INTRODUCCIÓN

El frijol cultivado de la especie Phaseolus coccineus L. conocido en México como ayocote, patol o patola, se cultiva en regiones templado húmedas o templado semiáridas, entre los 1300 y 2650 metros de altitud, en los estados de Aguascalientes, Chiapas, Guanajuato, Hidalgo, Estado de México, Michoacán, Oaxaca, Puebla, Querétaro, Tlaxcala, Veracruz y San Luis Potosí (^{Cárdenas-Ramos et al., 1996}); también se ha encontrado cultivado en Chihuahua, Durango y Jalisco (Lépiz, 2018; Com. Pers.) ¹.

De acuerdo con el ^{SIAP (2017)}, durante los años 2013-2016, el estado de Puebla produjo en promedio 2256 t anuales en 2590 ha, 250 ha de riego y el resto de temporal. En la entidad, los dos Distritos de Desarrollo Rural (DDR) donde se concentra el cultivo de ayocote son el DDR 04 de Libres y el DDR 07 de Tecamachalco, con el 6.6 y 93.3 % de la superficie sembrada y el 5.7 y 94.3 % de la producción estatal, respectivamente (^{SIAP, 2017}).

La diversidad genética se define como las variaciones heredables que ocurren en cada organismo, entre los individuos de una población y entre las poblaciones dentro de una especie. Es el resultado de las diferencias genéticas entre individuos y puede manifestarse en variaciones en secuencias de ADN, en características bioquímicas, en propiedades fisiológicas o en caracteres morfológicos (^{Rao y Hodgkin, 2002}). Como tal, la diversidad genética es la base de la evolución, sobrevivencia y adaptación, así como de la producción agrícola; es un requisito para que los fitomejoradores puedan desarrollar nuevas variedades (^{Ulukan, 2011}). Para medir y estudiar la variabilidad genética se puede recurrir al empleo de descriptores morfológicos, citogenéticos, bioquímicos y moleculares (^{Mondini et al., 2009}).

Entre los trabajos orientados a estudiar la diversidad genética del frijol ayocote, a través de atributos morfológicos y agronómicos, figura el de ^{Palmero et al. (2011)}, quienes caracterizaron 17 poblaciones en España mediante 32 variables y concluyeron que existe una variación significativa en características de semilla y flor. Por su parte ^{Santalla et al. (2004)}, al estudiar 31 accesiones españolas, detectaron variación en caracteres cualitativos, tales como color de la flor e hipocótilo y en rasgos agronómicos relacionados con caracteres de semilla. Incluso, a nivel de una sola población se ha reportado la presencia de cierto nivel de variación fenotípica (^{Zeven et al., 1993}).

En México, la diversidad del frijol ayocote se ha estudiado con base en datos climáticos, caracteres fenológicos y tamaño del grano. ^{Vargas et al. (2014)}, en su trabajo con materiales del Eje Neovolcánico y la Sierra Madre Oriental, encontraron que el clima en el área de domesticación del frijol ayocote del centro de México actúa como una fuente importante de generación de diversidad fenológica y tamaño de semilla y que las poblaciones podían agruparse en cuatro grandes grupos con base en su origen geográfico, diferenciados también por precocidad y tamaño de semilla. La importancia de la duración del ciclo biológico y atributos de semilla y vaina también fue reportada por ^{Vargas-Vázquez et al. (2011)} para poblaciones del Carso Huasteco. ^{Castillo et al. (2006)}, en su estudio de ayocotes del oriente del estado de México, encontraron que la variación morfológica fue mayor en tamaño de la semilla; con base en días a floración, número de semillas por vaina y tamaño de semilla definieron la existencia de dos grupos bien diferenciados.

Lo anterior evidencia que en el caso de México, aun cuando se han llevado a cabo estudios sobre la diversidad morfoagronómica de frijol ayocote, estos se han conducido fuera de los lugares de origen de las colectas y no se han orientado a precisar el nivel de variación fenotípica presente en las poblaciones locales cultivadas en la principal región productora del estado de Puebla. Con base en ello se realizó la presente investigación, cuyos objetivos fueron determinar la variación morfoagronómica de las poblaciones locales de frijol ayocote cultivadas en el centro-oriente del estado de Puebla e identificar las principales características morfoagronómicas que expliquen la diversidad encontrada. El conocimiento generado ampliará la información existente en torno a la variabilidad fenotípica del frijol ayocote y será de utilidad para definir estrategias de rescate, conservación y aprovechamiento de esta especie a nivel local y regional.

MATERIALES Y MÉTODOS

RESULTADOS

El análisis de varianza combinado (Cuadro 3) reveló diferencias estadísticas significativas entre poblaciones en el 56.7 % de las variables evaluadas. Entre localidades hubo diferencias significativas en el 67.5 % de las variables, en tanto que para la interacción “población × localidad” sólo hubo significancia estadística en tres variables: días a fructificación, densidad de semilla y rendimiento de grano por hectárea. En esta última variable se observaron diferencias significativas (p ≤ 0.01) tanto para poblaciones y localidades como para la interacción de ambas fuentes de variación. Se encontró que el 62 % de las variables con diferencias estadísticas entre poblaciones se relacionaron con características de flor, vaina y semilla, mientras que el 38 % restante lo estuvo con caracteres de emergencia, plántula, planta, hoja y rendimiento de grano. Los resultados anteriores muestran que existe variación fenotípica entre el conjunto de poblaciones estudiadas, siendo más notable en atributos de flor, vaina y semilla. Un aspecto adicional a resaltar es que la mayor parte de las variables no interaccionaron de manera significativa con el ambiente.

En el dendrograma obtenido, a una distancia de corte de 0.10 unidades, se identificaron cuatro grupos (Figura 1). Los estadísticos de prueba de Lambda de Wilks, Traza de Pillai, Traza de Hotelling-Lawley y Raíz máxima de Roy del análisis de varianza multivariado, mostraron que los cuatro grupos son estadísticamente distintos (p ≤ 0.01) reiterando el alto grado de variabilidad existente entre las poblaciones de estudio. Los datos promedio de cada variable (Cuadro 4) fueron la base principal para hacer la descripción de los grupos.

Figura 2 Dendrograma obtenido con el método de Ward para 36 poblaciones de frijol ayocote en el centro-oriente de Puebla. 

El grupo I incluyó sólo una población testigo (P99AHt), proveniente de Huamantla en el estado de Tlaxcala, de grano amarillo. Esta población se caracterizó por presentar los valores más altos en diversas variables en comparación con los demás grupos (Cuadro 4): mostró plántulas vigorosas, mayor altura de planta, foliolos más largos, peciolos de mayor longitud y ciclo tardío (86 días a floración). Además, los botones florales fueron, numéricamente, los de mayor tamaño (aun cuando todos se clasificaron como grandes), flor de color rojo, vainas más anchas, semillas más planas y el mayor peso de 100 semillas. El comportamiento de esta población, en términos de ser de ciclo tardío y presentar órganos vegetativos y estructuras reproductivas de mayor tamaño, puede atribuirse a la falta de adaptación a las condiciones edafoclimáticas de los sitios de evaluación, debido a que su origen es una región diferente a la zona de estudio.

El grupo II se integró con siete poblaciones, cuatro poblaciones locales y tres testigos. De las cuatro poblaciones locales una fue de grano morado y otra de grano pinto, ambas procedentes de Chalchicomula de Sesma (CHS) y dos más fueron de grano blanco, colectadas en el municipio de General Felipe Ángeles (GFA). Los testigos presentaron coloración de grano negro (P95NHt), morado (P94MHt) y blanco (P100BIt). Los atributos distintivos de este grupo fueron plantas de menor altura, precoces (57 días a floración) y de botones florales más pequeños. En cuanto al resto de las características, las poblaciones de este grupo presentaron plántulas de vigor intermedio, foliolo central de longitud corta-intermedia y peciolos cortos. Un 57 % de los materiales presentó flores color rojo y 43 % flores blancas, el ancho de vaina fue de 13.61 mm, tuvieron semilla plana y peso de 100 semillas de 82.53 g.

El grupo III se formó con diez poblaciones locales, siete de ellas de CHS con tres distintas coloraciones de grano (blanco, morado y negro) y tres de GFA con grano de color blanco. El grupo se distinguió por incluir a ocho de las diez poblaciones de grano blanco estudiadas. Este conjunto se caracterizó por presentar caracteres de tipo intermedio, como: plántulas de vigor bajo-intermedio, plantas de porte intermedio, longitud del foliolo central corta-intermedia, peciolos de longitud media, ciclo intermedio-tardío (74 días a floración media) y botones florales de 15.89 mm. El 80 % de los materiales tuvo flores blancas y 20 % flores rojas. En el resto de características fue similar a los grupos II y IV.

Al grupo IV lo integraron 18 poblaciones y todas, excepto un testigo, fueron poblaciones nativas. Incluyó 12 colectas de GFA con color de grano negro y amarillo y cinco más de CHS de color negro, morado y pinto. El testigo (P97PSt) presentó grano pinto. Este grupo se caracterizó por incluir prácticamente a todas las poblaciones locales de grano negro evaluadas (9 de 10) y por contener sólo materiales con flores rojas. El grupo presentó también plántulas con vigor bajo-intermedio, plantas de porte intermedio, con longitud del foliolo central corta-intermedia y peciolos de 11.03 cm. Este se clasificó como de ciclo intermedio (70 días a floración), tuvo uno de los valores más altos para tamaño de botones florales (16.46 mm), vainas de 14.08 mm de ancho, semilla plana y peso de 100 semillas de 89.21 g. De lo anterior se infiere que las poblaciones tendieron a agruparse principalmente con base en precocidad y tamaño de órganos, pero también por el color de grano y de la flor.

En el análisis de componentes principales se encontró que los primeros tres explicaron en conjunto el 75.2 % del total de la variación observada, con contribuciones individuales de 48.4 % para el primero (CP1), 15.1 % para el segundo (CP2) y 11.5 % para el tercero (CP3). El primer componente presentó mayor asociación con longitud del peciolo (vector propio de 0.364), peso de 100 semillas (0.363) altura de la planta (0.361), ancho de vaina (0.347), forma de la semilla dada por la relación longitud/grosor (0.331) y longitud del foliolo central (0.318); es decir, con atributos de la hoja, planta, vaina y semilla. El segundo componente estuvo asociado con la variable días a floración (0.539), tamaño del botón floral (0.450) y vigor de la plántula (-0.531). El tercer componente estuvo influido principalmente por el color de la flor (0.677). En los dos últimos componentes predominaron atributos de la flor, principalmente. Lo anterior evidencia que la diversidad morfoagronómica en ayocote se presenta en diferentes estructuras y etapas de desarrollo de la planta, tales como atributos de plántula, hoja, flor, planta, vaina, semilla y días a floración.

La Figura 3 muestra la distribución espacial de las poblaciones locales de frijol ayocote con base en los componentes principales CP1, CP2 y CP3. En la figura se identificaron los cuatro grupos definidos por el dendrograma. Se observa que el grupo I se asocia principalmente con variables del CP1, el grupo 2 con variables del CP3, el grupo 3 con variables del CP2 y el grupo 4 con variables de los CP1 y CP2. También se observa que los grupos 3 y 4 reúnen a la mayor parte de las poblaciones y que son relativamente similares entre sí; el grupo II muestra mayores diferencias entre sus integrantes y el grupo I es una población completamente diferente.

Figura 3 Dispersión de 36 poblaciones locales de frijol ayocote definida por los tres primeros componentes principales (CP) en dos municipios del centro-oriente de Puebla. † : La descripción de las variables se presenta en el Cuadro 2 de la sección de Materiales y Métodos. 

DISCUSIÓN

Los resultados mostraron una amplia diversidad morfoagronómica entre las poblaciones locales de frijol ayocote del centro-oriente del estado de Puebla, variabilidad asociada principalmente con atributos de planta, precocidad, color de flor y dimensiones de vaina y semilla. Las variables que contribuyen en mayor medida a explicar la diversidad encontrada fueron días a floración, color de la flor, ancho de vaina, peso de 100 semillas y color de semilla.

De acuerdo con ^{Castillo et al. (2006)} y ^{López et al. (2005)} actualmente gran parte de la diversidad fenotípica y genética presente en las especies cultivadas se encuentra en las poblaciones nativas conservadas por los agricultores. Con base en esta afirmación y considerando que Phaseolus coccineus es una especie predominantemente alógama (^{Miranda, 1974}; ^{IBPGR, 1983}), se formuló la hipótesis que entre las poblaciones locales de ayocote de la región de estudio existiría una amplia diversidad morfoagronómica. Los resultados confirmaron tal supuesto, dado que para la fuente de variación “Poblaciones”, la cual estuvo integrada en un 86 % por poblaciones locales, se detectaron diferencias estadísticas en el 56.7 % de las variables evaluadas. Al respecto, en México trabajos como los de ^{Castillo et al. (2006)} y ^{Vargas et al. (2014)}, evidenciaron que entre las poblaciones nativas que integran esta especie existe un considerable nivel de variación fenotípica en el germoplasma. Tal diversidad es atribuible a la polinización prevalentemente alógama del frijol ayocote con alto grado de cruzamiento natural (^{Miranda, 1974}; ^{Santalla et al., 2004}) y al proceso de domesticación (selección empírica) de la especie practicado por nuestros ancestros por miles de años en el área de Mesoamérica (^{Guerra-García et al., 2017}). En este sentido, como lo señalan ^{Mercati et al. (2015)}, las prácticas de selección por parte de los agricultores han influido en la estructura genética y la variabilidad de la especie.

En esta investigación, las variables que permitieron diferenciar y agrupar entre sí a las poblaciones locales bajo estudio fueron atributos relacionados con plántula, hoja, flor, vaina y semilla; los caracteres fenológicos como días a floración, altura de la planta color de la flor y color del grano fueron también particularmente importantes.

Los grupos identificados evidenciaron diferencias en el nivel de expresión de las variables previamente mencionadas y revelaron que una característica clave en el agrupamiento fue días a floración, detectándose tres niveles de precocidad. Las poblaciones locales se ubicaron en dos de ellos: precoz e intermedio. Las plantas de ciclo precoz, de menor vigor y de menores dimensiones (grupo II) posiblemente son el resultado de la selección hecha por los agricultores hacia ciclos más cortos, para enfrentar las condiciones ambientales presentes en la región de estudio (heladas tempranas y sequías). Una situación similar ha sido reportada para maíz (Zea mays L.) (^{Hortelano et al., 2012}) en la misma región de trabajo. Esta característica de precocidad puede propiciar que la especie pueda dispersarse hacia áreas con la misma problemática, siendo así una buena fuente de germoplasma con adaptación y tolerancia a las restricciones impuestas por el ambiente (^{López-Romero et al., 2005}; ^{Miranda, 1974}). Los grupos III y IV se clasificaron como de ciclo intermedio, aun cuando las poblaciones contenidas en el grupo III podrían considerarse como de tipo intermedio-tardío, y contuvieron a la mayor parte de las poblaciones nativas. El mayor número de poblaciones de ciclo intermedio, responde a una estrategia de los agricultores, particularmente de los de zonas de temporal, para hacer frente a las variaciones ambientales a las cuales se enfrentan, pues les da la posibilidad de aprovechar distintos períodos de crecimiento. Ello ha sido documentado ampliamente por ^{Muñoz (2005)}.

En los grupos II y IV, que contuvieron poblaciones locales, se encontraron los cinco tipos de coloración de grano identificados; por su parte, el grupo III estuvo compuesto mayormente por poblaciones de grano blanco y flores blancas, en tanto que el IV incluyó prácticamente a todas las poblaciones de grano negro y flores rojas. Se ha señalado (^{Hernández, 1985}) que en el cultivo de maíz la presencia de diferentes tipos de coloración de grano responde a la necesidad del agricultor de tener materiales adecuados para condiciones ecológicas diversas, así como para variar la dieta y atender creencias y tradiciones. Ello podría ser el caso del cultivo de ayocote en la zona de estudio.

En cuanto a la variación en el color de la flor es probable que ésta pueda ser el resultado de un criterio de selección por parte de los agricultores para distinguir entre granos pigmentados y aquellos que no lo son. De hecho, ^{Miranda (1974)} menciona que el color blanco de la flor ha sido una característica sujeta a selección. Adicionalmente, la asociación entre flor blanca y grano blanco y entre flor roja y grano pigmentado ya ha sido documentada en la literatura (^{Santalla et al., 2004}). Lo anterior indica que entre las poblaciones locales del altiplano centro-oriente de Puebla, los caracteres de color de flor y semilla están asociados a los criterios de selección de cada agricultor. Esto puede también asociarse con el rendimiento de grano, ya que las colectas con grano negro y blanco presentaron los rendimientos promedio más altos a través de ambientes con 2843 y 2794 kg ha^-1, respectivamente; el rendimiento promedio de las colectas con color de grano morado, pinto y amarillo fue de 2437, 2378 y 2320 kg ha^-1, de forma respectiva. Esto evidencia el alto potencial de rendimiento de grano que poseen las variedades locales, debido a sus atributos genéticos y al proceso de selección a que han sido sometidas por parte de los agricultores y su adaptación a condiciones de clima templado semihúmedo o templado semiárido, donde el frijol común (Phaseolus vulgaris L.) tiene serios problemas de producción.

Los resultados del presente estudio están en concordancia con lo reportado por ^{Castillo et al. (2006)}, quienes encontraron que los valores de días a floración sirvieron como criterio para la conformación de grupos, en tanto que en el trabajo de ^{Palmero et al. (2011)} se distinguieron claramente dos grupos principales, los cuales correspondieron a variedades de flores blancas y de flores rojas. En Phaseolus vulgaris, las variables de días a floración y hábito de crecimiento de acuerdo a su origen geográfico, permitieron clasificar a 200 poblaciones en cinco grupos (^{Vargas-Vázquez et al., 2008}).

La variación en características de la vaina y la semilla se debe a intereses económicos y de consumo (^{Spataro et al., 2011}), atributos que los agricultores normalmente toman en cuenta al momento de decidir qué materiales de frijol ayocote conservar. Las variables relacionadas con la semilla son rasgos importantes para los agricultores y para los potenciales compradores y consumidores. Algunos de los hallazgos reportados en este estudio son consistentes con los de otros investigadores que han estudiado la diversidad morfoagronómica del frijol ayocote. Por ejemplo, ^{Palmero et al. (2011)} reportaron diferencias estadísticas entre poblaciones, específicamente en las variables de longitud y ancho de la semilla; en este estudio, las diferencias estadísticas se presentaron en las variables longitud de semilla, forma de la semilla dada por la relación longitud/grosor, peso de 100 semillas, volumen de 100 semillas y densidad de semilla; sin embargo, no hubo significancia estadística en el ancho de semilla, lo que refleja cierta homogeneidad en esta característica.

Por otro lado, ^{Vargas-Vázquez et al. (2011)} reportaron que los primeros tres componentes principales, constituidos por variables originales medidas en la semilla, explicaron el 80 % del total de la variación fenotípica; las variables altamente explicativas fueron: grosor de semilla, largo de semilla y relación largo/ancho de semilla, patrón de moteado, tipo de patrón de moteado y color más oscuro de las accesiones de ayocote del Carso Huasteco. En este estudio, la forma de la semilla dada por la relación longitud/grosor y el peso de 100 semillas resultaron mayormente explicativas en lo que respecta al conjunto de variables de semilla. Un último aspecto a resaltar es que la forma de la semilla de las poblaciones locales correspondió a la categoría “plana”; ello concuerda con la manera en la cual se conoce al frijol ayocote en el norte del estado de Morelos: yepatlaxtle, que en el vocablo náhuatl significa “frijol plano” (^{Monroy y Quezada-Martínez, 2010}).

El presente estudio constituye el primer acercamiento al conocimiento de la diversidad fenotípica entre poblaciones locales de frijol ayocote provenientes del centro-oriente del estado de Puebla in situ. Sin embargo, se considera conveniente realizar investigaciones adicionales que permitan seguir contribuyendo al conocimiento de la diversidad de P. coccineus y promuevan el aprovechamiento eficiente de sus atributos potenciales en un programa de mejoramiento genético.

CONCLUSIONES

La diversidad morfoagronómica presente en las poblaciones locales de frijol ayocote del altiplano centro-oriente de Puebla es amplia y se encuentra distribuida en todas las estructuras de la planta, principalmente en atributos de planta, flor, vaina y semilla. Las características relevantes para describir la diversidad fueron número de días a floración, color de flor, color y tamaño de semilla. Otras variables como vigor y altura de planta, longitud del foliolo central y del peciolo, ancho de vaina y forma de la semilla complementan la diferenciación entre poblaciones y entre grupos.