Ambientes

Dos experimentos se establecieron el 23 de junio de 2019 en el Estado de México; uno en la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán de la UNAM (FESC-UNAM), que se encuentra en el área de influencia del Distrito de Riego 073 La Concepción, en el municipio de Cuautitlán Izcalli a 2253 m de altitud con 19° 41’ 48” N y 99° 11’ 36” O donde las normales de precipitación anual y temperatura media son 647 mm y 15.4 °C. El otro experimento se estableció en el Ejido de Huexotla, en el municipio de Texcoco a la altitud de 2243 m de altitud con 19° 29’ 33” N y 98° 54’ 24” O los valores normales de la estación más cercana (15170 Chapingo), que presentó precipitación de 618 mm y temperatura media de 16.4 °C. En Cuautitlán ingresaron 450 mm por precipitación durante el ciclo del maíz y la evapotranspiración del cultivo fue de 566 mm, estimada a partir de la fórmula de Penman Monteith; en Texcoco se aplicaron mediante riego convencional 335 mm de lámina bruta, uno para germinación y tres de auxilio cuando se observó marchitamiento en las plantas (38, 78 y 127 días después de la siembra), además, ingresaron 346 mm por precipitación para sumar en total 681 mm; la evapotranspiración del cultivo en este sitio fue de 611 milímetros.

Características edáficas

La caracterización físico-química del suelo de Cuautitlán y Texcoco fueron de forma respectiva como: conductividad hidráulica de 3.5 y 1.6 cm h^-1, materia orgánica 1.95 y 0.8%, textura franco-arcillosa y migajón arcillo limosa, densidad aparente de 1.02 y 1.2 g cm^-3, capacidad de campo de 25.6 y 34.9%, punto de marchitamiento permanente de 15.2 y 16.4%, porosidad de 48 y 50%, pH 7.2 y 5.4 unidades, CIC de 18.2 y 12.2 me 100 g^-1 SS, CE de 0.55 y 0.14 dS m^-1. En el ambiente de Cuautitlán el suelo presentó capacidad alta de almacenamiento de agua, pero con movimiento vertical alto cuando está saturado, la capacidad de almacenamiento de nutrientes es alta y bajo en carbonatos y sales, contenido medio de materia orgánica y pedregosidad menor al 1%. En el ambiente de Texcoco el suelo presentó baja capacidad de aireación debido al movimiento vertical bajo a saturación, contenido bajo de materia orgánica y presencia heterogénea de pedregosidad con arena a los 30 cm de profundidad. En el sitio Cuautitlán el suelo es phaeozem vértico (^{Flores-Román, Aguilera y Flores, 1981}) y en Texcoco es fluvisol mólico (^{Govaerts et al., 2008}).

Material genético y diseño experimental

En dos ambientes (factor A), uno en Cuautitlán (A1) y el otro en Texcoco (A2), se establecieron tres híbridos de cruza simple (factor G) generadas en la FESC UNAM: IA442 F × IA446 (G1), IA424 F × IA249 (G2), IA442 F × IA213 (G3), bajo siete condiciones de manejo del desespigue (factor D) como: testigo sin desespigue, eliminación de espiga (D) y eliminación de espiga más una hasta cinco hojas (D+1, D+2, D+3, D+4, D+5). Los tratamientos de desespigue se eligieron porque en producción de semilla las labores manuales o mecánicas eliminan hasta cinco hojas, como una recomendación para facilitar y mejorar la calidad del desespigue, evitando autofecundación (riesgo de contaminación con el polen de plantas hembras) y reduciendo la inversión en jornales. Los tratamientos se conformaron por la combinación de los niveles de los factores, como lo recomendó ^{Montgomery (2020)}, con 2A × 3G × 7D = 42 tratamientos, que se implementaron en unidades experimentales (UE) homogéneas de longitud 5.0 m y ancho 0.80 m, lo que implicó un tamaño de UE de 4 m². El diseño experimental fue factorial en tres bloques completos al azar.

Labores culturales

La preparación del terreno consistió en labranza primaria del suelo con el arado de discos, trituración de terrones con dos pasos de rastra en forma de cruz, distribución de fertilizante con boleadora y la conformación de los surcos en la dirección sur a norte con el arado. La siembra se realizó de forma manual con el suelo al 10% de humedad volumétrica, donde se distribuyeron 50 semillas a lo largo de la UE; la densidad final (70 mil plantas ha^-1) se definió en la etapa V3 mediante aclareo con una distancia entre plantas que en promedio fue de 0.17 metros.

La fertilización, como dosis única, se aplicó a la siembra con una mezcla física de las fuentes fosfato diamónico (18-46-00) y urea (46-00-00) para la dosis 80-40-00. El manejo de malezas se realizó utilizando control químico con Picloram 2,4 D-amina (2 L ha^-1), Atrazina (2 kg ha^-1) y Nicosulfurón (1.5 L ha^-1) con aplicación a la siembra y 30 días después de la siembra (DDS). No se presentaron plagas ni enfermedades con afectación severa. El riego solamente se aplicó en el ambiente de Texcoco para la germinación y por manejo convencional el productor aplicó tres riegos de auxilio cuando las plantas comenzaron a mostrar estrés hídrico a los 38, 78 y 127 DDS. En Cuautitlán no se aplicó riego porque con el balance hidroclimático se identificó que la humedad aprovechable no disminuyó más del 70 por ciento.

Variables respuesta

En la parcela se midió la floración femenina (FF), que se identificó a partir de la fecha de siembra, la altura de mazorca (AM) medida desde la superficie del suelo hasta el nudo de inserción en el tallo de la mazorca primaria. La cosecha se realizó en la segunda semana de diciembre en ambas localidades. En cada UE se recolectaron de forma manual todas las mazorcas para obtener el peso de campo (PC) y una muestra de cinco mazorcas se seleccionó para identificar las componentes del rendimiento.

Las determinaciones en laboratorio consistieron en la caracterización de la mazorca con variables como: la longitud de mazorca (LM), medida con un vernier, las hileras por mazorca (HM) y el número de semillas por hilera (SH) que se determinaron por conteo y el número de semillas de la mazorca (SM) por cálculo como HM × SH. El porcentaje de semilla (%S) se calculó a partir del peso de semilla con respecto al peso de la muestra de mazorcas con su raquis. El peso volumétrico (PV) y el porcentaje de humedad de la semilla se identificaron a partir de una muestra procesada en el aparato Stent Lite DICKEY-Jhon modelo GAC 2100. La materia seca (MS) de la semilla se calculó restando el contenido de humedad al peso de la semilla húmeda.

El rendimiento de semilla (RS) se determinó a partir de la expresión RS=(PC × MS × S × FC)/0.8771 donde, RS es el rendimiento de semilla en Mg ha^-1, PC es el peso completo de todas las mazorcas de la UE en Mg, MS es la fracción de materia seca, S es la fracción de semilla respecto al peso completo de mazorca, FC es el factor para convertir el rendimiento de la UE a una hectárea y 0.8771 es un factor para convertir el rendimiento en peso seco de semilla a un contenido de 14% que corresponde al contenido medio de humedad en la comercialización de la semilla del maíz.

La producción de los híbridos por unidad de agua utilizada durante su ciclo se determinó por medio de la utilidad del agua total UAT=RS/VT, donde; UAT, utilidad del agua total en kg m^-3, RS, rendimiento de semilla en kg ha^-1, y VT, volumen total por precipitación más riego en metros cúbicos por hectárea.

En la FESC-UNAM, al no aplicar riego, el VT se cuantificó sólo con el volumen acumulado por precipitación durante el ciclo del cultivo, en este sitio se utilizaron los registros de precipitación pluvial de la estación meteorológica FES-Cuautitlán (15 043). En Texcoco, el VT se cuantificó con el volumen por precipitación acumulado a partir de registros en la estación meteorológica Chapingo (15 170), más el volumen de riego que se identificó ponderando el caudal aforado por el tiempo de riego.

La verificación de los supuestos y el análisis de varianza (ANVA) se realizaron en el programa de computadora SAS 9.1 (^{SAS Institute, 2002}) y la comparación de las medias fue con el método de Tukey (p = 0.05).

Comparación de medias

La utilidad del agua entre ambientes mostró diferencia significativa y el valor mayor se presentó en Cuautitlán con 2.2 kg m^-3 y en Texcoco fue de 0.9 kg m^-3; la diferencia de 1.3 unidades en la utilidad representa un eficiente aprovechamiento del agua en Cuautitlán, pues se presentó mayor producción de semilla por consumo unitario de agua y estuvo relacionado con las características favorables del suelo en este ambiente.

El rendimiento promedio de semilla de 9.98 (Cuautitlán) y 6.39 Mg ha^-1 (Texcoco) tuvo una diferencia de 4.59 toneladas que representa una producción 56% mayor en Cuautitlán. La diferencia se relaciona con el efecto de las condiciones edáficas y climáticas de los ambientes, de modo que; en Cuautitlán el suelo propició almacenamiento de agua mayor y su disponibilidad para la planta en periodos donde hay un receso en la precipitación, aun cuando la evapotranspiración excedió en 116 mm el aporte total de agua; en cambio, en el sitio de Texcoco el suelo presentó baja capacidad de almacenamiento, lo que provocó déficit de agua, aun cuando el aporte superó en 70 mm a la evapotranspiración. La diferencia en rendimiento entre los ambientes que se presentó en este trabajo también se ha observado en otros estudios (^{Alonso-Sánchez et al. 2025}; ^{López-López et al., 2017}), por lo que, los riegos de auxilio en el ambiente de Texcoco deben considerar un balance hidroclimático, que involucre la capacidad de almacenamiento de agua en el suelo, para evitar la percolación y lixiviación de nutrientes como consecuencia del manejo deficiente del riego.

Debido al efecto de ambiente, el peso volumétrico, altura y longitud de mazorca, hileras y número de semillas por mazorca resultaron con diferencia significativa y fueron superiores en Cuautitlán (Cuadro 2); los resultados de estas variables se relacionan con el rendimiento mayor en Cuautitlán ya que ^{López-López et al. (2017)} reportaron correlación positiva de estas variables con el rendimiento de híbridos de cruza simple en ambientes del Valle de México.

El peso volumétrico en Cuautitlán fue superior en 4.66 unidades como una respuesta a la menor cantidad de agua total, que generó semillas más densas, este comportamiento también lo reportaron ^{Virgen-Vargas et al. (2016)} en un estudio de líneas progenitoras en Texcoco como respuesta de la semilla cuando la planta se somete a condiciones de restricción de humedad.

El promedio de la floración femenina fue igual en los dos ambientes (78 días) porque pertenecen a lo que fue la zona lacustre de la Cuenca de México donde los elementos del clima son similares por la altitud y latitud que influyen en la fenología de las plantas (^{Azcón Bieto y Talón, 2008}; ^{Virgen-Vargas et al., 2016}).

En Cuautitlán, la altura de mazorca fue mayor en 3.2 cm, así como la longitud mayor de mazorca (13.79 cm), que propició en promedio más semillas por hilera (26.9 semillas) y 39 semillas más por mazorca con respecto a Texcoco. Estos resultados también explican la producción mayor en este ambiente, como una respuesta de la relación directa de estas variables con el rendimiento de semilla, como lo reportaron ^{López-López et al. (2017)}.

La comparación entre genotipos mostró diferencia significativa y la utilidad mayor del agua la presentó IA442 F × IA213, con 1.9 kg m^-3 seguido de IA442 F × IA446 con 1.5 kg m^-3 y el más bajo IA424 F × IA249 con 1.3 kg m^-3, en ese mismo orden sus rendimientos fueron 9.88, 7.8 y 6.87 Mg ha^-1. El incremento en utilidad de IA442 F × IA213, fue del 46% respecto al más bajo ya que la diferencia en producción de semilla fue de 44% y existe una relación directa entre estas variables; bajo este resultado, esta cruza es sobresaliente para emplearla en la obtención de híbridos para Valles Altos donde la disponibilidad de agua es limitada. Lo anterior es importante, ya que se define a esta cruza simple, como alternativa, por sus ventajas, en el uso del agua y las perspectivas para generar híbridos de maíz.

Dentro de los ambientes se presentó el mismo comportamiento de los genotipos en su respuesta a la utilidad del agua, de modo que en Cuautitlán IA442 F × IA213, presentó 2.68 kg m^-3 y fue superior también en 46% respecto al más bajo IA424 F × IA249, con 1.84 kg m^-3; así también, en Texcoco IA442 F × IA213, tuvo la utilidad mayor de 1.12 kg m^-3, que fue superior en 42% respecto al más bajo IA424 F × IA249 el cual presentó 0.79 kg m^-3. Las diferencias en porcentajes son una medida del posible ahorro de agua, sin detrimento de la producción o incluso aumentándole por unidad de volumen. Mediante estos resultados, se observa la aptitud de los híbridos de cruza simple, al conformar materiales que sintetizan características deseables para su distribución en los ambientes con limitada cantidad de agua. Además, la producción de los híbridos de cruza simple por unidad de agua es un indicador de posible utilidad en la caracterización de ambientes, según su disponibilidad de agua, para la producción de semilla de híbridos. El genotipo IA442 F × IA213 sobresalió, ya que fue el valor superior en peso volumétrico con 74.3 kg hL^-1, este valor implicó semillas más densas que mejoraron su rendimiento; también, su floración resultó más precoz que el IA442 F × IA446, pero igual que IA424 F × IA249 y su altura de mazorca fue superior con 7.3 cm con respecto al más bajo IA424 F × IA249.

En el caso del factor desespigue y eliminación de hoja no se observaron diferencias significativas en la utilidad del agua ni en el rendimiento de semilla, pero los valores oscilaron de 1.5 a 1.7 kg m^-3 y de 7.79 a 9.05 Mg ha^-1, respectivamente, lo que sería conveniente y debería confirmarse en trabajos posteriores. El tratamiento con eliminación de la espiga mostró los valores superiores de estas dos variables, lo que se ubica en lo esperado, ya que, al eliminar la espiga, los fotosintatos, que se gastarían en la producción de polen, se dirigen a las estructuras que permanecen en la planta, lo que es importante, seguido del testigo sin desespigue donde se redujo en 11.7% la utilidad del agua y cuando se eliminaron la espiga y las hojas se redujo la utilidad en todos los casos en 23.5%. El mayor rendimiento del desespigue está relacionado con el ahorro energético que representa la eliminación de la espiga y con ello la falta de generación de polen, esta energía se traduce en rendimiento (^{Espinosa-Calderón et al., 2010a)}, que explica la utilidad mayor del tratamiento de desespigue. Sin embargo, la eliminación de las hojas resultó en disminución del rendimiento, así como de la utilidad del agua debido a que estos órganos son fábricas de fotosintatos hasta la madurez fisiológica; además, contienen reservas de nutrientes que se translocan al llenado de semillas (^{Azcón-Bieto y Talón, 2008}; ^{Castellanos et al., 2022}). La eliminación de las hojas, aunque puede reducir la pérdida de agua por transpiración y reducir el consumo de agua (se requiere evaluar el efecto de la eliminación de hojas en la reducción de la evapotranspiración), no representa una ventaja en la producción de semilla, esta definición es importante, porque permite adoptar el desespigue y eliminación de hojas para asegurar la calidad genética de los híbridos que se incrementan. El hecho de no sufrir reducción significativa del rendimiento cuando se eliminan hasta cinco hojas representa una oportunidad para que en las líneas fértiles se pueda realizar la eliminación de espiga de forma mecánica por debajo del nudo de inserción de la espiga sin afectar el rendimiento, pero favoreciendo el completo desespigue y control de calidad, evitando la contaminación con polen.

Los resultados mostraron que el desespigue y eliminación de hojas no contribuyen al incremento en la producción de semilla de maíz ni a la utilidad del agua, pero sí representan más trabajo de jornales, lo que eleva los precios unitarios de producción; sin embargo, esta actividad es indispensable en la producción de semilla híbrida de maíz. Bajo estos resultados, es más viable el uso de la técnica de la androesterilidad para los procedimientos de mejoramiento genético, para reducir costos como lo evidenciaron también ^{Martínez-Lázaro, Mendoza, García, Mendoza y Martínez (2006)} con híbridos isogénicos de maíz en el Colegio de Postgraduados y ^{Tadeo-Robles et al. (2014)} con híbridos androestériles de maíz en la FESC UNAM, e INIFAP, en el Estado de México.

Los resultados del factor desespigue y eliminación de hoja son acordes a lo que reportaron ^{Tadeo-Robledo et al. (2014)} quienes no encontraron efecto significativo en la producción de semilla cuando se eliminaron hasta dos hojas en cruzas simples que se evaluaron en tres ambientes del Estado de México, pero contravienen lo que reportaron ^{Macchi, Rincón, Ruíz y Castillo (2010)} y ^{Espinoza-Calderón et al. (2010a)} para los tratamientos desespigados, ya que identificaron rendimiento mayor de semilla respecto a la media de los materiales testigo.

En este trabajo la longitud de mazorca también fue mayor en el tratamiento de desespigue 13.37 cm, esta respuesta se ha relacionado con el ahorro energético al no producir polen y canalizar los carbohidratos a los sumideros (^{Azcón-Bieto y Talón 2008}; ^{Castellanos et al., 2022}). La longitud menor la presentó el tratamiento de desespigue más cinco hojas con 11.98 cm y es posible que se deba a la reducción en la elaboración de fotosintatos y la pérdida de reservas de las hojas (^{Virgen-Vargas et al., 2014}); en las variables PV, FF, ALM, HM, SH y SM no se observó diferencia significativa.

Interacción

La interacción ambiente con genotipo mostró utilidad del agua mayor en Cuautitlán con el genotipo IA442 F × IA213, (2.7 kg m^-3), esta interacción también sobresalió para longitud de mazorca (14.8 cm), semillas por hilera (29.9) y semillas por mazorca (493), pero la floración resultó más precoz (77 días) respecto a los otros híbridos de cruza simple (Cuadro 3); las respuestas anteriores probablemente pueden tener explicación en las líneas progenitoras, sus característica productivas respecto a otras líneas, así como el nivel de autofecundaciones que interaccionan con el ambiente más favorable (^{Virgen-Vargas et al. 2014}).

En Cuautitlán las condiciones del suelo como su mayor capacidad de almacenamiento de agua propiciaron menor déficit hídrico. En Texcoco, aunque se aplicó riego para complementar el requerimiento, el suelo tiene menor almacenamiento por el drenaje que propician la presencia de piedra y arena por debajo de los 30 cm; lo anterior generó déficit de agua en el suelo que posiblemente ocasionó un incremento de la resistencia al flujo del agua hacia las raíces; además, la aireación deficiente de la textura fina en la capa superficial (30 cm) también reducen la disponibilidad de agua a nivel radicular como lo reportaron ^{Navarro y Navarro (2013)}. La fertilidad del suelo también fue a favor de Cuautitlán, así como las condiciones climáticas como temperaturas más bajas, que repercutieron en la menor evapotranspiración (566 mm) respecto a Texcoco (611 mm). Las características edáficas y climáticas anteriores explican el desempeño sobresaliente de los genotipos en Cuautitlán respecto al ambiente de Texcoco.

En la interacción del genotipo IA424 F × IA249 con el ambiente Texcoco resultó con los valores más bajos de utilidad del agua (0.8 kg m^-3), longitud de mazorca (11.6 cm), semillas por hilera (24.6) y semillas por mazorca (368), además, también presentó los valores menores en el promedio general entre genotipo; estos resultados son la respuesta del efecto del genotipo y el fenotipo.

La interacción ambiente con los tratamientos de desespigue resultó significativa para floración femenina, longitud de mazorca, semillas por hilera y semillas por mazorca (Cuadro 4). En Cuautitlán, la longitud de mazorca y semillas por hilera fueron superiores con D + 2 hojas que resultaron con 14.4 cm y 28 semillas respectivamente, también el número de semillas por mazorca (454) fue superior en ese ambiente, pero con D + 4 hojas, los resultados se relacionan con el ahorro energético que propicia el desespigue (^{Espinosa-Calderón et al., 2010a}; ^{Virgen-Vargas et al., 2016}). En Texcoco se presentaron los valores menores cuando se aplicó D + 5 hojas lo que resultó en 10.7 cm de longitud de mazorca, 23 semillas por hilera y 350 semillas por mazorca, el diferencial entre ambientes se explica por sus condiciones edáficas y climáticas particulares. La floración femenina más tardía se presentó en Cuautitlán con 80 días para el testigo sin desespigar como una respuesta a la disponibilidad de agua, en cambio, la menor fue de 77 días para D + 5 hojas en el mismo ambiente; posiblemente se explica como una respuesta fisiológica de la planta al desespigue y eliminación de hojas que adelantan la floración femenina.

En otros trabajos como el de ^{Espinosa-Calderón et al. (2010a)} y el de ^{Tadeo-Robledo et al. (2014)} también se han reportado las interacciones del ambiente con los tratamientos de desespigue y eliminación de hojas en variables como la longitud de mazorca y semillas por hilera; en contraste a los resultados de este trabajo, en aquellos también se reportaron efectos de esta interacción sobre el rendimiento de semilla.

Los resultados de esta investigación podrían ser de utilidad para los mejoradores genéticos, quienes emplean la utilidad del agua para identificar genotipos con tolerancia en áreas donde los recursos hídricos son limitados; al identificar genotipos que sobresalen en utilidad del agua y producción, el trabajo contribuye indirectamente a la seguridad hídrica para incidir en la problemática sobre la crisis del agua que plantean ^{López-Hernández et al. (2019)} y ^{Palacios y Excebio (2020)} en sinergia con la seguridad alimentaria que se aborda a partir de la producción de semillas y mejoramiento genético (^{Espinosa-Calderon et al., 2018}; ^{Turrent-Fernández, Espinosa, Cortés y Mejía, 2018}; ^{Velázquez-Cardelas, González, Pérez y Castillo, 2018}).