)
los productores indicaron que usar semillas mejoradas
les proporciona beneficios como: altos rendimientos y
mayor calidad de semilla para siembra, 4) los principales
problemas de producción en el cereal fueron: malezas,
plagas y enfermedades en las diversas etapas del desarrollo
* Recibido: Diciembre, 2007
del cultivo, y 5) la generación de tecnología en la propia
comunidad es un factor importante en la transferencia y
adopción de la misma.
Palabras clave: agricultores, transferencia de tecnología,
trigo, variedades.
ABSTRACT
The goal of this research was to identify the factors that
favor or limit the use of bred wheat cultivars that have been
developed by the breeding program of the National Research
Institute for Forestry, Agriculture and Livestock (INIFAP).
The study was conducted during 2006 in the Nanacamilpa
county, Tlaxcala, Mexico, where wheat cultivation is an
important component in the families’ economy. The base
information was a simple random sample consisting in the
application of a questionnaire with open and close questions
to 50 farmers. The most important results were: 1) the
cultivars of great impact are Temporalera M87 and Romaga
F96. In addition, Zacatecas VT74, Mexico M82, Batan
F96, Náhuatl F2000 and Tlaxcala F2000, all developed by
INIFAP, were also used, 2) 60% of the farmers knows that
INIFAP produces wheat seeds of improved cultivars, 3)
farmers whom had used seeds from INIFAP indicated that
the use of improved cultivars is beneficial due to higher
yields and superior seed quality and, 4) the main production
problems identified in the cereal were: weeds, pests and
diseases throughout crop development, 5) the generation of
technology in their own community is an important factor
in its transference and adoption.
Key words: farmers, technology transference, cultivars,
wheat.
INTRODUCCIÓN
En el contexto de las políticas neoliberales y de ajuste
estructural en América Latina y el Caribe, durante los
últimos quince años se han dado cambios e innovaciones
en gran número de sistemas y procesos de transferencia
tecnológica. En general, las reformas se han caracterizado
por una descentralización de la transferencia y adopción de
tecnología como un bien público. La dinámica compuesta
por múltiples redes organizativas, económicas, políticas,
sociales y tecnológicas se presenta con los productores
que cultivan trigo. Ante este contexto, se planteo el
escenario de Nanacamilpa, Tlaxcala. En el estado de
Tlaxcala, se cultivaron alrededor de 5 mil hectáreas
de trigo durante la década de los setenta; en los años
ochenta se llegaron a sembrar más de 50 000 hectáreas y
durante los noventa la superficie alcanzó un incremento
entre 30 y 80 000 hectáreas, para 2000 la superficie fue
de 90 000 hectáreas (SIAP, 2006). Los incrementos por
área sembrada se debe a que este cereal representa una
alternativa para las áreas donde el maíz tiene de mediana
a baja productividad, debido a que su ciclo biológico es
más corto (Villaseñor, 2000). Asimismo, es un cultivo
altamente mecanizado y necesita menos insumos; por
lo que es más rentable en las tierras limitativas para
la producción de maíz (Villaseñor y Espitia, 2000). El
objetivo planteado en este estudio fue analizar el papel de
la generación y transferencia de tecnología del INIFAP
en 2006, como factor impulsor de las estrategias para el
desarrollo agrícola en Nanacamilpa.
Dora M. de J. Sangerman-Jarquín et al.
El INIFAP, genera y valida la transferencia de conocimientos
e innovaciones tecnológicas como soporte al desarrollo
sostenible de los procesos productivos forestales, agrícolas
y pecuarios sin deterioro de los recursos naturales. Estas
tecnologías permiten mejorar los niveles de productividad,
rentabilidad, competitividad y sostenibilidad de la
producción nacional en sus diversas regiones agroecológicas.
El Campo Experimental “Valle de México” (CEVAMEX)
uno de los 30 Campos Experimentales que tiene el INIFAP
diseminados en el país, inició sus actividades en 1943
como Campo Experimental “El Horno”, en 2003 cumplió
60 años de existencia, durante estos años se han conjugado
como resultado aportaciones científicas y tecnológicas que
contribuyen al desarrollo agrícola, pecuario y forestal de
México (Islas, 2003). En los períodos de 1945-1985 los
investigadores de la oficina de estudios especiales, hoy
INIFAP, liberaron a partir de 1960, 633 variedades con
más de 24 especies de cultivos básicos como: trigo, maíz
y frijol. De 1986-1996 se agregaron 71 variedades, para
totalizar en los años de 1945-1996, 704 variedades. El
programa de mejoramiento genético de trigo de temporal
en México se inició en 1969 por el INIA, institución que
posteriormente pasó a ser el INIFAP. Durante 1969-2000
se liberaron 18 variedades específicas para las diferentes
áreas agroecológicas del país, con el objetivo de que el
productor aumente los rendimientos. En el año 2000 se
liberó la variedad Tlaxcala F2000, para la disposición de
los productores de la región de Tlaxcala con características
ideales y específicas del lugar (Villaseñor y Espitia, 2000).
MARCO TEÓRICO
No podemos entender ni analizar los modelos de transferencia
de tecnología que un país impulsa para la población rural, si
no conocemos el contexto socioeconómico y político en el
que se inserta; es decir, hay que enmarcarlo en la corriente
de desarrollo que impera en él. Para ello consideramos el
desarrollo como una estrategia para el impulso de cambios
que, al operar en la población producen cambios sociales
(Muro, 1999; Rodríguez 2000; Reijntjes, 2006). El desarrollo
es un proceso que debe analizarse en perspectiva histórica y
es un fenómeno complejo, que incluye múltiples aspectos
a considerar, entre los que se encuentran: 1) territorio, 2)
población, 3) conjunto de asentamientos, y 4) conjunto
de instituciones públicas y privadas (Boisier, 1999; Ceña,
2000; Rolls, 2003).
Estudio de caso del impacto de la transferencia de tecnología en trigo del INIFAP
La transferencia de tecnología se ha concebido de diversas
maneras: como un flujo o movimientos de conocimientos
o como un proceso donde dicho flujo tiene lugar; como un
método de hacer algo con orden y de manera sistemática
(Medellín y Bocanegra, 2002). Estos autores refieren que la
transferencia de tecnología se circunscribe como: a) un flujo
de conocimientos, b) un método ordenado y sistemático de
transmisión de saberes tecnológicos, y c) como transmisión
de conocimientos estructurados, que requiere y exige una
solución organizacional. Diversos autores (De Janvry, 1998;
Rosengrant y Svenden, 1999; Simmons, 2003; Unnevehr,
2003) indican que la tecnología que incorpora los bienes de
capital puede ser: ahorradora de trabajo, neutral o ahorradora
de tierra, de acuerdo con el sentido de la tecnología. Estos
autores van clasificando, cada uno a la tecnología en cuatro
categorías: 1) mecánicas, 2) biológicas, 3) químicas, y 4)
prácticas agronómicas culturales y de manejo.
Una tecnología es una combinación de todas las prácticas de
manejo para producir un cultivo o una mezcla de cultivos,
o para almacenar los productos agrícolas provenientes de
580000
580000
600000
25
éstos. Cada práctica se define por el tiempo, y por la cantidad
y el tipo de componentes tecnológicos utilizados, tales como
la preparación de la cama de siembra, uso de fertilizantes,
el deshierbe, etc.
MARCO REGIONAL DE LA ZONA DE ESTUDIO
Esta región fue seleccionada para el estudio por las siguientes
razones: a) casi 30 años de trabajos de investigación
realizados por el INIFAP, b) la importancia del trigo en la
economía regional, c) siembra de trigo en condiciones de
temporal, y d) productores minifundistas y con escasos
recursos. Nanacamilpa, Tlaxcala, se localiza en el Altiplano
central mexicano a 2 720 m, el municipio de Nanacamilpa
se sitúa en las coordenadas geográficas de 19o 29’ latitud
norte y 98o 32’ longitud oeste. Éste municipio colinda al
norte y poniente con el municipio de Calpulalpan, al sur con
el estado de Puebla y al oriente se establecen linderos con el
municipio de Sanctórum de Lázaro Cárdenas (García, 2004;
INEGI, 2002) (Figura1).
620000
640000
SIMBOLOGÍA
2180000
Estado de Tlaxcala
Municipio
Nanacamilpa
2160000
2160000
2140000
2140000
DATOS DE CONSTRUCCIÓN
Sistema de Proyección:
Universal Transversa
de Mercator
Zona UTM: 14 Norte
Datum: NAD 27
Esferoide: Clarke 1886
N
2120000
O
2120000
E
S
ESCALA GRÁFICA
0
540000
560000
580000
600000
620000
Figura 1. Localización geográfica del municipio de Nanacamilpa, Tlaxcala.
640000
100000 Metros 200000
Para la realización de este estudio, se utilizó un muestreo
cualitativo. La ecuación para calcular el tamaño de
muestra es la siguiente:
n=
NZ
2
2
α/2
N d +Z
2
pn qn
α/2
pn qn
donde, N= tamaño de la población; Zα/2= confiabilidad; pn=
proporción de unidades con la característica de interés; qn=
corresponde a la proporción que no posee la característica,
y d= precisión de la muestra.
El número productores en la comunidad fue de 227. Con
una precisión de 90% y utilizando la variable conocimiento
de la tecnología recomendada por el INIFAP. Donde, pn=
0.6 y consecuentemente; qn= 0.4. La precisión fue de 10%,
por lo que el tamaño de muestra quedó definido en 50
productores.
Como parte de la metodología, se procedió a entrevistar
a informantes claves, entre los que se localizaron
investigadores, funcionarios del Distrito de Desarrollo
Rural y del CADER, autoridades municipales y ejidales,
productoras y productores. En el análisis estadístico se utiliza
la prueba de t de Student, exacta de Fisher, chi - cuadrada de
Pearson y además de estadística descriptiva como cuadros
de cruce de información, tablas de frecuencia, gráficos, etc.
Estudio de campo
El programa de mejoramiento genético de trigo del
INIFAP, específicamente en la región de estudio, ha
alcanzado impactos, logros y aportaciones en el cultivo
de trigo, que por su importancia son: resistencia a
plagas y enfermedades, potencial de rendimiento,
calidad industrial, áreas de recomendación, entre otras.
El funcionamiento de una estrategia, que ponga de
relieve el alto rendimiento de las variedades liberadas
por el INIFAP, en la región de Nanacamilpa se pueden
considerar las siguientes: 1) región definida de alto
potencial para siembras comerciales, así como alto
potencial en rendimiento (Villaseñor y Espitia, 2000),
y 2) las variedades deben reunir las condiciones y
características que los productores de la región requieren,
según los datos observados en campo son: rendimiento,
resistencia a enfermedades y al acame, grano y planta
grande, que sea del gusto de los compradores y la
industria harinera.
Porcentaje de productores con y sin asistencia
técnica
Los resultados muestran que 52% de los productores
recibió asistencia técnica, y el restante 48% no recibió
este servicio.
Edad de los productores
La edad de los productores es una característica que
ha sido analizada con insistencia en la literatura sobre
desarrollo agrícola y rural como un factor que debe
tomarse en cuenta, sobre todo para fomentar procesos
de cambio tecnológico e introducir nuevas actividades
productivas. Al comparar el promedio de edad de los
padres de familia que recibieron asistencia técnica y
aquellos productores que no recibieron, se observa que
mediante prueba de t, no existe diferencia estadística
entre estos grupos, es decir, se presentan condiciones
similares de edad y esto puede observarse al revisar
los promedios de edad, donde se encontró que los que
recibieron asistencia técnica tienen un promedio de 54.73
años con un mínimo de 27 y máximo 87 años de edad,
y el grupo que no recibió posee en promedio de 55.08
años con un mínimo de 30 y un máximo de 75 años, como
se muestra en el Cuadro 1. Se puede concluir entonces
que los productores son en términos generales de edad
madura y que la edad no es determinante en el empleo
de asistencia técnica en la región.
Escolaridad de los productores
Los productores que han participado en la adopción de
transferencia de tecnología del INIFAP, han mostrado
características escolares medio y bajo (primarias,
secundaria y en un menor porcentaje preparatoria),
los productores más jóvenes ostentan un mejor nivel
educativo formal (secundaria, preparatoria, y los menos
alguna carrera técnica). En cuanto a los porcentajes de
escolaridad de los productores con asistencia técnica,
16% tienen primaria terminada, 8% primaria incompleta,
18% secundaria completa, 23%, preparatoria completa,
20% preparatoria incompleta, y 15% carrera técnica,
para los productores que no recibieron asistencia técnica
se deriva lo siguiente: 12% primaria incompleta, 12%
primaria completa, secundaria completa 16%, secundaria
incompleta 24%, preparatoria completa 18%, preparatoria
27
incompleta 10% y por último carrera técnica 8%. Cabe hacer
mención que la mayoría de los productores ha estudiado algún
grado escolar aunque no lo haya concluido (Figura 2).
12
11
Número de productores
10
9
8
7
6
5
4
Asistencia técnica
3
2
Si
1
0
No
Primaria
incompleta
Primaria
completa
Secundaria
incompleta
Secundaria Preparatoria Preparatoria
completa
incompleta completa
Carrera técnica Carrera técnica
completa
incompleta
Escolaridad
Figura 2. Características escolares del productor con y sin asistencia técnica. Nanacamilpa, Tlaxcala, México,
2006.
Superficie total de predios de los productores
De los productores que recibieron asistencia técnica se
observan las siguientes características: El promedio de
superficie usufructuada fue de 20.09 ha, con un mínimo de
4 y máximo de 95. 5 ha. Aquellos productores que no han
recibido asistencia técnica tienen en promedio 20.25
ha, mínimo 5 y un máximo de 70 ha (Cuadro 1). El
promedio de superficie cultivada es de 15.45 ha, no
se encontró diferencia significativa entre el grupo que
recibió asistencia técnica del que no la recibió (t = -0.031;
probabilidad= 0.975).
Cuadro 1. Características de los predios de los productores de acuerdo al uso de asistencia técnica. Nanacamilpa,
Tlaxcala, México, 2006.
Variable
Edad de los
productores (años)
Superficie
total (ha)
Superficie
ejidal (ha)
ns= no significativo.
A s i s t e n c i a Promedio
Número
Desviación
Mínimo
Máximo
Si
No
54.73 ns
55.08 ns
26
24
15.50
13.56
27
30
87
75
Si
No
20.09 ns
20.25 ns
17.86
17.13
4
5
95.5
70
Si
13.09 ns
26
24
50
22
9.78
1.5
40
No
15.45 ns
20
16.17
3
65
Promedio superficie ejidal de temporal (SET) en los
predios de los productores
De las familias entrevistadas con asistencia técnica,
reportan una superficie ejidal de temporal (SET), con
un promedio de 13.09 ha, un mínimo de 1.50 y máximo
de 40 ha. Para aquellos productores que no han recibido
asistencia técnica el porcentaje de (SET) es de 15.45
ha mínimo de 3 y máximo 65 ha. El Cuadro 1, también
muestra, que no se encontró diferencia significativa entre
el grupo que recibió asistencia técnica del que no la recibió
(t = -0.578; probabilidad= 0.566). En la región de estudio
la superficie ejidal usufructuada por los productores, no
es determinante para tener asistencia técnica.
Principales cultivos en las parcelas de los productores
En la región de estudio, los sistemas agrícolas se
diferencian por la variabilidad en el uso y combinación
de los factores productivos. Existen dos formas de
100
19
producción que contrastan, entre sí. Una la mayoría
de sistemas de producción de temporal basados en
el minifundismo, en el uso reducido de insumos y
tecnologías agrícolas y fuerza de trabajo familiar
y por el otro, una agricultura empresarial, que se
caracteriza por su especializada tecnología, uso
intensivo de insumos agrícolas y trabajo asalariado,
como es el caso del cultivo del trigo, pero también
observamos el uso de la fuerza de trabajo familiar en
pequeña escala. De acuerdo a los datos, la totalidad
de los productores entrevistados reportan cultivar de
trigo. Los productores que han recibido asistencia
técnica refieren las siguientes cifras, 46% siembra
trigo, 15% trigo-cebada, y por último lo asocian trigo,
maíz y frijol; y trigo, maíz y cebada en un 19% en
ambos casos. Los productores que no han recibido
asistencia técnica, 67% siembran trigo; 34% lo asocia
con otras especies agrícolas como: la asociación de
trigo-cebada (13%); trigo-maíz-cebada (13%); y 8%
de trigo-maíz-frijol (Figura 3).
13
90
8
80
19
13
70
Porcentaje
60
67
15
50
46
Siembra
40
trigo, maíz y cebada
30
trigo, maíz y frijol
20
trigo y cebada
10
trigo
0
Si
No
Asistencia técnica
Figura 3. Principales cultivos de siembra productores con y sin asistencia técnica. Nanacamilpa, Tlaxcala, México,
2006.
La totalidad de los productores siembra trigo, aunque en el
caso de los que tienen asistencia técnica 46.2% siembra solo
trigo y el resto con otra especie. Para el caso de los que no
cuentan con este servicio la mayoría (66.7%) siembra sólo
trigo. Los productores que no tienen asesoría técnica tienden
a sembrar únicamente trigo mientras que los que reciben
asesoría técnica tienen mayor diversificación.
Uso de variedades mejoradas del INIFAP por los
productores
Los productores remarcan que las variedades han
jugado un papel importante y en el futuro será
mayor, ya que indican que esta problemática detiene
sequías cada vez másfrecuentes, suelos degradados,
29
y las heladas tempranas que se presentan con mayor
continuidad. En el cultivo de trigo ha sido más intensa
la labor de transferencia de tecnología, ya que desde
mediados de la década de los setenta el INIFAP, a través
del Campo Experimental “Valle de México”, el programa
de mejoramiento genético ha realizado trabajos de
investigación, para estudiar el comportamiento de líneas
y variedades, así como lotes demostrativos de variedades.
Con relación a la región de estudio (Cuadro 2), presenta
las variedades de trigo que predominan en las siembras
comerciales como: Temporalera M87, variedad única, pero
ha sido sembrada con la variedad Romoga F96, variedades
liberadas hace 17 y 8 años respectivamente. Otras variedades
sembradas continuamente por los productores son Tlaxcala
F2000, Náhuatl F2000, éstas fueron liberadas en 2000.
Cuadro 2. Uso de variedades mejoradas del INIFAP por los productores. Nanacamilpa, Tlaxcala, México, 2006.
Variedades de trigo
Con asistencia técnica
Sin asistencia técnica
Temporalera M87
Romoga F96
Tlaxcala F2000, Náhuatl F2000 y Romoga F96
Tlaxcala F2000
Náhuatl F2000 y Tlaxcala F2000
Náhuatl F2000
Juchitepec F2000
Zacatecas 74
Zacatecas 74 y Náhuatl F2000
Temporalera M87, Mixteco S82 y Romoga F96
Náhuatl F2000 y Romoga F96
Temporalera M87 y Pavón F76
Cleopatra y Romoga F96
Pavón y Romoga F96
Gálvez M87 y Mixteco S82
Frecuencia
13
12
10
5
10
14
11
10
5
8
3
0
10
14
0
Frecuencia
12
14
9
6
4
11
4
4
8
7
7
3
10
11
3
(%)
50
46.2
38.5
19.2
38.5
53.8
42.3
38.5
19.2
30.8
11.5
0
38.5
53.8
0
(%)
50
58.3
37.5
25
16.7
45.8
16.7
16.7
33.3
29.2
29.2
12.5
41.7
45.8
12.5
Probabilidad
1.00 ns1
0.389 ns
0.944 ns
0.623 ns
0.086 ns
0.571 ns
0.048 *
0.086 ns
0.256 ns
0.902 ns
0.164 ns
0.103 ns
0.817 ns
0.571 ns
0.103 ns
ns= no significativo; *= significativo (α= 0.05).
1
El análisis estadístico se realizó mediante prueba de
chi-cuadrada y prueba exacta de Fisher de acuerdo a las
características de la tabla de 2 x 2 y la significancia se muestra
en la última columna (Cuadro 2), como puede observarse,
existe un componente similar en los dos grupos respecto al uso
de variedades, excepto en la variedad Juchitepec 2000, que
fue liberada por el INIFAP en el año 2000, donde se aprecia
mejor uso en los productores que este año recibieron asistencia
técnica. Los productores usan variedades recientemente
puestas a disposición por el INIFAP. Tanto los que
recibieron este año asistencia técnica como los que no y
la explicación a lo anterior se encuentra en el hecho de
que el INIFAP ha realizado trabajos de investigación,
durante muchos años en la región; generando nuevas
variedades y empleando tecnologías adecuadas.
Beneficios en el uso de semillas del INIFAP
Los productores encuestados fueron consultados con
respecto a los beneficios que tendrían al usar semillas de
las variedades mejoradas del INIFAP, los datos se indican
en el Cuadro 3. Los resultados indican que 64% de los
agricultores(as) hacen referencia al mejoramiento de
las semillas que sembrará, 56% refieren aplicar bien los
agroquímicos en las semillas, 52% mejor rendimiento, 42%
aprender nuevas formas de siembra, entre las principales.
Cuadro 3. Beneficios en el uso semillas del INIFAP. Nanacamilpa, Tlaxcala, México, 2006.
Ventajas que el agricultor mencionó
Mejoramiento de las semillas que sembrará
Aplicar bien los agroquímicos en las semillas
Mejor rendimiento
Aprender nuevas formas de siembra
Calidad de la semilla que se va a usar
Sembrar nuevas variedades
Tendría semilla que no se conoce hasta ahora
Conocer nuevas variedades
Ser un buen productor de trigo
Adquirir nuevos conocimientos del trigo
Que sea una mejor variedad para la comunidad
Tener buenos resultado de las nuevas variedades
Que le compren a mejor precio su semilla
Controlar mejor malezas, plagas y enfermedades
Aprender nuevas técnicas del trigo
Que les dejen las semillas
Beneficio para el campo
Quieren asistencia sobre manejo de suelos
Para ver que semilla es mejor en rendimiento
Agradecimiento a los ingenieros por su experiencia con estas semillas
Frecuencia
(%)
32
28
26
21
21
19
19
18
17
15
14
13
13
13
11
9
8
7
7
6
64
56
52
42
42
38
38
36
34
30
28
26
26
26
22
18
16
14
14
12
Nota: las frecuencias son sobre 100%. Los encuestados señalaron de 1-5 ventajas.
Fertilizantes utilizados en las parcelas
La tecnología de producción generada por el INIFAP ha
sido fundamental para impulsar la superficie sembrada
y productividad del trigo. Las variedades han jugado un
papel importante y en el futuro serán mayores, ya que la
problemática biótica y abiótica es cada vez más compleja,
como por ejemplo: enfermedades más agresivas, las
sequías son más frecuentes año con año, el suelo se
degradan conforme son cultivados excesivamente,
heladas con mayor continuidad, y mayor aplicación de los
fertilizantes, ésta se ha cuestionado por la contaminación
al medio ambiente, que representa en su utilización.
En el Cuadro 4, señala que el uso de seis fertilizantes
frecuentemente utilizados por los productores, que
recibieron asistencia técnica fueron: superfosfato de
calcio triple 42.3%, cloruro de potasio 38.5%, urea 30.8%,
triple 17 26.9% y fullmina 15.4%. Cabe mencionar, que
la utilización de abono orgánico representa al igual que
el superfosfato de calcio triple 42.3% el fertilizante
más utilizado. El empleo del abono orgánico ha sido
una práctica ancestral que los productores han hecho
común en sus parcelas, además los productores están
conscientes del deterioro ambiental y desean utilizarlo
en mayor medida. Los productores que han no han
recibido asistencia mencionan en primer lugar el uso
de la fullmina 45.8%, cloruro de calcio triple y triple 17
en 33.3%, cloruro de potasio 33.3%, urea 29.2% y por
último abono orgánico 16.7%.
La utilización de urea en la fertilización del cultivo es
69.2% y 70.8%, para productores con y sin asistencia
técnica, respectivamente. Como puede notarse en el
Cuadro 4, ambos grupos de productores utilizan este
fertilizante, casi en la misma proporción. Para reforzar
lo anterior, la prueba de chi - cuadrada, nos indica que no
existe diferencia estadística (χ2= 0.015; probabilidad=
0.902), es decir, ambos grupos de productores lo utiliza
en la misma proporción.
31
Cuadro 4. Resumen de los fertilizantes utilizados. Nanacamilpa, Tlaxcala, México, 2006.
Fertilizantes
Triple 17
Urea
Superfosfato de calcio triple
Cloruro de potasio
Fullmina
Abono orgánico
F1
7
8
11
11
4
11
Si
(%)
26.9
30.8
42.3
42.3
15.4
42.3
Asistencia técnica
No
F
(%)
10
41.7
7
29.2
10
41.7
10
41.7
11
45.8
4
16.7
F
17
15
21
21
15
15
Total
Nivel de significancia
(%)
34
30
42
42
30
30
0.272 ns2
0.902 ns
0.963 ns
0.963 ns
0.019*
0.048**
F= frecuencia; 2ns= no significativo; * significativo; ** significancia con la prueba exacta de Fisher.
1
El Cuadro 4, muestra la utilización del fertilizante
superfosfatado, en ambos grupos de productores es 37.7%
y 58.3% con y sin asistencia técnica, respectivamente.
Por lo que la prueba de chi- cuadrada, nos indica que no
existe diferencia estadística. (χ2= 0.002; probabilidad=
0.963), es decir, el superfosfato, es utilizado en la
misma proporción en ambos grupos de productores.
0.178). Se identificó que no existe diferencia estadística
en el costo del fertilizante por hectárea en ambos grupos
de productores (t= 1.474; probabilidad= 0.147). El costo
de este fertilizante es de $ 33 656 00 en promedio. Cabe
aclarar, que los datos de los fertilizantes por hectárea y
costo del fertilizante son generalizados, por los diferentes
tipos de fertilizantes utilizados por los productores.
La utilización de cloruros en el cultivo de trigo, es 61.5%
y 66.7% en productores con y sin asistencia técnica,
respectivamente. Como puede observarse, en el Cuadro 4,
ambos grupos utilizan cloruro casi en la misma proporción,
lo anterior lo refuerza la prueba de chi - cuadrada, misma
que nos indica que no existe diferencia estadística en la
utilización de cloruro en el cultivo del trigo, en ambos
grupos de productores (χ2= 0.142; probabilidad= 0.706).
Instituciones que dieron asistencia técnica a los
productores. Nanacamilpa, Tlaxcala, México, 2006.
Para el grupo de productores con asistencia técnica
84.6% utiliza fullmina, mientras que 15.4% no lo
utiliza. Ahora en el grupo de productores que no han
adoptado asistencia. écnica, se analizó que 54.2%,
utiliza la fullmina y el resto no (Cuadro 4). Se puede
notar que existe una mayor tutilización de fullmina
en productores con asistencia técnica en comparación
con el otro grupo. Pero la prueba de chi - cuadrada,
nos demuestra que existe diferencia estadística en la
utilización de este agroquímico (fullmina) en ambos
grupos de productores (χ2= 5.510; probabilidad= 0.019).
Costos de fertilización y t ha -1 utilizados por
productores. Nanacamilpa, Tlaxcala, México, 2006.
En el Cuadro 5, se realizó una comparación de medias
en cuanto a la utilización de fertilizantes t ha-1, donde
se demostró que no existe diferencia estadística en la
utilización de fertilizantes t ha-1 (t= 1.369; probabilidad=
La estrategia de investigación agrícola adoptada por el
INIFAP y sus antecesores, se fundamenta metodológica
y operativamente en el reconocimiento y delimitación
de las regiones agrícolas, como ha sido la región de
Nanacamilpa, las cuales se convierten en el sustrato
metodológico para la generación y transferencia de
tecnología, en ésta región de estudio los investigadores
en trigo han tenido una permanencia por casi 30 años,
validando y generando variedades de trigo aptas para la
región y del gusto de los productores. En el Cuadro 6, se
hace referencia a las instituciones que han dado asistencia
técnica en la región de estudio a través del tiempo y no
necesariamente este año. El 47.7% el INIFAP, como
institución que dio asistencia técnica, la Secretaría de
Agricultura, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación
(SAGARPA) 25.9%, los Distritos de Desarrollo Rural
(DDR), 12.7%, Universidad Autónoma Chapingo
(UACH) 7.8% y por último el Colegio de Postgraduados
en Ciencias Agrícolas (CP) 5.9%.
Con estos resultados se fortalece el papel que las
instituciones de enseñanza e investigación han realizado
en la región, especialmente destaca el papel del INIFAP,
no sólo en la generación de variedades, sino también en
la transferencia de la tecnología.
Cuadro 5. Cantidad y costo de fertilizante empleado por productores con y sin asistencia técnica. Nanacamilpa,
Tlaxcala, México, 2006.
Asistencia técnica
Si
No
Total
Media
N
Desviación estándar
Mínimo
Máximo
Media
N
Mínimo
Máximo
Media
N
Mínimo
Máximo
Cantidad de fertilizante
(t ha-1)
Costo de fertilizante
($ ha-1)
4.0435
26
3.9632
0.20
14
2.6313
24
3.2653
0.20
12
3.3656
50
3.6778
0.20
14
3 873.9615
26
3 466.2715
540
12 810
2 564.3542
24
2737.0451
312
10 980
3245.35
50
3175.4242
312
12 810
Cuadro 6. Instituciones que dieron asistencia técnica. Nanacamilpa, Tlaxcala, México, 2006.
Instituciones participantes
Porcentaje
Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP)
SAGARPA
Distritos de Desarrollo Rural (DDR)
Universidad Autónoma Chapingo (UACH)
Colegio de Postgraduados en Ciencias Agrícolas (CP)
Total
Participación de los productores en el establecimiento
de parcelas demostrativas en la comunidad
En el estado de Tlaxcala es donde han sido más notorios lo
incrementos de trigo, debido, que la siembra de variedades
mejoradas para temporal, ha sido más seguro y rentable
que el maíz, pero también gracias a la participación de
los agricultores en el establecimiento de parcelas
demostrativas en la comunidad, por parte del INIFAP
a través del Campo Experimental “Valle de México” y
del programa de trigo. Difundir in situ las innovaciones
generadas en el cultivo es materia de comunicación para
la transferencia de tecnología.
Asimismo, los productores que tienen conocimiento del
establecimiento de parcelas demostrativas en la región,
el grupo de productores con asistencia técnica es 65.4%,
47.7
25.9
12.7
7.8
5.9
100
y mientras que el grupo que no recibió asistencia técnica
es 34.6%. Por otro lado, con la prueba de chi -cuadrada, se
encontró que no existe diferencia estadística en cuanto al
conocimiento del establecimiento de parcelas demostrativas
(χ2= 0.045; probabilidad= 0.832), quiere decir, que ambos
grupos de productores tiene conocimiento similar del
establecimiento de estas parcelas.
Años que los productores recuerdan haber participado
en días demostrativos
A través de las encuestas realizadas, se observó que
los productores que participaron en días demostrativos
durante los años de investigación, están mejor informados
de los avances tecnológicos del cultivo, de tal manera, se
espera que ellos utilizaran las nuevas variedades aptas
para la región.
También se realizó una comparación de medias, para
observar si ambos grupos de productores conocen
del establecimiento de las parcelas demostrativas
implementadas por el INIFAP en la región de estudio,
se percibió que no existe diferencia estadística
entre productores con y sin asistencia técnica (t=
0.358; probabilidad= 0.725). Para el primer grupo de
productores tienen mínimo de un año y un máximo de
10 y para los que no tienen asistencia técnica un mínimo
de 2 y máximo de 10.
DISCUSIÓN
En la región de Nanacamilpa, Tlaxcala en los últimos 30
años el INIFAP ha sido una de las instituciones soporte en
la validación, generación y transferencia de tecnología,
ha realizado trabajos de investigación en una forma
constante y en comunicación directa con los productores
de la región. De los productores entrevistados, 67.8%
recibió asistencia técnica y el resto no, pero cabe aclarar,
que estos últimos han conocido de la transferencia de
tecnología del INIFAP, ya que los productores transmiten
el conocimiento a través de comunicación informal, y
de observación directa que hacen en los terrenos de los
productores que han aceptado el proceso de transferencia,
y adoptado las tecnologías del INIFAP. Los productores
de la región conocen y han utilizado variedades
generadas por el INIFAP, por factores propicios como:
mayores rendimientos, variedades resistentes a plagas y
enfermedades, facilidad en el control químico, variedades
recientes, etc., que han permitido conocer en gran medida
cómo producir el cereal.
Es importante mencionar, que los productores que han
recibido asistencia técnica y aquellos que no han recibido
el servicio, sobre el uso de tecnologías; Viana y Villar
(2001), refieren que los factores que intervienen en el uso
son: patrón de difusión de variedades mejoradas, formas
de adquisición de la semilla y variedades mejoradas
utilizadas por los productores; situación que se reafirma
en el análisis realizado en la región, además, se asocian
otros factores como: superficie cultivada, tenencia y
renta de tierras, son componentes esenciales para la alta
rentabilidad del cereal.
Estudios han reportado, que productores que han
adoptado paquetes tecnológicos de variedades de trigo
en la India y Bangladesh, usualmente son de paquetes
33
tecnológicos demostrados con semilla mejorada,
insumos y bajo sus propias circunstancias (Biggs, 1997;
Power y Doran, 2001; Nesbitt y Samuel, 2006). En el
presente caso, se suma la categoría de días demostrativos
que se realiza en la comunidad, con la participación de
los productores es uno de los factores más importantes
en la toma de decisiones del productor para el uso de
variedades mejoradas del cereal.
Damián (2004), señala en este sentido, en un estudio
realizado en el estado de Tlaxcala, sobre apropiación de
tecnología agrícola, que los productores encuestados con
respecto a la escolaridad la apropiación se basa en la edad,
el nivel de escolaridad tienen una alta apropiación, acceden
a folletos y revistas técnicas con información agrícola. Los
productores refieren que el gobierno cuenta con programas
de apoyo al campo, de estos conocen: Programas de Alianza
para el Campo (PROCAMPO), PROGRESA, Kilo x Kilo,
Apoyos y Servicios a la Comercialización Agropecuaria
(ACERCA), SOFOA- SAGARPA, Diesel y Alianza y
Capacitación para el Desarrollo Rural (CADER), aunque
no todos son elegibles por estos, ya que indicaron que estos
programas son insuficientes y que tener acceso a ellos es
difícil, en el sentido de que existe mucha burocracia (les
hacen dar muchas vueltas), como refieren estudios realizados
en México, Syria e India (Galindo et al., 2000; Jenkyn et al.,
2001; Álvarez et al., 2006).
Otros factores que Ramírez (2004) plantea, es el nivel de
apropiación de tecnología de los agricultores se relaciona con
la importancia de las recomendaciones que a nivel regional,
específicamente en el estado de Tlaxcala, realiza el INIFAP y
otras instituciones de enseñanza e investigación. Villaseñor
(com. pers. 2004), refiere a que la comunicación informal
da relevancia a este proceso, toda vez, que los productores,
se acercan a los terrenos donde existen experimentos, para
preguntar de una forma constante sobre el cultivo. Ante esta
situación la obtención de conocimientos es precisamente la
recomendación dada por otro agricultor.
CONCLUSIONES
La totalidad de los productores siembra trigo, aunque
existen asociaciones con otros cultivos, lo cual demuestra
la importancia económica del cultivo en la región.
Las variedades empleadas en la zona de estudio son:
Temporalera M87 y Romoga F96, las cuales tienen 17 y
8 años de haberse liberado, pero siguen en la preferencia
de los agricultores. Además de haber sembrado Zacatecas
T74, México M82, Batán F96, Náhuatl F2000 y Tlaxcala
F2000. La totalidad de las variedades sembradas en la región
han sido generadas por el INIFAP.
El papel del INIFAP en la región fue determinante no sólo
en la generación de tecnología, sino también en la difusión
de este conocimiento.
Las ventajas al usar semilla del INIFAP son: mayores
rendimientos, mejoramiento y calidad de la semilla que
siembra el agricultor, semilla de nuevas variedades, control
de malezas, plagas y enfermedades entre otras. Lo cual
constata la presencia que el INIFAP tiene en la región.
La mayoría de los productores reconocen que la tecnología
generada por el INIFAP ha tenido un impacto positivo en la
producción de trigo de la región.
AGRADECIMIENTO
A Doña Gloria Jarquín Vda. de Sangerman. Eres una madre
extraordinaria, gracias por tu inmenso amor.
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Centro, Campo Experimental Valle de México,
División Agrícola. México. p. 85-98 (Libro
Técnico Núm. 1).
INFLUENCIA DE LA SUBDIVISIÓN DEL CALLO EMBRIOGÉNICO EN LA FORMACIÓN
DE EMBRIONES SOMÁTICOS DE COCOTERO*
INFLUENCE OF EMBRYOGENIC CALLUS SUBDIVISION ON COCONUT SOMATIC
EMBRYO FORMATION
Alfonso Azpeitia Morales1§, José Luis Chan2, Luis Sáenz Carbonell2 y Carlos Oropeza Salin2
Programa de Biotecnología, Campo Experimental Huimanguillo, INIFAP. Km 1, carretera Huimanguillo-Cárdenas, A. P. Núm. 17, C. P. 86400. Tel. 01 917 3750396
Huimanguillo, Tabasco. 2Unidad de Biotecnología, Centro de Investigación Científica de Yucatán, CICY. Calle 43 No. 130 Col. Chuburna de Hidalgo, C. P. 97200 Mérida,
Yucatán. ([email protected]), ([email protected]), ([email protected]). Tel. 01 999 9813966. §Autor para correspondencia: [email protected].
1
RESUMEN
El presente estudio tuvo como objetivo determinar la
influencia de la subdivisión del callo embriogénico primario
de cocotero en la formación de embriones somáticos. El
estudio se llevó a cabo en el laboratorio de biotecnología
del Centro de Investigaciones Científicas (CICY-Yucatán),
México. Se utilizaron callos embriogénicos de tres meses de
cultivo procedentes del cultivo de plúmulas en condiciones
de obscuridad por tres meses del genotipo de cocotero
Enano Malayo Verde, cultivados previamente en un medio
Y3 y adicionado con 0.55 mM de 2,4-D. Los resultados
permitieron observar que con callos embriogénicos
subdivididos en cuatro partes se incrementa en 3.36 veces el
número de embriones somáticos tipo torpedo con respecto
al control en los primeros 15 días de cultivo. En un segundo
ensayo en el que se utilizó mayor número de muestras la
respuesta fue similar, aunque en menor cantidad (2.7 veces)
y el peso fresco se incrementó 2.36 veces en subdivisiones
de callo embriogénico cultivadas sin fitohormonas, con
respecto al control con fitohormonas durante los primeros
15 días de cultivo en condiciones de luminosidad. Los
resultados obtenidos son prometedores y establecen las
bases para incrementar el número de embriones somáticos
* Recibido: Febrero, 2008
y eventualmente la multiplicación de callos embriogénicos
en cocotero, lo cual podrá facilitar la propagación a gran
escala de palmas híbridas o palmas élite.
Palabras clave: Cocos mucifera L., embriogénesis
somática, subdivisión de callo.
ABSTRACT
The objective of this study was to determine the influence
of primary embryogenic callus subdivision on the
formation of somatic embryos. The research was carried
out at the biotechnology laboratory of the Centro de
Investigación Científica de Yucatán, Mexico. Three months
old embryogenic callus from plumules cultivated during
three months under dark conditions in Y3 medium added
with 0.55 mM of 2,4-D of the cultivar Enano Malayo Verde,
were used. The subdivision in four parts of the embryogenic
callus showed after fifteen days in culture a 3.36 times
increase in the number of torpedo type somatic embryos
compared to the control. In a second experiment, using a
Influencia de la subdivisión del callo embriogénico en la formación de embriones somáticos de cocotero
larger number of samples, the results were similar although
in smaller amount (2.7 times more somatic embryos) and
2.36 times increase in fresh weight with the subdivision of
callus cultured without phytohormones in relation to the
control with phytohormones after fifteen days under light
culture conditions. These results are promising and could
be useful to increase the number of somatic embryos and
eventually facilitate large-scale propagation of hybrids or
elite coconut palms.
Key words: Cocos mucifera L., somatic embryogenesis,
callus subdivision.
INTRODUCCIÓN
En los últimos años la demanda de palmas de cocotero
resistentes a enfermedades se ha incrementado en México,
debido a que las plantas de grandes superficies estan siendo
afectadas y devastadas principalmente por la enfermedad
conocida como “amarillamiento letal”. Esta enfermedad
ha ocasionado la desaparición de aproximadamente 15 mil
ha en la península de Yucatán y su avance continua hacia
los estados del Golfo de México (Tabasco y Veracruz) y
del Pacífico (Chiapas, Oaxaca, Guerrero). Aunado a este
problema el 80% de las plantaciones son improductivas
porque rebasan los 40 años de establecidas (Piña, 1998), por
lo que es necesario establecer nuevas plantaciones para lo
cual se requiere producir alrededor de 50 millones de nueces
de cocotero para propagar 32 millones 200 mil palmas. La
escasez de material, hace necesario contar con un método de
multiplicación masiva de palmas seleccionadas o mejoradas,
lo cual podría efectuarse a través de la micropropagación.
37
del 2,4-D en el medio de cultivo en presencia de carbón
activado y la respuesta en el crecimiento en explantes de
inflorescencias (Ebert y Taylor, 1990). Recientemente, se
ha demostrado que la respuesta embriogénica en cocotero
varía con el uso de diferentes fuentes de carbón activado
(Herrera, 2002).
En el caso particular de plúmula es posible obtener embriones
somáticos y regeneración de plantas en forma reproducible
y con una eficiencia mayor a la alcanzada con otros tipos de
explantes (Chan et al., 1998), pero su magnitud es todavía
baja en relación a lo necesario para una aplicación práctica.
En general, la baja capacidad embriogénica de esta especie
se ha asociado a diversas causas: intenso necrosamiento
del tejido, heterogeneidad en la respuesta, fuerte capacidad
de enraizamiento, alta formación de tejido tipo haustorial
(Verdeil y Buffard Morel, 1995), así como la formación
anormal de embriones somáticos (ES). De acuerdo a Blake
(1990), las anormalidades en el desarrollo de los ES, son
provocados probablemente por niveles sub óptimos o supra
óptimos de las auxinas y/o citocininas.
Desde los años setenta se han realizado intentos para clonar
in vitro el cocotero, en ellos se han evaluado diferentes
tipos de explantes: hojas inmaduras, raíces, embriones
e inflorescencias inmaduras con diferentes grados de
éxito, siendo posible la inducción de la embriogénesis y
regeneración a partir de inflorescencias inmaduras (Verdeil
y Buffard-Morel, 1995) y de plúmula (Hornung, 1995;
Oropeza y Chan, 1995).
El cocotero es una especie recalcitrante debido a que presenta
una baja capacidad embriogénica atribuida a diversas causas.
En esta especie, la formación de embriones somáticos
a partir de callos embriogénicos (CE) ocurre cuando el
callo es cultivado íntegramente sin sufrir fragmentación
o división. Los ES crecen fusionados y su desarrollo no es
sincronizado, lo que limita la individualización de éstos así
como su desarrollo independiente hasta la formación de una
planta completa. Una práctica común en algunas especies
como Begonia, Saintpaulia y Streptocarpus es la de causar
heridas en la superficie de las hojas o éstas son cortadas en
pequeñas piezas, conduciendo a un significativo incremento
de brotes adventicios (George, 1993). Los embriones
cigóticos de zanahoria inducen a la formación de ES cuando
se les causa una herida y son cultivados en un medio libre de
fitohormonas (Smith y Krikorian, 1989). Una observación
similar fue hecha en Dysosma pleiantha por Meng-Jin y
Wei-Chin (1987), quienes a partir de embriones cigóticos
heridos, indujeron callos embriogénicos mientras que los
embriones intactos no respondieron.
Con la finalidad de mejorar la eficiencia en el proceso de
propagación in vitro de esta especie se han realizado estudios
sobre diferentes aspectos que incluyen: la asimilación de
nutrimentos en callos de cocotero (Dussert et al., 1995;
Magnaval et al., 1997), estudios sobre condiciones de cultivo
(Chan et al., 1998), evaluación de los cambios en los niveles
En el protocolo de embriogénesis somática a partir de
plúmula es de uso común la auxina 2, 4-diclorofenoxiacético
(2,4-D) y la citocinina bencil aminopurina (BAP) en fase
de inducción de callo embriogénico y en la formación de
embriones somáticos (100 veces menor cantidad) (Chan
et al., 1998). No obstante, probablemente la utilización del
Alfonso Azpeitia Morales et al.
2,4-D en esta segunda fase no sea necesaria, dado que puede
ejercer un efecto negativo en la embriogénesis somática. En
zanahoria por ejemplo, el proceso de ES se inhibe cuando
se adiciona 2,4-D después del estado de corazón por lo
que los embriones somáticos se deforman. Se postula que
la adición de la auxina al medio de cultivo interrumpe el
gradiente endógeno adquirido en el embrión y por dicha
razón se inhibe su desarrollo (Kawahara y Komamine,
1995). La regeneración in vitro de cocotero es un proceso
relativamente largo, además de que la producción de ES es
baja, por lo anterior el objetivo de la presente investigación
fue determinar la influencia de la subdivisión de callos
embriogénicos en la formación de embriones somáticos,
Estrategias
Proceso
así como determinar si la adición de las fitohormonas
2,4-D y la citocinina BAP favorecen la formación de
embriones somáticos.
Material vegetal. En este estudio se utilizaron callos
embriogénicos de tres meses de cultivo procedentes del
cultivo de plúmulas en condiciones de obscuridad por tres
meses del genotipo de cocotero Enano Malayo Verde (EMV),
cultivados previamente en un medio Y3 (Eeuwens, 1976)
adicionado con 0.55 mM de 2,4-D (Figura 1).
Tiempo
Etapas
Etapa I:
0m
Medio I:
Y3 + carbón activado
Callo
Subdivisión de CE2
1m
2.5 g l-1 + gelrite 3 g l-1
+ 2,4-D 0.55 mM.
Callo
embriogénico
3m
Embriones
5m
Etapa II:
1
Embriogénesis secundaria
Explante
somáticos
Medio II:
Y3 + carbón activado
Brotes
8m
Plántulas
12 m
2.5 g l-1 + gelrite 3 g l-1
+ 2,4-D 6 µM +
6-BAP 300 µM.
Estrategia en desarrollo por el grupo de cocotero en el CICY; 2estrategias utilizada en esta investigación.
1
Figura 1. Estrategia utilizada para incrementar la eficiencia de regeneración de cocotero in vitro mediante
embriogénesis somática.
Condiciones de cultivo. Se utilizaron dos condiciones
de cultivo: a) cultivo de callos embriogénicos (CE) con
un peso de entre 0.1 y 0.14 g, y b) de los CE se realizaron
subdivisiones (SCE) con ayuda de un bisturí con porciones
de un peso de entre 0.1 y 0.14 g. Para determinar el número
de subdivisiones adecuado para la formación de embriones
somáticos se estableció un experimento, con cuatro
tratamientos: 1) cultivo de CE (Control), 2) subdivisión del
CE en 2 secciones (SCE), 3) CE subdividido en 4 SCE, y 4)
CE subdividido en 8 SCE; y todos cultivados en un frasco
de cultivo, con cinco repeticiones por tratamiento. Este
experimento se desarrollo en etapa II, utilizando un medio
Y3 con 2,4-D (6 µM) y BAP (300 µM), así como condiciones
II: fotoperíodo de 16 h de iluminación (45-60 µmol m-2s-1
PPFD)/ 8 h de oscuridad a 27 ± 2 ºC y subcultivo cada dos
meses (Figura 1). En un segundo experimento se utilizó el
mejor tratamiento anterior e incluyó las fitohormonas 2,4-D
y BAP y un control, sin fitohormonas, los cuatro tratamientos
fueron: a) callo embriogénico + fitohormonas (CE+F) como
testigo, b) callo embriogénico sin fitohormonas (CE-F), y
c) CE subdividido en 4 SCE + F y d) CE subdividido en 4
SCE-F. Se utilizaron cuatro repeticiones con 10 frascos de
cultivo. Los cultivos se establecieron en etapa II en un medio
de acuerdo a Chan et al. (1998) conteniendo las fitohormonas
2,4-D (6 µM) y BAP (300 µM) y un testigo sin estas (Figura
1). Las variables a medir fueron: a) número de embriones
somáticos, y b) peso fresco. En ambos experimentos las
variables se registraron a los 15 y 30 días de cultivo.
Histología. El procedimiento histológico fue realizado de
acuerdo a Buffard Morel et al. (1992), con modificaciones.
Las muestras de tejido fueron fijadas en paraformaldehido
4% en buffer fosfato (pH 7.2) por 24 h bajo presión
39
negativa. Las muestras fueron deshidratadas con etanol
al 30, 50, 70, 80, 90, 95 y 100% durante 60 min cada una.
Posteriormente se realizó la impregnación con resina JB-4
(Poliscience, USA). De los tejidos impregnados en resina
se hicieron cortes histológicos de 3 micras y fueron teñidos
con PAS-Naphtol blue black.
Análisis estadístico. Los experimentos se establecieron bajo
un diseño experimental completamente al azar con un arreglo
factorial y los resultados de las variables se sometieron
a análisis de varianza (ANAVA) y la prueba de medias
diferencia mínima significativa (p<0.05) para diferenciar
los tratamientos, para lo cual se utilizó el paquete de diseños
experimentales FEUANL, versión 2.5 (Olivares, 1994).
RESULTADO Y DISCUSIÓN
Influencia del número de subdivisiones en la formación de
embriones somáticos. En el análisis de varianza se observó
significancia entre tratamientos. El análisis realizado para el
factor A formado por 15 y 30 días se encontraron diferencias
estadísticas (DMS p<0.05= 1.19) entre períodos, siendo
superior 15 días, con valor promedio de 8.48 ES contra 6.40
ES a 30 días. En cuanto al factor B correspondiente al número
de subdivisiones de callo embriogénico, se observó que el
mayor número de ES se obtuvo con el tratamiento con cuatro
subdivisiones de callo embriogénico (SCE)/frasco con 13.58
ES tipo torpedo, mientras que con 2 y 8 SCE el número de
ES fue de 7.16 y 5.01 respectivamente. El número de ES en
SCE fue mayor a los observados en el tratamiento control,
en el cual solamente se presentaron 4.01 ES del tipo globular
principalmente (Cuadro 1).
Cuadro 1. Número de embriones somáticos observados en función del número de veces que el callo embriogénico
fue subdividido a los 15 y 30 días de cultivo (n= 5, cada repetición se estableció con cinco callos
embriogénicos).
Factor A
(días de cultivo)
Factor B (núm. de subdivisiones)
Control
2
4
8
15
4.56
8.0
15.66
8.48
30
3.46
6.33
11.50
6.40
Valor promedio
4.01 c
7.16 b
13.58 a
5.01 c
Los valores con la misma letra son iguales estadísticamente, DMS p<0.05= 1.69.
En todos los tratamientos se observó a los 30 días una
pérdida de ES ocasionada principalmente por una fuerte
desdiferenciación del tejido embriogénico; sin embargo,
durante este período de cultivo, se continuó observando
un efecto favorable cuando el CE es subdividido respecto
al control, sobresaliendo con 11 ES el tratamiento con
4 SCE por frasco, mientras que el control solamente
presento 3.8 ES por CE. La interacción de ambos factores
no fue estadísticamente significativa.
De acuerdo con Chan et al. (1998) la formación de
embriones somáticos generados a partir de plúmula
parte de la formación de callos iniciales que conducen
a la formación de callos embriogénicos, estos CE
pueden ser cultivados íntegramente sin sufrir
fragmentación o división posterior. Los ES crecen
fusionados y su desarrollo no es sincronizado, lo cual limita
su individualización, así como su desarrollo independiente
hasta la formación de una planta completa, por lo que se
decidió evaluar la posibilidad de que al subdividir callos
embriogénicos (CE) se pudiera promover la formación de
embriones somáticos (ES), tomando en cuenta el aumento
de la superficie en contacto con el medio de cultivo. Los
resultados permitieron observar que cuando un callo
embriogénico es subdividido en 4 partes, el número de ES
fue favorecido y se incrementó en 3.36 veces con respecto
al control en los primeros 15 días de cultivo (Figura 1) y
cuando este ensayo se efectuó de nuevo con mayor número de
repeticiones, la respuesta fue similar aunque en una cantidad
menor, obteniendo 2.7 veces más ES y 2.36 veces su peso
fresco en SCE -F con respecto al control (CE +F) durante
los primeros 15 días en condiciones II (Cuadro 2).
Cuadro 2. Número de embriones somáticos por callo embriogénico a los 15 y 30 días en cultivo en condiciones II n=
4, donde cada repetición se estableció con 40 callos embriogénicos y CE subdividido.
Factor A
(días de cultivo)
Factor B
Control CE+F
Control CE -F
SCE +F
SCE -F
15
30
Valor promedio
4.0
3.70
3.85 d
6.50
5.80
6.15 c
9.0
8.80
8.90 b
12.35
9.90
11.12 z
Factor B= callos embriogénicos en medio de cultivo con fitohormonas; CE +F= desprovisto de éstas; CE-F= subdivisiones de callo embriogénico; SCE= en medio con
fitohormonas; +F= sin fitohormonas; -F. Valores con la misma letra son estadísticamente iguales DMS p<0.05= 2.0.
Cultivo de callos embriogénicos y subdivisión de callos
embriogénicos en un medio con y sin fitohormonas 2,4-D
(6 µM) y BAP (300 µM)
es importante señalar que cuando los CE y las SCE son
cultivados en un medio desprovisto de fitohormonas fue
mayor el número de ES (Cuadro 2).
Número de embriones somáticos. El análisis de varianza
mostró significancia en los tratamientos y en la prueba
de comparación de medias DMS (p<0.05) para el factor
A correspondiente a los 15 y 30 días, éstos fueron iguales
estadísticamente con 7.96 ES a los 15 días, mientras que
el valor promedio a los 30 días fue de 7.0 (DMS p<0.05=
2.30). En cuanto al factor B correspondiente al número
de subdivisiones de callo embriogénico se encontraron
diferencias estadísticas entre tratamientos. El mayor número
de ES se observó en los tratamientos con subdivisiones
de callo embriogénico con fitohormonas (SCE +F) y
subdivisiones de callo embriogénico sin fitohormonas
(SCE -F) presentando mayor número de ES (12.35 ES) en
comparación a los controles (CE + F y CE - F). Sin embargo,
Durante los 15 días de cultivo se presentó mayor número
de ES en todos los tratamientos, sobresalió el tratamiento
con SCE -F con 12.35 ES que en su mayoría fueron del
tipo torpedo (EST); con 9.0 ES en el SCE +F y 6.50 ES
en el tratamiento control -F, mientras que el control con
fitohormonas (CE + F) se observaron 4.0 ES del tipo globular
y muy pocos EST. A los 30 días se observó una disminución
de ES en todos los tratamientos, siendo sobresaliente el SCE
-F con 9.90 ES, superior al control (CE + F) que indujo 3.70
ES (Cuadro 2). En la interacción de ambos factores, no se
observó significancia estadística.
Peso fresco. El análisis de varianza para esta variable fue
significativo y en la prueba de comparación de medias
DMS (p<0.05) se encontraron diferencias entre
tratamientos. El factor A (días de cultivo) fue superior
a los 30 días con un incremento de 0.62 g contra 0.26
g a los 15 días. Los tratamiento con SCE con + F y
- F presentaron mayor peso fresco y fueron iguales
estadísticamente y superiores a los tratamientos con
41
CE + F y - F (Cuadro 3). Se observó un incremento en 10
veces su peso fresco inicial en el tratamiento con SCE -F
y un incremento de 2.36 veces respecto al control (CE +
F, a los 30 días). La interacción entre los factores A (días
de cultivo) y B (CE o SCE con o sin fitohormonas) no
mostró significancia.
Cuadro 3. Peso fresco en los tratamientos con cultivo de callos embriogénicos (CE) y subdivisiones de callo
embriogénico (SCE) en medio conteniendo fitohormonas (+F) y sin fitohormonas (-F) a los 15 y 30
días de cultivo (n= 4, cada repetición se formó con 4 CE y CE subdividido.
Factor A
Factor B
(días de cultivo)
Control CE+F
Control CE -F
SCE +F
SCE –F
15
30
Valor promedio
0.18
0.39
0.28 b
0.16
0.40
0.28 b
0.30
0.80
0.55 a
0.40
0.90
0.65 a
Factor B= callos embriogénicos en medio de cultivo con fitohormonas; CE + F= sin ellas; CE - F= subdivisiones de callo embriogénico; SCE= en medio con fitohormonas;
+F= sin -F. Valores con la misma letra son iguales estadísticamente (DMS 0.05).
Con la inclusión o exclusión de las fitohormonas en etapa
II, se observó que no es necesario incluir las fitohormonas
2,4-D (6 µM) y BAP (300 µM) durante los primeros 30
días de cultivo como fue reportado por Chan et al. (1998);
sin embargo, Chan (com. pers.) mencionó que es más
conveniente incluirlas debido a que su exclusión tiende a
afectar el proceso de germinación.
incrementa significativamente el potencial de formación
de gametofitos en comparación con hojas intactas. Los
gametofitos se originaron de áreas entre las heridas
(Ambrozic-Dolinsek et al., 2001). Los autores mencionan
que la síntesis o un cambio en el sitio de localización de
síntesis de las fitohormonas dentro de la hoja herida podrían
contribuir a la inducción de los gametofitos.
Se ha propuesto que la inducción de heridas puede
incrementar principalmente la formación de fitohormonas,
mayor accesibilidad de nutrimentos así como la promoción
de la división celular (Mariotti y Arcioni, 1983; Park y Son,
1988; Ambrozic-Dolinsek et al., 2001). Es importante
mencionar que los CE así como las SCE mostraron
diferencias en la formación de ES. Los CE hasta los 30 días
presentaron ES tipo globular y esporádicamente los ES tipo
torpedo, mientras que al utilizar SCE a los 15 y 30 días se
observaron ES tipo torpedo y mayor sincronización entre
ellos, además se observó un desarrollo y diferenciación más
acelerado con respecto al CE. La SCE también estimuló una
mayor ganancia en peso fresco, lo cual puede deberse a que
la herida estimula la división celular (Mariotti y Arcioni,
1983) y una mayor síntesis endógena de fitohormonas
en el explante (Park y Son, 1988). Asimismo, se ha
reportado que la inducción de heridas en un tejido vegetal
pueden estimular la organogénesis en condiciones in vitro
(Ambrozic-Dolinsek et al., 2001); por ejemplo, cuando
las hojas de Platycerium bifurcatum son heridas se
Por otra parte en cotiledones de Pyrus malus previamente
seccionados a la mitad, en la región del corte se formó callo
que dio origen a múltiples brotes adventicios (Browning et
al., 1987), mientras que lo mismo no ocurrió con los callos
embriogénicos subdivididos de cocotero. En las partes del
corte del callo embriogénico no se observaron formaciones
de embriones somáticos, estos ES se formaron en la periferia
de las subdivisiones de los callos embriogénicos, zonas donde
se forman normalmente aun sin realizar subdivisiones.
El aumento de ES en SCE cultivados en medio sólido,
puede estar asociado a un mayor contacto con el medio de
cultivo, dado que existe una mayor entrada de nutrimentos
a las subdivisiones del CE. En trébol (Lotus corniculatus
L.) se ha reportado que cuando un callo embriogénico
es homogeneizado (macerado) se incrementan los
embriones globulares en comparación con callos no
homogeneizados (Orshinsky et al., 1983), por lo que
se presume un aumento del contacto de las células
maceradas con el medio de cultivo.
A
B
esg
esg
5 mm
5 mm
E
D
est
C
F
esg
est
5 mm
5 mm
5 mm
G
1 mm
zm
I
gest
pg
c
esg
5 mm
J
H
r
1 cm
est
c
3 mm
K
L
p
esd
ma
6 mm
zm
5 mm
ce
5 mm
Figura 2. Formación de embriones somáticos (ES) a los 15 y 30 días de cultivo en callos embriogénicos (CE) y en subdivisiones de callos
embriogénicos (SCE). En A se presenta un CE a los 15 días de cultivo e histología del CE en B, observándose ES globulares (esg) y
en C una zona meristemática (zm) de un ES donde se origina la raíz. En D se muestra un grupo de ES torpedo (est) originados de
SCE a los 15 días de cultivo, los cuales se observan sincronizados y en el corte histológico se observan ES tipo torpedo (est) elongados
y fusionados (E) así como ES globulares (esg) observados en menor cantidad. En F se muestra el CE a los 30 días de cultivo y en G
el corte histológico mostrando ES globulares (esg). En H se presentan grupos de ES tipo torpedo en SCE a los 30 días de cultivo.
En algunos casos fue visible la raíz (r), un poro germinativo (pg) y coleóptilo (c) (I). En J se observa un corte histológico de un ES
con meristemo apical (ma). En la Figura K se muestra un corte histológico de un ES tipo torpedo (est) a los 30 días, observándose
solamente la zm donde se origina la raíz. Por último en L se presenta un grupo de ES en desdiferenciación (esd) y una zona de células
formando protodermis (p) en la superficie de los ES. L muestra el desarrollo anormal de éstos.
Evaluación histológica y morfológica de los callos
embriogénicos y subdivisiones
Observaciones a los 15 días de cultivo. Los callos
embriogénicos mostraron sobre su superficie embriones
somáticos del tipo globular (sólo visibles bajo microscópico
estereoscópico) y en los cortes histológicos se observaron
embriones somáticos en formación y del tipo globular (esg)
sin presentarse el meristemo apical, pero si se observó
una zona meristemática (zm) donde se origina la raíz
(Figura 2 A, B y C). En cuanto a las subdivisiones de
callo embriogénico (SCE) se observaron secciones
con ES con un estado de desarrollo sincronizado
con ES tipo torpedo (est) como se puede observar
en la Figura 2D, estos ES fueron visibles a simple
vista; sin embargo, los cortes histológicos mostraron
formación de ES fusionados en desarrollo y también
del tipo globular (Figuras 2 E). Durante este período
de cultivo no fue visible el meristemo apical en los
cortes histológicos de los ES originados de las SCE .
Observaciones a los 30 días de cultivo. Durante este período
de cultivo los CE se tornaron de color verde claro (Figura
2F) y no se observaron embriones tipo torpedo, pero si un
crecimiento de tejido haustorial. En los cortes histológicos
se observaron pocos ES globulares (Figura 2G) y tejido
desdiferenciado conocido generalmente como haustorio
con ES fusionados y poco definidos. Además, es importante
mencionar que fue raro observar embriones somáticos tipo
torpedo. En cuanto a las SCE, éstas presentaron grupos de ES
tipo torpedo, con aparente buena conformación (Figura 2H)
con color blanco y en pocos casos con sistema radicular (r).
En algunos casos se encontraron ES con poro germinativo
(Figura 2 I y J) observándose un coleóptilo (c) protegiendo
al meristemo apical (ma). La mayor parte de los ES fueron
bien definidos sin observarse el meristemo apical (Figuras 2
K), solamente fue posible observar una zona meristemática
donde se origina la raíz. Además, los cortes histológicos
también mostraron grupos de ES fusionados (Figura
2 L) con una capa de células bien definida formando
protodermis en la periferia, zona donde se observó tejido
haustorial por lo que estas células localizadas en esta
zona dan origen a este tipo de tejido.
Como ha sido indicado, el cocotero es una especie
recalcitrante debido a que presenta baja capacidad
embriogénica (Verdeil y Buffard Morel, 1995) y por lo
tanto poca respuesta morfogenética. En este estudio se
presentaron principalmente dos respuestas morfogenéticas:
43
1) diferenciación de embriones somáticos de 15 a los 30
días, y 2) desdiferenciación de ES después de los 30 días,
con crecimiento de callo tipo haustorial en la periferia de los
ES formados por lo que esta desdiferenciación del CE, lo
que ocasiona la disminución de ES. Esta disminución de ES
ocurre después de 30 días de cultivo en callos embriogénicos
así como en subdivisiones de callo embriogénico, lo
anterior es debido a que se promueve una proliferación
rápida de células en la superficie de los ES o del CE, que
conduce a la formación de callo o tejido tipo haustorial. En
los cortes histológicos realizados fue posible observar una
capa de células formando protodermis bien definida en
la periferia de los ES, los cuales presentaron un ligero
crecimiento de tejido tipo haustorial, ya que estas células
dan origen a este tipo de tejido (Figura 2 L).
Aunque fue posible observar ES bien formados (SCE -F) a
los 15 días de cultivo, en los cortes histológicos no se observó
el meristemo apical (Figura 2 F), sólo en algunos casos los
ES mostraron las partes características que conforman un
embrión como: poro germinativo, coleóptilo y meristemo
apical, pero sólo después de los 30 días de cultivo (Figura
2 J). En la actualidad se desconocen las causas que influye
en la fuerte heterogeneidad presentada en el desarrollo de
los ES formados de cocotero. De acuerdo a Blake (1990),
estas anormalidades en el desarrollo de ES son atribuidas
a diversos factores, pero probablemente provocadas por
niveles sub o supra óptimos de auxinas y/o citocininas.
Indudablemente, la formación del meristemo apical en un
embrión somático es importante, debido a que las células
no diferenciadas de esta estructura son las responsables de
la iniciación de órganos en las plantas superiores (Clark
et al., 1997). La ausencia del meristemo apical en los ES
formados esta probablemente asociado, a cambios en el
nivel de expresión de genes, por ejemplo, se conoce que
la expresión de los genes cdc2 y cdc2a son un factor
critico en la regulación de la actividad meristemática
y el establecimiento de la competencia proliferativa en
Arabidopsis thaliana y pueden contribuir a la regulación
temporal y espacial de la división celular en plantas
(Martínez et al., 1992; Hemerly et al., 1993).
CONCLUSIONES
La subdivisión del callo embriogénico del cocotero favoreció
la obtención de embriones somáticos tipo torpedo a los
15 días de cultivo en medio Y3 sin fitohormonas en
condiciones de luminosidad.
Los resultados son prometedores y establecen las bases
para incrementar el número de embriones somáticos y
eventualmente la multiplicación de callos embriogénicos
en cocotero, lo cual podrá permitir la propagación a gran
escala de palmas híbridas o palmas élite.
AGRADECIMIENTOS
AlfonsoAzpeitia Morales agradece al Centro de Investigación
Científica de Yucatán (CICY) por haber llevado a cabo en
sus instalaciones el trabajo de investigación de la tesis de
doctorado, así como al Instituto Nacional de Investigaciones
Agrícolas, Forestales y Pecuarias (INIFAP) y al CONACYT
(beca 119335) por el apoyo económico para su
manutención. El presente artículo es parte de la tesis
doctoral. Este proyecto fue financiado por el CONACYTSISIERRA (proyecto número 990130).
LITERATURA CITADA
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PATOTIPOS DE Colletotrichum lindemuthianum EN OAXACA Y SAN LUIS POTOSÍ, MÉXICO,
Y RESISTENCIA EN GENOTIPOS DE FRIJOL*
Colletotrichum lindemuthianum PATHOTYPES IN OAXACA AND SAN LUIS POTOSI, MEXICO,
AND RESISTANCE IN COMMON BEAN
Bertha María Sánchez-García1, Alberto Flores-Olivas1, Abiel Sánchez-Arizpe1, Susana Pineda-Rodríguez2, Gabriela LópezJiménez2, Saúl Fraire-Velásquez3, Eduardo Raymundo Garrido-Ramírez4, Jorge Alberto Acosta-Gallegos2, June Simpson
Williamson5 y Raúl Rodríguez-Guerra6§
Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Departamento de Parasitología Agrícola, A. P. 342, Buenavista, Saltillo, Coahuila, México. C. P. 25315. Tel. 01 844
4110226, ([email protected]), ([email protected]), ([email protected]). 2Campo Experimental Bajío, INIFAP, km 6.5 carretera Celaya-San
Miguel de Allende, A. P. 112, Celaya, Guanajuato, México. C.P. 38000. Tel. 01 461 6115323, ([email protected]), ([email protected]), (jamk@prodigy.
net.mx). 3Unidad Académica de Biología Experimental, Universidad Autónoma de Zacatecas, Av. Revolución Mexicana S/N, Col. Tierra y Libertad, Guadalupe,
Zacatecas, México C. P. 98600. Tel. 01 492 8993420, ([email protected]). 4Campo Experimental Centro de Chiapas, INIFAP, km 3.0 carretera OcozocoautlaCintalapa, Ocozocoautla, Chiapas, México, C. P. 29140. Tel. 01 968 6882915, ([email protected]). 5Centro de Investigación y Estudios Avanzados del
Instituto Politécnico Nacional-Unidad Irapuato, A. P. 629, Irapuato, Guanajuato, México C. P. 36500. Tel. 01 462 6239667, ([email protected]). 6Campo
Experimental General Terán, INIFAP, km. 31 carretera Montemorelos-China, A. P. Núm. 3, General Terán, Nuevo León, México, C. P. 67400. Tel. 01 826 2670539.
§
Autor para correspondencia: [email protected].
1
RESUMEN
La antracnosis del frijol (Phaseolus vulgaris L.), causada
por Colletotrichum lindemuthianum (Sacc. et Magn.)
Scrib., es una enfermedad ampliamente distribuida en las
regiones productoras del mundo. Este hongo muestra una
gran diversidad de patotipos identificados alrededor del
mundo, cuyo conocimiento es importante para el desarrollo
de variedades resistentes. En México se conocen 54
patotipos; sin embargo, en algunos estados se desconocen los
patotipos existentes y la frecuencia con que ocurren. En esta
investigación, se caracterizaron patogénicamente 23 cepas
de C. lindemuthianum de Oaxaca (15) y San Luis Potosí
(8) con base en la reacción de 12 variedades diferenciales
de 2005-2007. Asimismo, el nivel de resistencia de 24
materiales nativos de San Luis Potosí, 115 de Guanajuato
y 55 variedades mejoradas, fue registrado por su reacción
a los patotipos 64 y 320 (presentes en ambos estados) que
infectan a variedades diferenciales de origen mesoamericano.
En Oaxaca y San Luis Potosí se identificaron 12 y 5 patotipos,
respectivamente, siete de los cuales (69, 100, 260, 324,
325, 356 y 485) son reportados por primera vez en México.
Lo anterior indica que la variabilidad de este patógeno
es mayor que la reportada anteriormente y que nuevas
combinaciones de genes de avirulencia están presentes o
desarrollándose en México. De los materiales de San Luis
Potosí, Guanajuato y variedades mejoradas de frijol 12, 76
y 28 respectivamente, fueron resistentes a los patotipos 64
y 320; estos genotipos podrían utilizarse como fuentes de
resistencia a C. lindemuthianum.
Palabras clave: Glomerella lindemuthiana (Sacc. et
Magn.) Scrib., frecuencia y distribución de patotipos,
fuentes de resistencia.
Patotipos de Colletotrichum lindemuthianum en Oaxaca y San Luis Potosí, México, y resistencia en genotipos de frijol
ABSTRACT
Anthracnose, a disease of common bean caused by
Colletotrichum lindemuthianum (Sacc. et Magn.) Scrib.,
is worldwide distributed. C. lindemuthianum displays a
significant pathogenic diversity which is important to know
for the development of resistant cultivars. In Mexico 54
pathotypes are known; however, some of the important bean
producing states have not been thoroughly sampled. In this
research 23 strains of C. lindemuthianum from Oaxaca (15)
and San Luis Potosí (8) were pathotypically characterized
using twelve differential cultivars, during 2005-2007. In
addition, 24 bean landraces from San Luis Potosí, 115 from
Guanajuato, as well as 55 bread cultivars, were challenged
with the pathotypes 64 and 320 (which occur in both states)
that infect differential cultivars from Mesoamerican origin,
in the search for sources of resistance. Twelve and five
pathotypes were identified in Oaxaca and San Luis Potosí,
respectively, with seven of them (69, 100, 260, 324, 325,
356 and 485) reported for the first time in Mexico. Results
indicate higher pathogenic diversity than previously
reported and that newly form or undetected combinations
of avirulence genes are present in Mexico. From the 24 bean
landraces from San Luis Potosí, 115 from Guanajuato, and
the 55 bred cultivars challenged, 12, 76 and 28, respectively,
were resistant to both races; these genotypes could be used
as sources of resistance against C. lindemuthianum.
Key words: Glomerella lindemuthiana (Sacc. et Magn.)
Scrib., frequency and distribution of pathotypes, sources
of resistance.
INTRODUCCIÓN
La antracnosis del frijol, ocasionada por el hongo
Colletotrichum lindemuthianum (Sacc. et Magn.) Scrib.
(teleomorfo Glomerella lindemuthiana), es de amplia
distribución en el mundo y puede ser devastadora si
se siembran variedades susceptibles y las condiciones
climáticas son favorables (temperaturas entre 13 y 26
ºC y humedad superior a 92%) para el desarrollo de la
enfermedad (Pastor-Corrales y Tu, 1989). En México, la
enfermedad esta presente en todas las regiones productoras
de frijol, con excepción de regiones donde se cultiva bajo
condiciones de riego durante la época seca en el invierno
(González-Chavira et al., 2004; Rodríguez-Guerra et al.,
2006). Entre las diversas estrategias para combatirla está
la utilización de cultivares resistentes. Sin embargo, para el
47
desarrollo de cultivares con resistencia a la antracnosis, es
importante conocer los patotipos presentes en las regiones
para las cuales se desarrollarán los nuevos cultivares; esto
es considerando que la interacción entre C. lindemuthianum
y Phaseolus vulgaris es del tipo gen por gen, que considera
que por cada gen de resistencia en el hospedero existe un
gen de avirulencia en el patógeno (Flor, 1942; Flor, 1956),
aunque se ha reportado evidencia de resistencia parcial
conferida por varios genes (Geffroy et al., 2000). También,
se ha demostrado una estrecha relación coevolutiva entre
patotipos y el germoplasma originado en los centros de
origen del frijol (andino y mesoamericano; Gepts y Debouck,
1991), lo que significa que patotipos de un origen son capaces
de infectar preferentemente genotipos de frijol del mismo
origen (Pastor-Corrales, 1996; Araya, 2003).
El hongo de la antracnosis muestra una gran diversidad
de patotipos, a fines del siglo pasado se habían reportado
93 patotipos en el mundo (Hernández-G. et al., 1998);
actualmente son más de 100 y de éstos, 54 están presentes en
México (Rodríguez-Guerra et al., 2003; González-Chavira
et al., 2004; Rodríguez-Guerra et al., 2006). Los aislados
de C. lindemuthianum provenientes de trece estados de
México, incluyendo los principales estados que dedican
mayor superficie al cultivo del frijol (Chihuahua, Durango,
Zacatecas, Jalisco, Michoacán, Guerrero, Hidalgo, Morelos,
México, Tlaxcala, Puebla, Veracruz, Chiapas) han sido
caracterizados patogénicamente (Rodríguez-Guerra et al.,
2006). Pero otros estados han sido escasamente estudiados
o en estos ningún estudio de este tipo se ha realizado.
El estado con mayor número de patotipos es Jalisco
(Rodríguez-Guerra et al., 2006), siendo los patotipos 448,
256 y 0 los más frecuentes en México (González-Chavira
et al., 2004; Rodríguez-Guerra et al., 2006); y junto con el
320, son los más ampliamente distribuidos, y ocurren en
la mayoría de los estados donde se han realizado estudios
sobre la identificación de patotipos de C. lindemuthianum
(Rodríguez-Guerra et al, 2006).
El conocimiento de la diversidad patogénica de C.
lindemuthianum en México, ha permitido identificar
fuentes de resistencia a patotipos virulentos, ampliamente
distribuidos y capaces de infectar incluso a genotipos de
origen andino usados como variedades diferenciales para
la identificación de patotipos (González-Chavira et al.,
2004). La búsqueda de fuentes de resistencia se ha extendido
a frijoles criollos, silvestres y a especies afines al frijol
común (Mahuku et al., 2002; Ferreira et al., 2003; Sartorato
y Arraes, 2003). Recientemente se ha sugerido que el uso
Bertha María Sánchez-García et al.
mediante inoculaciones artificiales de un reducido número
de patotipos, que en conjunto sean capaces de vencer la
resistencia de la mayoría de las variedades diferenciales,
puede permitir la identificación y selección de fuentes de
resistencia a la mayoría de los patotipos presentes en México
(López-Jiménez et al., 2006).
Los objetivos de esta investigación fueron determinar
los patotipos de C. lindemuthianum a partir de aislados
provenientes de los estados de Oaxaca y San Luis Potosí, en
donde se desconoce la variabilidad patogénica del hongo, e
identificar fuentes de resistencia a dos patotipos que ocurren
en común en ambos estados.
el medio de cultivo papa dextrosa agar (PDA) acidificado
(200 μL de acido láctico al 85% incorporado después de la
esterilización). Para desarrollar cepas monoconidiales de
cada campo muestreado se extrajo un conidio germinado
entre las 24-48 h y se transfirió a una nueva caja Petri con
medio de cultivo. Se obtuvieron 23 cultivos monoconidiales,
uno por cada campo muestreado, sólo en un campo de
Oaxaca se obtuvieron dos. Las cepas fueron duplicadas en
PDA para mantenerlas en activo a 4 ºC y ser usadas en la
determinación de patotipos e identificación de fuentes de
resistencia. Los cultivos monoconidiales se conservaron
a 4 ºC por periodos prolongados en tubos de transporte
conteniendo PDA y cubiertas con glicerol al 50%.
Determinación de patotipos
Muestreo y aislamiento de cepas
Durante el ciclo primavera-verano 2005 y 2006 se hicieron
recorridos en campos de producción de frijol de los estados de
San Luis Potosí y Oaxaca, ocho y catorce, respectivamente.
Se colectaron vainas de frijol con síntomas evidentes de
antracnosis. El aislamiento del hongo se realizó como fue
descrito previamente (González et al., 1998). Se obtuvo
una suspensión de conidios a partir de lesiones esporuladas
y fue transferida y dispersada en caja de Petri conteniendo
Los patotipos de los aislados fueron determinados
utilizando un grupo de 12 variedades diferenciales de frijol
y la nomenclatura binaria descrita por Pastor-Corrales
(1991). En este sistema de denominación de patotipos
cada diferencial (nueve de origen mesoamericano y tres
de origen andino) posee un valor asignado (Cuadro 1), y el
nombre o número del patotipo corresponde a la suma de los
valores de cada variedad que reacciona como susceptible a
algún aislado en cuestión. En caso de que ninguna variedad
diferencial reaccione como susceptible a algún aislado, éste
será designado como patotipo cero.
Cuadro 1. Características de las variedades de frijol utilizadas actualmente como diferenciales para la identificación
de patotipos de Colletotrichum lindemuthianum (Pastor-Corrales, 1991).
Núm.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Variedad diferencial
Michelite
Michigan Dark Red Kidney
Perry Marrow
Cornell 49242
Widusa
Kaboon
Mexico 222
PI 207262
To
Tu
AB 136
G 2333
Valor asignado
(20)= 1
(21)= 2
(22)= 4
(23)= 8
(24)= 16
(25)= 32
(26)= 64
(27)= 128
(28)= 256
(29)= 512
(210)= 1024
(211)= 2048
Origen1
Mesoamericano
Andino
Andino
Mesoamericano
Mesoamericano
Andino
Mesoamericano
Mesoamericano
Mesoamericano
Mesoamericano
Mesoamericano
Mesoamericano
Gen de resistencia conocido
Co-1
Co-13
Co-2
Co-15, Co-93
Co-12
Co-3
Co-43, Co-9
Co-4
Co-5
Co-6, Co-8
Co-42, Co-5, Co-7
Se refiere al acervo genético del cual proviene cada diferencial; el andino se originó en los andes sudamericanos, mientras que el mesoamericano comprende principalmente
América Central y México (Gepts y Debouck, 1991).
1
La semilla de las variedades diferenciales fue tratada con
hipoclorito de sodio al 1% por un min y lavada en dos pasos
de agua estéril. Posteriormente se sembró en macetas de
plástico con capacidad de 0.5 L conteniendo vermiculita, y
permanecieron en invernadero durante 10 a 15 días hasta que
las hojas primarias estuvieron completamente expandidas
para ser inoculadas.
Las cepas monoconidiales mantenidas en PDA acidificado
se transfirieron a cajas de Petri conteniendo el medio de
cultivo harina de maíz-agar (infusión de 20 g de harina de
maíz en un L de agua por una h a 60 ºC, 2 g de glucosa, 1 g
de extracto de levadura y 18 g de agar por litro de medio)
para inducir abundante esporulación. Las cajas inoculadas
se mantuvieron a 25-27 ºC por 10 días y los conidios fueron
obtenidos al agregar agua estéril a las cajas, mediante el
raspado de la superficie con una varilla de vidrio. Finalmente
se obtuvo una suspensión con una concentración de 1.5 x 106
conidios mL-1, a la cual se le agregaron 2 gotas de Tween 20
por cada 100 mL de la suspensión.
Diez días después de la emergencia, cinco plantas de cada
uno de los 12 cultivares diferenciales fueron inoculadas
asperjando la suspensión conidial en el envés de las
hojas primarias. Las plantas inoculadas fueron cubiertas
con plástico transparente para mantener una humedad
aproximada al 95%, a una temperatura de 22 ºC, por tres
días. Diez días después de la inoculación los síntomas fueron
evaluados usando una escala de cinco valores (GarridoRamírez y Romero-Cova, 1989). La reacción de las plantas
fue clasificada como: 0= síntomas no visibles, 1= pequeñas
lesiones en las nervaduras principales visibles sólo en el
envés de las hojas, 2= lesiones en haz y envés de las hojas,
3= defoliación de la planta y esporulación del hongo, 4=
planta muerta. Las plantas con reacción de 0 a 2 se
consideraron como resistentes y las plantas con reacción
de 3 y 4 se consideraron susceptibles. Cuando plantas
distintas de una misma variedad diferencial mostraron
reacciones distintas de resistencia o susceptibilidad
a algún aislado, nuevas plantas de la variedad fueron
inoculadas con el aislado en cuestión hasta obtener una
reacción consistente de las plantas.
Considerando la reacción que causaron los patotipos
sobre las 12 variedades diferenciales, se obtuvo el índice
de resistencia (IR) el cual se estima mediante la siguiente
relación= núm. de patotipos que no causan susceptibilidad
a la variedad en cuestión/núm. de patotipos inoculados
sobre la variedad x 100) de cada una, y el (IV) el cual
49
se representa por: índice de virulencia (IV= núm. de
variedades susceptibles al patotipo en cuestión/núm. total
de variedades inoculadas X 100) de los patotipos (Antunes
et al., 2003). Ambos índices pueden tomar valores de 0 a
100, valores elevados del IR implica que las diferenciales
son resistentes a un mayor número de patotipos y valores
elevados del IV indican que los patotipos son capaces
de causar enfermedad a un mayor número de variedades
diferenciales. Para ambos estados se determinó el índice de
diversidad de patotipos utilizando la fórmula: H= -Σpi lnpi;
donde, p i= representa la frecuencia de cada patotipo
(Shannon y Weaver, 1963).
Este índice permite obtener valores de cero (ausencia de
variabilidad) o superiores (mientras el valor sea más elevado
la diversidad de patotipos es mayor), y también fue aplicado
a los datos de patotipos de los estados de Chihuahua,
Durango, Zacatecas, Jalisco, Michoacán (González et
al., 1998), Hidalgo, Tlaxcala, México, Puebla (GonzálezChavira et al., 2004) para fines de análisis y comparación.
Fuentes de resistencia en cultivares nativos y
mejorados
Se evaluaron 24 materiales nativos de San Luis Potosí
y 115 de Guanajuato pertenecientes al banco de
germoplasma del Instituto Nacional de Investigaciones
Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) y 55
variedades mejoradas liberadas por el INIFAP, por
su reacción a los patotipos 64 (aislado CoSLP-8) y
320 (aislado CoOax-9B) de C. lindemuthianum. Los
patotipos fueron seleccionados por ocurrir en los dos
estados considerados en el estudio, infectar variedades
diferenciales de origen mesoamericano y para determinar
si la estrategia presentada por López-Jiménez et al.
(2006) permite demostrar que los genotipos resistentes
al patotipo 320, también lo son al 64. La semilla fue
tratada como se mencionó anteriormente, al igual que la
elaboración del inóculo de los patotipos. Al menos cinco
plantas de cada material fueron inoculadas con cada
uno de los patotipos; el procedimiento de inoculación
utilizado fue el mismo que en la caracterización de
patotipos y la reacción de los materiales se determinó
con la escala de cinco valores antes mencionada.
Cuando plantas individuales mostraron reacciones de
resistencia o susceptibilidad dentro de los materiales
nativos o mejorados de frijol, nuevas inoculaciones fueron
realizadas para confirmar la reacción de los materiales.
325 (en dos campos). En México se han realizados
diversos trabajos de investigación dirigidos a la
identificación de patotipos de C. lindemuthianum, entre
los que se pueden citar a Balardin et al. (1997), Sicard et
al. (1997), González et al. (1998) y González-Chavira et
al. (2004); sin embargo, ninguno se había realizado con
este propósito en los estados de San Luis Potosí y Oaxaca.
De los 15 patotipos identificados en esta investigación,
siete no habían sido identificados previamente en
México, éstos son el 69, 100, 260, 324, 325, 356 y 485,
y todos fueron aislados en el estado de Oaxaca. De los 50
patotipos previamente reportados en el país (RodríguezGuerra et al., 2006), ahora debe mencionarse que en
México han sido identificados 56 patotipos.
Patotipos
A partir de las ocho cepas monoconidiales provenientes del
estado de San Luis Potosí se identificaron cinco patotipos,
y de las 15 cepas del estado de Oaxaca fueron identificados
12 (Cuadro 2). Los patotipos 64 y 320 se aislaron en ambos
estados, mientras que los patotipos 256, 265 y 328 fueron
exclusivos de San Luis Potosí y los patotipos 69, 100,
192, 260, 324, 325, 356, 449, 457 y 485 sólo ocurrieron en
Oaxaca. Los patotipos encontrados con mayor frecuencia
en San Luis Potosí fueron el 256 (en tres campos) y 320 (en
dos campos); mientras que en Oaxaca fueron el 69, 320 y
Cuadro 2. Patotipos de Colletotrichum lindemuthianum identificados en los estados de San Luis Potosí y Oaxaca.
Tu
AB 136
G 2333
R
S
R
R
R
R
S
S
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
S
R
R
S
S
R
S
R
R
R
R
R
R
R
R
S2
S
S
S
R
S
S
S
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
S
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
256
328
256
256
64
320
265
328
R
S
R
R
S
S
S
R
R
S
S
R
R
S
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
S
S
R
S
S
S
R
S
R
S
S
S
R
R
R
R
R
R
R
R
R
S
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
S
R
S
R
S
R
R
R
R
R
R
R
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
R
S
S
S
R
R
R
R
R
S
S
R
R
R
R
R
R
S
S
S
R
S
S
R
S
S
R
S
S
S
S
R
S
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
324
69
320
356
69
485
457
100
320
325
325
260
64
449
192
To
PI 207262
R
R
R
R
R
R
R
R
Kaboon
R
R
R
R
R
R
R
R
Widusa
México 222
Cornell 49242
Patotipo
R1
R
R
R
R
R
S
R
Michelite
San Luis Potosí
CoSLP-2
CoSLP-3
CoSLP-4
CoSLP-7
CoSLP-8
CoSLP-9
CoSLP-10
CoSLP-11
Oaxaca
CoOax-2
CoOax-3
CoOax-4
CoOax-5
CoOax-6
CoOax-7
CoOax-8
CoOax-9A
CoOax-9B
CoOax-10
CoOax-11
CoOax-12
CoOax-13
CoOax-15
CoOax-16
Perry Marrow
Michigan Dark
Red Kidney
Clave
CoSLP= aislado de Colletotrichum lindemuthianum proveniente de San Luis Potosí; CoOax= aislado de Colletotrichum lindemuthianum proveniente de Oaxaca; 1R=
resistente; 2S= susceptible.
Los patotipos presentes en San Luis Potosí ya habían
sido reportados previamente en estados aledaños
(González et al., 1998), y nuevos patotipos fueron
identificados en Oaxaca. Aunque ambos estados
están separados, los patotipos 64 y 320 (ampliamente
distribuido en México) ocurrieron en los dos,
mientras que el resto de los patotipos de cada estado
fue exclusivo de cada uno. Tanto la ocurrencia de
patotipos comunes en diferentes estados como la
ocurrencia exclusiva de patotipos en algunos estados
o regiones de México, ha sido reportado previamente
(Rodríguez-Guerra et al., 2006). Aun no es posible
establecer las causas precisas de la distribución de
estos patotipos, pero es posible que se deba a la base
genética del hospedero, prácticas de cultivo y factores
climáticos (González et al., 1998), entre otros.
51
El índice de diversidad de patotipos fue de 1.49 en San
Luis Potosí y de 2.43 en Oaxaca, lo que indica que la mayor
diversidad en patotipos ocurre en este último estado. Sin
embargo, los índices de diversidad son altos en ambos
estados con relación a otros estados del país (Cuadro 3). La
ocurrencia de cinco patotipos en San Luis Potosí y 12 en
Oaxaca a partir de ocho y 15 aislados respectivamente,
muestra que C. lindemuthianum muestra gran variabilidad
patogénica en ambos estados respecto a otros estados
del país donde previamente se han caracterizado
patogénicamente aislados del hongo (González et al.,
1998; González-Chavira et al., 2004). Esto es apoyado
por los altos índices de diversidad que muestran San Luis
Potosí y Oaxaca (Cuadro 3). Sin embargo, es posible que
nuevos patotipos puedan ser identificados al determinar
el patotipo de más aislados en el futuro.
Cuadro 3. Número de patotipos de Colletotrichum lindemuthianum reportados por varios autores e índices de
diversidad de patotipos en varios estados de México.
Estado
Fuente1
Núm. de aislados
Núm. de patotipos
H2
Chihuahua
Durango
Zacatecas
San Luis Potosí
Jalisco
Michoacán
México
Hidalgo
Tlaxcala
Puebla
Oaxaca
1
1
1
Esta investigación
1
1
2
2
2
2
Esta investigación
22
9
7
8
15
6
6
2
2
7
15
1
3
4
5
3
5
3
2
2
4
12
0.00
0.85
1.28
1.49
1.08
1.56
1.01
0.69
0.69
1.15
2.43
1= González et al., 1998; 12= González-Chavira et al., 2004; H2= índice de diversidad de patotipos (Shannon y Weaver, 1963).
1
Los estados de San Luis Potosí y Oaxaca son contrastantes
geográficamente, y también en cuanto al tipo de frijol que se
cultivan en cada uno. San Luis Potosí se ubica en el centro
del país y ahí se cultivan principalmente variedades de
hábito de crecimiento indeterminado arbustivo, mientras
que Oaxaca se localiza al sur y ahí principalmente se cultiva
frijol criollo de hábito indeterminado postrado y trepador
y variedades nativas de otras especies de frijol como son P.
coccineus y P. dumosus. Esto puede explicar las diferencias
en patotipos, índice de diversidad de patotipos y origen de las
variedades diferenciales que reaccionan como susceptibles
a los patotipos identificados en estos estados. Por otra parte,
el hecho de que se hayan aislado los patotipos 64 y 320 en
ambos estados, quizás tiene que ver con la costumbre de
los productores de usar semilla producida en localidades
distintas que pudieran portar patotipos ausentes en algunas
áreas de producción, lo que promovería su dispersión, como
ha sido referido por Kelly et al. (1994).
Es posible que las la base genética de los cultivares de frijol
y las condiciones climáticas influyan en la diversidad de
patotipos presentes en estados particulares de México,
como ha sido sugerido en estudios similares (González et
al., 1998; González-Chavira et al., 2004; Rodríguez-Guerra
et al., 2006). El elevado índice de diversidad de patotipos
observado en esta investigación en el estado de Oaxaca
(2.43), muestra que las poblaciones del patógeno presentes en
estados más al sur del país, con valles intermontanos y mayor
diversidad climática, son más variables patogénicamente
que las poblaciones que ocurren del centro hacia al norte de
México, como ha sido comparada la diversidad de patotipos
en estados del centro y norte de México (González-Chavira
et al., 2004). Esto también puede ser debido al cultivo de una
gran diversidad de materiales nativos de frijol con una amplia
variabilidad genética en estados del sur, que no es común
en estados del centro-norte de México donde cultivares
mejorados uniformes son comúnmente utilizados.
Los resultados anteriores sugieren que existe cierto grado
de aislamiento entre las poblaciones del patógeno que
ocurren en ambos estados. Esto también es apoyado por
la ocurrencia en Oaxaca de un gran número de patotipos
capaces de infectar variedades diferenciales de origen
andino que no ocurren en San Luis Potosí y otros estados
del norte de México, pero si en estados vecinos de Oaxaca
como Puebla, Tlaxcala y México (González et al., 1998;
González-Chavira et al., 2004). Aunque Balardin et al.
(1997) también reportaron patotipos presentes en el país
capaces de infectar diferenciales de origen mesoamericano
y andino, se desconoce el origen geográfico de ellos. Aunque
se ha considerado que la ocurrencia de estos patotipos que
infectan variedades diferenciales de ambos acervos no es
raro en México (González-Chavira et al., 2004), no se ha
planteado una posible explicación de esto. Considerando
que existe coevolución entre las poblaciones andinas y
mesoamericanas del patógeno y los acervos genéticos
andinos y mesoamericanos del frijol, respectivamente
(Pastor-Corrales, 1996; Araya, 2003), es posible la
existencia de cultivares de origen andino (tipos canarios
y cacahuates) en los estados del centro y sur de México
cuya interacción con el patógeno ha permitido el desarrollo
de patotipos que afectan genotipos de ambos acervos
genéticos; sin embargo, también la introducción a
México de patotipos que infectan genotipos andinos
de frijol pudiera explicar su ocurrencia en el país, entre
otras posibles causas.
Cuadro 4. Índice de resistencia (IR) de las variedades diferenciales e índice de virulencia (IV) de los patotipos de
Colletotrichum lindemuthianum identificados en San Luis Potosí y Oaxaca.
R1
S
R
R
R
R
S
R
R
S
R
R
S
S
S
60
R= resistente; 2S= susceptible.
1
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
100
R
S
S
R
R
S
R
R
S
S
R
S
R
R
S
53.3
R
R
R
R
R
R
S
R
R
R
S
R
R
S
R
80
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
100
R
R
S
R
R
R
R
R
R
R
R
S
R
R
S
80
S2
S
S
S
R
R
R
S
S
S
S
S
S
S
S
20
R
R
R
S
R
R
R
R
R
R
R
R
S
S
S
73.3
R
R
R
R
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
26.7
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
100
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
100
G 2333
AB 136
Tu
To
IV
PI 207262
México 222
Widusa
Cornell 49242
Perry Marrow
Michigan Dark
Red Kidney
Michelite
IR
64
69
100
192
256
260
265
320
324
325
328
356
449
457
485
Kaboon
Patotipo
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
100
8.3
25
25
16.7
8.3
16.7
25
16.7
25
33.3
25
33.3
33.3
41.7
50
Sólo siete de las variedades diferenciales fueron
susceptibles a alguno de los patotipos de C.
l i n d emuthianum (C ua dro 4). Mé xico 22 2 y To
fueron susceptibles a la mayoría de los patotipos,
mostrando IR bajos de 20.0 y 26.7, respectivamente.
Rodríguez-Guerra et al. (2006) también reportó que
ambas variedades diferenciales muestran bajos IR a
50 patotipos previamente reportados en México. Las
variedades diferenciales Michigan Dark Red Kidney,
Widusa, Tu, AB 136 y G 2333 fueron resistentes a los
patotipos identificados en los estados bajo estudio,
pero pueden reaccionar como susceptibles a otros
patotipos presentes en México (Rodríguez-Guerra
et al., 2006).
Ningún patotipo identificado en San Luis Potosí fue
capaz de producir una reacción de susceptibilidad
sobre variedades diferenciales de origen andino,
mientras que seis (50%) de los patotipos identificados
en Oaxaca (69, 100, 260, 324, 325, 356) causaron
una reacción de susceptibilidad a alguna diferencial
de ese acervo genético (Cuadro 2 y 4). Los patotipos
más virulentos fueron el 457 (causa susceptibilidad
a cinco variedades diferenciales) y 485 (causa
susceptibilidad a seis variedades diferenciales)
del estado de Oaxaca, con IV de 41.7 y 50.0
respectivamente (Cuadro 4), ubicándolos entre los
más virulentos en el país. Sin embargo, patotipos
más virulentos (1 869, 3 785, 3 993, 3 995, 4 027, 4
077) han sido identificados en el estado de Chiapas,
México, capaces de infectar de siete a diez variedades
diferenciales (Rodríguez-Guerra et al., 2006).
Cinco variedades diferenciales (Michigan Dark Red
Kidney, Widusa, Tu, AB 136, G 2333) mostraron
resistencia a los patotipos identificados en San
Luis Potosí y Oaxaca, y pueden ser utilizadas como
fuentes de resistencia contra los patotipos presentes
en ambos estados. Entre éstas, la variedad diferencial
Tu (porta el gen de resistencia Co-5) continua siendo
una importante fuente de resistencia a la mayoría de
los patotipos presentes en México (González-Chavira
et al., 2004).
Fuentes de resistencia
Entre los materiales nativos de San Luis Potosí y
Guanajuato ocurrieron cuatro grupos de reacción:
I) resistencia a ambos patotipos, II) resistencia al
53
patotipo 64 y susceptibilidad al 320, III) resistencia
al patotipo 320 y susceptibilidad al 64, y IV)
susceptibilidad a ambos patotipos. Mientras que en
los cultivares mejorados ninguno mostró reacción de
resistencia al patotipo 320 con susceptibilidad al 64
(grupo de reacción III). La mayoría de los materiales
nativos de San Luis Potosí (12) y de Guanajuato
(76) fueron resistentes a ambos patotipos (grupo de
reacción I), mientras que cinco y 15 materiales fueron
resistentes a uno u otro patotipo (grupos de reacción
II y III) (Cuadro 5). Los restantes materiales nativos
fueron susceptibles a los patotipos 320 y 64. De los
55 cultivares mejorados, 21 fueron susceptibles a los
patotipos 320 y 64, seis susceptibles al primero pero
resistentes al 64, y 28 resistentes a ambos patotipos
(Cuadro 6). Con anterioridad se identificaron fuentes
de resistencia a patotipos de C. lindemuthianum
presentes en México en un reducido grupo elite de
cultivares de frijol del INIFAP (González-Chavira
et al., 2004); sin embargo, ningún esfuerzo se había
realizado con el propósito de identificar fuentes de
resistencia en materiales nativos de frijol en México.
La búsqueda de fuentes de resistencia en materiales
nativos de frijol ha permitido identificar fuentes de
resistencia contra patotipos altamente virulentos
presentes en Colombia (Santana y Mahuku, 2002).
En esta investigación, la mayoría de los materiales
evaluados por su reacción a los patotipos 320 y 64
fueron resistentes a ambos (grupo de reacción I). Es
posible que la resistencia de los materiales nativos
y mejorados que reaccionaron como resistentes al
patotipo 64 pero fueron susceptibles al 320, se deba
al menos a un gen de resistencia similar al presente en
la variedad diferencial To, la cual es susceptible a este
último patotipo, o se deba a otro gen de resistencia que esta
ausente en México 222 (susceptible al patotipo 64).
López-Jiménez et al. (2006) sugieren que el uso
sistemático de un reducido y selecto grupo de patotipos
de C. lindemuthianum puede ser útil para identificar
fuentes de resistencia contra el patógeno. Esta
estrategia considera que los patotipos seleccionados
deben causar una reacción de susceptibilidad a la
mayoría de las variedades diferenciales, y que los
materiales resistentes a ellos también deben ser
resistentes a patotipos que infectan a cualquiera de
las diferenciales que son infectadas en conjunto por
los patotipos utilizados.
Cuadro 5. Grupos de reacción de materiales nativos de frijol común (P. vulgaris) del estado de San Luis Potosí
y Guanajuato a dos patotipos de Colletotrichum lindemuthianum.
Grupo de reacción
Estado/Accesión
San Luis Potosí
I (resistencia a los 852, 853, 854, 855, 857, 859, 860, 861, 862, 3905, 3983, 4002
patotipos 320 y 64)
II (resistencia
al patotipo 64 y
susceptibilidad al 320)
858, 2564, 3942, 4031
III (resistente al
patotipo 320 y
susceptible al 64)
4011
IV (susceptible a los
patotipos 320 y 64)
2563, 2566, 2568, 3924, 3930, 3935, 3990
Tipo de semilla
representado
Negro, Flor de Mayo,
Ojo de Cabra, Tejano
Canario, Tejano, Bayo
Canario
Bayo, Café, Cacahuate,
Negro, Flor de Mayo
Guanajuato
I (resistencia a los
Canario, Bayo, Pardo, Café,
patotipos 320 y 64) 149, 153, 176, 179, 189, 196, 203, 207, 208, 233, 234, 239, 1513, Negro, Pinto, Ojo de Cabra
2921, 2922, 2925, 2931, 2932, 2938, 2939, 2942, 2943, 2944, 2947,
2948, 2949, 2953, 2954, 2955, 2950, 2957, 2958, 2959, 2960, 2961,
2962, 2963, 2965, 2967, 2968, 2969, 2970, 2971, 2972, 2973,
2974, 2975, 2977, 2979, 2981, 2982, 2984, 2985, 2986, 2987,
2988, 2989, 2990, 2993, 2994, 2995, 2996, 2997, 2998, 2999,
3000, 3002, 3003, 3005, 3006, 4804, 4807, 1514, 2976, 2978, 2917
II (resistencia
Negro, Ojo de Liebre
al patotipo 64 y
150, 180, 190, 204, 219, 222, 236,
susceptibilidad al 320)
III (resistente al
patotipo 320 y
susceptible al 64)
IV (susceptible a los
patotipos 320 y 64)
173, 182, 186, 221, 238, 245, 1518, 2920
Flor de Mayo, Café,
Canario y Bayo
151, 152, 157, 174, 175, 192, 197, 211, 213, 215, 217, 218, 219,
223, 227, 228, 230, 231, 232, 2929, 2934, 2935, 2941, 2945
Bayo, Negro, Ojo de Liebre,
Flor de Mayo, Canario,
Ojo de Cabra, Pinto
Lo anterior ha ocurrido con siete cultivares elite
inoculados con el patotipo 1 472 (infecta a las
variedades diferenciales México 222, PI 207262, To
y AB 136), los cuales fueron resistentes a ese patotipo
y también al 448 (que al igual que el patotipo 1472,
infecta en común variedades diferenciales México
222, PI 207262 y To) (González-Chavira et al., 2004);
así como con la variedad mejorada Bayo Mecentral,
reportada por González-Chavira et al. (2004) como
r e s i stentes al patotipo 448 (causa reacc i ó n d e
susceptibilidad a las diferenciales México 222, PI 207262 y
To), la cual en esta investigación fue resistente a los patotipos
320 (causa reacción de susceptibilidad a las diferenciales
México 222 y To) y 64 (causa reacción de susceptibilidad a
la diferencial México 222), como debería esperarse según
la estrategia de López-Jiménez et al. (2006).
En esta investigación se esperaba que los materiales nativos
y cultivares mejorados que reaccionaron como resistentes al
patotipo 320, también lo fueran al 64. Lo anterior ocurrió en
116 materiales nativos de los 125 que fueron resistentes al
patotipo 320; los otros nueve materiales fueron susceptibles
al patotipo 64. Sin embargo, resultados contradictorios a los
esperados con la estrategia de López-Jiménez et al. (2006) y
de manera similar a lo observado con esos nueve materiales,
se han reportado en investigaciones realizadas previamente
(Del Río et al., 2002; Santana y Mahuku, 2002) al utilizar
dos patotipos que difieren en su capacidad de infectar a una
sola variedad diferencial, tanto en materiales nativos como
mejorados de frijol. La reacción de esos nueve materiales puede
deberse a la presencia de por lo menos un gen de resistencia
55
distinto a los que ocurren en las variedades diferenciales
México 222 (Co-3) y To (Co-4), las cuales en conjunto
reaccionan como susceptibles a ambos patotipos, y a la presencia
en el patotipo 320 de un gen de avirulencia (ausente en el patotipo
64) capaz de ser reconocido por ese gen de resistencia.
Cuadro 6. Reacción de variedades mejoradas de frijol a dos patotipos de Colletotrichum lindemuthianum.
Variedad
Delicias 71
Arriaga
Flor de Abril
Blanco 157
Bayomex
Bayo Zacatecas
Bayo Victoria
Bayo Mecentral
Bayo Madero
Bayo los Llanos
Bayo INIFAP
Bayo 159
Bayo 160
Bayo 164
Bayo Berrendo
Bayo 107
Azufrado Tapatío
Azufrado Regional 87
Azufrado Pimono 78
Azufrado Peruano 87
Azufrado Noroeste
Azufrado Namiquipa
Azufrado 100
Negro Tropical
Actopan
Alubia Chica
Amarillo 153
Amarillo 154
Patotipo
Variedad
320
64
Tipo de grano
R1
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
Pinto
Negro opaco
Flor de mayo
Alubia
Canario
Bayo
Bayo
Garbancillo
Bayo
Bayo
Garbancillo
Bayo
Bayo
Bayo
Bayito
Bayo
Garbancillo
Azufrado
Azufrado
Azufrado
Azufrado
Garbancillo
Canario
Negro opaco
Negro opaco
Alubia
Amarillo
Amarillo
Patotipo
320
64
Tipo de grano
S2
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
R
R
R
R
R
R
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
Pinto Negro
Bayo
Bayo
Azufrado
Bayito
Negro Opaco
Bayo
Flor de Junio
Negro Opaco
Negro Opaco
Negro Brillante
Negro Brillante
Negro Brillante
Flor de Mayo
Flor de Mayo
Flor de Junio
Bayo
Bayo
Bayo
Bayo
Bayo
Bayo
Amarillo
Canario
Pinto 162
Bayo 161
Bayo Rata
Azufrado Higuera
Agrarista
Antigua
Durango 222
Flor de Junio Criollo
Negro Durango
Negro Chiapas
Negro 150
Negro 152
Negro 66
Flor de Mayo Sol
Flor de Mayo Bajío
Flor de Junio Marcela
Bayo Durango
Bayo Calera
Bayo 158
Bayo 400
Bayo 66
Bayo Baranda
Azufrado Amarillo 33
Azufrado 200
Aguascalientes 466
Amarillo 155
Negro Vizcaya
Amarillo
Negro brillante
R= resistente; 2S= susceptible.
1
CONCLUSIONES
Se reportan por primera vez en México siete nuevos
patotipos de C. lindemuthianum, lo que constituye una
prueba de la gran diversidad de patotipos hasta antes no
identificada.
Se identificaron materiales nativos y cultivares
mejorados resistentes a los patotipos 64 y
320. Estos genotipos comprenden diferentes tipos
y colores de grano que pueden ser utilizados como
fuentes de resistencia en los programas de mejoramiento
genético de frijol.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos el financiamiento otorgado por la Secretaría
de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y
Alimentación (SAGARPA)-Consejo Nacional de Ciencia
y Tecnología (CONACYT) (convenio 2004-C01-28) para
la realización de esta investigación y al CONACYT por
la beca otorgada a Bertha María Sánchez García, para
realizar los estudios de la Maestría en Ciencias.
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Asociación de Hemiptera: Triozidae con la enfermedad
‘Permanente del tomate’ en México*
assoCiation OF Hemiptera: Triozidae with the dIsease
‘permanente del tomate’ in mexico
José Antonio Garzón-Tiznado3§, Oralia Guadalupe Cárdenas-Valenzuela3, Rafael Bujanos-Muñiz2, Antonio Marín-Jarillo2, Alicia
Becerra-Flora6, Sixto Velarde-Felix1, Cuauhtémoc Reyes-Moreno3, Mario González-Chavira4 y José Luis Martínez-Carrillo5
Unidad de Biotecnología del Noroeste, Campo Experimental Valle de Culiacán, INIFAP, carretera Culiacán-El Dorado, km 16.5, Culiacán, Sinaloa, México. Tel.
01 667 8461013, ([email protected]). 2Laboratorio de Taxonomía de Insectos, Campo Experimental del Bajío, INIFAP, carretera Celaya-San Miguel Allende,
km 6.5, Celaya, Guanajuato, México. Tel. 01 461 016115323, ([email protected].), ([email protected]). 3Programa Regional del Noroeste para el Doctorado en
Biotecnología, Universidad Autónoma de Sinaloa. Tel. 01 667 7157641, ([email protected]). 4Unidad de Biotecnología del Bajío, Campo Experimental
del Bajío, INIFAP. Celaya, Guanajuato, México. Tel. 01 461 6115323, ([email protected]). 5Programa Nacional de Protección Vegetal, Campo
Experimental Valle del Yaqui, INIFAP, Ciudad Obregón, Sonora, México. Tel. 01 644 4143173, ([email protected]). 6Instituto Potosino de Investigación
Científica y Tecnológica, A. C. Carretera a la Presa. Tel. 01 444 8342000, ([email protected]). §Autor para correspondencia: [email protected].
1
RESUMEN
La enfermedad conocida como permanente del tomate causa
grandes daños en regiones donde el tomate se siembra en el
ciclo primavera-verano. La etiología de la enfermedad se ha
relacionado con organismos tipo bacteria y su transmisión
con el psílido Bactericera (=Paratrioza) cockerelli (Sulc)
(Hemiptera: Triozidae). El objetivo de esta investigación
fue elucidar la asociación entre el psílido y la enfermedad.
La obtención de la fuente de inoculo y los bioensayos de
transmisión se realizaron en jaulas entomológicas bajo
condiciones de invernadero. La transmisión planta de
tomate a planta de tomate fue por injerto a partir de plantas
que mostraban los síntomas característicos en campo. El
tejido de plantas enfermas y del psílido fueron analizados
por PCR, hibridación y secuenciación de productos de
PCR clonados. Los resultados mostraron la reproducción
de los síntomas de la enfermedad en las plantas de tomate
injertadas y en las expuestas a B. cockerelli. Los bioensayos
de transmisión del patógeno por el insecto fueron positivos,
los peróidos de adquisición fueron: 15 min, 2, 3 y 48 h para
* Recibido: Noviembre, 2007
ninfas y 30 min, 2, 3, 8 y 48 h para adultos, con períodos
de transmisión de 15 min, 2 y 24 h para el caso de adultos
y 24 h de incubación. El producto de PCR de B. cockerelli
fue clonado y secuenciado parcialmente e ingresado
al gene bank con el numero de accesión DQ355020,
esta secuencia presentó una similaridad de 99% con las
accesiones DQ355018 y DQ355019 obtenidas de plantas
de tomate con permanente del tomate, lo cual evidencia
la asociación entre el insecto y la enfermedad.
Palabra clave: Bactericera (=Paratrioza) cockerelli (Sulc)
(Hemiptera: Triozidae), enfermedad permanente del
tomate, psílido.
ABSTRACT
The disease known as ‘permanente del tomate’ produces
the greatest damage in those regions where tomato
Asociación de Hemiptera: Triozidae con la enfermedad permanente del tomate en México
plantings are established in the spring-summer season.
The etiology of this disease has been related to noncultured type bacteria and its transmission with the
psillid Bactericera (=Paratrioza) cockerelli (Sulc)
(Hemiptera: Triozidae). The objective of this research
was to discern the association between the psillid and
the disease. The obtention of inoculum and the bioassays
for transmission were performed in entomological cages
under greenhouse conditions. Transmission from tomato
plant to tomato plant was performed through grafting
from plants that showed the characteristic symptoms of
the disease in the field. Tissue from diseased plants and
from the psillid was analyzed by PCR, hybridization and
sequenciation of cloned products. The reproduction of the
disease symptoms was observed in tomato plants grafted
and in plants exposed to B. cockerelli. Bioassays of
transmission of this pathogen by the insect were positive,
and the acquisition periods were: 15 min, 2, 3 and 48 h
for nymphs and 30 min, 2, 3, 8 and 48 h for adults, with
transmission periods of 15 min, 2 and 24 h for adults and
24 h of incubation. The product of PCR of B cockerelli
was cloned and partially sequenced and registered in the
gene bank with the number DQ355020, this sequence
presented 99% similarity with accessions DQ355018 and
DQ355019 obtained from diseased tomato plants with
permanente del tomate, which confirms the association
between the insect and the disease.
Key words: Bactericera (=Paratrioza) cockerelli (Sulc)
(Hemiptera: Triozidae), disease permanente del tomate,
psillid.
INTRODUCCIÓN
En la región de El Bajío, México, se reportó por primera
vez la enfermedad denominada permanente del tomate (PT)
(Garzón-Tiznado, 1984). Es la enfermedad más dañina en
las siembras de tomate (Solanum lycopersicum L.) del ciclo
primavera-verano.
La etiología de esta enfermedad no es muy clara, ya que
observaciones al microscopio electrónico, describen la
presencia de cuerpos pleomórficos en el floema de plantas
enfermas; sin embargo, el análisis de alineamiento de
secuencias de los productos amplificados del gen 16S
rRNA, de estas plantas, presentó sólo 80% de similaridad
con fitoplasmas, lo cual no es un elemento para indicar su
relación con este tipo de patógenos (Ing. Ming Lee, com.
59
pers.); no obstante, con algunas bacterias no cultivables su
similaridad fue mayor al 98%, de ahí que se haya decidido
denominarlas temporalmente como “organismo tipo
bacteria no cultivable”.
Este patógeno se ha asociado al insecto Bactericera
cockerelli en plantaciones de tomate donde la enfermedad
está presente (Becerra-Flora, 1986 y Garzón-Tiznado et
al., 2005) y consistentemente se ha mencionado que B.
cockerelli es inductor de una enfermedad no contagiosa
conocida como “amarillamiento de la papa”, la cual se
describe como un producto de la toxina secretada por las
ninfas durante el proceso de alimentación en las plantas
(Richards y Blood, 1933). B. cockerelli pertenece a la
familia Psylloidea, que junto con la familia Cicadellidea y
Fulgoridea, se han descrito como vectores de procariotes
(Jensen et al., 1964; Kaloostian y Jones, 1968; Harris,
1980; Kaloostian, 1980; Kummert y Rufflard, 1997;
Kawakita et al., 2000; Palermo et al., 2001; Pilkington
et al., 2004).
En la familia Psylloidea se han mencionado el menor
número de especies vectores y dentro de estos,
sólo dos géneros, Cacopsyla con varias especies y
Bactericera trigonica (Font et al., 1999). Los del
primer género, se han reportado como transmisores
de fitoplasmas asociados a enfermedades en árboles
frutales, en donde se describen a Cacopsylla
pyri L. y C. pyricola (Forster), transmisores del
‘Pear decline’ phytoplasma (Davies et al., 1992), del
grupo 16SrX-C (Kummert y Rufflard, 1997; Lee et
al., 1998); C. melanoneura (Forster) y C. costales;
Cacopsylla picta transmisores del ‘Apple proliferation’
phytoplasma (Alma et al., 1997; Frisinghelli et al.,
2000; Jarausch et al., 2003), grupo 16SrX-A (Lee et
al., 1998), y C. pruni como transmisor del European
‘stone fruit yellow’ phytoplasma (Carraro et al.,
1998), grupo 16SrX-B (Lee et al., 1998) y Bactericera
trigonica como transmisor de un fitoplasma
asociado al grupo del ‘Stolbur ’ (Sr16XII) en el
cultivo de zanahoria (Font et al., 1999; Weintraub
y Beanland, 2006).
Por otro lado, se han descrito dos especies de
bacterias no cultivables restringidas al floema, que
causan una enfermedad en cítricos descrita como
“Huanglongbing”, pertenecientes a la subdivisión
α-Proteobacteria y previamente propuestas como
“Candidatus Liberobacter africanum” y “Candidatus
José Antonio Garzón-Tiznado et al.
Liberobacter asiaticum”, las cuales son transmitidas por
los psílidos Trioza erytreae (Del Guercio) y Diaphorina
citri (Kuwayama) (Hocquellect), respectivamente
(Jagoueix et al., 1996).
Sin embargo, en México se ha relacionado a B. cockerelli
con dos enfermedades contagiosas, permanente del tomate
(Garzón-Tiznado, 1984; Becerra-Flora, 1986) y punta
morada de la papa (Salas-Marina, 2006) y recientemente, con
la enfermedad de la papa denominada zebra chip, en donde
la asociación con fitoplasmas no es muy clara (Munyaneza et
al., 2007); no obstante, se ha mencionado una nueva especie
del hunglongbing descrita como “Candidatus liberibacter
psyllaurous” (CLP) infectando tomate y papa y asociada
a B. cockerelli como vector (Hansen et al., 2008; Liefting
et al., 2008). En este artículo se presentan las primeras
evidencias de B. cockerelli como vector de un organismo
tipo bacteria, asociado a la enfermedad permanente del
tomate en México.
Fuente de inóculo. La fuente de inoculo se obtuvo
en invernadero por medio de injerto. Para ello, púas
de plantas de tomate que manifestaban los síntomas
característicos del PT en campo, fueron injertadas en
plantas sanas de tomate en invernadero. Las plantas
injertadas se colocaron en cámara húmeda durante 5 días,
posteriormente se colocaron en jaulas entomológicas,
hasta la manifestación de síntomas.
Colonia de insectos. La colonia de B. cockerelli se estableció
en plantas de chile ancho cv. Criollo San Luis (Capsicum
annuum L.), ya que los ensayos previos de transmisión del
PT por injertos de tomate enfermo-chile sano-tomate sano,
fueron negativos. Las plantas de chile fueron sustituidas
periódicamente por otras, ya que las altas poblaciones de
ninfas causaron la marchites de éstas por su efecto toxinífero
en plantas jóvenes. Antes de iniciar los bioensayos de
transmisión, se analizó por PCR una muestra de 10 insectos
de cada una de las plantas colonizadas.
Ensayos de transmisión. Se establecieron tres ensayos
de transmisión del agente causal del PT, de planta de
tomate a planta de tomate. El primero para determinar
la capacidad como vector de B. cockerelli (Cuadro
1). En este caso, los insectos se expusieron 24 h para
adquisición del patógeno de plantas de tomate enfermas
y otras 24 para que efectuaran la inoculación del mismo
en plantas sanas. Los siguientes bioensayos se efectuaron
para conocer los periodos de adquisición (PDA) (Cuadro
2) y de inoculación (PDI) (Cuadro 3). En todos los casos,
previo al bioensayo, se colocaron adultos en cajas petri para
someterlos a un período de ayuno por 60 min. Como testigo
los insectos fueron colocados directamente en plántulas de
tomate sanas (Cuadro 1). Los bioensayos se realizaron
en laboratorio y posteriormente, las plántulas se llevaron
al invernadero durante 20-40 días hasta la manifestación
visual de los síntomas. La confirmación de la transmisión se
realizó por comparación del síndrome descrito por GarzónTiznado (1984), para injertos en serie, e hibridación tipo
dot blot y por PCR, como se explica posteriormente.
Cuadro 1. Ensayo de transmisión del agente causal de la enfermedad permanente del tomate por Bactericera
cockerelli Sulc.
Tratamiento
Adquisición
Inoculación
(h)
(h)
Pruebas individuales
24:00
Testigo
Pruebas masales
Testigo
Adultos planta
Transmisión
(%)
24
1
*9/48
18.75
0:00
24
1
0/11
0.0
24:00
24
10
13/46
26.0
0.0
24
10
0/11
0.0
*Numerador= número de plantas con síntomas; denominador= número de plantas probadas.
61
Cuadro 2. Ensayos sobre el período de adquisición de Bactericera cockerelli Sulc, en la transmisión del agente
causal de la enfermedad permanente del tomate.
Tiempo de adquisición
0 min
15 min
30 min
1:00 h
2:00 h
3:00 h
8:00 h
24:00 h
48:00 h
Ninfas
0/6
4/6
0/6
0/6
2/6
2/6
0/6
0/6
1/6
Adultos
0/6
0/6
2/6
0/6
2/6
1/6
1/6
0/6
1/6
Cuadro 3. Ensayos sobre el período de inoculación por adultos de Bactericera cockerelli Sulc, y análisis molecular
del ADN, en la transmisión del agente causal de la enfermedad permanente del tomate.
Período
Transmisión
Transmisión
ninfas
(%)
Hibridación
PCR
0 min
0/5*
0
-
-
15 min
1/5
20
+
+
30 min
0/5
0
-
-
1h
0/5
0
-
-
2h
2/5
40
+
+
24 h
2/5
40
+
+
Análisis molecular del ADN
Transmisión por injertos en serie. A partir de plantas
con síntomas del PT, en los ensayos de transmisión vía
insectos, se obtuvieron “púas” para realizar la transmisión
seriada del patógeno. Las púas se injertaron en plantas
sanas de tomate en dos series sucesivas (Cuadro 4). En
cada serie se emplearon cinco plantas sanas de tomate, las
cuales fueron colocadas en invernadero para el registro
de los síntomas característicos del PT.
Cuadro 4. Pruebas de transmisión por injertos en serie del agente causal de la enfermedad permanente del tomate.
Tratamiento
Transmisión
Aparición de sintomas
(%)
Serie I
*5/5
18 a 25 días
100
Serie II
5/5
18 a 25 días
100
Análisis del ADN por PCR. En el ensayo de transmisión
descrito en el Cuadro 3 se analizó por PCR el ADN extraído
de plantas de tomate que manifestaron los síntomas del PT y
de aquellas que no los manifestaron. En otro experimento, se
analizó tejido de una planta de tomate con síntomas del PT,
colectada en el municipio de Comonfort, Guanajuato, así
como de huevecillos, ninfas y adultos de B. cockerelli que
colonizaban esta planta. Por otro lado, en Dolores Hidalgo,
Guanajuato, fueron colectados adultos en plantas de chile
(Capsicum annuum L.) y otros en una especie silvestre
conocida como “jarilla” (Figura 1). La extracción del
ADN de tejido vegetal se realizó a partir de la metodología
previamente descrita (Dellaporta et al., 1983; AlmeidaLeón, 2001) y la de insectos por el método de Doyle (Doyle
y Doyle, 1990). Para el análisis por PCR se empleó el
método “anidado” reportado por Gunderson y Lee (1996). Se
utilizaron dos pares de iniciadores que amplifican la región
correspondiente al gen 16S Rrna y el espacio intergénico
16S-23S.
11
22 33 44
55 66
77 88
99
1400 bp
Figura 1. Gel de agarosa de productos de PCR anidado.
Carriles 1 y 9, marcadores de tamaño molecular
(escalera de 1-Kb); carriles= 2, huevecillos
de B. cockerelli; 3= ninfas; 4= adultos; 5=
planta de tomate con síntomas de PT donde se
colectaron los insectos; 6= adultos colectados
en planta de chile; 7= adultos colectados en
“jarilla”; 8= planta de tomate sana.
En la primera reacción se utilizó el par P1/P7 y para la
segunda amplificación o “anidado” el par R16MF2/
R16R2, con lo que se genera un fragmento predicho de
1.4 kb aproximadamente. En la mezcla de reacción se
empleó el amortiguador 1X, a base de Tris HCl 10 mM,
pH 8.3, KCl 50 mM, MgCl2 1.0 mM, desoxinucleotidos
0.1 mm (Datp, Dctp, Dgtp, Dttp), iniciadores 5 mΜ,
Taq ADN polimeraza 0.6 U y 25 ng de ADN genómico.
Se agregó agua libre de nucleasas hasta completar un
volumen de 15 mL. Para la segunda reacción se sustituyó
el ADN por un mL de la suspensión de la primera reacción
de amplificación, el par de iniciadores empleado fue el
R16MF2/R16R2, y se llevó a un volumen total de 25 mL
con agua libre de nucleasas. La reacción de amplificación
se llevó a cabo en un termociclador Eppendorf programado
para 35 ciclos con temperatura de desnaturalización de 1
min a 94 ºC, alineamiento 2 min a 55 ºC, polimerización
3 min a 72 ºC, con un precalentamiento a 94 ºC durante 1
min y una extensión final de 10 min a 72 ºC. Los productos
de PCR se analizaron en un gel de agarosa al 1.5%, teñido
con bromuro de etidio (0.5ug/mL) y se visualizaron en
un transiluminador de luz ultravioleta.
Análisis por hibridación tipo dot blot. La hibridación
tipo dot blot se utilizó en el análisis del ADN extraído
del ensayo de PDI (Cuadro 3), para ello, un fragmento de
ADN amplificado por PCR correspondiente al ADN de
plantas de tomate enfermas colectadas en un invernadero
comercial, en Celaya, Guanajuato, fue empleado como
sonda en el análisis de hibridación. Este ADN fue aislado
y purificado según las especificaciones del proveedor
(QUANTUM PREP GEL SLICE, BIO-RAD®).
El ADN amplificado fue marcado con Fluoresceína-Dutp
según las recomendaciones (GENE IMAGES RANDOM
PRIME LABELLING MODULE, AMERSHAM
PHARMACIA BIOTECH®). La sonda se almacenó en
alícuotas de 10 µL, a -12 °C para su uso en la hibridación
molecular. Esta se desarrolló de acuerdo al método
descrito por la empresa (GENE IMAGES CDP-STAR
DETECTION MODULE, AMERSHAM PHARMACIA
BIOTECH®).
Para ello, una vez confirmada la presencia del ADN
purificado en agarosa, se procedió a desnaturalizar y
neutralizarlo para su transferencia a una membrana
de Nylon, Hybond-N + (AMERSHAM PHARMACIA
BIOTECH ® ). El ADN se fijó a la membrana por
exposición durante 5 min a luz UV, y se almacenó en
refrigeración. Cada membrana fue prehibridada durante
30 min a 60 °C, en una solución SSC 5X, SDS 0.1% (p/v)
+ líquido de bloqueo 20X y Dextrán sulfato 5%, para de
ahí hibridarse en 10 µL la sonda marcada a 60 °C durante
toda la noche y con agitación constante. Terminado
el tiempo, se realizaron los lavados en solución SSC
1X/SDS 0.1% a 60 °C/15 min y un segundo lavado en
solución de SSC 0.1X/SDS 0.1% bajo las condiciones
anteriores. Cada membrana se lavó con Tween 20 (0.3%)
y posteriormente se le adicionó el reactivo de detección
y se dejó incubando por 5 min, para ser expuesta a
una película de rayos X (Hyperfilm, Amersham),
durante 15 min.
Clonación y secuenciación del ADN de B. cockerelli.
Un fragmento amplificado de 1.4 Kb a partir del
ADN de ninfas de B. cockerelli (1194-2), fue clonado
empleando el paquete TOPO TA Cloning (Invitrogen
Life Technologies) siguiendo la reacción indicada en el
protocolo del proveedor y secuenciado según el método
2',triphosphates 3'-dideoxynucleotide (ddNTPs) (Tanne
et al., 2001), utilizando el Secuenciador Automático de
ADN LI-COR® (LI-COR Inc., Lincoln, NE, USA 68504)
modelo 4200 Global Edition IR2 System. La secuenciación
vía PCR del vector PCR®4-TOPO® (Invitrogen™ Corp.,
Carlsbad, CA, USA 92008) con el inserto de interés
se realizó mediante iniciadores universales marcados
fluorescentemente IRD800 (heptamethine, λ 795 nm)
e IRD700 (pentamethine carbocyanine, λ 685 nm), y
los protocolos específicos para Termo Sequenase ® y
SequiTherm EXCEL™ II. El proceso de electroforésis
y captura de datos de la Secuencias de ADN fue a través
del programa e-Seq™ versión 3.0.1 y Gene ImagIR™
Software para Windows y LI-COR ® (LI-COR Inc.,
Lincoln, NE, USA 68504).
Análisis del alineamiento de secuencias (clustal
W). Las secuencias obtenidas a partir del ADN de B.
cockerelli en esta investigación (1194-2), las obtenidas de
plantas enfermas de tomate, depositadas en el gene bank
con los números DQ355019 y DQ355018, así como las
secuencias descritas para fitoplasmas: L33760 (tomato
big bug mycoplasma-like organism, 16SrVI), AF222064
(tomato big bud phytoplasma-16SrVI), AF494529
(tomato big bud phytoplasma-16SrVI), DQ375328
(tomato little leaf phytoplasma) y DQ370434 (tomato
yellows phytoplasma) (Figura 2), fueron alineadas basea-base con el software MultAlin (Multiple Sequence
Alignment, http://www.jouy.inra.fr) del programa
Clustal W (Corpet, 1988). Con el método "Blast 2
sequences” se obtuvieron los porcentajes de identidad
entre las secuencias (Tanne, 2001).
63
RESULTADOS
Colonia de insectos. El insecto B. cockerelli fue identificado
de acuerdo a las características morfológicas descritas
previamente (Marín-Jarillo et al., 1995) y las colonias en
plantas de chile se desarrollaron en forma satisfactoria;
sin embargo, antes del inicio de la floración las plantas se
marchitaban y morían, tal vez por el efecto de las toxinas
secretadas por las ninfas que se desarrollaban en éstas
(Richards y Blood, 1933), por lo cual se sustituyeron en
forma frecuente por nuevas plantas. Los ADN’s extraídos
de ninfas y adultos colectados de estas plantas fueron
analizados por PCR y sólo se emplearon insectos de
colonias que resultaron negativas.
Ensayos de transmisión. En el Cuadro 1 se describen
los resultados de transmisión del PT, en donde nueve de
48 plantas manifestaron los síntomas de la enfermedad
en el ensayo con un insecto por planta, lo que mostró
18.75% de plantas con síntomas. En el ensayo con 10
insectos por planta, 13 de 46 plantas manifestaron los
síntomas de la enfermedad, con lo que se obtuvo 26%
de plantas con síntomas. Para el caso de los testigos
correspondientes, no se detectaron plantas con síntomas.
En todos los casos, los síntomas característicos de la
enfermedad se manifestaron entre 25 a 30 días posteriores
a la transmisión.
Transmisión por injertos en serie. El 100% de las plantas
injertadas en forma seriada, a partir de púas obtenidas
de plantas de tomate empleadas en la transmisión por
insectos, presentaron los síntomas característicos del
PT entre los 18 a 25 días posteriores a la realización del
injerto (Cuadro 4).
Período de adquisición. Se detectaron plantas con
síntomas del PT, en los PDA por las ninfas a los 15
min, 2:00, 3:00 y 48:00 h, con cuatro, dos dos y una
planta, respectivamente (Cuadro 2), no se detectó
transmisión a partir de insectos que permanecieron
durante 30 min, y 1:00, 8:00 y 24:00 h, mientras que
para los adultos, los síntomas se detectaron en dos, dos,
una, una y una planta a partir de los PDA de 30 min,
2:00, 3:00, 8:00 y 48 :00 h, respectivamente, siendo
negativos los tiempos de 15 min, 1:00 y 24:00 h (Cuadro
2). La manifestación de síntomas en ambos casos se
dio a los los 25 días después del inicio del bioensayo.
DQ355018
DQ355019
DQ355020
L33760
AF222064
DQ375328
AF494529
DQ370434
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
Figura 2. Árbol de distancias filogenéticas por el alineamiento entre secuencias parciales de las accesiones del gene
bank: DQ355020 obtenidas a partir del ADN de B. cockerelli en esta investigación, DQ355019 y DQ355018,
correspondientes a plantas de tomate con síntomas de PT y las accesiones de fitoplasmas, depositadas
previamente con los números, L33760 (tomato big bug mycoplasma-like organism), AF222064 (tomato big
bud phytoplasma), AF494529 (tomato big bud phytoplasma), DQ375328 (tomato little leaf phytoplasma)
y DQ370434 (tomato yellows phytoplasma).
Determinación del período de inoculación. El período
de inoculación del agente causal del PT se registró a partir
de los 15 min de alimentación del insecto, en donde una
de cinco plantas manifestó los síntomas del PT. No se
observaron síntomas de los tratamientos entre 30 a 60 min;
sin embargo, tratamientos con tiempos mayores de 2:00 y
24:00 h, presentaron dos plantas enfermas en cada caso.
La presencia del OTB fue confirmada por el análisis del
ADN de las plantas enfermas y sin síntomas, al registrarse
la amplificación de un fragmento predicho de 1.4 kb en los
tratamientos que presentaron plantas enfermas (Cuadro
3) y adultos del insecto (Figura 1) y por los resultados
positivos de la hibridación molecular de esas mismas
plantas. No se observaron señales de amplificación ni de
hibridación del ADN en los controles negativos (0:0 min)
y en plantas que no presentaron síntomas (Cuadro 3).
Análisis de PCR-anidado de B. cockerelli. Se observó la
amplificación del fragmento predicho de 1.4 Kb en ADN
extraído de huevecillos, ninfas, adultos y planta de tomate
enferma de donde se colectaron los insectos, así como
de adultos colectados en plantas de chile y jarilla; dicho
fragmento no fue amplificado en ADN extraído de planta
de tomate sin síntomas de PT (Figura 1).
Análisis de alineamiento de secuencias. En el árbol de
distancias filogenéticas entre las secuencias parciales
alineadas base-base (Figura 2) de las accesiones
correspondientes al PT y B. cockerelli y las descritas
previamente para fitoplasmas en tomate se observaron: en
el primero, una similitud entre 98 - 99% entre las accesiones
DQ355020, obtenida del ADN de B. cockerelli, DQ355019
y DQ355018, generadas a partir del ADN de plantas de
tomate con síntomas del PT (Cardenas-Valenzuela et al.,
en proceso); en un segundo grupo, con una similitud de
80% al primero, correspondientes a las accesiones descritas
para fitoplasmas, L33760 (tomato big bug mycoplasmalike organism), AF222064 (tomato big bud phytoplasma),
DQ375328 (tomato little leaf phytoplasma) con una
similitud 99% entre ellas, y un tercer grupo muy distante
correspondiente a las accesiones AF494529 (tomato big
bud phytoplasma) y DQ370434.
DISCUSIÓN
La planta de chile (Capsicum annuum L.), fue un buen
hospedante para el desarrollo de B. cockerelli; sin embargo,
fue necesario utilizar plantas entre la primera y la segunda
flor, ya que las jóvenes en estado de seis hojas, morían
después de 20 días de estar colonizadas por ninfas del
insecto, lo mismo sucedió con plantas jóvenes de tomate;
esta situación puede estar relacionada con el efecto
toxinifero de las ninfas, las cuales se ha reportado que
llegan a causar la muerte de plantas de papa o tomate
(Richards y Blood, 1933).
La fuente de inóculo del PT, se estableció en invernadero
por medio de injerto y posteriormente, después del
primer ensayo de transmisión con B. cockerelli (Cuadro
1), el agente infeccioso fue transmitido en dos series
de injerto (Cuadro 4), esto indica que la enfermedad
puede establecerse sin necesidad del vector, por lo que
deducimos que existe un agente causal del PT, al que
temporalmente denominamos “organismo tipo bacteria”
(OTB), por la alta identidad entre este agente y las
secuencias alineadas con bacterias (98%) y por la baja
similitud detectada en alineamientos con fitoplasmas
(82%) (Cardenas-Valenzuela et al., en proceso). Los
resultados posteriores de transmisión del OTB descritos
en los Cuadros 2 y 3, fueron consistentes con el Cuadro
1, al permitir la reproducibilidad de los síntomas del PT
en plantas de tomate.
Este tipo de experimentos, tal y como lo describen
algunos autores (Lefol et al., 1993; Vega et al., 1993;
Vega et al., 1994), son básicos en el proceso de búsqueda
del vector de un agente infeccioso. Para esto, inicialmente
se emplearon ninfas en 3° y 4° estadio de desarrollo por
ser fáciles de manejar y para mejorar la eficiencia en la
transmisión del OTB de acuerdo a resultados previos
65
en este estudio (Cuadro 2); no obstante, se utilizaron
adultos para reducir la confusión o “enmascaramiento”
de los síntomas de amarillamiento inducidos por las
ninfas (Richards y Blood, 1933), con los inducidos
por este OTB (Garzón, 1984).
Con los resultados de transmisión por injerto y por el uso de
adultos de B. cockerelli, descritos en los Cuadros 1, 2, 3 y
4, se presentan los primeros indicios de que la enfermedad
permanente del tomate en México, es causada por un agente
infeccioso asociado al insecto B. cockerelli y elimina la
posibilidad de que estos síntomas hayan sido inducidos
por la toxina que produce éste insecto. Evidencia adicional
se observó con el análisis molecular realizado a partir del
ADN extraído del insecto y de tejido de plantas de tomate
enfermas, ya que ambos fueron positivos por hibridación
tipo dot blot con el uso de un fragmento amplificado de
ADN, extraído de plantas de tomate con síntomas del
PT, y confirmado posteriormente con la amplificación
tipo PCR anidado de este agente en las plantas de tomate
con síntomas; en todos los casos el control fue negativo.
En lo que respecta al tipo de transmisión, los resultados
indicaron que la relación B. cockerelli/ PT, tiende a ser
persistente, ya que el patógeno logró transmitirse después
de 24 h de incubación en el insecto, con PDA entre los 15
a 30 min y PDI entre los 15 a 30 min para ninfas y adultos,
respectivamente (Cuadros 2 y 3). Además, se observó que a
medida que el período de adquisición fue mayor, se registró
un ligero incrementó en la eficiencia de transmisión.
Algunos de los resultados anteriores difieren parcialmente
con lo mencionado en la literatura, como en el caso de los
fitoplasmas en su vector las chicharritas, ya que el ciclo
completo “adquisición-incubación-transmisión” de estos
ha sido reportado desde unos pocos hasta 80 días (MoyaRaygoza y Nault, 1998; Murral et al., 1996), tiempo
mayor que el requerido por B. cockerelli, para transmitir
el OTB, cuyo período de latencia en nuestro estudio fue
de sólo 24 h y de minutos en adquisición y transmisión;
sin embargo, el período de adquisición que va de minutos
hasta varias horas en chicharritas (Purcell, 1982), fue
similar a lo obtenido en este bioensayo. Asimismo se
establece que B. cockerelli logró adquirir y transmitir
el OTB a partir de plantas de tomate y la transmisión
fue directa a tomate, a diferencia de los fitoplasmas
transmitidos por chicharritas los cuales tienen que ser
adquiridos a partir de especies silvestres antes de ser
transmitidos al cultivo (Bosco et al., 1997).
En lo que se refiere a la edad fisiológica de los insectos
como vectores, no obstante que se ha mencionado que ésta
no influye en su capacidad para transmitir el fitoplasma
(Chiykowski y Sinha, 1998), estudios recientes describen
que ninfas recién eclosionadas de Euscelidius variegatus
fueron menos eficaces en adquirir al CY (amarillamiento
del crisantemo) que ninfas del quinto estadio (Palermo et
al., 2001), y en ciertos casos las ninfas son más eficientes
para adquirir al fitoplasma que los adultos (Nagaich et
al., 1974; Murral, 1996). Este último reporte coincide con
los observados en este estudio, en donde las ninfas de B.
cockerelli requirieron de menor tiempo (15 min) que los
adultos (30 min) para adquirir al agente causal del PT y
en general el número de plantas que resultaron positivas
en el bioensayo fue mayor con el uso de ninfas, con nueve
plantas infectadas y siete con adultos (Cuadro 2).
No obstante que pocos agentes fitopatógenos u otros
procariotes simbióticos pueden ser transmitidos en
forma transovárica por su vector, se consideraba que los
fitoplasmas no se podían transmitir de esta manera; sin
embargo, algunas investigaciones han reportado este tipo
de transmisión para Hishimonoides sellatiformis, vector
del fitoplasma mulberry dwarf (grupo 16SrI) (Kawakita
et al., 2000), y en Schaphoideus titanus, transmisor del
aster yellow (grupo 16SrI), los cuales se han detectado en
huevecillo y ninfas mediante PCR (Alma et al., 1997), lo
que sugiere la posible transmisión transovarial de estos
patógenos. Estudios recientes han asociado a B. cockerelli
con síntomas de amarillamiento de hojas en papa y de
“zebra chip” (síntomas de manchado del tubérculo) en
papa (Munyanesa et al., 2007) y más específicamente,
otros asocian a “Candidatus Liberibacter psyllaurous”
(CLP) con zebra chip en papa, tomate y B. cockerelli
(Liefting et al., 2008; Hansen et al., 2008), coincidiendo
con nuestros resultados, estos últimos investigadores,
mencionaron que por medio de PCR, lograron detectar a
CLP, en huevecillos y ninfas de B. cockerelli colonizando
plantas de papa y tomate.
Coincidentemente con estos autores, en este estudio, se
amplificó un fragmento de 1.4 Kb en el ADN correspondiente
a huevecillos de este insecto, hospedando plantas de
tomate con síntomas del PT, así como en ninfas y adultos,
correspondientes a esta colonia de insectos (Figura 2),
lo que representa un indicio más de que B. cockerelli
puede estar transmitiendo un agente infeccioso en forma
transovárica en tomate. No obstante, se ha mencionado que
los fitoplasmas en el caso de las chicharritas puede penetrar
intracelularmente a través del epitelio celular del intestino,
pasar al intestino medio, de ahí al hemocele e infectar otros
tejidos como tubos de Malpighi (Lherminier et al., 1990) y
sólo si llegan a los órganos reproductivos (Kawakita et
al., 2000), pueden pasar de ahí a los huevecillos. Por lo
anterior, la confirmación transovárica se obtendrá cuando
se realicen los ensayos biológicos de transmisibilidad a
plantas de tomate (Vega et al., 1994).
En lo que respecta a la relación filogenética establecida
por el análisis de las secuencias parciales de las accesiones
DQ355020, DQ355019 y DQ355018, correspondientes
al ADN de ninfas de B. cockerelli y plantas de tomate con
síntomas del PT, respectivamente, el análisis reveló una
identidad de 98 a 99% entre ellas, con lo cual se evidencia
la elevada relación genética entre las tres secuencias
asociadas a la enfermedad del PT y por otro lado, una relación
filogenética muy lejana con fitoplasmas, en el sentido de que
el agente causal del PT está mas relacionado con un OTB que
con un fitoplasma. Por otro lado, en publicaciones recientes,
se ha descrito a CLP asociado a B. cockerelli (Hansen et al.,
2008; Liefting et al., 2008), lo que coincide con nuestros
resultados. Sin embargo, aún y cuando existen similitudes
en varios aspecto relacionados con la transmisión, como es
la detección del agente infeccioso en huevecillos y ninfas de
B. cockerelli del CLP y OTB (nuestro estudio), así como en el
tiempo de expresión de síntomas que va de 3 a 4 semanas, es
posible que los síntomas no coincidan exactamente, ya que
los descritos para el CLP son un amarillamiento en tomate,
mientras que para el OTB asociado al PT son de aborto de
flor, hojas quebradizas, de un color verde intenso, aunque
finalmente la planta llega a amarillarse y morir.
Los resultados aquí descritos representan la evidencia
molecular y biológica de que B. cockerelli está
asociada a la transmisión del agente causal del PT;
dicha transmisión parece ocurrir de manera persistente
y se presentan los primeros indicios de que su forma
de transmisión es transovárica.
CONCLUSIONES
El agente causal de la enfermedad PT, se logró transmitir
por injerto.
El psílido B. cockerelli participa como transmisor
del agente causal de la enfermedad permanente del
tomate.
La transmisión del agente causal de la enfermedad
permanente del tomate, se logró de planta de tomate a
otra de tomate.
La adquisición y transmisión del patógeno por B.
cockerelli, indican que la relación es persistente y
posiblemente transovárica.
Se reporta por primera vez a B. cockerelli como vector
de un organismo tipo bacteria en plantas de tomate.
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ALTAS DENSIDADES CON DESPUNTE TEMPRANO EN RENDIMIENTO Y PERÍODO DE
COSECHA EN CHILE PIMIENTO*
HIGH PLANT STAND WITH EARLY PRUNING ON YIELD AND HARVEST PERIOD
IN BELL PEPPER
Nicacio Cruz Huerta1§, Felipe Sánchez del Castillo2, Joaquín Ortiz Cereceres1 y Ma. del Carmen Mendoza Castillo1
Posgrado en Recursos Genéticos y Productividad, Colegio de Postgraduados, carretera México-Texcoco, km 35.5 Montecillo, Texcoco, Estado de México, México.
56230.([email protected]), ([email protected]). 2Departamento de Fitotecnia, Universidad Autónoma Chapingo, carretera México-Texcoco, km 38.8 Chapingo, Estado
de México, México. ([email protected]). §Autor para correspondencia: [email protected].
1
RESUMEN
El presente estudio se realizó con el objetivo de determinar
el efecto de la densidad de población combinado con el
despunte temprano de las yemas terminales de plantas
de pimiento dulce sobre el rendimiento y el período de
cosecha. El experimento se llevó a cabo en hidroponía bajo
condiciones de invernadero en Texcoco, Estado de México,
México en 2004; se utilizó el cv. Ariane. Se establecieron
tres tratamientos: 3.3 plantas m2 (testigo sin poda), 8 plantas
m2 con despunte arriba de la cuarta bifurcación del tallo y 14
plantas m2 con despunte arriba de la tercera bifurcación. Se
utilizó un diseño en bloques al azar con cuatro repeticiones.
Se determinó el rendimiento de fruto comercial por planta y
por m2 e índice de área foliar (IAF). El rendimiento de fruto
comercial por planta fue 873 g en el testigo a 604 y 404 g en
las densidades 8 y 14 plantas m2, respectivamente; mientras
que el rendimiento por unidad de superficie fue mayor en
las altas densidades de población con despunte temprano
(5.63 y 4.83 kg m2 en 14 y 8 plantas m2, respectivamente)
que en el testigo (2.88 kg m-2). El sistema de producción
con alta densidad de población con despunte temprano de
las plantas incrementó significativamente el rendimiento
de chile pimiento dulce por unidad de superficie y
mostró potencial para reducir el período de cosecha para
aprovechar ventanas específicas de mercado.
* Recibido: Octubre, 2007
Palabras clave: Capsicum annuum L., hidroponía,
invernadero.
ABSTRACT
The present research was carried out with the aim of
determining the effect of plant stand combined with
early pruning of the terminal buds on yield and length of
harvest period in bell pepper. The experiment was carried
out under soil-less culture conditions in a greenhouse at
Texcoco, Estado de Mexico, Mexico, from 2004. The
cv. Ariane was utilized. Three treatments were studied:
3.3 plants m 2 with no pruning (control), 8 plants m2
with pruning above the fourth stem bifurcation and 14
plants m2 with pruning above the third stem bifurcation.
A randomized block design with three replications was
used. Marketable fruit yield per plant and per m2 and
LAI were recorded. Fruit yield was 873 g per plant in
the control as compared to 604 and 404 g at 8 and 14
plants m2, respectively; however, yield per area basis was
greater under high plant stands (5.63 and 4.83 kg m 2 at 14
and 8 plants m2, respectively) as compared to the control
(2.88 kg m-2). A high plant stand combined with early
Altas densidades con despunte temprano en rendimiento y período de cosecha en chile pimiento
pruning of the terminal buds, significantly increased
yield per unit area in bell pepper and showed potential to
reduce the harvest period for specific market windows.
Key words: Capsicum annuum L., hydroponic,
greenhouse.
INTRODUCCIÓN
La agricultura bajo condiciones de invernadero implica
una alta inversión inicial y por tanto requiere producir
cultivos de alto valor comercial y económicamente
rentables, como hortalizas y flores. En las hortalizas
de fruto encontramos tomate y pimiento, en las cuales
el período de cosecha en un ciclo de producción bajo
invernadero es largo (4 a 7 meses) y se da en un contexto
donde el precio del producto oscila constantemente
en el mercado. Los precios más altos se presentan en
ventanas de tiempo específicas, generalmente de corta
duración por lo que diseñar sistemas de producción
para concentrar la cosecha en estos períodos, favorece
directamente al productor.
La producción de pimiento bajo invernadero en el norte
de Europa y de América generalmente se basa en la
práctica de poda tipo “Holandés”, que consiste en el uso
de cultivares de ciclo indeterminado que se conducen
a dos tallos hasta alcanzar 2 a 3 m de altura. Con esta
práctica se logran rendimientos altos de 100 a 200 t ha-1
año-1; sin embargo, el ciclos de cultivo es de 9 a 11 meses
y el período de inicio a fin de cosecha de 6 a 7 meses
(Challinor, 1996; Nuez et al., 1996), lo que hace difícil
programar la producción para obtenerla en los períodos
cortos de alto precio en el mercado.
En Almería, España, el pimiento se maneja sin poda o con
un mínimo de podas de tallos y flores o frutos, para obtener
un flujo de producción concentrada. Esta práctica detiene
en forma temporal el crecimiento vegetativo y la caída de
flores ocasionados por la excesiva demanda de los frutos;
no obstante, una vez que inicia la cosecha se recupera el
crecimiento que, en condiciones climáticas favorables,
puede llevar a otro flujo de producción dos a tres meses
después (Posadas, 1993; Nuez et al., 1996); sin embargo,
también los ciclos son largos y el rendimiento por unidad
de superficie es menor (50 a 80 t ha-1 año-1). Por la altura
que alcanzan las plantas con este tipo de manejo, se utilizan
densidades de población que oscilan de 2 a 4 plantas m2.
71
Mediante trasplantes tardíos y despuntes tempranos (un racimo
por planta) en el cultivo de tomate (Lycopersicon esculentum
Mill.) es posible, manejar hasta 180 mil plantas ha, reducir
el ciclo de cultivo de 11 a 2.5 meses y concentrar la cosecha
en un período menor a 15 días. Este tipo de manejo permite
3-4 ciclos por año y por lo tanto, el rendimiento potencial
anual supera al del sistema convencional que se práctica en
invernaderos europeos y norteamericanos (Sánchez y Ponce,
1998; Sánchez et al., 1999).
En pimiento morrón también es posible lograr altos
rendimientos por unidad de superficie por medio de ciclos
de cultivo más cortos y períodos de cosecha concentrados,
mediante el manejo combinado de trasplante de plántulas de
mayor edad (60 a 70 días), despunte temprano de los puntos
de crecimiento para desarrollar plantas compactas con pocos
frutos y altas densidades de población para compensar el
menor rendimiento por planta. El despunte temprano y la
poda dan como resultado plantas de menor área foliar y
altura. El índice de área foliar (IAF) óptimo para máxima
tasa de crecimiento se logra con alta densidad de población
pero en ciclos más cortos (Cruz et al., 2005).
Dentro de ciertos límites, el aumento en la densidad de
población causa disminución en el rendimiento por planta,
pero incrementa el rendimiento por unidad de superficie
(Batal y Smittle, 1981; Stoffella y Bryan, 1988; Decoteau
y Graham, 1994; Cebula, 1995; Lorenzo y Castilla, 1995).
La relación que existe entre la densidad de población y el
rendimiento por planta no siempre es la misma; en pimiento
y tomate, el incremento en la densidad de población
disminuye el número de frutos por planta sin afectar el peso
medio del fruto, (Stoffella y Bryan, 1988; Cebula, 1995;
Sánchez et al., 1998). Sin embargo, no se ha estudiado el
potencial productivo del cultivo de pimiento en densidades
de población mayores de 10 plantas m2, bajo un sistema
intensivo de producción en un medio no restrictivo como
el propiciado por invernaderos e hidroponía, como lo
reportaron Sánchez et al. (1999). Además, es de interés para
el productor cosechar en los períodos con menor oferta para
obtener mejor precio. Por esta razón, se requiere generar
tecnología que permita obtener altos rendimientos por
unidad de superficie, concentrar la cosecha en períodos
cortos y mantener la calidad del producto.
El objetivo del presente trabajo fue determinar el efecto
de alta densidad de población y despunte temprano de los
brotes terminales sobre el rendimiento, período de cosecha
y calidad comercial del fruto de pimiento bajo condiciones
Nicacio Cruz Huerta et al.
de invernadero. Bajo las hipótesis de que con el incremento
de la densidad de población combinada con el despunte
temprano de yemas terminales se incrementa el rendimiento
por unidad de superficie sin afectar significativamente la
calidad de fruto y se acorta el ciclo de cultivo lo que permite
obtener mayor productividad por unidad de tiempo.
de la cuarta bifurcación y densidad alta, 14 plantas
m 2, con despunte arriba de la tercera bifurcación. Los
despuntes se realizaron entre los 60 y 70 días después
del transplante. La unidad experimental fue de 5.7 m 2
de invernadero para el testigo y de 3.8 m 2 para las otras
densidades. Se utilizó un diseño de bloques completos
al azar con cuatro repeticiones.
Los frutos fueron cosechados cuando al menos 50%
de su superficie había cambiado de color verde a
naranja. Se realizaron 11 cortes de frutos maduros
durante 61 días de cosecha. El primer corte se
efectuó a los 97 días después de transplante y los
siguientes conforme maduraron los frutos. Los frutos
cosechados en cada corte fueron clasificados en
forma visual en comerciales y no comerciales, con
base en la uniformidad, sanidad y tamaño. Los frutos
comerciales se separaron visualmente en tres tamaños:
grandes de primera calidad, medianos y chicos. Los
frutos no comerciales incluyeron frutos muy pequeños
(25-70 g), deformes, o dañados.
Se utilizó el híbrido de chile pimiento cv. ‘Ariane’, resistente
al virus del mosaico del tabaco, de crecimiento rápido y
follaje denso; el fruto es verde hasta la madurez fisiológica y
posteriormente se torna naranja; posee 3 a 4 lóculos y paredes
gruesas y madura en alrededor de 70 días después de antesis.
Las semillas se germinaron en charolas de poliestireno
expandido rellenas con una mezcla comercial de turba
orgánica y vermiculita (Ball Seed®, Geo J. Ball Inc.®, USA),
se regaron con agua durante los primeros 20 días, luego con
solución nutritiva a la mitad de su concentración durante los
siguientes 10 días y con concentración completa hasta el fin
del ciclo. La concentración de cada nutrimento (mg L-1) en la
solución nutritiva completa fue: N:200, P:60, K:250, Ca:250,
S:200, Mg:60, Fe: 3.0, Mn:0.5, Bo:0.5, Cu:0.5 y Zn:0.5.
Las plántulas fueron transplantadas a los 55 días después de
la siembra (dds) en tinas de 0.3 m de profundidad y 1.2 m de
ancho, que contenían arena de tezontle rojo con partículas de
1 a 4 mm de diámetro en un invernadero de vidrio en Texcoco,
Estado de México (2 251 m, 19° 29’ latitud norte y 98° 53’
longitud oeste), en 2005. Las plantas fueron regadas con la
solución nutritiva antes descrita por medio de un sistema
de cintas de goteo (4 L m-2 d-1), se aplicaron en dos riegos
por día en promedio en función del estado de desarrollo y
las condiciones ambientales. El control químico de plagas
y enfermedades y otras prácticas se realizaron de acuerdo
con lo descrito por Cruz et al. (2005).
A partir de la antesis de las primeras flores, se provocaron
corrientes de aire dos veces por semana con un ventilador
a la altura de las plantas para mejorar la polinización. Se
permitió el desarrollo de todos los frutos que amarraron,
incluso el de la yema terminal.
Se aplicaron tres tratamientos: testigo, 3.3 plantas m2 sin
despunte cosechando sólo el primer flujo de fructificación,
densidad intermedia, 8 plantas m2; con despunte arriba
El rendimiento acumulado en los primeros 15 días de
cosecha fue considerado como rendimiento temprano
y el acumulado durante todo el período de la cosecha
como rendimiento final. Se analizaron el rendimiento
por planta y por metro cuadrado de invernadero. El
IAF se determinó a los 120 dds con Un ceptometer
(Lincoln, NE).
Se realizó un análisis de varianza en todas las variables
usando el paquete SAS ® (SAS Institute, Inc. Cary,
NC). En los casos en que el efecto de tratamientos fue
significativo se realizó la comparación de medias por
el método de Tukey (0.05).
El rendimiento y el número de frutos por planta
disminuyeron significativamente (p<0.05) al
aumentar la densidad y despuntar la planta por
arriba de la tercera o cuarta bifurcación respecto al
tratamiento testigo sin despunte en baja densidad.
Por el contrario, el rendimiento y número de frutos
por unidad de superficie fueron significativamente
(p<0.05) mayores en los tratamientos de alta densidad
despuntados (Cuadro 1).
73
Cuadro 1. Comparación de medias de rendimiento comercial y componentes por planta y por unidad de
superficie en chile pimiento cv. Ariane manejado a tres densidades de población y niveles de despunte,
cosechado durante 60 días.
Tratamiento
Rendimiento
(g planta)
Rendimiento Frutos (Núm. Frutos (Núm. Peso medio IAF a los 120
(g m-2)
planta)
m2)
de fruto (g)
dds
Te s t i g o ( 3 . 3
plantas m2 sin
despunte)
8 plantas m2
despunte en 4ª
bifurcación
14 plantas m2
despunte en 3ª
bifurcación
DMS 0.05
CV %
873.3 a
2882 c
6.27 a
20.3 c
141.9 a
1.05 b
604.1 b
4833 b
4.56 b
36.4 b
132.8 b
1.55 b
404.7 c
5666 a
3.19 c
44.7 a
126.8 b
2.93 a
90.0
8
790
11
0.56
8
5
9
9
31
0.57
14
DMS= diferencia mínima significativa (Tukey a = 0.05). IAF= índice de área foliar; dds= días después de la siembra. Medias con la misma letra en cada columna son
estadísticamente iguales.
Las plantas del tratamiento con la más alta densidad (14
plantas m2) despuntadas por arriba de la tercera bifurcación
produjeron 50% de los frutos y rindieron 46% en relación
a las del testigo; sin embargo, el rendimiento por unidad de
superficie fue el doble. Esto se debió a que el despunte limitó
el número de frutos por planta respecto al testigo, pero la alta
densidad de población que es posible lograr con este tipo de
cultivar que desarrollan menor área foliar, permitió obtener
más del doble de frutos y en consecuencia de rendimiento
por unidad de superficie.
En varias investigaciones realizadas con pimiento se observó
que el incremento en la densidad de población disminuye
el rendimiento total por planta sin efecto significativo en
el rendimiento por unidad de superficie (Stofella y Bryan,
1988; Decoteau y Graham, 1994; Cebula, 1995; Lorenzo y
Castilla, 1995), lo cual se atribuyó a una menor intercepción
de radiación por planta y que la intensidad lumínica
disminuye más rápidamente conforme penetra en el dosel.
En esta investigación no ocurrió así debido a que el despunte
realizado en forma temprana (inmediatamente arriba de la
tercera o cuarta bifurcación) y la poda de brotes laterales
produjo plantas pequeñas y con menor área foliar que cuando
se manejaron sin despunte. Las plantas en alta densidad con
despunte temprano rinden más por unidad de superficie al
lograr una distribución de la radiación fotosintéticamente
activa más equitativa en el perfil del dosel y alcanzar el
IAF óptimo más rápido en el ciclo. Estos resultados fueron
similares a los reportados para tomate por Sánchez y Corona
(1994), Sánchez y Ponce (1998) y Sánchez et al. (1998).
Como lo señalaron Gardner et al. (1985), Cebula (1995) y
Jolliffe y Gaye (1995), aunque el incremento de la densidad
de población ocasiona una disminución en tamaño, vigor
y peso de la planta, biomasa y el rendimiento por unidad
de superficie se incrementan hasta un límite máximo, que
para la mayoría de las especies de cultivo con mecanismo
fotosintético C3, se alcanza con un IAF del orden de 3 a 4. El
lento establecimiento del IAF óptimo es un factor limitante
en el crecimiento inicial del chile (Wien, 1999) lo cual
coincide con lo observado en el presente trabajo, donde a
los 120 dds el testigo apenas había sobrepasado el valor de
uno en el IAF, en tanto que el tratamiento de 14 plantas m2
despuntado por arriba de la tercera bifurcación ya había
alcanzado el máximo IAF, que fue de casi tres (Cuadro 1).
Con base en los datos observados en este estudio, se
demuestra que la densidad normal que se usa en invernadero
(3.3 plantas m2), se puede incrementar hasta en 4 veces
mediante el manejo oportuno del despunte y de esta manera
se alcanza más rápido el IAF óptimo, que eventualmente
se puede traducir en el doble de rendimiento de fruto por
unidad de área, como ocurrió en la presente investigación.
También, se debe destacar que el testigo manejado
con el sistema convencional bajo invernadero como se
realiza en España (Nuez et al., 1996), podría soportar una
mayor densidad y producir más por unidad de superficie,
al menos para el cv. Ariane. Lo anterior se infiere con
base en el bajo IAF que mostró el dosel a los 120 dds.
En pimiento, el peso o tamaño de fruto es un
factor de calidad que se premia con mayor precio
pagado al productor. El peso medio por fruto fue
significativamente menor en los tratamientos con despunte
y alta densidad en comparación con el testigo (Cuadro 1);
sin embargo, el número de frutos grandes (calidad extra)
por unidad de superficie fue estadísticamente igual, e
incluso se observó una fuerte tendencia a ser mayor en
el tratamiento de 14 plantas m2 (Cuadro 2); además, el
número de frutos medianos (primera calidad) por unidad
de superficie sí fue significativamente mayor en este
último tratamiento respecto al testigo.
Cuadro 2. Comparación de medias de número de frutos de distinto tamaño por planta y por unidad de superficie
en chile pimiento cv. Ariane en tres densidades de población y niveles de despunte y cosechado durante
60 días.
Tratamiento
Te s t i g o ( 3 . 3
plantas m 2 sin
despunte)
8 plantas m 2
despunte en 4ª
bifurcación
14 plantas m 2
despunte en 3ª
bifurcación
DMS 0.05
CV %
Número de frutos grandes
por planta
por m2
Número de frutos medianos
por planta
por m2
Número de frutos chicos
por planta
por m2
2.42 a
8.0 a
2.15 a
7.1 b
1.58 a
5.2 c
1.50 b
12.0 a
1.69 b
13.5 a
1.36 ab
10.9 b
0.88 c
12.3 a
1.17 c
16.4 a
1.14 b
15.9 a
0.57
26
4.45
26
0.36
15
3.04
15
0.37
18
3.37
18
DMS= diferencia mínima significativa (Tukey a= 0.05). Medias con la misma letra en cada columna son estadísticamente iguales.
El efecto de la alta densidad de población combinado con
el despunte temprano se manifestó desde los primeros
cortes. El rendimiento acumulado a los 15 días después
de iniciada la cosecha fue significativamente (p<0.05)
mayor en los tratamientos con despunte temprano y
alta densidad (Cuadro 3). Destacó el tratamiento de 14
plantas m2 despuntado arriba de la tercera bifurcación
que a los 15 días de iniciada la cosecha acumuló 66%
del rendimiento total obtenido en 60 días de cosecha;
esto en g m -2 representó mayor rendimiento (Cuadro
3) que el total obtenido por el tratamiento testigo
en todo su período de cosecha de 60 días (Cuadro
1). Es decir, que este tipo de manejo puede producir
mayor rendimiento por unidad de superficie y en menor
tiempo que el que se obtiene con el manejo convencional
en invernadero. Resultado similar se observó a los 30 y
45 días después de inicio de cosecha.
El rendimiento temprano es un indicador de la capacidad
del tratamiento para concentrar la cosecha en un período
corto. Durante las primeras dos semanas de cosecha se
obtuvo más de dos tercios del rendimiento final y la
mayor proporción de frutos grandes. En ese período se
cosechó 80% de los frutos grandes en el testigo y más de
70% en las densidades intermedia y alta respecto al total
cosechado (Cuadro 4).
75
Cuadro 3. Comparación de medias de rendimiento acumulado por unidad de superficie en pimiento cv. Ariane
manejado a tres densidades de población y niveles de despunte, cosechado durante 60 días.
Tratamiento
Rendimiento acumulado a los
15 días de cosecha
(g m-2)
Testigo (3.3 plantas m2 sin
despunte)
8 plantas m2 despunte en 4ª
bifurcación
14 plantas m2 despunte en 3ª
bifurcación
DMS 0.05
CV %
Rendimiento acumulado a Rendimiento acumulado
los 30 días de cosecha
a los 45 días de cosecha
(g m-2)
(g m-2)
1767 (61) b
1927 (67) b
2519 (87) b
3145 (65) a
3599 (74) a
4237 (88) a
3731 (66) a
4261 (75) a
4923 (88) a
749
16
742
14
785
12
DMS= diferencia mínima significativa (Tukey a= 0.05). Medias con la misma letra en cada columna son estadísticamente iguales, los números entre paréntesis indican
el porcentaje de lo cosechado respecto al total.
Cuadro 4. Proporción del rendimiento final (%) en cada tamaño que representó el rendimiento temprano
15 días después de inicio de cosecha, en pimiento cv. Ariane.
3.3 plantas m sin
despunte*
Tratamientos
8 plantas m2, despunte en la 4ª
bifurcación*
14 plantas m2, despunte en la 3ª
bifurcación*
80¶
44
32
69
60
72
63
53
66
63
74
61
60
68
66
Tamaño de fruto
2
Grande
Mediano
Chico
Comercial
Total
*= rendimiento temprano rendimiento final de fruto x 100.
La mayor cantidad de frutos se desarrolló en los nudos
inferiores. El 59% de los frutos presentes a los 45 días
después del amarre del primer fruto, se ubicaron en el
primer nudo arriba de la bifurcación principal y 25%
en el segundo nudo; en tanto que de los frutos que
alcanzaron madurez comercial (color naranja), 50 y 16%,
se encontraron en el primer y segundo nudo por arriba
de la primera bifurcación, respectivamente y 9% en la
yema terminal del tallo principal (primera bifurcación).
No se registró la posición de los frutos cosechados en
cada corte, pero los frutos cosechados en las primeras
dos semanas correspondieron en su mayoría, a la primera
bifurcación y a los que amarraron en los siguientes dos
nudos. Estos frutos se desarrollaron al máximo y tuvieron
un efecto de inhibición en el crecimiento de frutos en los
nudos superiores tal y como lo señalan Bhatt y Srinivasa
(1997) y Marcelis y Baan-Hofman-Eijer (1997), debido a
que existe una fuerte competencia por fotoasimilados entre
los frutos en desarrollo y demás órganos en crecimiento
(Hall, 1977; Kläring et al., 1996). Por esta razón, en
plantaciones comerciales con frecuencia se eliminan las
flores de la yema terminal del tallo principal y del primer
nudo e incluso el segundo, a fin incrementar el área foliar
y retrasar el desarrollo de frutos. En el presente estudio no
se eliminaron los primeros frutos debido a que interesaba
obtener el máximo rendimiento temprano.
Se requirieron 97 días a partir del trasplante para iniciar
la cosecha de frutos maduros. Con un período de cosecha
de dos meses (sin esperar un segundo flujo de frutos), se
necesitaron 158 días para completar un ciclo (transplante a fin
de cosecha), por lo que, bajo condiciones similares de
radiación solar y temperatura del invernadero se podrían
obtener 2.3 ciclos por año. Si se toman como base los
rendimientos por unidad de superficie obtenidos (Cuadro
1) y se multiplican por ese factor de 2.3, con un manejo en
baja densidad y sin despunte (testigo) se podrían obtener
6.63 kg m-2 año-1, mientras que con densidad de 8 plantas m2
despuntadas arriba de la cuarta bifurcación se obtendrían 11.12
kg m-2 año-1 y con 14 plantas m2 en plantas despuntadas arriba
de la tercera bifurcación se tendrían 13.03 kg m-2 año-1.
Si el período de cosecha se acotara a los primeros 15 días en
el que se cosechó más de 60% del rendimiento total final y
más de 70% de frutos de primera calidad (grandes), el ciclo
se reduce a 112 días (de transplante a fin de cosecha), lo
que permitiría aumentar el número de ciclos a 3.2 por año
y potencial de rendimiento de fruto comercial sería de 3.145
y 3.731 kg m-2 por ciclo (Cuadro 4), lo que equivale a 10.06
y 11.94 kg m-2 año-1 para 8 y 14 plantas m2, respectivamente.
Lo anterior indica que este sistema de manejo intensivo del
pimiento dulce tiene un alto potencial para incrementar la
productividad anual por unidad de superficie; sin embargo,
se requiere investigación adicional para concentrar la
cosecha en 2 ó 3 semanas, de tal manera que se reduzca
el ciclo, mejorar la calidad y aprovechar ventanas de
mercado favorables.
CONCLUSIONES
El aumento de la densidad de población de 3.3 plantas m2
sin despuntar a 14 plantas m2 con despunte inmediatamente
arriba de la tercera bifurcación disminuye el rendimiento por
planta, debido a un menor peso y número frutos por planta,
pero incrementa significativamente el rendimiento de fruto
comercial de pimiento dulce por unidad de superficie.
Alta densidad de plantación con despunte reduce en 46 días el
ciclo de cultivolo que permite producir de 2.3 hasta 3.2 ciclos
por año con rendimiento potencial de 13.03 kg m-2 año-1.
LITERATURA CITADA
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77
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ANÁLISIS DE LA DIVERSIDAD GENÉTICA DE ‘CAÑA FLECHA’ Gynerium sagittatum Aubl.
UTILIZANDO LA TÉCNICA DE AFLP*
ANALYSIS OF THE GENETIC DIVERSITY OF ‘CAÑA FLECHA’ Gynerium sagittatum Aubl.
USING THE AFLP TECHNIQUE
Hernando Javier Rivera Jiménez1§, Isidro Elias Suárez Padron2 y Juan Diego Palacio Mejía3
Laboratorio de Biotecnología Vegetal, Facultad de Ciencias Agrícolas. Universidad de Córdoba. A. A 354. Montería, Córdoba. Colombia. Tel. 00 57 4 7908023.
Departamento de Ingeniería Agronómica y Desarrollo Rural. Universidad de Córdoba. A. A 354. Montería, Córdoba. Colombia. Tel. 5747908023, (isuarez@sinu.
unicordiba.edu.co). 3Laboratorio Central Interinstitucional de Detección y Monitoreo de Organismos Genéticamente Modificados, Instituto Colombiano Agropecuario
-ICA, km 14 vía Mosquera ICA- Tibaitatá. Mosquera, Cundinamarca, Colombia. Tel. 00 57 1 4227371 Ext. 1829, ([email protected]). §Autor para correspondencia:
[email protected].
1
2
RESUMEN
ABSTRACT
La fibra de la caña flecha Gynerium sagittatum (Aubl.) es
materia prima para la elaboración de artesanías (Zorro y
Prieto, 1999), entre ellas el sombrero vueltiao, símbolo de
identidad cultural colombiana. El objetivo de este estudio
fue la caracterización molecular de 25 accesiones de G.
sagittatum (Aubl.) mediante la técnica de AFLP utilizando
cuatro combinaciones de cebadores para determinar como
se distribuye la variabilidad genética entre las poblaciones
de distintas regiones de Colombia considerando criterios
geográficos y morfológicos. El análisis de correspondencia
múltiple discriminó tres grupos, donde se identifican
características de importancia artesanal (comercial) y
atributos agronómicos deseables para la elaboración de
artesanías. Se observó una baja correlación entre la
distancia geográfica y nivel de diferenciación genética
de la especie, lo cual indicó un flujo del mismo material
por su carácter de reproducción asexual a las diferentes
regiones del país, consecuencia de un traslado de
cultivares por acción antrópica.
The fiber wild cane Gynerium sagittatum (Aubl.)
is used as raw material for the elaboration of crafts
(Zorro y Prieto, 1999), among them the hat “vueltiao”,
symbol of Colombian cultural identity. The objective
of this study was the characterization molecular of 25
accessions of G. sagittatum (Aubl.) by means of AFLP
to determine the distribution of the genetic variation
among populations from different regions in Colombia
considering geographic and morphological criteria. The
analyses of multiple correspondences discriminated
three groups, where desirable characteristics of artisan
importance (commercial) and agronomic attributes
for the elaboration of crafts are identified. A low
correlation was observed between the geographic
distance and the level of genetic differentiation
of the species, which indicated a flow of the same
material by its character of asexual reproduction to
the different regions in the country, as a consequence
of the transfer of valuable material by entropic action.
Palabras clave: Gynerium sagittatum (Aubl.), recursos
genéticos, agrupamiento, evaluación.
Key words: Gynerium sagittatum (Aubl.), genetic
resources, clustering pattern, evaluation.
* Recibido: Febrero, 2008
Análisis de la diversidad genética de caña flecha Gynerium sagittatum Aubl. utilizando la técnica de AFLP
79
INTRODUCCIÓN
La fibra de caña flecha Gyneryum sagitatum Aubl., es la
materia prima para la elaboración de artesanías, donde
se destaca el sombrero “vueltiao” símbolo de identidad
cultural colombiana (Zorro y Prieto, 1999). La caña flecha
es nativa del oeste de la India y se distribuye desde el sur
de México a través de América Central y Suramérica hasta
el Paraguay (Howard, 1979). En Colombia se distribuye
en gran parte de la geografía nacional localizándose
espontáneamente a lo largo de riberas de los ríos y zonas de
altas precipitaciones (Zorro y Prieto, 1999). El diagnóstico
más reciente sobre el estado de la biodiversidad de la caña
flecha en Colombia indica que varios de sus ecosistemas
se encuentran seriamente amenazados, con alto riesgo de
pérdida de este recurso genético producto de la destrucción
del hábitat debido actividades como la ganadería y la
agricultura está conduciendo a la reducción de la variabilidad
genética (Aramendiz et al., 2005). Actualmente, no se
conocen estudios de diversidad genética mediante técnicas
moleculares de las diferentes accesiones de caña flecha. La
carencia de semilla de caña flecha de óptima calidad, acorde
con la demanda, amerita realizar ésta investigación con el fin
de generar conocimientos para apoyar tecnológicamente el
cultivo y así incrementar los ingresos de los productores.
Material y condiciones experimentales
La investigación se realizó en el período enero 2006 a
diciembre 2007, en el laboratorio de biología molecular
del Instituto de Investigación de Recursos Biológicos
"Alexander von Humboldt" utilizando 25 accesiones de
caña flecha entre cultivadas y silvestres, procedentes de
diferentes regiones de los departamentos de Córdoba,
Antioquia y Caldas, Colombia. Las accesiones pertenecen
al banco de germoplasma de la Universidad de Córdoba,
Montería, Colombia.
El banco de germoplasma de caña flecha de la Universidad
de Córdoba el cual contiene 25 introducciones, está
caracterizado mediante la descripción de la variación
morfológica, particularmente características de interés
directo para los usuarios (Aramendiz et al., 2005). Este
enfoque aunque es muy útil, tiene ciertas limitaciones:
son características de baja heredabilidad frecuentemente
muestra poca variación para muchos materiales estudiados
y la expresión de las características está sujeta a variación
ambiental y puede ser difícil de medir (Rivera et al.,
2007). Una manera de mitigar estas limitaciones y
complementar la caracterización de esta colección es
con el empleo de técnicas moleculares que analizan el
polimorfismo del ADN (Karpa, 1997).
El objetivo de esta investigación fue determinar la variabilidad
genética de 25 accesiones de caña flecha del banco de
germoplasma de la Universidad de Córdoba mediante la
caracterización molecular con marcadores AFLP (Voz et al.,
1995), que permiten establecer el índice de diferenciación
genética de G. sagittatum Aubl. y conocer como se distribuye
la variabilidad genética entre las poblaciones de caña flecha
de distintas regiones de Colombia.
Se tomó tejido foliar del las diferentes accesiones, sin
nervadura central con un período no mayor de seis h después
de la colecta, se almacenó la muestra en una bolsa plástica
con 50 g de Sílica gel, Posteriormente se maceró con
nitrógeno líquido y almacenó a -196 °C para la conservación
del material vegetal. La extracción de ADN se realizó en
base en los protocolos del manual Dnaeasy Plant Mini Kit
(Qiagen, 2006) con algunas modificaciones, reduciendo
temperaturas de incubación y tiempo de centrifugado
según Rivera et al. (2007). La calidad del ADN se visualizó
mediante electroforesis en gel de agarosa al 1% teñido con
bromuro de etidio; la cuantificación se hizo mediante el uso
del marcador de peso de ADN Lambda 20-bp para la cantidad
de ADN total, adicionalmente se hicieron electroforesis
en gel de agarosa al 1% teñido con bromuro de etidio, y
visualización en luz UV.
Se utilizó la metodología descrita por Vos et al., (1995)
modificada por Invitrogen (2003), y se utilizó el Kit
de AFLP invitrogen starter primer kit, siguiendo las
instrucciones del fabricante. Para la amplificación del
ADN se empleó un termociclador MJ Research PTC100. Después de haber medido la concentración de
ADN se procedió a realizar la digestión y ligación de
adaptadores de los 25 ADNs de toda la población. Se
evaluaron ocho combinaciones de cebadores de los cuales
cuatro fueron utilizados en todas la poblaciones. Las
reacciones de amplificación fueron visualizadas en un gel
de poliacrilamida al 6% en una cámara de electroforesis
vertical BIO-RAD® y se utilizó una fuente de poder BIORAD Power PAC 3000.
Análisis de datos
Para realizar los análisis de diversidad genética se
realizó el análisis de agrupamiento a partir de matrices
Hernando Javier Rivera Jiménez et al.
de similitud mediante la presencia (1) o ausencia (0) de
bandas específicas originadas en la amplificación de los
fragmentos digeridos que se transformaron en una matriz
binaria. Con la matriz de datos presencia/ausencia se
calculó el índice de similitud desarrollado por Dice (1945)
y adaptado por Nei y Li (1979) para datos moleculares. El
índice promedia los valores de similitud por par de individuos
mediante la siguiente ecuación: Sij= 2a / (2a+b+c); donde,
Sij= similitud entre los individuos i y j; a= número de loci
compartidos por i y j; b= número de loci presentes en i
pero ausentes en j, y c= número de loci presentes en j pero
ausentes en i.
individuos mediante el análisis de correspondencia múltiple
(ACM) con toda la población para obtener una representación
grafica de la distancia entre las introducciones.
RESULTADO Y DISCUSIÓN
La reacción de amplificación mostró que la combinación
de cebadores en los primeros cuatros tratamientos
presentó mayor polimorfismo (Cuadro 1). La calidad
del ADN fue buena en la segunda elusión (Figura 1a),
presentándose así digestión completa con las enzimas
de restricción EcoRI y MseI del kit del sistema de
análisis I de AFLP de Invitrogen, (2003), (Figura 1b). La
reacción de preamplificación de AFLP, presentó buena
amplificación durante la PCR, confirmando así el buen
estado de los ADNs obtenidos.
Las matrices y los dendrogramas de similitud se calcularon
con el programa NTSYS-PC, versión 2.02i (Rohlf, 1998)
mediante el método UPGMA y el agrupamiento SAHN
respectivamente. También se analizaron las relaciones entre
Cuadro 1. Grado del polimorfismo detectado en las introducciones con diversas combinaciones de cebadores
AFLP.
Tratamiento
Combinación de
cebadores
Núm. de loci †
P= polimórfico y M= monomórfico
Total
1
2
3
4
Total
Promedio
E-ACC/M-CAG
E-ACA/M-CAT
E-ACA/M-CTA
E-ACT/M-CAA
P
43
52
72
56
223
55.75
(%) de
polimorfismo ¥
39.53
38.46
31.94
25.80
33.63 §
M
17
20
23
15
75
18.75
26
32
49
41
148
37
† P= polimórfico y M= monomórfico; ¥= determinado en base del número de loci polimórficos fuera del número total de loci amplificadas por una combinación de cebadores
a través de todas las variedades; §= polimorfismo promedio.
1- elusión de ADN
MP
21
22
23
24
25
-
2 elusión de ADN
a
Figura 1. a) ADN total de caña flecha, y b) ADN digerido con enzimas EcoRI y MseI.
b
La combinación de cebadores (E-ACC/M-CAG) y (E-ACA/
M-CAT) presentaron el mayor porcentaje de polimorfismo.
Se obtuvieron 223 loci y se extendieron desde 43 (E-ACC/MCAG) hasta 72 loci (E-ACA/M-CTA), con un promedio
de 55.75 loci por cebador. En el estudio, 75 loci fueron
polimórficos (Cuadro 1). El tratamiento con la combinación
de cebadores E-ACC/M-CAG, mostró mayor porcentaje
de polimorfismo. Los fragmentos de ADN amplificados
estuvieron en un rango de 330 y 20 pb., obteniéndose 43
loci, 17 de los cuales mostraron polimorfismo. Utilizando
la combinación de cebadores E-ACA/M-CAT se obtuvo
38.46% de fragmentos de ADN amplificados, los fragmentos
estuvieron en un rango de 330 y 20 pb obteniéndose
52 loci las cuales 20 loci mostraron polimorfismo. Las
combinaciones E-ACA/M-CTA y la combinación E-ACT/
M-CAA mostraron un total de 72 y 56 loci, de las cuales 23
y 15 loci respectivamente eran polimórficas, obteniendo así
un porcentaje de polimorfismo de 31.94% y 25.80% (Cuadro
1), los fragmentos de ADN amplificados estuvieron en un
rango de 300 y 20 pb, respectivamente. Cada una de estas
combinaciones presentaron perfiles de loci diferentes,
por lo tanto estas combinaciones de cebadores lograron
tener un alto escrutinio del genoma, identificando así la
variabilidad genética en la especie.
Parte de las combinaciones de cebadores utilizados en este
estudio se tomaron de trabajos recientes en caña de azúcar
(Saccharum spp.), divulgados por Selvi et al. (2005),
donde se realizaron estudios poblacionales de diversidad
genética. Estos datos son similares a los encontrados en
caña flecha con respecto al grado de polimorfismo de las
combinación de cebadores utilizada para Saccharum spp.
Besse et al. (1998) realizaron estudios en la misma especie
obteniendo resultados similares a los descritos por Selvi
et al. (2005), Otros estudios de similaridad genética en
colecciones de cultivares brasileños de la caña de azúcar
usando los marcadores de AFLP revelaron promedios altos
de polimorfismo (Lima et al., 2002).
El análisis de correspondencia múltiple reveló que los
marcadores de AFLP eran informativos y reflejó las
relaciones de similitud genética existentes entre las
accesiones. Al aumentar el número de cebadores se hizo
más selectivo y discriminatorio el estudio permitiendo
un análisis más detallado. Al analizar la matriz de datos
moleculares de todos los individuos de la población de caña
flecha uniendo las matrices de las cuatros combinaciones
de cebadores en un ACM bidimensional se presentó
una tendencia de distribución de tres grupos (Figura 2).
81
Esta tendencia de agrupamiento fue similar a los grupos
reportados por Aramendiz et al. (2005). El segundo grupo
donde se encuentran las accesiones: 1, 13, 20 b, 23, 5, 14,
22, 2, 6, 8, 16 15 y 24, presentan atributos como fibra de
textura suave, pubescencia escasa de la vaina verde y pared
del tallo gruesa, asimismo se asocia con el área útil de la
nervadura inferior y diámetro del tallo delgado y fueron
colectados en los municipios de San Andrés de Sotavento,
Sahagún, Ciénaga de Oro y Montelibano (departamento
de Córdoba-Colombia), recibiendo el nombre de “criolla”.
Los individuos de los grupos uno y tres, tienden a conformar
el segundo grupo a los reportados por Aramendiz et al.
(2005), caracterizándose por textura gruesa, abundante
pubescencia en la base de la hoja y vaina, pared delgada del
tallo, diámetro del tallo delgado y ligeramente grueso, área
útil de la nervadura inferior a intermedia y ángulo de la hoja
agudo. Este grupo contiene en su mayoría introducciones
provenientes de Tierralta y San Andrés de Sotavento
(Córdoba); Caucasia (Antioquia) y Chinchina (Caldas),
recibiendo el nombre de caña flecha, caña brava y
martinera, por tener estos cultivares una textura áspera,
no apta para elaborar artesanías finas.
0.31
Grupo 3
Textura
gruesa
0.16
0.02
Dim-2
Grupo 1
Textura gruesa
-0.13
-0.27
Grupo 2
Textura finapo
-0.36
-0.21
-0.06
Dim-1
0.09
0.24
Figura 2. Análisis de correspondencia múltiple de
acuerdo con los resultados de análisis AFLP
en las accesiones de caña flecha (Gyneryum
sagitatum Aubl.).
El análisis de similaridad utilizando el coeficiente de DICE,
formó tres grupos (Figura 3). De acuerdo con la evidencia,
la agrupación de las introducciones de caña flecha se puede
deber a efectos influenciados por su constitución genética y
no por condiciones ambientales y/o geográficas. Consecuente
con lo anterior y con la caracterización morfológica, el
individuo 24 podría ser un cultivar promisorio para futuros
programas de mejoramiento, según datos de pasaporte
reportado por Aramendiz et al. (2005), esta accesión no
tuvo incidencia de plagas como el barrenador del tallo de la
caña flecha (M. atroparsella) plaga principal de la especie,
además posee atributos agronómicos tales como: textura de
la fibra suave, esta accesión se presenta como un subgrupo
aislado dentro del grupo dos en el análisis de correspondencia
múltiple. El análisis de conglomerados (SAHN) detectó
alta variabilidad genotípica entre las accesiones colectadas,
según el dendrograma se conformaron tres grupos genéticos
relacionados con las características morfoagronómicas.
Los genotipos de caña flecha son producto de la selección
por parte de los productores, y que los criterios de
selección están relacionados con formas culturales
generalizadas para comunidades específicas.
1
13
20 B
23
5
14
22
2
Grupo 2
Textura fina
6
8
16
15
24
3
9
11
18
19
Grupo 1
Textura gruesa
20 A
28
4
29
7
12
Grupo 3
Textura gruesa
21
0.77
0.85
0.95
100
Coeficiente
Figura 3. Dendrograma elaborado a partir de distancias genéticas por el método de DICE, obtenida de los marcadores
AFLP.
La variación molecular detectada por medio de la técnica
AFLP en G. sagittatum (Aubl.) detecta claramente tres
grupos, diferenciados por sus características artesanales
(comercial) y atributos agronómicos deseables tales como
textura de la fibra, grosor del tallo y área útil de la nervadura
inferior. El grado de diferenciación genética existente
entre las introducciones de G. sagittatum (Aubl.) es alto,
presentando baja correlación entre la distancia geográfica
y el nivel de diferenciación genética.
CONCLUSIONES
La variación molecular detectada por medio de la
técnica AFLP mostró en Gynerium sagittatum Aubl.
fragmentos específicos para cada una de las accesiones
identificando individuos genéticamente diferentes
centrados claramente en tres grupos, diferenciados por
sus características artesanales (comercial) y atributos
agronómicos deseables tales como textura de la fibra,
grosor del tallo y área útil de la nervadura inferior.
La diferenciación de los tres grupos genéticos muestra
que no existe agrupamiento de acuerdo a la ubicación
geográfica de las introducciones, más bien un
agrupamiento de acuerdo a su parentesco teniendo en
cuenta similitud de caracteres cualitativos y cuantitativos
de tipo genético tales como textura de la fibra, grosor
del tallo y área útil de la nervadura inferior. Lo cual
indica un flujo del mismo material por su carácter de
reproducción asexual a las diferentes regiones del país,
es consecuencia de un traslado de cultivares por acción
antrópica.
Esta variabilidad genética puede ser utilizada en
un programa de mejoramiento utilizando genotipos
elites que permitan obtener variedades resistentes al
barrenador del tallo de la caña flecha (M. atroparsella)
plaga principal de la especie, además poseer atributos
agronómicos tales como: textura de la fibra suave, que
posee una alta demanda en el mercado por sus atributos
artesanales.
AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan sus agradecimientos a la Universidad
de Córdoba por el financiamiento de esta investigación
a través del proyecto “Caracterización molecular,
83
propagación in vitro de caña flecha (Gynrium sagittatum
Aubl.) del Caribe Colombiano”, al personal del laboratorio
de biotecnología vegetal y el grupo del laboratorio de
fitomejoramiento de la Universidad de Córdoba, Montería,
Córdoba - Colombia, así como del laboratorio de biología
molecular del Instituto de Investigación de recursos
biológicos "Alexander von Humboldt". CIAT. Palmira, Valle
del Cauca - Colombia.
LITERATURA CITADA
Aramendiz, H.; Espitia, M. y Robles, J. 2005. Colección,
caracterización morfoagronómica y producción de
semilla de caña flecha (Gynrium sagittatum Aubl)
del Caribe Colombiano. Informe final, Universidad
de Córdoba, Facultad de Ciencias Agrícolas,
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Colombia. Santa fé de Bogotá. 369 p.
ÓPTIMOS ANALÍTICOS Y ECONÓMICOS DE MODELOS APLICADOS
EN EXPERIMENTACIÓN AGRÍCOLA*
OPTIMAL ANALYTICAL AND ECONOMIC OF MODELS APPLIED
IN AGRICULTURAL EXPERIMENTATION
Florencio Briones Encinia1§, Sergio Castro Nava1, José Alberto López Santillán1 y Antonio Trinidad Santos2
Unidad Académica Multidisciplinaria Agronomía y Ciencias, Universidad Autónoma de Tamaulipas. Centro Universitario Adolfo López Mateos. C. P. 87149. Ciudad
Victoria, Tamaulipas. Tel. y Fax. 01 834 3181721 Ext. 2120. ([email protected]), ([email protected]). 2Posgrado de Recursos Naturales, Colegio de Postgraduados, km.
36.5 carretera México-Texcoco. C. P. 56230 Montecillo, Texcoco, Estado de México. Tel. 01 595 9520200 Ext. 1241. ([email protected]). §Autor para correspondencia:
[email protected].
1
RESUMEN
En investigaciones relacionadas con dosis de fertilización
de cultivos, es frecuente la aplicación de un modelo
pseudocuadrático como una aproximación de una
superficie de respuesta. Sin embargo, la determinación
del rendimiento óptimo analítico o económico, puede
presentar dificultades, particularmente cuando los
óptimos generados corresponden a valores que están
fuera del intervalo de exploración, se obtiene un punto
silla o cuando no es posible llegar a una solución
analítica de las ecuaciones. La obtención del óptimo
económico en un modelo pseudocuadrático, requiere la
aplicación de métodos de cálculo numérico y el acceso
a un sistema de cómputo estadístico. Los objetivos del
presente trabajo fueron: presentar un procedimiento
para el cálculo de los óptimos analíticos o económicos
en un modelo pseudocuadrático general con uno y
dos factores. El modelo se desarrolló en la Unidad
Académica Multidisciplinaria Agronomía y Ciencias
de la Universidad Autónoma de Tamaulipas durante
2006 y se aplicó en datos experimentales obtenidos de
estudios de fertilización en maíz de temporal efectuados
en dos localidades del estado de Puebla, México. Para
un factor de estudio, el rendimiento óptimo económico
determinado fue 4 569.45 kg ha-1 de maíz con una dosis
* Recibido: Diciembre, 2007
Aceptado: Enero, 2009
de 138.95 kg ha -1 de nitrógeno. Para dos factores, el
rendimiento óptimo (2 295.20 kg ha-1) se observó en las
dosis de 110 kg ha-1 de nitrógeno y 0 kg ha-1 de fósforo.
Palabras clave: económico, óptimo analítico y modelo
pseudocuadrático.
ABSTRACT
In research on crop fertilization it is frequent the application
of pseudocuadratic models as a response surface approach.
However, the determination of analytic and economic
optimum yields may present difficulties, particularly when
the corresponding values lie out of the exploration range,
when a saddle point is obtained or when is impossible to
reach an analytic solution for the equation. To obtain the
economic optimums in a pseudocuadratic model, the use
of numerical calculation methods and a statistic computer
system, is required. The objectives of this work were:
to present a procedure for calculating the analytical and
economic optimum yields on a pseudocuadratic general
model with one and two factors and to test it with real
experimental data. The model was developed at the Unidad
Florencio Briones Encinia et al.
Académica Multidisciplinaria Agronomía y Ciencias de
la Universidad Autónoma de Tamaulipas, in 2006 and
was applied on experimental data obtained from maize
fertilization trials carried out under rainfed conditions at
two sites in the state of Puebla, Mexico. For one factor, the
optimal economic yield (4 569.45 kg ha-1) was obtained with
138.95 kg ha-1 of nitrogen. For two factors, the optimal yield
was 2 295.20 kg ha-1 with 110 kg ha-1 of nitrogen and 0 kg
ha-1 of phosphorous.
Key words: analytic and economic optimum,
pseudocuadratic model.
INTRODUCCIÓN
Los objetivos del presente trabajo fueron: presentar un
procedimiento para el cálculo de los óptimos analíticos
o económicos en un modelo pseudocuadrático general con
uno y dos factores y aplicar el procedimiento generado a
los datos obtenidos en dos experimentos de fertilización
en maíz bajo condiciones de temporal.
La metodología de superficies de respuesta involucra en
sus propósitos, determinar un modelo que aproxime una
relación funcional desconocida η=f(ξ1,ξ2,...,ξp), esto es,
entre una variable respuesta η, y p variables explicativas
ξ1, ξ2,..., ξp. En esta investigación se asumió que η se puede
aproximar en alguna región de interés por medio de un
modelo pseudocuadrático en términos de p variables x1,x2,...
xp, las cuales son funciones lineales simples de las variables
explicativas:
A través del tiempo los polinomios de orden bajo
p
p
p
p
aj a
a
2a
(menor o igual a 3) son los que más se han utilizado
yi=f(xi1,xi2,...xip) = âβ00 + ? βâ xi jj + ? βâ j j xi j j + ? ? â j k x i j x i kk + åi
j =1 j
j =1
j =1
k =1
j <k
para estimar la superficie de respuesta (González et
p p Hernández
p p
p p
a ja j a a
al., 2000; Colmenares et al., 2002;
et2 a2al.,
a aj p p
aj
? ?â âj j xixj ijj +
? ? ? ?âβâj k x ixj x ixkk k++åεiåi,iii,i==1,12,,...,n
++? ?â â xixjji j+
â
+
+
2 ,...,n
â
(1)
0
0
2006), debido principalmente a su
interpretación
ik
j =1j =fácil
j =1j =1 j j
j =1j =1 k =k1 =1 j k i j
1j j
j < kj < k
y cálculo de los estimadores. Con el desarrollo
tecnológico y científico, en los últimos años se ha
donde, las β's son los parámetros a estimar, xij es el nivel
desarrollado equipos y programas de cómputo con
del factor j para la observación i, yi es la respuesta de la
capacidad para realizar cálculos de mayor magnitud,
observación i experimental de η, y εi es el error de ajuste
precisión y rapidez, lo cual permite ajustar modelos más
del modelo, correspondiente a la observación i, con
complejos. Con base en lo anterior, es posible proponer
E((εi)=0, E(εi 2)=σ2, E((εi εj)=0 si i≠j, y aj y ak están en el
modelos alternativos con mayor ajuste a la superficie
intervalo (0,1). Cuando en el modelo (Ecuación 1) aj y ak
de respuesta y expliquen la relación entre las variables
son diferentes de uno, se obtiene la superficie de respuesta
de estudio utilizadas en experimentación agrícola. Los
pseudocuadrática (Briones y Martínez, 2002). En esta
modelos pseudocuadráticos representan una alternativa
investigación se implementó y se aplicó un procedimiento
y comprenden al modelo raíz cuadrada que se ha
para determinar los óptimos analíticos y económicos de la
utilizado ampliamente en experimentos relacionados
respuesta estimada para cada uno de los dos casos, p= 1 y
con dosis de fertilización.
p= 2, uno y dos factores.
Los modelos pseudocuadráticos han sido objeto de
estudio en trabajos orientados a determinar algunas
características del ajuste de la superficie, como
eficiencia de estimación de los coeficientes de
regresión y varianza, así como sesgo de la respuesta
estimada (Díaz et al., 1991; Castillo et al., 1996;
Briones y Martínez, 2002). En general, el propósito
de la estimación de una superficie de respuesta es
obtener los niveles de los factores que optimicen la
respuesta en las variables de interés. En ocasiones, la
dificultad que se presenta en el caso de los modelos
pseudocuadráticos es el procedimiento de cálculo
para determinar los puntos extremos o la estimación
de los coeficientes de regresión.
Los cálculos se realizaron con el paquete Mathematica
(1999), que contiene un programa computacional que
manipula operaciones matemáticas en forma simbólica y el
paquete SAS (1998). El procedimiento para identificar los
puntos óptimos analíticos u óptimos económicos cuando
se ajusta un modelo como la Ecuación 1, comprende el uso
del criterio de optimización de la segunda derivada (Bers
y Karal, 1985).
Para un factor:
1) se identifica el modelo pseudocuadrático:
a
2a
y i = ββ00 + β1 xi + ββ11 x i + ε i , i = 1, 2,..., n
1
11
Óptimos analíticos y económicos de modelos aplicados en experimentación agrícola
con mayor ajuste a la variable respuesta (yi) en función
del factor o variable independiente (xi). Este modelo
pseudocuadrático es no lineal en a. Para determinar el
mejor ajuste se requiere de un equipo de cómputo con un
programa específico para ajustar este tipo de modelos, como
el procedimiento NLIN de SAS (SAS, 1998), que permite
ajustar modelos no lineales.
Para determinar el mejor ajuste de ese modelo; primero,
se calcula el estimador del exponente a, para lo cual se
puede utilizar el procedimiento NLIN de SAS mediante el
programa siguiente:
DATA MAIZ;
INPUT x y;
CARDS;
DATOS
PROC NLIN METHOD=GAUSS;
PARAMETERS β0 =-8201.59, β1 =2129.57 β2 =-88.75 a=0.5;
MODEL y= β0 + β1 *x**a + β11*x**(2*a);
DER. β0=1;
DER. β1 =x**a;
DER.β2 =x**(2*a);
DER.a= β1*x**a*LOG(x) +2* β11*x**(2*a)*LOG(x);
RUN;
La opción METHOD comprende los métodos: GAUSS,
MARQUARDT y DUD; los dos primeros requieren del
comando DER, el cual implica que se deben de incluir las
derivadas de los parámetros involucrados en el modelo
(β0 , β1, β11 y a parámetros, para el modelo en consideración).
El método DUD no requiere de dichas derivadas.
El modelo pseudocuadrático es no lineal en a, pero es
lineal en los parámetros β0, β1 y β11, por lo que con base
en los resultados obtenidos, se sugiere sólo estimar a con
un procedimiento no lineal y determinar los estimadores
lineales por regresión lineal, después de estimar a. Al
aplicarlo de esta manera a los datos del ejemplo utilizado
para ilustrar el procedimiento y determinar los óptimos
analíticos y los óptimos económicos, se logró disminuir el
cuadrado medio del error.
87
El comando PARAMETERS requiere que se especifiquen
los valores iniciales de cada parámetro del modelo por
ajustar. Un criterio que se puede aplicar en experimentos
con fertilizantes, es asignar el valor de 0.5 al parámetro a
y estimar los parámetros lineales por medio de regresión
lineal y los estimadores obtenidos usarlos como valores
iniciales; la propuesta anterior se justifica, debido a que
se han realizado trabajos con fertilizantes en los que el
modelo pseudocuadrático con valores de a´s igual a 0.5
son los mejores; resultados similares que se observaron
1
en este trabajo.
∧
 ββ∧ 1  a
 11 
2) una vez obtenido el mejor ajuste, calcule: x0=
 2 ββ∧∧ 
 11111 
^
3) luego evalúe la segunda derivada f`´´(x)=(a-1)a β1 xa^
2
+2a(2a-1) β11 x2a-2, en x0 del punto anterior.
Al evaluar f´´(x) se obtiene como resultado uno de los
siguientes casos:
a) que el valor obtenido sea mayor que cero, entonces se
tiene un mínimo relativo en x0;
b) que el valor obtenido sea menor que cero, entonces se
tiene un máximo relativo en x0;
c) que el valor obtenido sea igual a cero, entonces no se
puede concluir. En este caso y cuando ocurra que el valor
de x0 esté fuera del intervalo de exploración, se debe
encontrar la mejor respuesta en la región de exploración.
El procedimiento anterior conduce a la determinación del
óptimo analítico. Para determinar el óptimo económico
se debe resolver la ecuación:
P
^
^
a β1xa-1+2a β11 x2a-1= x
Py
(2)
donde, P x y P y son: el costo por unidad del factor x
aplicado y el precio de venta por unidad del producto y
respectivamente (Colmenares et al., 2002). La solución
para x en la Ecuación 2, en general, se dificulta por
métodos algebraicos ordinarios, por lo que se puede
emplear un proceso iterativo como es el método de
Newton-Rampson para lo cual se requiere un sistema
de cómputo que contenga este procedimiento. Con el
paquete Mathematica es relativamente fácil encontrar la
solución para x, mediante la siguiente instrucción:
P
^
^
FindRoot[a β xa-1+2a β x2a-1== x ,{x,x0}]
1
11
(3)
Py
El procedimiento de Newton-Rampson requiere de
valores iniciales de x; ya que en general, los óptimos
analítico y económico están cercanos. Se pueden dar
como valores iniciales de x, los valores determinados en
el óptimo analítico.
En caso de que el valor de x obtenido con la instrucción dada
en Ecuación 3, no se encuentre en el intervalo de exploración,
aplicar el paso 3 c.
c) D>0 y f11(x01,x02)>0, yi tiene un punto mínimo relativo
en (x01,x02)
En el caso a), y cuando el punto (x01,x02) esté fuera del
intervalo de exploración, se debe determinar la mejor
respuesta en la región de exploración.
Igual que en el caso de un factor, los pasos anteriores
conducen a la determinación de un óptimo analítico. El
cálculo del óptimo económico implica resolver el siguiente
sistema de ecuaciones:
P
^
^
x
^
a1 β1 x 1a1 -1 +2a1 β11 x 12a1 -1 +a1 β12 x 1a1 -1 x a22 = 1
Py
Para dos factores:
1) identifique el modelo pseudocuadrático:
yi= β0+ β1xa1i1 + β2xa2i2 + β11x2a1
β x2a2 +β12xa1i1xa2i2 + εi i=1,2,...,n
i1 + 22 i2
que mejor ajuste la variable respuesta (yi) en función de los
factores o variables independientes (x1 y x2). El ajuste se
puede obtener con el procedimiento NLIN de SAS en forma
similar al caso de un factor.
2) calcule los óptimos analíticos obtenidos de la primera
derivada:
1
1
 2 β∧β^ β^β∧ - - β^β∧ β^β∧  a
 1 2 2 2 12 
x01=
 -4 β^∧ β^ ∧+ β^ ∧ 2 
 -4 β 11 β 2 2 + β 1 2 
1
1
22
2
12
2
11
22
12


x02=


∧
^
∧
^
∧
∧
^ ^
-2 ββ1111 ββ2 2++ ββ1 1 ββ121 2
^ - ^2 ∧ 2
4 ∧^ ∧
β11 β22 β12
4 β 11 β 2 2 - β 1 2
a



2
Px
^ a -1
^
^
a2 β2 x a22 -1 +2a2 β22 x 22a2 -1 +a2β12 x 2 2 x 1a1 = 2
Py
donde, Px , Px y Py son, respectivamente, el costo por
1
2
unidad de los factores x1 y x2 aplicados y el precio de venta
del producto y. También, como en el caso de un factor, la
solución al sistema de ecuaciones anterior requiere de un
proceso iterativo, como el del método de Newton-Rampson.
Con el paquete Mathematica se resuelve mediante la
siguiente instrucción:
P
^
x
^
^
FindRoot[{a1 β1 x 1a1 -1 +2a1 β11x 12a1 -1 +a1 β12 x 1a1 -1 x a22 = 1 ,
Py
^
^
^
a2 β2 x a22 -1 +2a2 β22 x 22a2 -1 +a2 β12 x a22 -1 x 1a1 =
Px
2
},{x1, x01},{ x2, x02}]
3) obtenga el Hessiano o matriz de segundas derivadas (Bers
Py
y Karal, 1985):
∧∧∧ a a- a2- 2- 2
∧∧∧ 2 2a a2- a2- 2- 2
∧∧∧ a a- a2- 2- 2a a a
j jsolución al sistema anterior,
^ ii i
i i i Para dirigir la búsqueda
i i i enj la
β
x
aai i(aa
x
a
a
a
a
)-)1
ββ
+
2
(
2
1
)
β
+
(
1
)
β
x
f11(x01,x02)=
x
a
a
a
a
(iai(ia- -i11
+
2
(
2
1
)
β
+
(
1
)
β
x
x
a
a
a
a
)1β
+
2
(
2
1
)
β
+
(
1
)1β
1111110 01 10 1
1110 01 10 1
121
2x2x0 01x10 1xx0 02x20 2
ii i ii i
i i ii i i
como se comentó para el caso de un factor, conviene asignar
∧ ∧∧ 2 a -222a a- 2- 2
∧ ∧∧ a - 2a a-a2- 2 a a
jj
^
^i i i
ii j
i
como valores iniciales a x1 y x2, los valores determinados en
β12
aa
xx
)1)1
ββ1x11β111x 0x 01 1+ a+i+(aaaii i(-a
)1)β
-11
(a
-11
1i )i-β
1i )i-β
2β1x12021xx0x
11
0
01
0 2 0 02 2
∧∧ ∧ a a−2−a2 −2
∧∧ ∧ a a aa a−2−a2 −2 el óptimo analítico.
∧∧ ∧ 2 a2 a−22−a2 −2
i i ij j j
j j j
j
j
j
^
x 02x20x20 2
f22(x01,x02a)=aj (ja( ajj (j−a−1j )1−β
aj (ja( ajj (j−a−1j )1−β
) 1β2) 2ββx2 02x20x20 2++a +
) 1β1)12β21x 02x10 1xx 00x120x20 2++2 a+
2 aj2(ja2(a2j (aj2j−a−1j )1−β
) 1β2) 2β
2
2
2
Cuando para un factor resulte 3c) o para dos factores se
∧ ∧∧a a a−2a a−2−2
∧ ∧∧ 2 a −22a2 a−2−2
i^ ij i j j
j
jj
^
obtenga un punto silla, o los valores de x1 o x2 se ubiquen
a1j )j−β−11)12)ββx10121β212xx 0x1021xx0 02+2 2 a++j 2(2a2aaj (jj 2(−
2aa1j )j−β−12)1β)2β22β2x20222xx0 02 2
fuera de la región de exploración, ya sea con, uno o dos
∧ ∧ a −1a −a1 −1a −1
^
i i j j
factores, el procedimiento a seguir consiste en aplicar un
a i=aaj i β
f12(x01,x02)
a 1j β2β121x20 1x 0x10 2x 0 2
método numérico para determinar la mayor respuesta en la
2
región de exploración de los factores en estudio. El método
y defina D=f11(x01,x02)f22(x01,x02)-f 1 2 (x01,x02). Entonces, sí:
consiste en tomar una rejilla de puntos en la región de
exploración y evaluar cada punto en el modelo ajustado
a) D<0, yi tiene un punto silla en (x01,x02)
hasta encontrar la mayor respuesta. El procedimiento
b) D>0 y f11(x01,x02)<0, yi tiene un punto máximo relativo
puede efectuarse mediante de una hoja de cálculo o un
en (x01,x02)
paquete estadístico.
El programa en SAS de un método numérico es el siguiente
(se utilizó el mejor modelo encontrado para dos factores).
data extremo;
DO N=107 TO 110 BY 0.1;
DO P=0 TO 1 BY 0.1;
Y=-2626.49+916.81*(N**0.5)-48.86*(P**0.9)
-44.78*N+0.14*(P**1.8)+ 4.75*(N**0.5)*(P**0.9);
OUTPUT; END; END;
PROC SORT; BY DESCENDING R;
DATA respuesta; SET UNO; IF _N_ LE 50;
PROC PRINT;
RUN;
sobre investigaciones con dosis de fertilizantes en maíz
de temporal efectuados en el estado de Puebla. Los
trabajos comprendieron el estudio de los factores:
nitrógeno, fósforo y densidad de población en un diseño
de tratamientos Plan Puebla I.
El estudio comprendió el ajuste del mejor modelo
pseudocuadrático para uno y dos factores.
Para un factor, el mejor modelo pseudocuadrático ajustado
fue con a= 0.5 obtenido con los datos de un experimento
en maíz realizado bajo condiciones de temporal en
Quetzalapa, Ciudad Serdán, Puebla, en el cual se
estudiaron los efectos de nitrógeno (N), fósforo (P), y
densidad de población (DP), donde los efectos de F y DP
no fueron significativos (p>0.05).
El programa debe ser aplicado varias veces para determinar
los valores de los factores que generan la mayor respuesta.
Primero, se toman los valores de los factores en toda la
región de exploración y posteriormente se explora en la
región donde se infiere que puede estar la mayor respuesta
mediante incrementos menores en los factores cada vez que
se corra el programa.
1) el modelo ajustado fue: ^y =-8201.59 + 2129.57 N0.5 - 88.75
N; R2=0.844 y CV=8.85%
Para ilustrar los métodos descritos, se utilizaron datos
proporcionados por el Colegio de Postgraduados,
6000
89
donde; ^y = rendimiento estimado (kg ha-1), y N= nitrógeno
aplicado (kg ha-1). Los datos observados y el modelo ajustado
se presentan en la Figura 1.
∧
∧
y = -8201.59 + 2129.57 N0.5 - 88.75 N; R2=0.844 y CV=8.85%
y
- ¯ ¹)
Rendimiento
(kghaha
Rendimiento (kg
¹)
5000
Datos
4000
Modelo
3000
2000
1000
0
0
50
100
-1
Nitrógeno (kg
)¯
Nitrógeno
(kghaha
¹)
150
200
Figura 1. Rendimiento de maíz de temporal a diferentes dosis de nitrógeno y el modelo ajustado. Quetzalapa,
Ciudad Serdán, Puebla, 2006.
2) en este caso se tiene el punto:
 β^β∧1
1
x0=  − ^∧
 β
 2 β11
1
a 
 = −
 
 


- 2 ( 8 8 .7 5 ) 
2129 .5 7
3) al evaluar la segunda derivada en x0:
^
1
0.5
=143.94
^
f´´(x)=(a-1)a β1 xa-2+2a(2a-1) β11 x2a-2, se tiene f(143.94)=
-0.5(0.5)(2129.57)(143.940.5-2)+2(0.5)(2(0.5)-1)(-88.75)
(143.942(0.5)-2=-0.31
Esto implica que para N=143.94 kg ha-1 de Nitrógeno se
obtiene el rendimiento máximo de maíz,
=0.5(0.5-1)(916.81)(105.273)0.5-2+2(0.5)(2(0.5)-1)(-44.78)(105.2737)0.5-2
+0.5(0.5-1)(4.75) 17(105.273)0.5-2(0.4036)0.9=-0.2117
Lo anterior no implica que sea la mejor opción, pues la mejor
sería el óptimo económico. Éste se obtiene al resolver para
N la ecuación:
= 0 . 9 ( 0 . 9 - 1 ) ( - 4 8 . 8 6 ) ( 0 . 4 0 3 6 ) 0.9-2+ 0 . 9 ( 0 . 9 - 1 ) ( 4 . 7 5 )
(105.2687)0.5(0.4036)0.9-2 +2(0.9)(2(0.9)-1) (0.14)(0.4036)2(0.9)-2=0.2719
∧ ∧ a −2
∧ ∧ a a a −2
i i j a j −2
j a j −2
^
a ja( aj (ja−j 1−) 1β) 1β21 2x 0 1x x 0 x2 + +
2 a2ja( 2j (a
f22(x01,x02) =a ja( aj (ja−j 1−) 1β) 2ββ2 2x 0 x2 0 2 + +
^y = -8201.59 + 2129.57(143.940.5)-88.75(143.94)=4573.26
01 0 2
∧
∧
∧
∧
∧
∧
a j − 2a j − 2
^ ai aia j −2a j −2
kg ha-1.
^ 2 a j −22a j −2
a j (aaj j( a−j 1−) β1)2βx20 2x 0 2+ a+j (aaj j( a−j 1−) β1)1β21xβ2120 1xx0 10 2x 0 2+ 2+a 2j (a2j a( 2j a−j 1−) β1)2ββ2222x20 2x 0 2
P
^
^
a β1Na-1 +2a β2 N2a-1= x , sustituyendo valores y se tiene:
Py
3
0.5(2129.57) N0.5-1+2(0.5)(-88.75)N2(0.5)-1=
1.9
Al despejar N se encuentra el valor de 138.95 kg ha-1 de N
lo cual implica que con esta dosis se obtiene el rendimiento
óptimo económico. Al sustituir este valor en el modelo dado
en (Ecuación 1), se obtiene el rendimiento óptimo económico
de 4 569.45 kg ha-1 de maíz.
Para dos factores, se tiene:
El mejor modelo pseudocuadrático ajustado fue para a1= 0.5
y a2= 0.9, obtenido con los datos de un experimento realizado
en San José Guerrero, Ciudad Serdán, Puebla, en el cual se
probaron diferentes dosis de nitrógeno, fósforo y densidad
de población; ésta última no mostró efecto significativo (α
> 0.05). El modelo fue:
^y = -2626.49+916.81N0.5-48.86P0.9 4.66N+0.14P1.8+4.75N0.5P0.9;
R2= 0.91, CV=6.8%
Calcule:
1
ai
1


0.5

  2(916.8 1) ( 0.1 4) - (-48.86)(4.75) 
x01= 
 =105.2687
 =
22
-4
+
β
+
4
(
-44.78)(0.
14)
4.75
β
β


 -4 β β + β 
11 2 2
12 

∧ ∧
∧ ∧
22ββ1^1 ββ^2222- -β^β2 2β^β121 2
^∧ ^ ∧ ^2 ∧ 2
11
12
22
Obtenga:
1
1
 ^∧ ^ ∧ ^ ∧ ^∧  a
 -2ββ β β β+ β β  =  - 2(-48.8 6) ( - 44.78) + 916.81)(4.75)  0.9 =0.4036
x02= -2 11 +2 1β 1 2

22
 4 β^∧ β^∧ - β^ ∧ 2  
4( -44.78)(0.14) - 4.75


 4 β 11 β 2 2 - β 1 2 
j
11
2
1
2
22
12
12
12
∧ ∧
^ a −1 aai −j 1−1 a j −1
0.5-1
f12(x01,xa02)i =
a jaβi a1j β2β12x1021i xx0012 x=0.5(0.9)(4.75)(105.2687)
02
(0.4036)0.9-1=0.2281
2
D = f11(x01,x02)f22(x01,x02)-f 1 2 (x01,x02) = -0.2117(0.2719)
-0.22812=-0.1096
Como el valor de D es negativo, se infiere que en el punto
(105.273, 0.4036) el modelo ajustado tiene un punto silla.
En estos casos se debe aplicar un método de exploración
numérico, como el que se específica en Materiales y Métodos
hasta determinar los niveles de los factores en la región de
exploración que producen el mayor rendimiento.
El mayor rendimiento determinado con el programa en SAS,
fue para 110 kg ha-1 de nitrógeno y 0 kg ha-1 de fósforo, con
rendimiento de ^y = 2 295.2 kg ha-1 de maíz. Colmenares et
al. (2003) ajustaron un modelo pseudocuadrático con a1=
0.7 y a2= 0.9, ambos fijos, a datos de un estudio sobre dosis
de nitrógeno y cantidad de semilla sobre el rendimiento
maíz y encontraron la dosis óptima económica de nitrógeno
de 118.97 kg ha-1; con los mismos datos pero ajustando un
polinomio de segundo grado, estos autores encontraron
una dosis de nitrógeno mayor a 120 kg ha-1, lo cual refleja la
influencia del modelo propuesto.
AGRADECIMIENTOS
El autor principal agradece al Dr. Antonio Trinidad
Santos, por haber proporcionado los datos experimentales
de campo para ilustrar los métodos descritos en este
documento.
conclusiones
∧
∧
∧
a −2
a −2
a −2 a j
f11(x01,x02) = a i ( a i − 1) ββ^11 x 0 1i + 2 a i ( 2 a i − 1) ββ^1111 x 0 1i + a i ( aEl
x 0 1i x 0 2
−
β
1
)
1
2
modelo
pseudocuadrático
permite obtener una solución
i
∧∧
∧
única
para
los
óptimos
analíticos
de una superficie de
a
ai − 2ai − 2
^ ai −2ai −2 j a j
1β11x10 1x 0 1 + a+i (aai i( a−i 1−) 1β)1β2121 x20 1x 0 1x 0 2x 0 2
respuesta, con valores de los exponentes en (0,1).
La utilidad práctica del modelo aplicado para un factor
mostró que en Quetzalapa, Puebla, la aplicación de 138.95 kg
ha-1 de nitrógeno produce un rendimiento óptimo económico
de 4 569.45 kg ha-1 de maíz. Para dos factores en San José
Guerrero, Puebla, se determinó que sólo el nitrógeno tuvo
efecto en el rendimiento de maíz y que la aplicación de 110
kg ha-1 produce el mayor rendimiento de 2 295.2 kg ha-1.
LITERATURA CITADA
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36:337:344.
91
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Users´s Guide; release 6.03 Edition. SAS Institute,
Cary, N. C. USA. 1028 p.
Índice de estrés hídrico como un indicador del momento de riego
en cultivos agrícolas*
Water stress index as an indicator of irrigation timing
in agricultural crops
Rutilo López López1§, Ramón Arteaga Ramírez2, Mario Alberto Vázquez Peña3, Irineo López Cruz2 e Ignacio Sánchez Cohen4
Campo Experimental Huimanguillo, km 1 carretera Huimanguillo-Cárdenas, Huimanguillo, Tabasco, México. C. P. 86400, Tel. 01 917 3750516 Fax: 9173750397.
Posgrado en Ingeniería Agrícola y Uso Integral del Agua, Universidad Autónoma Chapingo, km. 38.5, carretera México-Texcoco, Chapingo, México. C. P. 56230, Tel.
01 595 9521551, Fax. 5959521551, ([email protected]) ([email protected]). 3Departamento de Irrigación, Universidad Autónoma Chapingo,
km. 38.5, carretera México-Texcoco, Chapingo, México. C. P. 56230, Tel. 01 595 9521551, Fax. 5959521551, ([email protected]). 4Centro Nacional de
Investigación Disciplinaria en Relación Agua-Suelo-Planta-Atmósfera, INIFAP, km. 6.5 Canal Sacramento Zona industrial Gómez Palacio Durango, México. Tel. 01
871 7191076 y 7191077, Fax: 8717191134, ([email protected]). *Autor para correspondencia: [email protected].
1
2
RESUMEN
El índice de estrés hídrico del cultivo (CWSI), se basa
en la determinación de la tasa de transpiración actual
de un cultivo mediante la medición de la temperatura
del dosel y el déficit de presión de vapor. Los objetivos
de este ensayo fueron: presentar los aspectos teóricos
y metodológicos del CWSI y la utilidad práctica que
tiene para la programación del riego en los cultivos
agrícolas. El método CWSI ha tenido uso práctico en
regiones áridas y semiáridas debido a que el equipo
requerido para su implementación es de fácil manejo.
Este método, también se puede utilizar en regiones con
clima húmedo, donde los cultivos requieren riego en la
época seca y la radiación solar es alta. El CWSI se basa
en la teoría del balance de energía en una superficie, las
funciones lineales del diferencial de temperatura entre el
cultivo y el aire y el déficit de presión de vapor, las cuales
dependen del cultivo y las condiciones atmosféricas.
La termometría infrarroja es una herramienta sencilla,
práctica y confiable para la estimación del estrés
hídrico, la programación del riego y la predicción de
rendimiento. El objetivo de este ensayo fue presentar
los aspectos teóricos y metodológicos del índice
* Recibido: Marzo, 2008
de estrés hídrico de los cultivos, así como la utilidad práctica
que tiene en la calendarización y optimización del agua de
riego en los cultivos agrícolas.
Palabras clave: estrés hídrico, predicción de rendimiento,
programación del riego.
Abstract
Crop water stress index (CWSI) is based on the determination
of the actual crop transpiration rate by means of the
measurements of canopy temperature and vapor pressure
deficit. The objectives of this assay were: to present
theoretical and methodological aspects of CWSI and its
practical application for irrigation scheduling. The CWSI
method has been of practical use in arid and semiarid regions
mainly because the required equipment to calculate it is easy
to use. This method can also be utilized in humid regions
where irrigation is needed during the dry season and there
is high solar radiation. The CWSI is based on the theory
of energy balance on a surface, the linear functions of the
Índice de estrés hídrico como un indicador del momento de riego en cultivos agrícolas
93
differential temperature between the crop and the air and
the vapor pressure deficit; which depends on the crop water
status and the weather conditions. Infrared thermometry is
a simple, practical and reliable tool to estimate crop water
stress, irrigation scheduling and yield prediction.
programación del riego en cultivos agrícolas en campo
abierto. Las mediciones del estrés hídrico de los cultivos
combinado con sistemas eficientes de riego permiten
maximizar el rendimiento a través de un manejo eficiente
del riego (Garrot et al., 1990).
Key words: water stress, irrigation timing, yield
prediction.
El CWSI ha tenido un importante uso práctico dentro de
la programación del riego en regiones áridas y semiáridas
(Calado et al., 1990; Itier et al., 1993; Anconelli et al.,
1994; Jones, 1999; Orta et al., 2003; Yuan et al., 2004;
Şimşek et al., 2005; Erdem et al., 2005); esto se debe
principalmente a que el equipo requerido es de fácil
manejo. En la agricultura de riego, el costo económico y
ecológico del agua es alto, si se considera la incertidumbre
en su disponibilidad acrecentada por el cambio climático,
de ahí que el costo del equipo para cuantificar las
variables climáticas y el estrés hídrico puede justificar
la inversión (Feldhake et al., 1997). Los objetivos del
presente ensayo bibliográfico fueron presentar los
aspectos teóricos y metodológicos del índice de estrés
hídrico de los cultivos, así como la utilidad práctica que
tiene en la calendarización y optimización del agua de
riego en los cultivos agrícolas.
Introducción
En la programación del riego se han utilizado diversos
métodos: determinación de la humedad del suelo,
mediciones del estado energético del agua en el
suelo, estimaciones de la demanda atmosférica y
determinaciones del potencial hídrico de las plantas
(Buchner et al., 1994) o temperatura del dosel por medio
de termometría infrarroja (Giuliani et al., 2001). Otros
métodos utilizados en la programación del riego, se
basan en mediciones directas del crecimiento de algunos
órganos de la planta con diferentes tipos de dendrómetros,
asociados al uso de sensores de flujo de savia (basándose
en el método del pulso de calor), para determinar el
momento y la intensidad con la cual la disponibilidad
de agua limita la transpiración del cultivo.
Las limitaciones críticas en el registro continuo del
contenido de humedad en el suelo han sido resumidas
recientemente por Van Leeuwen et al. (2001), en
comparación con el monitoreo directo de las micro
variaciones en el diámetro del tallo y del fruto, que
han sido reconocidos por Ton et al. (2001) como
indicadores más apropiados del déficit hídrico de poca
intensidad y duración, producidos en condiciones de
campo. El fitomonitoreo es una técnica basada en la
microelectrónica y la informática, que permite conocer
en tiempo real el estado hídrico de la planta de una forma
no destructiva, a través del registro de las respuestas
anatómicas y fisiológicas de diversos órganos de las
plantas, frente a las condiciones medioambientales y de
manejo agronómico (Novak, 1997).
El método del índice de estrés hídrico del cultivo
(CWSI, por sus siglas en ingles), es una medida de la
transpiración que ocurre en una planta en el tiempo de
medición, mediante el registro de la temperatura de la
planta y el déficit de presión de vapor del agua. Este
enfoque metodológico es necesario para la correcta
Teoría del índice de estrés hídrico del cultivo
El agua evaporada por una superficie vegetal funciona al
mismo tiempo como un estabilizador de la temperatura
de las hojas ante la demanda evapotranspirativa de
la atmósfera. A partir de esto, Jackson et al. (1981)
presentaron la teoría del balance energético que separa la
radiación neta en calor sensible del aire y calor latente que
incide en la transpiración. Cuando el cultivo se somete
a estrés hídrico, los estomas se cierran, la transpiración
decrece y la temperatura de la hoja aumenta. Cuando
una planta transpira sin estrés hídrico, la temperatura
de la hoja es entre 1 - 4 °C menor que la temperatura
ambiental, en este caso el índice de estrés hídrico del
cultivo (CWSI) es 0. Cuando la transpiración decrece,
la temperatura de la hoja asciende y puede alcanzar de
4 a 6 °C más que la temperatura del aire. En este caso,
el déficit hídrico es alto, la transpiración de las hojas
se ve drásticamente reducida con el incremento de la
temperatura foliar; cuando la planta está muerta o no
transpira durante mucho tiempo el CWSI es 1.
Idso et al. (1981) desarrollaron el método empírico
(CWSI) para la cuantificación de la humedad atmosférica
y de la planta en regiones áridas, la cual depende de la
Rutilo López López et al.
determinación “de las líneas base sin estrés hídrico” que
facilitan la normalización de cambios en la temperatura
del dosel para condiciones ambientales. Sin embargo,
estas líneas base son específicas del cultivo y están
influenciadas por el clima (Bucks et al., 1985). Además,
Jackson et al. (1981) modificaron el CWSI para incluir
una predicción más teórica de los efectos del clima sobre
la temperatura del dosel que incluye explícitamente el
déficit de presión del vapor de agua, la radiación neta y
la resistencia aerodinámica. Esta aproximación teórica
para determinar la humedad atmosférica que se utiliza en
el CWSI es más precisa que la aproximación empírica,
particularmente en climas más húmedos (Keener y
Kircher 1983).
El índice de estrés hídrico del cultivo según Idso (1981) y
Jackson et al. (1981) está definido como:
CWSI =
[(Tc –Ta )m – (Tc – Ta )li ]
(1)
[(Tc –Ta )ls – (Tc – Ta )li ]
donde, Tc= temperatura del cultivo; Ta= temperatura del
aire. El subíndice m denota la diferencia medida entre
las dos temperaturas, el subíndice li (límite inferior)
denota la diferencia entre las dos temperaturas cuando la
evapotranspiración no está restringida por disponibilidad
del agua, de modo que la Tc es el valor más bajo para las
condiciones del clima, y el subíndice ls (límite superior)
denota la diferencia hipotética entre las dos temperaturas
cuando la evapotranspiración es cero, como resultado
de falta de disponibilidad de agua en el sistema suelo
planta atmósfera.
Se espera que el CWSI varíe entre 0 a 1 cuando las
plantas van de una condición bien regada a una condición
totalmente estresada. Puesto que no es normalmente
factible medir simultáneamente la temperatura del
cultivo sin estrés y un cultivo con estrés, los valores del
límite inferior y superior de un dosel se pueden calcular
mediante el análisis de balance de energía en la superficie.
Este balance energético se puede expresar como:
(2)
Rn = G + H + λE
donde, Rn= radiación neta (W m-2); G= flujo del calor en
la superficie del suelo (W m-2); H= flujo del calor sensible
del aire (W m-2); λE= flujo de calor latente (W m-2). Los
términos H y λE en la Ecuación 2 son una función de los
gradientes de la temperatura y de la presión de vapor
respectivamente y se pueden expresar como:
H=
ρa Cp (TC - Ta )
ra
(3)
y
λE=
ρaCp (es - ea )
γ (ra + rc )
(4)
donde, ρa= densidad del aire (kg m-3); Cp= calor especifico
del aire (J kg-1 °C); es= presión de vapor de agua a saturación
(kPa) a Tc; ea= presión de vapor de agua actual del aire;
γ= constante psicrométrica (kPa °C -1); ra= resistencia
aerodinámica (s m-1); rc= resistencia del dosel al flujo de
vapor de agua (s m-1).
La Ecuación 2 puede ser simplificada asumiendo que G=
0.lRn (Feldhake et al., 1996) y por lo tanto, definiendo Ic
como coeficiente de intercepción de la radiación igual a 0.9,
de modo que la Ecuación 2 se convierte en:
I c Rn = H + λE
(5)
Cuando un volumen de aire se encuentra retenido sobre
una superficie evaporante de agua, se alcanza un equilibrio
entre las moléculas de agua que se incorporan al aire y
las que regresan a la fuente de agua. En ese momento, se
considera que el aire está saturado puesto que no puede
incorporar ninguna molécula de agua adicional. La presión
correspondiente se llama presión de vapor de agua a
saturación (es). La cantidad de moléculas de agua que
pueden ser incorporadas al aire depende de la temperatura
(T). Mientras más alta es la temperatura del aire, más alta
es la capacidad de incorporar vapor de agua y más alta es la
presión de vapor a saturación (Figura 1). La pendiente de
la curva cambia exponencialmente con la temperatura. A
temperaturas bajas, la pendiente es pequeña y varía levemente
con el incremento de temperatura. A temperaturas altas, la
pendiente es mayor y pequeños cambios de temperatura
producen grandes cambios en la pendiente. La pendiente
de la curva de presión de vapor de saturación (∆), es un
parámetro importante para la descripción de la evaporación y
se utiliza en el cálculo de la evapotranspiración de referencia
(ET0) con datos climáticos.
95
Presión de vapor a saturación (kPa)
12
10
8
6
4
2
0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
44
Temperatura °C
Figura 1. Relación entre temperatura y presión de vapor a saturación.
El valor de Δ (kPa °C-1) se puede definir como:
∆=
(es - ea)
(Tc - Ta)
(6)
Jackson et al. (1988) encontraron que la pendiente (∆) puede
calcularse con:
∆= [45.03+3.014(Tc - Ta) + 0.05345(Tc - Ta)2
+ 0.00224(Tc -Ta)3] (10)3
(7)
Combinando las Ecuaciones 3, 4, 5, y 6, la diferencia de la
temperatura del cultivo y del aire, se puede estimar con la
Ecuación 8:
 
r  
γ  1 + c  

r I R 
ra  
es − ea
Tc − Ta =  a c n   
−



r 
 ρ a C p  ∆ + γ  1 + rc 

 ∆ + γ  1 + c 


ra  
ra 



(8)
Para calcular el límite superior (Tc –Ta ) ls cuando la
evapotranspiración es 0, la rc tiende al infinito y la Ecuación
8 se reduce a:
Tc − Ta =
ra I c Rn
ρa C p
(9)
Cuando la evapotranspiración no se limita por disponibilidad
de agua y es igual a la tasa de referencia, rc se aproxima a 0
y la Ecuación 8 se escribe como:
 r I R   γ  es − ea
Tc − Ta =  a c n  
−
 ρρa C p   ∆ + γ  ∆ + γ
(10
Como la rc no llega a ser realmente 0 en la evapotranspiración
de referencia, la constante psicrométrica γ se sustituye por
γ* en la Ecuación 10:
rcp 

(11)
γ * = γ  1 + 
ra 

donde, rcp= resistencia del dosel en la evapotranspiración
de referencia (s m-1). La resistencia del cultivo se puede
determinar mediante el método de O'Toole y Real (1986).
La resistencia aerodinámica puede calcularse con una
ecuación semiempírica, según Thorn y Oliver (1977), que
es:
2



44.7.722 l n
rara ==
z − d 


 zz0  
(11 ++(1+00..550.54
44µµµ)
)
(12)
donde, z= altura de referencia (m); d= altura de desplazamiento
(m); z0= longitud de la rugosidad (m); μ= velocidad del viento
(m s-1). Los términos z0 y d se pueden calcular a partir de la
altura de la planta (h), en cultivos con cobertura completa,
estos parámetros se calculan con:
z0= 0.13h
y
(13)
d = 0.6 3 h
Tc − Ta = X 1 X 2 − X 3
X1 = ra (Rn - G)
(ρa Cp )
 
rc 
γ  1 + 
ra 
 
X2 = 


rc 
∆ + γ  1 + 
ra 


((eess −- eeaa))


rc 
∆ + γ  1 + 
ra 


(15a)
(15b)
(15c)
(15d)
De esta manera, la Ecuación 15b es igual a la Ecuación 9 y
pueden ser utilizadas para obtener el límite superior (dTls)
del CWSI, donde la resistencia del cultivo (rc) se aproxima
al infinito. Las Ecuaciones 15c y 15d se utilizan en el caso
de un cultivo sin estrés hídrico (límite inferior), donde rc se
asume igual a cero.
El CWSI también se puede expresar en términos de la
evapotranspiración, según Jackson et al. (1981):
CWSI = 1 −
donde, E= evapotranspiración real del cultivo; E p=
evapotranspiración de referencia; sustituyendo sus valores
se tiene:
rcp 

r  
γ  1 + c  − γ  1 + 
ra  
ra 
CWSI = 

r 
(17)
∆ + γ  1 + c 
r
a 

(14)
Otra forma de desarrollar la ecuación de balance de energía
para predecir la diferencia de la temperatura del cultivo y la
temperatura del aire (Tc-Ta, oC), es ordenando los términos
del balance de energía superficial (Jackson et al., 1981):
X3 =
E
Ep (16)
La relación rc/ra se expresa como:
ra R
)(∆
)−-(e(es s−- eeaa))
Tc c−-TTaa)(
∆ ++γ γ)
− ((T
ρ
ρ
C
rc
p
=
ra

ra Rn 

γ  ((T
Tcc −- Taa))−


ρ
C
p


(18)
donde, rcp= resistencia del dosel de un cultivo bien regado;
rc= resistencia real del dosel; ra= resistencia aerodinámica
al transporte de calor sensible del aire.
La relación de la evapotranspiración real (E) y la de
referencia (Ep) se aproxima más a los valores teóricos
de Jackson (1982), debido a que no depende tanto de las
condiciones de velocidad del viento como en la forma clásica
según Idso et al. (1981). Al remplazar las estimaciones del
DPV a partir de la temperatura mínima (Idso, 1982) por las
mediciones de temperatura del aire de la radiación directa
en las parcelas de riego, no sólo aumenta la correlación con
la evapotranspiración real, además, corrige parcialmente la
influencia de la temperatura superficial del suelo en valores
pequeños del índice de área foliar (IAF). Por lo tanto, la
exactitud de las estimaciones de la evapotranspiración
por medio del CWSI se da por la relación de la
evapotranspiración real (E) y el potencial hídrico de la
hoja (Ep) en el amanecer (Itier et al., 1993).
Aspectos metodológicos del índice de estrés hídrico en
los cultivos
La evapotranspiración medida o real (E) dividida por
la evapotranspiración de referencia (Ep), definida en la
Ecuación 16 al despejar E/Ep queda como: E/Ep = 1- CWSI,
debido a las diferencias en las mediciones de Tc-Ta vs DPV,
el cultivo no requiere el riego hasta que el CWSI alcance un
valor umbral, el cual puede ser de 0.1 a 0.2, dependiendo
del cultivo. En este tiempo el cultivo transpira en una tasa
menor que el óptimo y el rendimiento del cultivo comienza
a decrecer. El límite inferior de un cultivo en un lugar
específico puede determinarse dos días después de que se
aplique una lámina máxima de riego en el cultivo.
Los termómetros infrarrojos o buscadores térmicos se usan
para medir la temperatura superficial del cultivo (Figura
2). Miden la cantidad de radiación de onda larga emitida de
una superficie y se describe por la ley del cuerpo negro de
Stefan-Boltzman en función de la temperatura.
I = εσ T 4
(19)
donde, I= radiación emitida por la superficie (W m-2); σ=
constante de Stefan-Boltzman (5.674 x 10-8 W m-2 K-4); ε=
energía que emite un cuerpo a una temperatura dada, para el
cuerpo negro es 1 y para otros es menor que 1; T= temperatura
en la superficie (°K).
97
donde, dT= diferencia medida entre la temperatura del aire y
del cultivo; dT= límite superior de las temperaturas del aire
menos la temperatura del follaje (cultivo sin transpiración);
dT= límite inferior de la temperatura del aire menos la
temperatura del follaje (cultivo bien regado).
Para determinar el límite superior e inferior en la ecuación del
CWSI, se usa el método desarrollado por Idso et al. (1981)
que consideran los cambios en los límites superior e inferior
debido a la variación del déficit de presión de vapor de agua
(DPV). El DPV es la diferencia entre la presión de saturación
y la presión actual de vapor (Ecuación 21) y es un indicador
preciso de la capacidad real evaporante del aire.
DPV = es − ea (21)
donde, es= presión de vapor de agua a saturación a una
temperatura del aire dada; ea= presión de vapor de agua
actual (presión parcial de vapor de agua en la atmósfera).
Cuando el aire no se satura, la presión actual de vapor será
más baja que la presión de vapor de saturación.
La presión de vapor de agua a saturación (es), en kPa, es la
máxima cantidad de vapor de agua que puede contener el
aire a una temperatura (T en °C) dada y se calcula con la
siguiente ecuación:
()
e s (T
T ) = 0.611 exp
 1 7. 2 7 T 
 T + 237.3 
(22)
La presión de vapor de agua actual ea se puede obtener de
la Ecuación 23 utilizando la humedad relativa (HR) y la
temperatura del cultivo medidas con el termómetro de rayos
infrarrojos:
Figura 2. Medición de los parámetros en el cálculo
del índice de estrés hídrico con termómetro
de rayos infrarrojos en tomate de cáscara
(Physalis ixocarpa Brot).
Este método utiliza los datos de temperatura para el momento
del riego y otra forma de expresarlo, reduciendo términos
de la Ecuación 1), se escribe como:
CWSI =
( d T − d Ti )
( d Ts − d Ti )
(20)
HR=
ea
es
100
(23)
Un DPV igual a cero indica que el aire sostiene el máximo vapor
de agua posible (esto corresponde a una humedad relativa de
100%). El límite inferior del CWSI cambia en función de la
presión de vapor del agua debido al DPV. El CWSI varía entre
0 y 1, cuando las plantas se someten a condiciones apropiadas
de riego y hasta condiciones totalmente de estrés hídrico.
Idso (1982) demostró que el límite inferior del CWSI es una
función lineal del DPV para diversos cultivos y localidades
como se puede observar en el Cuadros 1 y 2.
Cuadro 1. Parámetros de regresión lineal del índice de estrés hídrico en cultivos agrícolas en condiciones de cielo
despejado.
Nombre común
Alfalfa
Cebada (embuche)
Cebada (floración)
Fríjol
Remolacha
Maíz (sin espiga)
Frijol pelón
Calabaza
Lechuga (hoja)
Papa
Soya
Tomate
Trigo (embuche)
Trigo (floración)
Maíz
Sandía
Sorgo
Pasto Bermuda
Nombre científico
Medicago sativa L.
Hordeum vulgare
Hordeum vulgare
Phaseolus vulgaris L.
Beta vulgaris
Zea mays L.
Vigna unguiculata
Cucurbita maxima
Lactuca sativa L.
Solanum tuberosum L.
Glycine max
Lycopersicon esculentum
Triticum aestivum L.
Triticum aestivum L.
Zea mays L.
Citrullus vulgaris
Sorghum bicolor L.
Cynodon dactilon
Intercepto (a)
Pendiente (b)
°C
0.51
2.01
1.72
2.91
5.16
3.11
1.32
4.88
4.18
1.17
1.44
2.86
3.38
2.88
1.39
0.47
4.00
0.36
°C kPa
-1.92
-2.25
-1.23
-2.35
-2.30
-1.97
-1.84
-2.52
-2.96
-1.83
-1.34
-1.96
-3.25
-2.11
-0.86
-1.20
-1.88
-1.84
Autor (año)
-1
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Irmak et al. (2003)
Orta et al. (2003)
Ajayi y Olufayo (2004)
Emekli et al. (2007)
Cuadro 2. Parámetros de regresión lineal de la diferencia de las temperaturas del cultivo y el aire respecto al déficit
de presión de vapor de agua en algunos cultivos frutícolas.
Nombre común
Nombre científico
Nogal
Ciruelo
Morera
Carya illinoensis
Prunus cerasifera
Morus alba
Gleditsia triachanthos inermis
Fraxinus velutina glabra
Fresno
Una vez estimados los parámetros de la regresión lineal,
la diferencia de la temperatura del aire y del dosel en un
cultivo bien regado (limite inferior) y un cultivo severamente
estresado (limite superior) se puede calcular los términos de
la ecuación (20) como:
d Ti= a + b (DPV)
(24a)
Intercepto (a)
°C
Pendiente (b) °C
kPa-1
Autor (año)
0.429
1.050
0.332
0.947
2.360
-0.606
-1.140
-0.423
-0.972
-2.020
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
Idso (1982)
d Ts= a + b [es (Ta) - es (Ta)]
(24b)
donde, DPV= déficit de presión de vapor de agua
(kPa); e s (Ta )= presión de vapor a saturación a la
temperatura del aire (kPa); e s (Ta + a)= presión de
vapor a saturación a la temperatura del aire más el valor
del intercepto para el cultivo. De esta manera, con la
humedad atmosféricahumedad relativa, temperatura
del bulbo húmedo, etc.), (temperatura del aire y
temperatura de la hoja, es posible determinar el CWSI.
Se han determinado los parámetros de regresión lineal en
diversos cultivos anuales (Cuadro 1) y cultivos frutícolas
(Cuadro 2). Experimentalmente, diversos investigadores
(Calado et al., 1990; Itier et al., 1993; Anconelli et al., 1994;
Jones, 1999; Orta et al., 2003; Yuan et al., 2004; Erdem et
al., 2005; Şimşek et al., 2005) han obtenido los parámetros
de la regresión lineal en varios cultivos, donde la relación
de las diferencias de temperaturas depende del DPV. Por
ejemplo, en el cultivo de trigo, Alderfasi y Nielsen (2001)
encontraron que la diferencia medida de la temperatura del
dosel y del aire (Tc-Ta) se correlacionó negativamente con el
DPV y se obtuvo una r2= 0.88 con p= 0.0001. Sin embargo,
en algunos casos, el coeficiente de determinación puede ser
bajo (r2= 0.472) debido a las pequeñas variaciones del DPV
ocurridas en campo (Alkire y Simon, 1992).
En el cultivo de maíz, Irmak et al. (2003) encontraron la
relación: Tc-Ta = 1.39 - 0.86DPV (r2= 0.92; n= 28; RMSE=
0.415; p<0.01; SD= 1.33) cuando hay transpiración; el valor
promedio del límite superior fue de +4.6 °C, el cual indica
que es la temperatura donde el cultivo deja de transpirar
y por lo tanto, existe estrés hídrico en éste. Estos valores
99
cambian de acuerdo con el clima, tipo de suelo y especie
del cultivo (Bucks et al., 1985). En el cultivo de sorgo,
Ajayi y Olufayo (2004) encontraron la relación: Tc-Ta =
4.0 - 1.88DPV
con datos de tres años, n= 91 y r2= 0.71.
Para explicar la dispersión de las mediciones, la relación
se evaluó como una función de la radiación global y la
velocidad del viento.
El CWSI se puede calcular de manera gráfica determinando la
distancia relativa entre la línea base inferior que representa las
condiciones sin estrés y la línea base superior representando
que no traspira, como se muestra en la Figura 3. La línea
inclinada es la línea base sin estrés hídrico conocido como
límite inferior, es decir, la diferencia entre la temperatura del
aire y del dosel de un cultivo bien regado a diferentes DPV.
La línea horizontal es la diferencia de la temperatura del aire
y del dosel cuando no existe transpiración del cultivo. Esta
línea es constante a diferentes DPV, donde la transpiración
puede ocurrir en un DPV de 0. Por lo tanto, el cálculo de forma
gráfica se realiza a partir de la siguiente relación: CWSI=
AC/BC, el punto A es la diferencia entre las temperaturas
de la hoja menos la del aire en el momento de medición, el
punto B es la diferencia de temperatura máxima entre la hoja
y el aire (límite superior) y el punto C, la diferencia mínima
(límite inferior) en las condiciones de DPV en las cuales
se realizó la medición de temperatura de la hoja y aire (A).
4
Límite superior
B
3
2
Tc - Ta (°C)
1
A
0
-1
C
Límite inferior
-2
-3
-4
-5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
Figura 3. Índice de estrés hídrico de un cultivo equivalente a las mediciones de la distancia relativa de AC/BC entre
la línea inferior y línea superior (Idso, 1981).
También se puede utilizar la conductancia estomática de
la hoja estimada a través de la termometría infrarroja en
la programación del riego, Jones (1999) desarrolló un
procedimiento para determinar el CWSI con el valor
teórico de la temperatura de la hoja o temperatura
superficial de referencia estimada mediante un
reordenamiento estándar del balance de energía de la
hoja, expresando el CWSI como:
Tl –Ta =
rHR (raw + rlw ) γ Rni
-
ρa Cp [γ(raw + rlw) + ∆ rHR]
rHR DPV
γ(raw + rlw) + ∆ rHR
(25)
donde, Tl –Ta= diferencia de la temperatura de la hoja y del
aire; rlw= resistencia de la hoja al transporte de vapor de agua
(se asume igual a la resistencia estomática); raw= resistencia
de la capa límite al vapor de agua; Rni= radiación neta
isotérmica (radiación que recibe una superficie equivalente
a la temperatura del aire); rHR= resistencia paralela al calor y
transporte radiactivo. Para el análisis de la resistencia (raH)
se estima con la siguiente ecuación:
= 100
r
aH
d
 
µ
(26)
donde, raH= resistencia de la capa límite de la hoja al
transporte de calor (s m-1); d= dimensión característica de
la hoja (m); µ= velocidad del viento (m s-1).
En una superficie seca, se tienen las mismas propiedades
radiactivas y aerodinámicas, la pérdida de calor sensible es
igual que la radiación neta absorbida, usando el concepto de
radiación neta isotérmica se puede estimar la temperatura de
una superficie seca (Td) a partir de la temperatura máxima:
Td – Ta =
rHR Rni
(27)
ρa Cp
La temperatura correspondiente a la superficie húmeda (Tw)
puede calcularse a partir de la Ecuación 25 estableciendo rlw
igual que cero, la cual resulta:
T
W – Ta =
rHR raw + rlw γ Rni
ρa Cp [γ (raw) + ∆ rHR]
-
rHR DPV
γ raw+ ∆ rHR
(28)
Restando la Ecuación 28 de la Ecuación 27 y dividiendo
por la diferencia de temperaturas entre las Ecuaciones 25 y
27, se reduce a:
 Td − Tw 

 T −T  =
 d l 

∆
 rH R
γ 
∆
r
+  r
aw
HR
γ 
r
+r
+
aw 
lw
(29)
La Ecuación 29 puede ser reordenada para obtener una
expresión simple de la resistencia de la hoja:
rl w
((TT –T− T) )

∆
=  ra w +  rH R ll W w
((TTdd–−TlT) l )
γ

(30)
Una importante característica de la Ecuación 30 es
que rlw puede determinarse únicamente a partir de una
combinación de mediciones de temperaturas de la hoja,
de equivalencias de humedad y superficies secas y un
término que depende sólo de la resistencia para calor y
pérdida de humedad a través de la capa límite de la hoja.
Es notable que este factor, en la ecuación no depende de
la radiación neta absorbida o del déficit de presión de
vapor del aire, sólo depende de las temperaturas. Debido
a que el término (Td – Tl) en esta ecuación tiende a ser
muy pequeño y es la diferencia entre dos cantidades de
diversas variables en el campo, el comportamiento puede
ser inestable, generalmente es preferible usar su inverso,
la conductancia de la hoja (clw).
cl w =
(Td − Tl )
(Td – Tl )



∆
T –T
− Tw) ) r
+  r
((T
aw
H R 
ll W
γ 



(31)
La tasa de transpiración está estrechamente relacionada
con la conductancia, mm s-1, también se puede encontrar
en la literatura como unidades molar (mol m-2 s-1) y se
obtiene simplemente multiplicando por 0.04, este factor
es ligeramente sensible a la temperatura.
Una posibilidad de usar un índice de estrés de forma
análoga en el CWSI, es sustituyendo Td por la temperatura
máxima (T max ) y Tw por la temperatura del límite
inferior (dTi).
(
(
T l –T
−T
(T
)
Ww
CWSI 2 = l
2
(Td –−TTW )
T
w
d
)
)
(32)
Una alternativa para definir CWSI3, que es proporcional a la
resistencia estomática, por lo tanto, a partir de la ecuación
(30) se puede escribir como:
(
(
)
)
T −–TTw)
ll W
CWSI = (T
(33)
3
T(Td –− TTl )
d
l
Finalmente, a partir de la ecuación (31) se puede definir un
índice (CWSI4) el cual es proporcional a la conductancia
estomática.
CWSI 4 =
(T(Td −–TTl) )
(T(Tl −–TTw) )
d
l
l
(34)
W
101
climas cálidos húmedo, como el sureste de México, se
presentan de tres a cuatro meses con períodos de sequías,
principalmente en el ciclo otoño invierno, período donde la
cantidad de radiación solar es mayor y los cultivos agrícolas
requieren el agua de riego para satisfacer sus necesidades
hídricas. Jones et al. (1997) señalan que la humedad
relativamente alta en climas húmedos y la variación de la
velocidad del viento y de la radiación solar pueden limitar
seriamente el uso del método original, pero demostraron
que la sensibilidad del método mejora cuando se considera
la temperatura de la hoja y no la temperatura del aire (como
en el método de CWSI original), es decir, la temperatura de
las “hojas modelo” expuestas dentro del cultivo.
Por otra parte, De Lorenzi et al. (1993) probaron las tres
versiones del CWSI: la aproximación teórica (Ecuación 1)
difundida por Jackson et al. (1981), una modificación
propuesta por Clawson et al. (1989), y el desarrollo original
que considera el valor real de la resistencia del dosel
en un cultivo bien regado. Los tres métodos fueron
considerados útiles para calcular el estrés hídrico en
cultivo de chile dulce a campo abierto. Concluyeron
que los valores de CWSI fueron influenciados
fuertemente por la adaptación rápida de las plantas a
la escasez de agua.
Diversos investigadores han desarrollado el método del
CWSI en la programación del riego (Howell et al., 1984;
O'Toole et al., 1984; Reginato y Howe, 1985; Reginato y
Garrett, 1987; Wanjura et al., 1990). Sin embargo, otra de
las desventajas de este método es que los valores del CWSI
son difíciles de obtener al inicio del ciclo de los cultivos
a causa de la cobertura parcial del dosel. Al comienzo del
ciclo, cuando las plantas son pequeñas o tienen escasa
población, una parte de la superficie del suelo puede ser
considerada por la pistola de rayos infrarrojos cuando se
efectúa la medición.
Yuan et al. (2004) evaluaron en trigo de invierno, el
modelo empírico de Idso et al. (1981) (Ecuación 1), el
modelo teórico de Jackson et al. (1981) (Ecuaciones
15a, 15b, 15c y 15d) y el modelo de Alves (citado
por los mismos autores), que sustituye la temperatura
superficial radiométrica por una temperatura superficial
del “bulbo húmedo”, de tal forma que evita la medición
de la resistencia superficial del cultivo. Los resultados
muestran que el CWSI basado en la definición de Jackson
y Alves son mejores que el método empírico. Ambos
métodos fueron herramientas útiles para evaluar el estrés
hídrico, pero el CWSI basado en el concepto de Alves
es más práctico, mientras que el CWSI basado en el
concepto de Jackson es más aceptable en la cuantificación
del estrés hídrico.
Nielsen (1990) utilizó diferentes umbrales de CWSI (0.2,
0.3, 0.4 y 0.5) en la programación del riego en el cultivo
de soya (Glycine max L. Merrill.) con riego por goteo,
aplicándose láminas de riego de 180, 181, 174 y 145 mm y los
rendimientos obtenidos fueron 2 656, 2 566, 2 430, y 2 189
kg ha-1 respectivamente. Los rendimientos se incrementaron
ligeramente cuando aumentó la lámina de riego en 25 y 51
mm adicionales, y presentó las mismas tendencias cuando
se incrementó el umbral de CWSI.
Aplicaciones del índice de estrés hídrico en la
programación de riegos
Según Idso (1982), el CWSI no es apropiado para regiones
húmedas, debido a que en estas condiciones, generalmente
no se presentan condiciones de sequía. Sin embargo, en
Anconelli et al. (1994) encontraron en el cultivo de
tomate (Lycopersicon esculentum Mill.), la respuesta en
rendimiento de tres valores de CSWI, usados como umbrales
para el momento del riego, los cuales fueron comparados con
un control (sin riego). Con el riego se obtuvieron aumentos
significativos en el rendimiento de frutos. Mientras que
con el tratamiento sin riego se obtuvieron 35 t ha-1 de fruto,
los tratamientos de riegos con umbrales alcanzados de 0.6,
0.35 y 0.1 de CWSI se obtuvieron rendimientos de frutos
de 51, 57 y 60 t ha-1 respectivamente. Las características
organolépticas (sabor y aroma) se alteraron por el riego,
pero se obtuvo una mejora en la proporción de sacarosa. No
se observaron diferencias significativas en los umbrales de
CWSI de 0.1 y 0.35, concluyeron que el cultivo es capaz
de soportar valores 0.35 de índice de estrés sin que haya
disminución de la producción y calidad del fruto.
directamente con valores medios de CWSI y se obtuvo
la ecuación lineal: Y= 91.143- 66.077(CWSI), la cual se
puede utilizar en la predicción del rendimiento.
Calado et al. (1990) estudiaron los efectos de disminución
del uso del agua en los indicadores de estrés hídrico en
la producción de tomates con riego por goteo. Los
tratamientos de riego fueron distribuidos en un diseño
de bloques al azar, con cinco niveles de láminas de
riego: 0.40 ETc, 0.60 ETc, 0.80 ETc, 1.0 ETc y 1.20
ETc. El riego fue controlado automáticamente por una
computadora usando la evaporación de tanque clase
“A” adaptada a un sensor electrónico. Los parámetros
de suelo y planta fueron seguidos sistemáticamente
en forma manual y por computadora. Los resultados
indicaron que: i) los sensores del potencial matricial del
suelo (SMPS) pueden utilizarse en la programación y
control del riego. Las mediciones simultáneas (suelo y
planta) permite tomar decisiones correctas basadas en
condiciones normales, ii) el método del CWSI es una
herramienta en la programación o control del riego para
caracterizar el estrés hídrico en plantas de jitomate. Se
determinó una variabilidad significativa en este método,
y iii) se encontraron algunas correlaciones significativas
estadísticas entre los cambios del diámetro del tallo y
potencial hídrico de la hoja.
Posteriormente, Erdem et al. (2005) a partir de los
resultados anteriores evaluaron diferentes valores de
umbral del CWSI para programar el riego en el cultivo
de sandía (Citrullus vulgaris) producida con riego por
goteo, los riegos se iniciaron cuando los valores de CWSI
alcanzaron: 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0 (sin riego). La cantidad
total aplicada de láminas de riegos fueron: 342, 280, 248
y 193 y 0 mm respectivamente. La evapotranspiración
máxima estacional fue de 412 mm, medida a partir del
tratamiento de 0.2 de CWSI. Concluyeron que los niveles
de láminas de riego afectaron significativamente el
rendimiento de frutos y la producción más alta (76.3 t
ha-1) fue obtenida con el tratamiento de 0.2 de CWSI, los
tratamientos 0.4 y 0.6 de CWSI fueron estadísticamente
iguales comparado con el tratamiento de 0.2. La eficiencia
máxima del uso del agua y la eficiencia del uso del agua de
riego se obtuvieron a partir del tratamiento 0.6 de CWSI
con 22.1 y 13.3 kg m-3, respectivamente. Con base en
estos resultados, el valor de 0.6 de CWSI puede utilizarse
en la programación del riego en el cultivo de sandía.
Con base en los resultados de Garrot et al. (1990), Orta
et al. (2003) determinan el índice de estrés hídrico en la
programación de riego en el cultivo de sandía (Citrullus
vulgaris) producida con riego por goteo, estudiaron los
efectos de cinco niveles de láminas de riego (reposición
de 100, 75, 50, 25 y 0% de la humedad consumida del
suelo a partir de la profundidad de 0.90 m del suelo) en
el rendimiento de frutos. El rendimiento más alto y uso
eficiente del agua se obtuvo en condiciones de riego
completo (reposición de 100% de la humedad consumida
del suelo) durante dos años. El CWSI fue calculado a
partir de mediciones de las temperaturas del cultivo,
temperatura ambiental del aire y de los valores del
déficit de presión de vapor para cinco niveles de láminas
de riego, obteniéndose el siguiente limite inferior: TcTa= -1.2DPV+0.47 con r2= 0.52 y desviación estándar
de 0.57. Las tendencias en valores de CWSI fueron
constantes con los contenidos de humedad del suelo
inducidos por el déficit del riego; el CWSI aumentó con
el déficit creciente del agua en el suelo. Un promedio
de CWSI alrededor de 0.41 antes del riego produjo un
aumento en el rendimiento máximo, éste se correlacionó
Şimşek et al. (2005) realizaron estudios para determinar
los efectos de diferentes láminas de riego por goteo en
el rendimiento del cultivo de pepino (Cucumbis sativus
L.) y sus componentes, y para determinar un valor de
umbral del CWSI basado en la programación del riego.
Aplicaron cuatro tratamientos de riego: 50% (T-50),
75% (T-75), 100% (T-100) y 125% (T-125) de láminas de
riego basado en la evaporación de tanque “A” acumulada
cada tercer día. Los valores de la evapotranspiración
del cultivo (ETc) fueron 633, 740, 815 y 903 mm en el
primer año y 679, 777, 875 y 990 mm en el segundo año
para T-50, T-75, T-100 y T-125, respectivamente. La
producción comercial máxima del fruto se obtuvo con el
tratamiento T-100 con 76.65 t ha-1 en 2002 y 68.13 t ha-1
en 2003. La producción de frutos se redujo notablemente
cuando disminuyó la lámina de riego. La eficiencia del
uso del agua varió de 7.37 a 9.40 kg m-3 y 6.32 a 7.79 kg
m-3 en 2002 y 2003, respectivamente, mientras que las
eficiencias del uso del agua del riego estuvieron entre
7.02 y 9.93 kg m-3 en 2002 y entre 6.11 y 8.82 kg m-3 en 2003.
Cuando disminuyó la lámina de riego, la tasa de transpiración
del cultivo disminuyó dando por resultado aumentos de
temperaturas del dosel del cultivo y del CWSI, esto resultó
en una disminución en el rendimiento. Un CWSI igual que
0.2 se considera como el valor umbral para el inicio del
riego en el cultivo de pepino producido a campo abierto en
condiciones semiáridas.
En el cultivo de algodón (Gossypium hirsutum) Barbosa
y Ramana (2005) concluyeron que el riego se debe
iniciar cuando el CWSI se aproxima a 0.3. Después de
un segundo evento de estrés, el cultivo requiere de tres
días para su tasa normal de transpiración. La respuesta de
CWSI con respecto de la temperatura del cultivo (Tc), rc/
ra y Rn es evidente y probablemente es la fuente de error
más importante en la determinación del CWSI.
Hutmacher et al. (1991) en el cultivo de alfalfa
(Medicago sativa L.) encontraron que los valores de
CWSI fueron altamente y linealmente correlacionados
con el potencial hídrico del tallo. Concluyeron que el
uso de la línea base sin estrés en el período vegetativo
para calcular los valores durante la floración y llenado
de vaina resultaron valores de 0.1 a 0.2 más altos que los
determinados usando líneas base que depende de la etapa
de crecimiento. En la programación del riego, sugieren
el uso de dos líneasbase, una para el período vegetativo
y otra línea base determinada mediante una base de
datos de los períodos de floración y llenado de vaina.
103
Carcova et al. (1998) validaron el método de Idso (1981) para
determinar el CWSI y describieron el comportamiento del
CWSI en tres híbridos de maíz (Zea mays L.) que crecieron
en diferentes ambientes y calidad del suelo. Determinaron el
efecto de la calidad del suelo y de los híbridos en relación con
el CWSI y el agua disponible del suelo. El CWSI aumentó
durante el período de crecimiento en todos los ambientes
y híbridos. La relación entre CWSI y agua disponible del
suelo fue significativo para los tres híbridos y los diferentes
ambientes (r2= 0.52, n= 51, p< 0.001). Un umbral mayor
que 0.25, que se relacionó con 60% de agua disponible en el
suelo, el cultivo presentó síntomas de estrés hídrico. Irmak
et al. (2000) encontraron que cuando el valor promedio del
CWSI en cualquier etapa de crecimiento es mayor que 0.22,
el rendimiento de grano del cultivo de maíz disminuye.
El polinomio cuadrático determinado para predecir el
rendimiento del cultivo de maíz (Y) a partir del CWSI fue:
Y= -4.38CWSI2+1.58CWSI+0.46 con r2= 0.98.
En el Cuadro 3 se presenta un resumen de valores umbrales
de CWSI en algunos cultivos agrícolas para el momento
del riego. La mayoría de los autores señalan que una vez
alcanzado el umbral del CWSI es recomendable programar
el riego para evitar daños por estrés hídrico y se disminuya
el rendimiento de los cultivos.
Cuadro 3. Valores umbrales del índice de estrés hídrico para la programación del riego en algunos cultivos
agrícolas.
Umbral CWSI
Autor (año)
Cultivo
Nielsen (1990)
Garrot et al. (1990) y Orta et al. (2003)
Hutmacher et al. (1991)
Gardner et al. (1992)
Anconelli et al. (1994)
Anconelli y Battilani (2000)
Irmak et al. (2003)
Barbosa y Ramana (2005)
Erdem et al. (2005)
Simsek et al. (2005)
Emekli et al. (2007)
Soya (Glycine max)
Sandía (Citrullus vulgaris L.)
Alfalfa (Medicago sativa L.)
Trigo (Triticum aestivum L.)
Tomate (Lycopersicum esculentum)
Vid (Vitis vinifera)
Maíz (Zea mays L.)
Algodón (Gossipium hirsutum)
Sandía (Citrullus vulgaris L.)
Pepino (Cucumbis sativus)
Pasto Bermuda (Cynodon dactilon)
En estudios realizados con pastos, Feldhake et al. (1997)
encontraron que la relación entre CWSI y la relación E/
Ep depende de la especie. Además que el CWSI predice
más rápidamente el estrés hídrico en Festuca arundinacea
0.2
0.41
0.1-0.2
0.2-0.3
0.35
0.4
0.22
0.3
0.6
0.2
0.1
Schreb., que en Dactylis glomerata (E/Ep de 0.84 vs 0.70).
Encontraron que la relación entre CWSI y E/Ep no es lineal,
la relación es más sensible a niveles más altos de índice
de estrés. Más tarde, Al-Faraj et al. (2001) estudiaron el
CWSI y las líneas base con el aumento de la tensión de
humedad del suelo en el pasto Festuca arundinacea
Schreb. Se midieron continuamente con termómetros
infrarrojos las temperaturas del dosel del pasto, junto
con la evapotranspiración del cultivo, medido con minilisímetros electrónicos. Concluyeron que la diferencia
de la temperatura del cultivo-aire (Tc-Ta) aumentó con
la disminución del contenido de humedad del suelo.
La Tc-Ta aumentó cuando la radiación neta fue mayor,
independiente de la tensión de humedad del suelo. La
temperatura del dosel de plantas bien regadas disminuyó
el índice en 2.4 °C por cada disminución de 1 kPa del
DPV para todos los niveles de la radiación neta. Por cada
aumento de 100 W m-2 de la radiación neta, la temperatura
del dosel de las plantas bien regadas se incrementó en
un índice de 0.6 °C y mostró alta correlación (línea base
sin estrés) con el DPV. El incremento de la temperatura
del dosel junto con la disminución de la tasa de la
transpiración fueron los signos del incremento del
estrés hídrico. Sin embargo, las relaciones de la Tc-Ta
y la línea base del DPV tuvieron una correlación baja
para las condiciones de estrés moderadas y severas sin
importar los niveles de la radiación neta. Además, en
ambiente controlado, al aumentar la precisión y número
de repeticiones, el límite inferior de la línea base del
estrés hídrico fue muy variable.
Conclusiones
De los aspectos metodológicos y teóricos que han
utilizado las diferentes formas como se ha expresado
el CWSI, todos se basan en la teoría del balance de
energía en el dosel del cultivo, las funciones lineales de
la temperatura diferencial (Tc-Ta) y el déficit de presión
de vapor que dependen del cultivo y las condiciones
atmosféricas.
La termometría infrarroja es una herramienta sencilla,
práctica, no destructiva y confiable para la estimación
del estrés hídrico de los cultivos, la cual se ha aplicado en
una diversidad de cultivos agrícolas en la programación
del riego y es útil para la predicción de rendimientos.
El método del CWSI es oportuno y eficaz en la programación
del riego cuando se determina el valor umbral en las diferentes
etapas fenológicas del cultivo para evitar daños por estrés
hídrico y disminuir el rendimiento de los cultivos.
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ASOCIACIÓN DE ESPECIES ARBÓREAS FORRAJERAS PARA MEJORAR
LA PRODUCTIVIDAD Y EL RECICLAJE DE NUTRIMENTOS*
FODDER TREE SPECIES IN ASSOCIATION TO IMPROVE PRODUCTIVITY
AND NUTRIENTS CYCLING
Judith Petit Aldana1§, Fernando Casanova Lugo1 y Francisco Javier Solorio Sánchez1
Cuerpo Académico de Producción Animal en Agroecosistemas Tropicales. Campus - Ciencias Biológicas y Agropecuarias, Universidad Autónoma de Yucatán, México.
Carretera Mérida-Xmatkuil, km. 15.5 C. P. 97100, Mérida, Yucatán, México. Tel. 01 99 99 42 32 00 y 9423205, ([email protected]) ([email protected]). §Autora para
correspondencia: [email protected].
1
RESUMEN
Se llevo a cabo una revisión bibliográfica relacionada
con la asociación de especies arbóreas forrajeras para
mejorar la productividad y el reciclaje de nutrimentos en
agroecosistemas. Los temas tratados abarcan la situación
actual de los sistemas de producción y las alternativas
para mejorar su eficiencia. Asimismo, se discute acerca de
la contribución de los sistemas agroforestales al ciclo de
nutrimentos y su mejoramiento a través de estrategias de
manejo, también se analizan algunos trabajos realizados en
plantaciones forestales mixtas y su aporte en la fertilidad
de los suelos, reciclaje de nutrimentos y fijación biológica
de nitrógeno. Se concluye que, la asociación de especies
arbóreas forrajeras puede contribuir a la productividad
y sostenibilidad de los agroecosistemas, ya que estas
adquieren elementos de alto valor nutricional que ayudan a
mejorar la fertilidad del suelo; producen materia orgánica
de alta calidad para un eficiente reciclaje de nutrimentos, lo
que podría incrementar la productividad. De igual forma,
se fundamenta que las asociaciones con leguminosas
arbóreas establecen simbiosis con microorganismos que
mejoran la disponibilidad de elementos en el suelo. Por
otra parte, lo anterior no sólo depende de las especies, si no
también de los recursos disponibles en el sitio y del manejo
del agroecosistema. Sin embargo, aun existen vacíos de
investigación en este tema, puesto que la mayoría de trabajos
se han realizado para especies arbóreas maderables en
plantaciones forestales.
Palabras clave: forraje, producción, reciclaje de
nutrimentos.
ABSTRACT
A bibliographical review was made related to the association
of fodder tree species for improving the productivity
and nutrients recycling in agroecosystems. The covered
topics include the situation of actual production systems
and strategies to improve their efficiency. Also, the
contribution of agroforestry systems in nutrient cycling
and their improvement through management is discussed.
Documents on mixed forest plantations and their role
in soil fertility, nutrient cycling and biological nitrogen
fixation, were also analyzed. It was concluded that fodder
tree species in association can contribute to the productivity
and sustainability of agroecosystems, since they take up
nutrients of high nutritional value and contribute towards
the improvement of soil fertility, they produce litter of high-
quality in an efficient nutrient recycling, that can improve
productivity. Furthermore associations of legumes trees
species in symbiosis with microorganisms upgrade the
availability of soils nutrients. On the other hand, the abovementioned facts do not depend exclusively on the species,
but on the resources available and the management of the
agroecosystem. Moreover, there is a lack of research studies
in this topic, since most research has been conducted in
wooden species in forest plantations.
Key words: fodder, production, nutrient cycling.
INTRODUCCIÓN
La asociación de especies leñosas forrajeras para
la alimentación animal es una práctica antigua. Sin
embargo, recientemente ha cobrado mayor atención
debido a la creciente necesidad de buscar alternativas
locales, que reduzcan la dependencia de insumos externos
y minimicen daños sobre los recursos naturales.
Algunas leguminosas producen alimentos ricos en
proteínas. En ciertas circunstancias los árboles pueden
producir más forraje que los cereales, caso del algarrobo
de las zonas secas del norte de África. Los árboles y los
arbustos pueden contribuir a asegurar una dieta nutritiva
para el ganado. Muchos árboles forrajeros son originarios
de zonas áridas y semiáridas, donde las condiciones
del medio son difíciles para el cultivo de los pastos
tradicionales; y en estos casos los animales no
podrían sobrevivir, sin embargo el pastoreo depende
exclusivamente de estos árboles (National Academy
of Sciences, 1979).
En muchas zonas tropicales donde la estacionalidad
del clima concentra las labores de arado y siembra en la
estación lluviosa, se necesitan muchos más animales de
los que pueden mantenerse con los alimentos producidos
dentro del sistema agrícola. Esto hace que el agricultor
tenga acceso a pastos o forrajes fuera de la explotación
agrícola, en este caso los bosques y matorrales son a
menudo la principal fuente suplementaria de alimentos,
y es allí donde los árboles forrajeros toman un papel
fundamental en la alimentación animal (Petit,1994).
Por lo tanto, cada vez se presta más atención a las
relaciones existentes entre las actividades forestales
comunitarias y la obtención de forraje: el potencial de
Judith Petit Aldana et al.
aumentar los suministros de forraje derivado de árboles y
bosques, y la necesidad de no interrumpir los suministros
actuales de forraje, así como las interacciones entre
agricultura y ganadería cuando la tierra se dedica a la
silvicultura (National Academy of Sciences, 1979).
Lo anterior, forma parte del panorama mundial del
manejo y uso de la tierra, en donde el papel del árbol como
estabilizador de suelos no ha sido tomado en cuenta.
Muchos árboles restablecen al suelo los nutrientes
que habían absorbido los cultivos, y como protegen el
humus, salvaguardan los suministros de fertilizantes
naturales (Petit, 1994).
En muchas zonas de los trópicos subhúmedos y
semiáridos, la producción ganadera se ve seriamente
limitada por la escasez y la baja calidad de forraje durante
la estación seca. El bajo contenido de proteína cruda es
la limitación más común de la producción ganadera de
los pastos nativos y algunos sistemas se han desarrollado
para complementar o mejorar la ingesta de proteína
cruda de los animales que pastorean en pastos nativos
mediante el acceso, ya sea por temporadas o todo el año.
Para ello se establecen áreas sembradas de leguminosas
arbóreas tropicales que forman lo que se conoce como un
banco de proteínas. Esta forma de disposición de una
alta calidad de forraje para el ganado se ha utilizado
con éxito utilizando Leucaena leucocephala como
suplemento alimenticio para el ganado en pastos
nativos (Solorio y Solorio, 2002).
En África y la India, los ganaderos confían excesivamente
en el pastoreo y el ramoneo como suplemento alimenticio,
particularmente en los últimos meses de la larga estación
seca que conlleva la escasez de alimentos. Por ejemplo,
se estimó para Botswana que 25% de la dieta anual
del ganado fue compuesta por ramoneos en árboles y
arbustos, también se observó que durante los meses de
mayor sequía del año, este consumo se eleva a un 45% y
representa esencialmente toda la proteína adquirida por
los animales (National Academy of Sciences, 1979).
Esta revisión discute los aspectos más importantes
de los sistemas asociados de especies arbóreas, los
cuales requieren de estrategias de manejo adecuadas
que puedan interactuar conjuntamente para lograr
un nivel equilibrado de productividad. Por ello, es
oportuno explicar las técnicas de manejo eficiente de
los nutrimentos, que se emplean como indicadores para
Asociación de especies arbóreas forrajeras para mejorar la productividad y el reciclaje de nutrimentos
determinar la productividad y sustentabilidad de los
sistemas agropecuarios. En este sentido, la búsqueda
y fomento de prácticas tendientes a maximizar la
productividad y eficiencia en el reciclaje de nutrimentos
se hace indispensable.
Situación actual de los sistemas de producción y
alternativas
El continuo crecimiento poblacional y la demanda por
alimento han sobrepasado la capacidad de los suelos para
mantener la productividad de manera constante, lo que ha
ocasionado la degradación ambiental poniendo en riesgo
la estabilidad productiva de los sistemas agropecuarios
(Craswell et al., 2004). El problema de la fertilidad
de suelos se encuentra estrechamente relacionado con
un balance negativo de nutrimentos y es uno de los
principales problemas a los que se enfrentan los sistemas
de producción agropecuarios (Craswell et al., 2004).
El balance de nutrimentos, es decir, la diferencia entre
las entradas y salidas de un sistema, es negativo en casi
todos los sistemas de producción actuales tradicionales
(Powell et al., 2004).
La remoción excesiva y constante de vegetación en el caso
de la ganadería resulta en un desbalance de nutrimentos
dejando los suelos sin suficientes reservas para mantenerse
productivos. El problema se agudiza cuando los nutrientes
“cosechados” no son, aunque sea en parte, regresados a su
lugar de origen tal es el caso de la ganadería extensiva con
base en pastizales. Estos aunque se mantienen productivos
los primeros años son de mala calidad, principalmente
deficientes en nitrógeno (N) e insuficientes en la época de
secas, ya que declinan drásticamente su productividad.
Numerosos estudios en los trópicos han concluido que la
proteína y la energía son los principales elementos que limitan
la producción de los sistemas agropecuarios basados en pastos
(Ku-Vera et al., 1999).
Es de primordial importancia mantener la productividad de
los sistemas incorporando estrategias tendientes a mejorar la
fertilidad del suelo por medio de un reciclaje más eficiente
de nutrimentos entre los diferentes componentes de un
sistema agroforestal. Estos sistemas deben tener el potencial
de aportar nutrimentos a los sistemas de producción animal
principalmente de proteína, ya que es considerada el
factor principal que limita la producción animal en
los trópicos (Nair et al., 1999).
109
Las especies arbustivas juegan un papel principal en la
fertilidad de los suelos ya que incorporan N atmosférico
y reciclan cantidades significativas de nutrientes por
medio de producción e incorporación de hojarasca al
suelo (Chikowo et al., 2006; Sileshi y Mafongoya, 2007).
Estudios recientes indican que las arbustivas cuando
crecen en callejones producen aproximadamente 20 t
por ha de MS al año conteniendo alrededor de 358 kg de
N, 28 kg de P, 232 kg de K y 144 kg de Ca (Palm, 1995).
Las leguminosas como Leucaena (Huaxim) tienen la
capacidad de liberar en un tiempo corto más de 50%
del contenido total de nutrimentos como el N, K y el P
cuando se incorporan al suelo (Bossa et al., 2005), lo
cual indica la excelente calidad de la biomasa que estas
especies poseen para ser utilizadas en la recuperación
de suelos degradados.
El asociar especies podría ser una estrategia para mejorar
la fertilidad del suelo como es el caso de asociar especies
fijadoras de N atmosférico con especies no leguminosas.
Datos exploratorios indican que la mezcla del follaje
de especies de diferente calidad con una relación C/N
baja puede favorecer la descomposición el follaje de
otra especie de baja calidad, adicionalmente fomentan
significativamente el reciclaje de nutrimentos en sistemas
de cultivos asociados (Forrester et al., 2005).
Sin embargo, la dinámica de estos nutrimentos y como
pueden estar relacionadas estas diferencias en tasa
descomposición son aún desconocidas, ya que los
estudios de producción y descomposición de materia
orgánica (MO) de especies que crecen asociadas han sido
escasos (Forrester et al., 2006) pero con resultados muy
prometedores en cuanto a la calidad y pertinencia en la
liberación e incorporación de nutrimentos al suelo ya
que ocurre un mayor flujo de estos nutrimentos causados
principalmente por las diferencias en la composición
química y propiedades físicas de la hojarasca originadas
por las distintas especies (Hättenschwiler et al., 2005).
Adicionalmente, las arbustivas como L. leucocephala
y Moringa oleífera son especies de rápido crecimiento
que producen considerables cantidades de biomasa de
excelente calidad para alimentar animales (rumiantes y
monogástricos), principalmente como suplemento de
pasturas en la época de escasez (Gutteridge y Shelton,
1994). Leucaena puede fijar aproximadamente 70% del
N que necesita (Van Kessel et al., 1994). Si se considera
de que en sistemas asociados se incrementa los niveles
de N por consiguiente también se incrementa el área
foliar y la captura de luz y fotosíntesis y por tanto se
incrementa la calidad y producción total del sistema
(Smethurst et al., 2003). Estudios agroforestales han
mostrado que una gran proporción del N fijado puede
ser transferido a las plantas no leguminosas asociadas
(Crews y Peoples, 2005); sin embargo, los procesos
que explican dichas interacciones entre especies
arbóreas cuando estas se encuentran asociadas no han
sido dilucidados del todo (Moyer-Henry et al., 2006).
En el sistema suelo-planta, los nutrimentos de la planta
están en un estado de continua transferencia dinámica.
Las plantas toman los alimentos del suelo y los utilizan
para los procesos metabólicos. Algunas de las partes
de la planta tales como hojas y raíces muertas vuelven
al suelo durante el crecimiento vegetal, y dependiendo
del tipo de utilización del suelo y de la naturaleza de las
plantas, las partes de la planta son adicionadas al suelo
cuando son cosechadas (Nair, 1993).
La hojarasca o biomasa agregada se descompone a través
de los microorganismos del suelo, y los nutrimentos
que han sido confinados en las partes de las plantas
son liberados al suelo donde llegan a estar una vez más
disponibles para ser tomados de nuevo por las plantas.
En sentido limitado, el ciclo de nutrientes se refiere a
esta continua transferencia de nutrimentos del suelo a
la planta y de vuelta al suelo. En un sentido amplio el
ciclo de nutrientes implica la continua transferencia de
nutrimentos dentro de los diferentes componentes del
ecosistema e incluye procesos como: la meteorización
de los minerales, actividades de la biota del suelo, y otras
transformaciones que ocurren en la biosfera, atmósfera,
litosfera e hidrosfera (Jordan, 1985).
Los sistemas agroforestales y otros sistemas basados
en árboles son reconocidos como más eficientes en
el ciclo de nutrientes que muchos otros sistemas,
porque la presencia del componente leñoso sugiere
efectos beneficiosos sobre el suelo. Estas leñosas
perennes tienen, teóricamente, sistemas radiculares
más extensos y profundos que las plantas herbáceas,
puesto que tienen un potencial para capturar y reciclar
una gran cantidad de nutrimentos. La contribución de
la hojarasca a la superficie del suelo es probablemente
mayor que aquella de las plantas herbáceas (Nair, 1993).
Contribución de los sistemas agroforestales al ciclo
de nutrimentos
Una representación esquemática del patrón general
del ciclo de nutrientes en un sistema agroforestal en
comparación con un sistema agrícola y un sistema forestal
se muestra en la Figura 1. Se puede observar que los ciclos
del N, P, K y otros elementos, varían considerablemente, y
deben ser considerados en forma individual. No obstante,
todos ellos tienen algunas características comunes tal
como se indica en el modelo. El ciclo consiste de entradas
(ganancias), salidas (pérdidas) y transferencia y retorno
dentro del sistema. Las rutas de estas ganancias, pérdidas
y transferencias también son similares: las entradas a
través de fertilizantes, precipitación, polvo, materiales
orgánicos fuera del sistema, y fijación de N, así como
meteorización de las rocas (por otros elementos);
las principales salidas se derivan de la erosión,
percolación, y de la cosecha de los cultivos (para todos
los nutrimentos), desnitrificación y volatización (por
N) y combustión (por N y S).
Los ecosistemas forestales representan ciclo de
nutrientes en sistemas cerrados y eficientes, esto significa
que estos sistemas tienen altas tasas de retorno y bajas
tasas de pérdidas (así como también de ganancias), en
otras palabras, son autosostenibles. Por otra parte, los
sistemas agrícolas a menudo son abiertos o permeables,
lo que significa que el retorno dentro del sistema es
relativamente bajo y las pérdidas así como las ganancias
son comparativamente altas. El ciclo de nutrientes en
sistemas agroforestales está entre estos dos extremos,
más nutrimentos en el sistema son reusados por las
plantas antes de que se pierdan del mismo. La principal
diferencia entre sistemas agroforestales y otros usos de la
tierra yace en la transferencia o retorno de los nutrimentos
dentro del sistema de un componente a otro, y de la
posibilidad del manejo del sistema o sus componentes
para facilitar el aumento de las tasas de retorno sin afectar
la productividad total del mismo (Nair,1993).
Ecosistema Agroforestal (ideal)
Poco o nulo reciclaje por
las plantas
Poco aporte de hojarasca
Poca lixiviación de follaje
LLUVIA
Gran
exportación
de nutrientes
Nutrientes en la
lluvia no captada
Aportación de
fertilizantes
Caída de hojarasca
Liberación debido
a la descomposición
de raíces
Lixiviación
ligera
--
Extracción por
las raíces más profundas
Acumulación superficial
de raíces
Uso complementario
de nutrientes
Erosión severa
por escorrentía
Fuerte lixiviación, especialmente
durante la época sin cultivo
Liberación por intemperización
Pérdida considerable
del sistema (producción)
---
Pérdida pequeña
Pequeña
erosión por
escorrentía
Poca erosión
Liberación por la
descomposición de raíces
Extracción de
las capas más profundas
del suelo
Liberación por intemperización
--
Asociación
con micorrizas
Pérdida pequeña
---
Microclima
favorable
Árboles de forma y sistemas
radicales deseables y con
manejo apropiado
Gran exportación
compensada por la
circulación dentro del
sistema y el uso eficiente
LLUVIA
Gran volumen
de canopia
Adición por calidad
de hojarasca
Superficie
del suelo
Sistema Agrícola (común)
Aportación
de materia
orgánica: podas
Ecosistema Forestal (común)
111
Figura 1. Representación esquemática de las relaciones de nutrimentos y ventajas de un sistema agroforestal
“ideal”en comparación con sistemas forestales y agrícolas. Fuente: Nair (1993).
Mejoramiento de la eficiencia del ciclo de nutrientes
a través del manejo
Los sistemas agroforestales proporcionan una oportunidad
para modificar el ciclo de nutrientes a través del manejo,
cuando se comparan con sistemas agrícolas, el cual
resulta en el uso más eficiente de los nutrimentos del
suelo, sin agregados externos (tal como los fertilizantes)
o la disponibilidad a través de procesos naturales (e.g.,
la meteorización). Los mecanismos fundamentales
que contribuyen a un eficiente ciclaje de nutrientes,
así como también a otras consideraciones en sistemas
agroforestales, las resume Nair (1993) a como sigue:
1) hay un potencial para mejorar la absorción de nutrimentos
desde los horizontes más profundos del suelo.
2) las ganancias de la fijación simbiótica de N por los
árboles pueden ser mejoradas a través de la selección de
especies de árboles y las mezclas de estos.
3) los nutrimentos liberados desde la biomasa del árbol
pueden ser sincronizados con los requerimientos del
cultivo al controlar la calidad, cantidad, tiempo y método
de aplicación de las podas, como el abono, especialmente
en cultivos en callejones.
4) prácticas de manejo que conducen a mejorar el estado
de materia orgánica en el suelo, inevitablemente conducirán a
mejorar el ciclo de nutrientes y la productividad del suelo.
5) otra consideración principal de manejo en agroforestería
es la posibilidad de reducir la pérdida de nutrimentos a
través de métodos de conservación de suelos.
El papel de las plantaciones mixtas
Las plantaciones mixtas son plantaciones con dos o más
especies, que pueden estar constituidas tanto por varias
especies principales como por una o más especie(s)
principal(es) asociadas a una o más especie(s) secundaria(s),
sean éstas arbóreas o arbustivas.
Las plantaciones mixtas tienen el potencial de aumentar la
producción de biomasa y el secuestro de carbono (Kaye et
al., 2000; Resh et al., 2002; Binkley et al., 2003; Bauhus et
al., 2004), así como otros beneficios, entre ellos la mejora
de la fertilidad del suelo y el ciclaje de nutrientes (Binkley
et al., 2000; Montagnini, 2000), la protección contra plagas
y enfermedades, y la conservación de agua (FAO, 1992;
Montagnini, 2000). Además, pueden funcionar como un
sistema silvicultural para la producción de madera de
alto valor y una gama más amplia de productos (Keenan
et al., 1995; Montagnini et al., 1995; De Bell et al.,
1997). Por lo tanto, las plantaciones mixtas, puede ser
utilizada para satisfacer una amplia gama de objetivos
económicos, silvicultura, y sostenibilidad. El éxito
de una plantación mixta dependerá de los objetivos
específicos del rodal. Por otra parte es difícil predecir qué
combinaciones de especies conducirán a los aumentos
en productividad en las plantaciones mixtas cuando
no existe ninguna información. Esto depende no
sólo de las cualidades de la especie, sino también
de factores del sitio tales como disponibilidad del
agua y de alimento (Forrester et al., 2005).
de la tierra, permitieron concluir que no hay suficiente
evidencia de que los árboles fijadores de N crezcan mejor
que los no fijadores (Puri y Naugraiya, 1998, citado por
Ferrari y Wall, 2004), aunque no se verificó si los árboles
tenían nódulos o si estaban fijando N.
La mayoría de los suelos pobres en el mundo son
deficitarios en N y en P (Hussein Zahran, 1999). La
fijación biológica de N (FBN) puede ser utilizada como
una herramienta de mejora en esos casos. Las hojas de los
árboles fijadores de N (AFN) se suelen usar para mejorar
la fertilidad de suelos pobres ya sea en forma de mantillo
o de abono verde; esta hojarasca suele ser de rápida
descomposición aunque existen grandes diferencias entre
géneros (Binkley y Giardina, 1997).
En Puerto Rico, se realizó un estudio en plantaciones
mixtas, entre Casuarina equisetifolia, L. leucocephala y
Eucalyptus robusta. La mezcla Casuarina-Leucaena tuvo
la mayor biomasa tras cuatro años de crecimiento mientras
que la biomasa de Eucalyptus en la mezcla con Leucaena
fue menor que en el monocultivo (Parrotta et al., 1994),
indicando que el beneficio de una mejor nutrición de N
puede ser mitigado por competencia por otros nutrientes
del suelo (Binkley y Giardina, 1997).
Cuando se utilizan AFN en sistemas agroforestales, la
liberación de nutrientes desde la hojarasca debe estar
en sincronía con la demanda del cultivo para obtener el
beneficio buscado (Powell, 1995). En la rehabilitación
de suelos agotados por actividades agrícola-ganaderas
intensivas se han utilizado pasturas y cultivos perennes o
anuales (Francis et al., 1999) y también la reforestación con
AFN como Acacia mangium, Alnus spp., Casuarina spp., L.
leucocephala, Mimosa scabrella y Paraserianthe falcataria
(Halenda, 1990; Halenda y Ting, 1993; Powell, 1995). El
mayor crecimiento de los AFN respecto de los no fijadores
puede generar en aquellos una mayor demanda de nutrientes
del suelo, especialmente de N, P y Mg (Binkley y Giardina,
1997), situación que puede limitar su crecimiento.
Los suelos de Hawai presentan limitaciones en N para
el crecimiento de Eucalyptus, por lo cual se ensayan
plantaciones mixtas con AFN. En la costa húmeda
de Hamakua en Hawai (4 600 mm anuales de lluvia),
Eucalyptus saligna creció más en cinco años en mezclas
50:50 con Acacia melanoxylon (acacia australiana) o con
Paraserianthes falcataria que en la plantación pura. En
otro experimento, la mezcla Eucalyptus-Paraserianthes
(50:50) sin fertilización durante seis meses creció más
que una plantación pura de Eucalyptus fertilizada cada 6
meses con N durante los tres primeros años. En cambio en
la costa sudeste más seca (1 700 mm anuales) la mezcla
no funcionó tan bien. Se concluye que en la costa húmeda
la necesidad de fertilizar Eucalyptus con N después del
primer año pudo ser reemplazada por plantaciones mixtas
50:50 con Paraserianthes falcataria (Schubert et al.,
1988; citado por Ferrari y Wall, 2004).
En suelos infértiles de Malasia, abandonados por agricultura
migratoria, Acacia mangium creció más que L. leucocephala
y mostró una buena producción de hojarasca que contribuyó
a estabilizar el sitio contra la erosión (Halenda, 1988). Por
el contrario, experimentos realizados en suelos de India
empobrecidos por décadas de deforestación y mal uso
En suelos deficientes en N, la selección de genotipos puede
ser importante dada la diversidad genética observada en
algunas especies en cuanto a la FBN; en un experimento con
Casuarina spp. las plantas de distintos orígenes inoculadas
con Frankia tuvieron crecimiento más variable que las plantas
bien fertilizadas con N mineral (Sanginga et al., 1990).
Los AFN, pueden estimular el crecimiento de la vegetación
vecina debido a la descomposición de sus hojas, a la
exudación radicular de N fijado y a la intervención de las
micorrizas (Binkley y Giardina, 1997).
Otros experimentos realizados en Hawai, referidos
por Binkley y Giardina (1997), demostraron que la
productividad de las plantaciones mixtas dependería
de complejas interacciones entre el suministro de
recursos y la eficiencia de uso de los mismos, así como
de características propias de cada sitio.
Los tres tipos más importantes de interacciones que
pueden presentarse en plantaciones mixtas son: la
competencia, reducción de la competencia, y facilitación
(Vandermeer, 1989; Kelty, 1992). La competencia se
produce cuando las plantas interactúan y al menos
una especie ejerce un efecto negativo sobre la otra
(Vandermeer, 1989). La reducción de la competencia se
produce cuando la competencia ínterespecífica por la
limitación de recursos en la asociación es más débil que la
competencia intra-específica en los monocultivos (Kelty
y Cameron, 1995). Esto ocurre a menudo, cuando hay
una repartición de los recursos, ya sea superficial (luz)
o subterráneo (agua o nutrimentos) (Kelty y Cameron,
1995; Casanova et al., 2007).
La facilidad se produce cuando una especie tiene un
efecto positivo en la otra especie (Vandermeer, 1989),
por ejemplo, cuando las especies que fijan el N aumentan
el crecimiento de otra especie. Las plantaciones de
especies m i x t a s s e r á n m á s p r o d u c t i v a s q u e l o s
monocultivos, en el caso de que la facilitación
y reducción de la interacción por competencia
superen las interacciones competitivas.
Uno de los objetivos principales de la plantación de
especies fijadoras de N con árboles como Eucalyptus
spp, es aumentar la disponibilidad de N a través de la
fijación simbiótica y la aceleración de las tasas del ciclaje
de nutrientes. En un ensayo de plantaciones mixtas de
Eucalyptus globulus y Acacia mearnsii, el aumento en
la disponibilidad de nutrientes surgió a los 25 meses,
cuando los incrementos en las concentraciones de N
en el follaje senescente de E. globulus se produjo en
las plantaciones mezcladas en comparación con las
plantaciones puras (Khanna, 1997).
Existen varios mecanismos mediante los cuales la
disponibilidad de N se haya incrementado para E.
globulus en asociación con A. mearnsii: 1) las especies
que no fijan N pueden utilizarlo después que la planta
y los tejidos microbianos mueren y se descomponen
expulsando el N para así completar su ciclo en el
ecosistema (Van Kessel et al., 1994; May y Attiwill,
2003); 2) también el N puede ser transferido entre las
plantas vía exudación de la raíz o por las conexiones de las
113
micorrizas entre los sistemas radiculares, cuando ambas
especies forman simbiosis con las mismas micorrizas.
Eucalyptus spp. y Acacia spp. pueden formar simbiosis
con los hongos de la micorriza arbuscular (Bellei et al.,
1992; Adjoud-Sadadou y Halli-Hargas, 2000).
Sin embargo, no hay evidencias que este proceso ocurra en
mezclas de eucaliptos y de acacias; 3) porque las plantas
fijadoras de N, a menudo dependen mucho del N fijado, el
cual puede estar entre 10% hasta aproximadamente 100%
del usado por la planta fijadora (Binkley y Giardina,
1997; Khanna, 1998; Fisher y Binkley, 2000; May y
Attiwill, 2003) y así, más N puede estar disponible en
el suelo para las plantas antes que N fijado sea ciclado y
transferidos a los árboles de Eucalyptus globulus.
Las tasas de fijación de N son muy variables y en general son
causadas por los mismos factores que afectan el crecimiento
de las plantas (Danso et al., 1992; Binkley y Giardina, 1997;
Fisher y Binkley, 2000). Las altas tasas de fijación de N (>50
kg ha-1 año-1) se han estimado para muchas especies, por
ejemplo, L. leucocephala y Facaltaria molucanna (Binkley,
1992; Binkley y Giardina, 1997; Khanna, 1998; Fisher y
Binkley, 2000; May y Attiwill, 2003). Sin embargo, algunas
especies fijadoras de N como A. melanoxylon parecen tener
bajas tasas de fijación de N (<10 kg ha-1 año-1), y pueden
no ser capaces de contribuir de manera significativa a la
nutrición de las especies no fijadoras de N. La capacidad de
facilitación de estas especies dependerá de sus habilidades
para realizar el ciclo de nutrientes.
Además de los aumentos en la disponibilidad de N a través
de la fijación simbiótica, mediciones en hojarasca mostraron
que las tasas de ciclaje de N y P fueron significativamente
mayores en las parcelas que contienen sólo 25% A. mearnsii,
en comparación con E. globulus en plantaciones puras
(Forrester et al., 2004). Las parcelas que contienen sólo A.
mearnsii también tuvieron altas tasas de descomposición
de la hojarasca en comparación con las plantaciones
puras de E. globulus. Incrementos similares en el ciclo
de nutrientes o en la disponibilidad de N y P de especies
fijadoras de N han sido observados en otros estudios, tanto
en plantaciones y bosques nativos, incluyendo algunas
comunidades con mezcla de especies que contienen
Eucalyptus (Binkley et al., 2000; May y Attiwill, 2003).
Es importante señalar que los aumentos en el ciclo del N
y en la disponibilidad de plantas fijadoras de N, pueden
influir en la disponibilidad de otros nutrientes (Binkley
et al., 2000; Kaye et al., 2000).
El efecto de las plantas fijadoras de N sobre el ciclo de
nutrientes en plantaciones mixtas depende de la cantidad
de N (y de otros nutrimentos) en la hojarasca y de la
velocidad a la que estos nutrimentos son liberados a través
de la descomposición. Para aumentar efectivamente las
tasas del ciclo de nutrientes en plantaciones mixtas,
las especies fijadoras de N deben producir grandes
cantidades de hojarasca fácilmente descomponible.
Incluso especies con bajas tasas de fijación de N (<10
kg -1 ha -1 año -1), pero con alto contenido de nutrientes
foliares pueden mejorar el ciclo de nutrientes en rodales
mixtos. En plantaciones mixtas de 11 años de edad, en
mezclas 1:1 de E. globulus y A. mearnsii, cayeron 44 kg
de N ha-1año-1 de hojas en el mantillo en comparación con
plantaciones puras E. globulus que aportaron 14 kg de N
ha-1 año-1 y las tasas de descomposición fueron del 0.56 y
0.32 año-1, respectivamente (Forrester et al., 2004).
Pocos estudios han examinado los mecanismos
responsables del crecimiento resultante de una alta
disponibilidad de N en rodales mixtos. Esa alta
disponibilidad puede acrecentar el crecimiento por
el aumento y la eficiencia del área foliar (Cromer y
Eldridge, 2001).
CONCLUSIONES
Esta revisión, evidencia que la asociación de especies
arbóreas forrajeras puede contribuir a la productividad
y sostenibilidad de los agroecosistemas.
Es de resaltar que las especies arbóreas poseen
elementos de alto valor nutricional que ayudan
a reducir problemas de fertilidad en los suelos;
incorporando hojarasca de buena calidad para un
eficiente reciclaje de nutrimentos y de esta manera
aumentar la posibilidad de mejorar la productividad
de la especie(s) asociada(s).
Del mismo modo, las leguminosas arbustivas pueden
establecer simbiosis con bacterias y hongos, que
mejoran la disponibilidad de elementos limitantes
para su crecimiento.
La asociación de especies arbóreas, puede utilizarse para
satisfacer una amplia gama de objetivos productivos,
ecológicos y económicos. Sin embargo, esto no sólo depende
de las características de las especies, sino también en
gran medida de los recursos disponibles del sitio, tales
como; luz, agua y nutrimentos del suelo, así como
también del manejo del agroecosistema.
Es importante señalar que existen vacíos de investigación
sobre este tema en la literatura, específicamente con
especies arbóreas forrajeras, puesto que la mayoría
de trabajos se han realizado para especies arbóreas
maderables en plantaciones forestales.
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PSILOIDEOS Y CICADÉLIDOS EN EL CULTIVO DE LA PAPA EN EL BAJÍO,
GUANAJUATO, MÉXICO*
PSYLLOIDS AND LEAFHOPPERS ON THE POTATO CROP IN EL BAJIO,
GUANAJUATO, MEXICO
Antonio Marín Jarillo1§, Rafael Bujanos Muñiz1 y Felipe Delgadillo Sánchez1
Entomología, Campo Experimental Bajío, INIFAP, km 6.5 carretera Celaya-San Miguel de Allende, Celaya, Guanajuato C. P. 38010 Celaya, Guanajuato. México. Tel.
01 461 6115323. §Autor para correspondencia: [email protected], [email protected] y [email protected].
1
RESUMEN
El objetivo de este estudio fue identificar los psiloideos y
chicharritas presentes en una localidad de la región productora
de papa del estado de Guanajuato, México. La investigación
se realizó durante dos ciclos agrícolas del cultivo en 2003,
se utilizaron charolas amarillas (trampas) con agua. Los
géneros y especies de psílidos colectados fueron: Bactericera
cockerelli (Sulcer.), Paracarsidara gigantea (Crawford),
Paratrioza maculipenis (Crawford), Heteropsilla texana
(Crawford), y Rhinopsylla prob antennata (Crawford).
Los géneros y especies de chicharritas colectadas fueron:
Carneocephala sp., Empoasca kraemeri Ross & Moore, E.
mexara Ross & Moore y E. solana DeLong, Elymana sp.,
Oncopsis sp., Phera centrolineata (Signoret), Scaphytopius
sp., Agallia barretti Ball, Paraphlepsius sp., Agalliopsis sp.,
Aceratagallia sp. y Draeculacephala minerva Ball.
Palabras clave: chicharritas, papa, psiloideos.
ABSTRACT
The aim of this study was to identify the psylloids and
leafhoppers present at one locality in the potato production
region of the state of Guanajuato, Mexico. The work was
carried out during two crop cycles in 2003, using yellow traps
with water. The genera and species of psylloids collected
were: Bactericera cockerelli (Sulcer.), Paracarsidara
gigantea (Crawford), Paratrioza maculipenis Crawford,
Heteropsilla texana Crawford, and Rhinopsylla prob
antennata (Crawford).The genera and species of leafhoppers
collected were: Carneocephala sp., Empoasca kraemeri Ross
& Moore, E. mexara Ross & Moore and E. solana DeLong.,
Elymana sp., Oncopsis sp., Phera centrolineata (Signoret),
Scaphytopius sp., Agallia barretti Ball, Paraphlepsius sp.,
Agalliopsis sp., Aceratagallia sp. and Draeculacephala
minerva Ball.
Key words: leafhoppers, potato, psylloids.
En México el pulgón saltador del tomate/papa Bactericera
(=Paratrioza) cockerelli (Sulc.) transmite el fitoplasma
causante del “permanente del tomate” (Garzón et al., 2005)
y con base en los avances reportados por el mismo autor, se
infiere que el síntoma “punta morada” de la papa es causado
por un fitoplasma, el cual es transmitido por B. cockerelli
(Garzón, 2002). En los de Estados Unidos de América,
México y Centro América fue detectado un defecto en las
papas al momento de freírlas al que se le conoce como “zebra
chips” (ZC) cuyos síntomas foliares se asemejan a los de
la enfermedad conocida como “punta morada de la papa” o
“enfermedad del amarillamiento por psílidos”. A la fecha, el
agente(s) causal(s) y el vector(s) de ZC son desconocidos;
sin embargo, una inspección de los insectos asociados al
cultivo de papa en el estado de Texas, EUA y en los estados
productores de México indicaron que el psílido de la papa
Bactericera cockerelli (Sulc.), fue el insecto más común y
abundante en todos los campos afectados con los síntomas
de “zebra chips” por lo que se concluyó que existe una fuerte
asociación entre el pulgón saltador de la papa (B. cockerelli)
y la enfermedad “zebra chips” (Munyaneza et al., 2007 y
Munyaneza y Crosslin, 2008).
Poblaciones de formas adultas e inmaduras (huevecillos
y ninfas) de esta plaga son abundantes en cultivos de
papa, jitomate, tomate de cáscara y chile, además de otras
solanáceas silvestres, no así las poblaciones de chicharritas,
las cuales son bajas y sólo se encuentran sus formas adultas
ya que debido a la constante aplicación de plaguicidas
y a los hábitos de vida de estos insectos, la colonización
en los cultivos antes mencionados es casi imposible,
principalmente en el cultivo de la papa.
Antonio Marín Jarillo et al.
Se tomó como base la encuesta realizada por la Comisión
Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad
(CONABIO), 1995, en la que se enlistan las instituciones
nacionales que cuentan con colecciones entomológicas,
en búsqueda de los registros de ejemplares de la familia
Cicadellidae y la superfamilia Psylloidea o especialistas en
la identificación de estos grupos.
En campo, los especímenes utilizados para la realización
del presente estudio fueron colectados en charolas
amarillas (trampas) con agua con una pizca de jabón,
colocadas fuera y dentro del cultivo de papa siempre a una
altura en la cual sobrepasaran el follaje de estas plantas
durante dos ciclos agrícolas de 2003, en “La Escondida”
localizado en el municipio de León, Guanajuato a 1 785
m y coordenadas 21 o 01’ 41.8’’ longitud oeste y 101 o
43.6’ 51’’ latitud norte, la localidad antes mencionada fue
referenciada geográficamente con un GPS de 12 canales
XL marca GARMIN.
Las chicharritas son insectos comunes en diversos cultivos
de importancia económica en México, varias de sus especies
causan daños económicos a cultivos como frijol, maíz,
betabel, jitomate, remolacha, alfalfa, aguacate, melón,
tabaco, vid, algodón, henequén y arroz entre otros. Su
daño directo (alimentación) es mínimo comparado con la
transmisión de agentes patógenos causantes de diversas
enfermedades como el virus del enrollamiento de la
punta, amarillamiento del aster, punta morada y el agente
virescente (BLTVA) transmitido por la chicharrita del
betabel (Munyaneza, 2003). Al igual que los insectos antes
mencionados, las poblaciones de formas adultas e inmaduras
(huevecillos y ninfas) del pulgón saltador del tomate/papa
Bactericera (=Paratrioza) cockerelli (Sulc.) son abundantes
en los cultivos de papa, jitomate, tomate de cáscara y chile,
además de otras solanáceas silvestres.
El material colectado se almacenó en frascos que contenían
solución de alcohol al 70% y en el laboratorio de entomología
del Campo Experimental Bajío, se realizó la separación de
las chicharritas y psílidos, así como la aclaración de genitales
masculinos útiles en la identificación de las especies de
estos grupos; y con ayuda de claves dicotómicas de diversos
autores (Osborn, 1928; Medler, 1942; DeLong, 1948;
Nielson, 1968 y Sterling, 1982) se realizó la identificación
de subfamilias, géneros y especies de la familia Cicadellidae
y para la identificación de ejemplares de Psylloidea se
utilizaron claves de Crawford 1910a, Crawford 1910b,
Crawford 1911a, Crawford 1911b, Crawford 1911c;
Crawford 1914; Caldwell y Martorell, 1952 y Brown y
Hodkinson, 1988. Las observaciones fueron realizadas
con un microscopio estereoscópico marca ZEISS Stemi
2000-C. Los ejemplares referidos en esta investigación
se encuentran depositados en la colección nacional
de insectos del Instituto Nacional de Investigaciones
Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), localizada en
el Campo Experimental Bajío (Celaya, Guanajuato).
Los psílidos y chicharritas tienen un papel importante en
la transmisión de agentes fitopatógenos y en México pocos
son los trabajos sobre taxonomía, biología, comportamiento,
distribución, etc. de estos grupos de importancia económica,
por lo cual se estableció como objetivo del presente
trabajo el conocer las especies de estos insectos que están
reportadas sobre el cultivo de papa en una localidad de
León, Guanajuato, México, en 2003.
En la consulta realizada se encontraron 21 colecciones de
insectos de diversas instituciones nacionales, de estas sólo
dos cuentan con ejemplares de la familia Cicadellidae; la
colección del Colegio de Postgraduados, Campus Tabasco
y la colección nacional de insectos (CNI) del INIFAP;
la primera cuenta con 530 ejemplares sin identificar y la
segunda con 1 514 ejemplares identificados y montados
en seco que representan a 88 géneros y 205 especies así
Psiloideos y cicadélidos en el cultivo de la papa en el Bajío, Guanajuato, México
como con 5 823 especímenes almacenados en alcohol al
70% representados por 27 géneros y 44 especies las cuales
fueron identificadas en el Departamento de Agricultura de
los Estados Unidos (USDA) por el Dr. J. P. Kramer de 1977
a 1987. En cuanto a colecciones de psiloideos sólo la CNI
del INIFAP cuenta con ejemplares de la superfamilia
Psylloidea, la cual contempla 1 624 ejemplares que
representan a 10 géneros y 12 especies.
En campo durante el ciclo agrícola iniciado en febrero de
2003, el número máximo de chicharritas adultas colectadas
fue de 11 y 9 ejemplares en plantas arvenses y en el cultivo
de papa respectivamente, ambos en el mes de marzo.
En el segundo ciclo iniciado en septiembre 2003, el número
máximo de chicharritas colectados en cultivo de papa
fue de 20 especímenes atrapados en los primeros días de
la segunda quincena de noviembre; en plantas arvenses
119
el número fue de 24 ejemplares colectados a finales de
diciembre y principios de enero 2004; esto debido a que
en esa fecha el follaje del cultivo había sido cortado
y las poblaciones de chicharritas se refugiaron en
las plantas arvenses.
En los dos ciclos agrícolas en que se llevó a cabo esta
investigación se identificaron 11 géneros de chicharritas
(Cuadro 1). Los géneros Carneocephala, Empoasca,
Oncopsis, Phera, y Agallia, fueron colectados durante
los dos ciclos agrícolas tanto en cultivo de papa como
en plantas arvenses. Los géneros Paraphlepsius,
Aceratagallia y Draeculacephala sólo se encontraron
en plantas arvenses. La importancia de la presencia
de estos géneros radica en que algunas especies de
los mismos pueden ser transmisoras de diversas
enfermedades de tipo viral y representan una amenaza
permanente en el cultivo de papa.
Cuadro 1. Géneros de chicharritas identificados en dos ciclos agrícolas del cultivo de papa en “La Escondida”, León,
Guanajuato. 2003.
Género
Carneocephala
Empoasca
Elymana
Oncopsis
Phera
Scaphytopius
Agallia
Paraphlepsius
Agallopsis
Aceratagallia
Draeculacephala
I Ciclo agrícola- meses II - V
Papa
Arvenses
Núm.
ejemplares
3
24
2
3
1
1
14
0
0
0
0
(%)
6
51
4
6
2
2
29
0
0
0
0
Núm.
ejemplares
1
14
0
19
1
0
13
2
0
0
0
II Ciclo agrícola- meses IX - XII
Papa
Arvenses
(%)
2
28
0
38
2
0
26
4
0
0
0
Núm.
ejemplares
1
22
1
2
4
1
15
0
12
0
0
(%)
2
37
2
3
7
2
26
0
21
0
0
Núm.
ejemplares
4
21
6
13
4
1
9
1
20
1
1
(%)
5
27
7
16
5
1
11
1
25
1
1
Las especies identificadas en esta investigación fueron: Empoasca kraemeri Ross & Moore, E. mexara Ross & Moore y E. solana DeLong, Phera centrolineata (Signoret),
Agallia barretti Ball, y Draeculacephala minerva Ball.
En el monitoreo de psiloideos iniciado en febrero, se
detectaron las especies Bactericera cockerelli (Sulcer),
Paracarsidara gigantea Crawford y otras especies de
psiloideos. El número máximo de adultos de la primer
especie (15) se obtuvo en las trampas colocadas dentro del
cultivo de papa no obstante al uso intensivo de plaguicidas y
un sólo ejemplar se capturó en plantas arvenses; en estas, la
especie P. gigantea se presentó de manera constante pero
en poblaciones muy bajas lo que sucedió de igual manera
en el cultivo de papa (Figura 1). Tanto en el cultivo de papa
como en arvenses se presentaron otras especies de psílidos
las cuales se encuentran en proceso de identificación.
B. cockerelli
P. gigantea
A
Otros
16
12
AMARILLA
ADULTOS/TRAMPA
14
10
8
6
4
B. cockerelli
Otros
P. gigantea
6/V/03
29/IV/03
24/IV/03
21/IV/03
15/IV/03
10/IV/03
7/IV/03
3/IV/03
31/III/03
27/III/03
24/III/03
20/III/03
17/III/03
14/III/03
11/III/03
6/III/03
3/III/03
0
28/II/03
2
B
4.5
ADULTOS/TRAMPA
AMARILLA
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
6/V/03
29/IV/03
24/IV/03
21/IV/03
15/IV/03
10/IV/03
7/IV/03
3/IV/03
31/III/03
27/III/03
24/III/03
20/III/03
17/III/03
14/III/03
11/III/03
6/III/03
3/III/03
28/II/03
0
Figura 1. Especies de psílidos adultos atrapados con trampa amarilla (agua) en “La Escondida”, León, Guanajuato.
a) papa, y b) arvenses en el primer ciclo agrícola. 2003.
En el segundo ciclo agrícola iniciado en septiembre las
poblaciones de B. cockerelli y P. gigantea tanto en el
cultivo de papa como en las plantas arvenses que lo rodea se
incrementaron al término de la etapa fenológica del cultivo
y las poblaciones de otros psílidos fueron muy bajas (Figura
2). En los psílidos atrapados en “La Escondida” se observó
que las poblaciones de B. cockerelli y P. gigantea fueron
más abundantes en el ciclo otoño-invierno.
0 20
0
9/XII/03
3/XII/03
25/XI/03
6/V/03
29/IV/03
24/IV/03
21/IV/03
15/IV/03
10/IV/03
7/IV/03
3/IV/03
Otros
Otros
9/XII/03 6/V/03
24/IV/03
3/XII/03
29/IV/03
25/XI/03
21/IV/03
15/IV/03
P.gigantea
gigantea
P.
18/XI/03
11/XI/03
31/III/03
27/III/03
24/III/03
P. gigantea
gigantea
P.
18/XI/03
10/IV/03
3/IV/03
11/XI/03
7/IV/03
B.
B.cockerelli
cockerelli
4/XI/03
28/X/03
20/III/03
17/III/03
14/III/03
11/III/03
B.B.cockerelli
cockerelli
4/XI/03
31/III/03
24/III/03
28/X/03
27/III/03
17/X/03
20/III/03
17/X/03
0
17/III/03
10
14/III/03
7/X/03
0 20
7/X/03
6
6/III/03
8
3/III/03
10
30/IX/03
28/II/03
12
6/III/03
30/IX/03
11/III/03
23/IX/03
ADULTOS/TRAMPA
ADULTOS/TRAMPA
AMARILLA
AMARILLA
14
23/IX/033/III/03
28/II/03
ADULTOS/TRAMPA
ADULTOS/TRAMPA
AMARILLA
AMARILLA
121
A
16
100
90
80
70
60
4 40
50
2 30
B
Otros
Otros
16160
14
12
140
10
120
8
100
6 80
4 60
2 40
Figura 2. Psílidos adultos atrapados con trampa amarilla (agua) en “La Escondida”, León, Guanajuato. a)
papa, y b) arvenses en el segundo ciclo agrícola. 2003.
Las especies de psílidos colectadas dentro y fuera del
cultivo de la papa durante los dos ciclos agrícolas se
presentan en el Cuadro 2. B. cockerelli estuvo presente
en los dos ciclos agrícolas del cultivo de papa y en las
plantas arvenses que lo rodea sólo se atrapó un ejemplar
de P. gigantea en los meses de febrero a mayo. Las otras
especies de psiloidea presentes en las trampas amarillas
fueron Paratrioza maculipenis Crawford, Heteropsilla
texana Crawford y Rhinopsylla prob. antennata
(Crawford) la primera es muy parecida a B. cockerelli
y sólo se presentó en los meses de febrero a mayo; esta
especie desarrolla su ciclo de vida (huevecillo, ninfas y
adultos) sobre la jarilla amarilla (Senecio salignusDC.) la
cual es su hospedera, esta es una planta arvense de hábito
ruderal que crece en terrenos abandonados (Terrone
et al., 2004); esta planta se localiza fácilmente a orillas de
carreteras y terracerías así como en los alrededores de diversos
cultivos en la región de El Bajío. La especie Heteropsila
texana sólo fue colectada en trampas colocadas dentro del
cultivo de papa lo que no ocurrió con Rhinopsylla prob.
antennata la cual sólo se presentó en plantas arvenses.
R. prob. antennata pertenece a un grupo monofilético
junto con Bactericera Puton y Paratrioza Crawford las
cuales tienen cápsulas genitales, antenas y venación muy
similares a tal grado que pudieran llegar a ser sinónimos
(Brown & Hodkinson, 1988). A esta lista de especies se
deben agregar otras 10 especies de Psylloidea las cuales
están en proceso de identificación.
Cuadro 2. Especies de psiloidea colectados en trampa amarilla (con agua) en “La Escondida”, León, Guanajuato.
2003.
Género y/o especie
I Ciclo agrícola- meses II - V
Papa
Arvenses
II Ciclo agrícola- meses IX - XII
Papa
Arvenses
Núm.
ejemplares
(%)
Núm.
ejemplares
(%)
Núm.
ejemplares
(%)
Núm.
ejemplares
(%)
31
52
1
3
204
78
0
0
10
17
16
56
41
16
328
96
18
31
12
41
17
6
12
4
Bactericera
cockerelli
Paracarsidara
gigantea
Otros
CONCLUSIONES
Se identificaron cinco especies de psiloideos y 13 especies de
chicharritas asociados a papa cultivada y arvenses aledañas
en La Escondida, León, Guanajuato, México.
LITERATURA CITADA
Brown, R. G. and Hodkinson, I. D. 1988. Taxonomy and
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