Introducción

Pseudotsuga es uno de los géneros de coníferas económicamente más importantes y el más utilizado como árbol de Navidad (^{Zavala-Chávez y Méndez-Montiel 1996}) que se importa con este propósito en México. Pseudotsuga menziesii presenta una amplia distribución natural, desde el oeste de Canadá hasta Colorado, Nuevo México y Arizona, Estados Unidos de América (^{Hermann y Lavender 1999}) hasta la parte centro y sierra sur de México en un intervalo de los 19° a los 55° LN (^{Ventura-Ríos et al. 2010}) hasta los 17° 10’ LO en el Estado de Oaxaca, México (^{Debreczy y Rácz 1995}); con altitudes de 1 500 hasta los 3 600 m (^{Domínguez-Álvarez et al. 2004}, ^{Ventura-Ríos et al. 2010}). Se encuentra sujeta a protección especial en la NOM-059-SEMARNAT-2010 (^{SEMARNAT 2010}) sus poblaciones naturales presentan problemas de fragmentación por cambio de uso de suelo, sobrepastoreo, tala clandestina, recolecta indiscriminada de semillas (^{Mápula-Larreta et al. 2007}, ^{Velasco-García et al. 2007}) y presencia de plagas, afectando la producción de conos y semillas, principalmente por la avispa Megastigmus sp. (^{Guerra-de-la-Cruz et al. 2012}).

Las poblaciones naturales del norte y centro del país son pequeñas, aisladas, con baja densidad del arbolado adulto, con problemas de polinización, dispersión y regeneración, posiblemente con efectos de endogamia (^{Rajora y Mosseler 2001}, ^{Cruz-Nicolás et al. 2008}). Además, la autopolinización reduce la cantidad de semillas llenas, así como su capacidad germinativa y la tasa de crecimiento y supervivencia de las plantas (^{Sorensen y Campbell 1993}). Debido a la problemática en sus poblaciones naturales, se han iniciado trabajos en plantaciones de árboles de Navidad para promover la formación de estructuras reproductivas en árboles jóvenes con resultados prometedores para la producción de semilla en el corto plazo (^{Muñoz-Gutiérrez et al. 2010}). Con base en lo anterior, es importante evaluar el nivel de respuesta de estas prácticas sobre la producción de conos y la cantidad y calidad de las semillas producidas con estas prácticas de manejo. Por lo anterior, los indicadores reproductivos son de utilidad para determinar la viabilidad de una población, en este caso de una plantación manejada para la producción temprana de semillas. El objetivo fue evaluar la aplicación de polinización artificial sobre las características reproductivas de árboles de Navidad tratados para promover la floración temprana y posterior formación de conos y semillas. La finalidad fue el obtener una mayor cantidad de semillas con un embrión desarrollado, bajo las hipótesis de que los indicadores reproductivos de estos árboles mejoran con la aplicación de AG_4/7 y anillado en el tronco y que la polinización artificial incrementa el potencial de producción de semillas y eficiencia reproductiva.

Materiales y métodos

Resultados

En todas las características de conos e indicadores reproductivos evaluados se presentó un efecto significativo (p < 0.0001) de los tratamientos de inducción floral y de los árboles dentro de tratamientos, excepto en el número de semillas desarrolladas, en donde no hubo diferencias entre árboles. Por otro lado, la polinización artificial únicamente presentó efectos significativos (p < 0.0001) en el número y porcentaje de semillas llenas y en la eficiencia de semillas (Tabla 2). Sin embargo, también se encontró una interacción significativa (p < 0.05) de los tratamientos de inducción floral y la polinización artificial en el tamaño del cono, en el número y porcentaje de semillas llenas y en la eficiencia de semillas, así como una interacción significativa (p < 0.05) de los árboles polinizados artificialmente sobre el número de escamas fértiles e infértiles, número y porcentaje de semillas llenas, potencial de semilla y eficiencia de semilla.

La longitud promedio de cono varió de 4.3 a 5.8 cm, y el ancho de 1.7 a 2.97 cm; el promedio de escamas fértiles fue de 26, con máximo de 30 y mínimo 21; mientras que el número promedio de escamas infértiles por cono fue de 8 (de 5 a 11). El potencial de semillas varió de 42 a 60 semillas, con 17 a 40 semillas desarrolladas, de las cuales 98% fueron vanas y con poca presencia de ataque por plagas. La eficiencia de semillas fue baja (3%) y el índice de endogamia fue elevado, de 0.70 a 0.98 (Tabla 3).

Los valores de conos y semillas con respecto al efecto de los tratamientos aplicados (AG_4/7 y anillado) indicaron que tanto las dimensiones de los conos como los indicadores reproductivos variaron entre los tratamientos, al respecto, los tratamientos T3 y T5 (1.27 y 2.55 mg de AG_4/7 sin anillado, respectivamente) produjeron conos de mayor tamaño (longitud y ancho), mayor número de escamas fértiles, número de semillas por cono y mayor potencial de semillas; sin embargo, estos tratamientos también ocasionaron un mayor número y porcentaje de semillas vanas (Tabla 4), que aquellos tratamientos con las mismas dosis de AG_4/7 pero con anillado en el tronco. Por otro lado, el tratamiento T6 (2.55 mg de AG_4/7 + anillado) indujo mayor número semillas llenas y mayor eficiencia de semilla (1.54 y 2.94%, respectivamente).

En relación con la polinización artificial, se encontró que aquellos estróbilos que no recibieron polen formaron conos más grandes con longitud promedio de 4.99 cm y ancho de 2.29 cm, con 26 escamas fértiles, 28 semillas desarrolladas, y de éstas el 90.6 % son semillas vanas con un índice de endogamia de 0.91 (Tabla 5). Mientras que los estróbilos que si recibieron polen formaron conos de menor tamaño con menor número de escamas fértiles y por lo tanto menor potencial de semillas, sin embargo, con una pequeña diferencia en la proporción de semillas llenas respecto a los no polinizados (7.54 vs. 3.38%, respectivamente) y un menor índice de endogamia (0.86) (Tabla 5).

Los árboles que recibieron los tratamientos T3 y T4 para inducir floración y que los estróbilos fueron polinizados, desarrollaron menor tamaño de cono (longitud y ancho) que aquellos estróbilos no polinizados, mientras que en los árboles que recibieron el tratamiento T6, la polinización aumentó ligeramente el tamaño del cono (Figura 1a y 1b). De la misma manera, la polinización aumentó el número de escamas infértiles en los árboles que recibieron el tratamiento T3 (1.27 mg cm^-2), pero no en los otros tratamientos (Figura 1c). Por otro lado, el efecto de la polinización en el aumento del número y proporción de semillas llenas, y en la eficiencia de semillas fue mucho mayor en los árboles que recibieron el tratamiento T6 y T4, que en los árboles que recibieron el tratamiento T3 (Figura 1d, 1e y 1f), es decir en los individuos que recibieron aplicación de AG_4/7 y anillado para estimular la floración.

Figura 1 Efecto de la interacción de los tratamientos de inducción floral y la polinización sobre a) longitud de cono; b) ancho de cono; c) número de escamas infértiles; d) número de semillas llenas; e) eficiencia de semillas y f) proporción de semillas llenas de P. menziesii. 

El análisis del segundo conjunto de datos en donde se evaluó el efecto de la polinización se encontraron efectos significativos (p < 0.05) de la polinización artificial sobre el número y proporción de semillas llenas, la eficiencia de semilla (%) y el índice de endogamia. En todos los indicadores de los conos se encontraron también diferencias significativas entre árboles, excepto en el número de semillas desarrolladas. Sin embargo, la interacción de ambos factores fue significativa (p < 0.05) en el número de escamas fértiles e infértiles, número y proporción de semillas llenas, así como el potencial y eficiencia de semilla, lo que indica que los árboles tratados respondieron de manera diferente a la polinización artificial, con mayor respuesta en algunos de ellos.

La comparación de los valores promedio en las características morfológicas e indicadores reproductivos de conos y semillas con respecto a la polinización artificial indicaron que los conos que no recibieron polen son de mayor tamaño, con mayor número de semillas por cono, mayor número de escamas fértiles y por lo tanto mayor potencial de semillas, pero con una proporción mayor de semillas vanas e índice de endogamia; mientras que en los conos polinizados se obtuvo un mayor número y proporción de semillas llenas (1.90 y 7.54%, respectivamente), y mayor eficiencia de semillas (3.85%) (Tabla 6).

Discusión

En huertos semilleros de P. menziesii establecidos en Canadá han reportado entre 30 y 40 semillas llenas por cono (^{Webber y Painter 1996}); mientras que en poblaciones naturales del noroeste y centro de México el número potencial de semillas por cono fue de 14 a 42 semillas (^{Mápula-Larreta et al. 2007}); en el presente trabajo se determinó un potencial de semillas de 47 a 52 por cono, estas diferencias no son comparables con lo observado en huertos semilleros o en poblaciones naturales, ya que los árboles tratados fueron sexualmente inmaduros, manejados para inducir floración temprana y polinizados artificialmente. Los resultados difirieron entre árboles debido a que el manejo fue distinto por la aplicación de polen directamente en algunos estróbilos femeninos, lo que modificó el tamaño de conos, ya que aquellos árboles que recibieron el AG_4/7 y fueron polinizados desarrollaron estróbilos de menor tamaño, contrario a lo esperado, ya que se ha documentado que el desarrollo de conos de las coníferas tienden a ser de mayor tamaño cuando hay una polinización adecuada y por lo tanto se relaciona positivamente con un mayor número de semillas llenas (^{Morales-Hernández et al. 2022}). Por otra parte, el número de semillas por conos, semillas desarrolladas y semillas llenas fue similar en aquellos estróbilos que no fueron polinizados y recibieron los mismos tratamientos de AG, esto pudo ocurrir porque el polen recolectado provenía de árboles precoces, de la misma edad y que se encontraban dentro de la misma plantación, lo que supone baja calidad y pérdida de viabilidad.

Respecto al número de semillas desarrolladas no se encontraron diferencias entre aquellos estróbilos polinizados o no, posiblemente porque aquellos árboles no polinizados recibieron polen de árboles cercanos o incluso del mismo árbol, ya que los periodos de receptividad de las estructuras femeninas y el tiempo de dispersión de polen dentro del mismo árbol están moderadamente sincronizados (0.64) y la receptividad femenina tiene mayor duración (14 días en promedio) que la dispersión de polen (5 y 6 días) (^{Velasco-Hernández et al. 2023}). En cuanto a la eficiencia de semilla, esta fue mayor cuando el árbol recibió una dosis de 2.55 mg cm^-2 de AG_4/7, anillado en el tronco y polinizado artificialmente, lo que supone que para adelantar la producción de semillas en árboles jóvenes es necesario estimular la formación de estructuras reproductivas mediante reguladores del crecimiento y asistir con polinización artificial, no obstante, es necesario investigar sobre el manejo de polen, la calidad y viabilidad para incrementar el número de semillas llenas y viables por cono.

El bajo potencial de semilla varía de acuerdo con el tamaño del cono y su posición en el árbol, ya que los conos más grandes se encuentran en la parte superior de la copa del árbol, y generalmente mientras más grande sea el cono es capaz de producir un mayor número de semillas llenas (^{Lyons 1956}), el potencial también está relacionado con la escasez de polen, lo que, a su vez, puede deberse al tamaño reducido de las poblaciones, a niveles de endogamia altos (^{Morales-Vázquez et al. 2010}), también a la periodicidad de los años semilleros (^{Flores-López et al. 2005}, ^{Flores-López et al. 2012}); y en particular para P. menziesii se encontró que los eventos fenológicos de la dispersión de polen y receptividad femenina en los árboles se encuentran sincronizados y no son eventos independientes, lo que propicia la autofecundación (^{Velasco-Hernández et al. 2023}).

Por otra parte, las coníferas presentan a menudo una gran cantidad de semillas vanas, resultado de la degeneración de los embriones, ocasionada por la presencia de genes recesivos letales cuya presencia aumenta por la autofecundación o cruzas con parientes cercanos (^{Ledig et al. 2000}), también se debe a la autopolinización y asincronía floral. Al respecto, se determinó que en promedio se encuentran 39 semillas vanas de P. menziesii (^{Mápula-Larreta et al. 2007}). Los valores son más bajos en el presente trabajo, en donde el número de semillas vanas por cono varió de 22 a 24; esto se atribuye a varios factores, entre ellos, a la fragmentación de las poblaciones naturales, lo que provoca una reducción del arbolado adulto que participa en la producción de semillas (^{Mápula-Larreta et al. 2007}). En el caso de huertos semilleros y plantaciones, el alto número de semillas vanas se debe a la edad del arbolado, al manejo, a la falta de polen, la falta de sincronía, incluso daños por insectos del género Megastigmus sp. (^{Cibrián-Tovar et al. 1986}).

En relación con la eficiencia de semilla ^{Mápula-Larreta et al. (2007)} obtuvieron valores del 14 al 42% entre poblaciones del noroeste de México, mientras que las poblaciones del centro tuvieron una eficiencia menor al 25%, valores más bajos que los que se han encontrado en poblaciones naturales de la especie en Estados Unidos. Mientras que ^{Owens et al. (1991)} determinaron valores superiores a 40% y puede aumentar a más de 50% en huertos semilleros (^{Webber y Painter 1996}). Una polinización insuficiente y baja viabilidad y vigor del polen pueden influir en la eficiencia en la producción de semillas por la presencia de alelos letales en individuos homocigóticos y daños biológicos (^{Bramlett et al. 1977}), al respecto, ^{Allen y Owens (1972)} afirmaron que la polinización artificial en P. menziesii es vital para una mayor producción de semillas viables. En este trabajo, deben considerarse las condiciones en la que se trabajó, en principio los ensayos se establecieron en una plantación de árboles de Navidad, con arbolado joven, entre 6 y 7 años, sexualmente inmaduros; otro, es que a los árboles se les aplicó AG_4/7 y en algunos casos, el anillado en el tronco, para promover la floración temprana; la respuesta a estos tratamientos no fue de la misma intensidad en todos los árboles; además, los resultados también pueden estar asociados a la presencia de endogamia, a la falta de polen de los árboles tratados, a la calidad de polen recolectado, así como al manejo previo y durante la aplicación del polen.

Finalmente, el índice de endogamia fue de 0.76, un valor bastante elevado si se compara con otras coníferas, por ejemplo, para Pinus hartwegii Lindl. (0.14) (^{Andrade-Gómez et al. 2021}) y similar a lo reportado en Picea mexicana Martínez (entre 0.73 y 0.84) (^{Flores-López et al. 2005}) y Picea martinezii T.F. Patterson (0.75) (^{Flores-López et al. 2012}); ante esta situación, es importante promover la polinización cruzada entre individuos no emparentados y entre plantaciones de árboles de Navidad para disminuir la cantidad de semillas vanas (^{Hernández-Anguiano et al. 2018}). Se sabe que las poblaciones marginales y aisladas tienen mayores niveles de endogamia (^{Frankham 1998}), lo que genera una menor capacidad reproductiva y mayor riesgo de extinción. Valores altos del índice de depresión endogámica están asociados con una alta tasa de cruzamiento entre individuos genéticamente emparentados (^{White et al. 2007}). La falta de polen suele ser una limitante en la reproducción en las plantaciones, por la edad del arbolado, aún y cuando se pude inducir la floración, la polinización artificial puede fallar, como lo determinaron ^{Zavala-Chávez y Méndez-Montiel (1996)} en Pseudotsuga macrolepis Flous, quienes polinizaron artificialmente y encontraron pequeñas diferencias no significativas entre conos polinizados y no polinizados. A pesar de ello, éstas son prácticas que pueden contribuir a minimizar los procesos de degradación que están sufriendo las poblaciones naturales de esta especie; se recomienda desarrollar un programa de rescate recursos genéticos que involucren acciones que permitan el intercambio de genes por medio de migración asistida al realizar plantaciones con árboles mejor adaptados y con amplia diversidad genética.

Conclusiones

A nivel individual, los árboles mostraron una amplia variación en las características morfológicas de conos y semillas evaluadas, así como en los indicadores reproductivos. La aplicación del AG_4/7, en combinación con el anillado del tronco resultan ser tratamientos efectivos para la formación de estructuras reproductivas masculinas y femeninas en árboles jóvenes. Se determinó que la aplicación de los tratamientos y la aplicación de polen de manera artificial son prácticas que ayudan a incrementar el número semillas llenas y mayor eficiencia de semilla. Por lo anterior, se recomienda desarrollar un programa producción de semillas en plantaciones de árboles de Navidad ya establecidas y aplicar los tratamientos para inducir floración temprana, y asistir con polinización artificial, además de realizar investigación sobre los métodos de recolecta, manejo y almacenamiento de polen.