Sitio experimental

La investigación se realizó en el Campo Experimental San Ignacio de la Universidad Autónoma Chapingo (UACH), en Chapingo, Estado de México (19º 29’ 31.19” LN, 98º 52’ 20.86” LO y 2268 msnm). El clima es C(w_o)(w)b(i’), subhúmedo con lluvias en verano, temperatura media anual de 16.4 ºC, con precipitación pluvial promedio anual de 618.5 mm (^{SMN, 2016}). Durante 2013 y 2014 se consultaron y procesaron los datos de temperatura y precipitación semanales promedio obtenidos en la estación meteorológica de la UACH, a 10 m de distancia del experimento.

El suelo es franco, con pH ligeramente alcalino (7.26), libre de sales (conductividad eléctrica 0.26 dS m^-1), materia orgánica y N inorgánico medio (2.15 % y 36.5 mg kg^-1), P asimilable muy alto (36.27 mg kg^-1) y K alto (648 mg kg^-1).

Material genético y manejo del experimento

Durante los ciclos agrícolas primavera-verano 2013 y 2014 se evaluaron las líneas M-54, M-55 y CML-242, las cruzas simples M-54×M-55 y M-55×M-54, el híbrido H-70 con las dosis de fertilización de N 150, 225 y 300 kg ha^-1 en un diseño de bloques completos al azar con tres repeticiones. La unidad experimental fue de cuatro surcos de 5 m de longitud separados a 0.80 m; se usaron los dos surcos centrales como parcela útil. La línea CML-242, obtenida del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo, tiene ocho autofecundaciones, es homogénea y uniforme; M-54 y M-55, obtenidas del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), tienen cuatro y cinco autofecundaciones, respectivamente, y muestran variabilidad en su descripción varietal.

La preparación del terreno consistió en barbecho, rastreo y surcado con maquinaria. La siembra fue manual, en suelo seco, el 3 y 9 de mayo en 2013 y 2014, respectivamente, a una densidad de población de 62,500 plantas ha^-1, distancia entre plantas de 20 cm y una planta por mata. El control de las malezas fue con aplicación en preemergencia de Primagran gold^® (Atrazina + S-metolaclor) a dosis de 1.5 L ha^-1 y en postemergencia, cuando la maleza tuvo una altura de 5 cm, de Marvel^® (Dicamba + Atrazina) a dosis de 2.0 L ha^-1.

Los fertilizantes (N-60P-30K) se aplicaron semanalmente a través del agua de riego a partir de la quinta semana después de la siembra, ya que durante la germinación se usan las reservas de la semilla, y el crecimiento de la plántula en las primeras etapas es lento. Para el fertirriego, se realizaron los cálculos semanales del fertilizante con base en las curvas de extracción de N, P y K en híbridos de maíz propuestas por ^{INPOFOS (1997)} y ^{Martínez et al. (2014)}, de acuerdo con las etapas fenológicas del maíz (^{Ritchie et al., 1993}). Se definió la distribución de la dosis de fertilización 150N-60P-30K (Cuadro 1), 225N y 300N, en unidades NPK, porcentaje y fertilizantes químicos por ha durante el ciclo fenológico de los genotipos de maíz. Para obtener las cantidades de aplicación semanal de 225N y 300N se multiplicaron los datos de N (Cuadro 1) por 1.5 y 2, respectivamente, manteniendo los valores de P y K.

Se identificaron las etapas fenológicas en los genotipos; en las líneas M-55 y CML-242 y la cruza simple M-55×M-54 se registraron los días a partir del primer riego, décima hoja ligulada (V10), floración media masculina (R1), grano masoso (R4) y madurez fisiológica (R6) (Figura 1). Información requerida para optimizar, aplicar y hacer uso de fertilizantes químicos y el agua.

Figura 1. Distribución porcentual de la dosis 150N-60P-30K para producir semilla de M-55 y M-55×M-54 en fertirriego. Chapingo, México. 2013. Etapas fenológicas: V10 (hoja ligulada 10), R4 (grano masoso) y R6 (madurez fisiológica) (^{Ritchie et al., 1993}). 

La inyección de la solución de fertilizantes se realizó a través de un venturi con un flujo de inyección de 2 L min^-1. La aplicación de las dosis fue a través del sistema de riego por goteo, una a la vez, usando mangueras con gotero integrado con un gasto de 1 L h^-1 por emisor, los goteros se ubicaron con un espaciamiento de 30 cm. Se usaron fosfonitrato (31-04-00), ácido fosfórico (00-53-00) y nitrato de potasio (12-02-44) como fuentes de N, P y K, respectivamente.

En 2013 y 2014, la cantidad de agua aplicada para riego durante el ciclo fue de 1750 y 1417 m3 ha^-1, respectivamente; en 2014 la aplicación fue más baja porque la precipitación registrada fue mayor (743.7 mm) en comparación con 2013 (541.3 mm). Cuando la precipitación fue mayor de 10 mm la cantidad de agua aplicada semanal fue 42 m³ ha^-1 y con precipitación menor de 10 mm fue 167 m³ ha^-1 al 100 % de evaporación de maíz.

Análisis estadístico

A las variables evaluadas se les realizó análisis de varianza combinado a través de años con el procedimiento PROC GLM del Statistical Analysis System (^{SAS Institute, 2014}) para las fuentes de variación y sus interacciones. En la evaluación de los genotipos se utilizaron contrastes ortogonales. Para las variables cuyos cuadrados medios mostraron diferencias significativas se utilizó la prueba de comparación de rango múltiple de Tukey (P ≤ 0.05).

Líneas y cruzas simples progenitoras de híbridos de maíz

El análisis de contrastes ortogonales mostró diferencias significativas (P ≤ 0.01) entre líneas, cruzas simples (directa y recíproca) progenitoras hembra del H-70 y del progenitor macho (CML-242) que interviene en la hembra (CML-246×CML-242) de los híbridos H-40, H-48, H-50, e híbrido H-70 para inicio de floración y floración media masculina y femenina, rendimiento y peso de semilla (Cuadro 2), debido entre otras causas a las características genéticas de cada línea que forman la cruza simple y el híbrido, la diferencia en número de autofecundaciones, que reduce su vigor (^{MacRobert et al., 2014}); la línea CML-242 tiene ocho en comparación con M-54 y M-55 con cinco y cuatro autofecundaciones, respectivamente (^{Arellano et al., 2011}); además, hubo diferencias en la respuesta de la planta a la aplicación de macronutrimentos (NPK) a través del agua de riego por goteo en la cantidad y etapa fenológica requerida, que se calculó con base en las curvas de extracción de N, P y K y las etapas fenológicas (^{Ritchie et al., 1993}) (Cuadro 1, Figura 1). Resultados similares fueron observados por ^{Kamara et al. (2003)}, ^{Virgen-Vargas et al. (2014}; ^2016b) y ^{Badu-Apraku et al. (2016)} al evaluar floración y rendimiento de líneas, cruzas simples normales y cruzas simples con calidad de proteína de maíz, respectivamente.

Para producir semilla certificada del híbrido H-70 [ (M-54×M-55) × CML-242] se requiere producir semilla categoría registrada de: 1) líneas en lotes aislados y 2) cruza simple M-54×M-55 en lote de desespigamiento y 3) cruza simple hembra por la línea macho [(M-54×M-55) × CML-242] en lote de desespigamiento. En los pasos 2 y 3, los días a inicio de floración masculina (IFM) y femenina (IFF) y la floración media masculina (FM) y femenina (FF), así como la altura de planta (AP), son básicos para eliminar la espiga del progenitor hembra, mantener la calidad genética y evitar autofecundaciones (^{Vallejo et al., 2008}), y lo mismo, la sincronía floral entre progenitores para asegurar la polinización y la formación de la semilla (^{Virgen-Vargas et al., 2016b}). Para producir la cruza simple hembra entre las líneas M-54 y M-55 existieron diferencias de 7 y 11 d para IFM e IFF, respectivamente (Cuadro 2); M-54 debe sembrarse entre 11 y 13 d antes que M-55 para que exista sincronía floral, y hasta 5 d para eliminar la espiga de la línea M-54. Para producir el híbrido H-70, con la hembra M-54×M-55 y la línea macho CML-242, hubo entre 3 y 5 d para IFM e IFF; sin embargo, se deben sembrar simultáneamente porque los días para IFM del macho (70) coinciden con los días para FF de la hembra (69) y los correspondientes días para FM (78) y FF (78) (Cuadro 2). Estos parámetros se encuentran dentro de los límites reportados por ^{Arellano et al. (2011)}. En M-54×M-55 se debe eliminar la espiga en un periodo de tiempo no mayor a 2 días después de la aparición de la primera espiga.

Respecto a la altura de la planta, la línea M-55 no tiene problema para la polinización de M-54 por su altura (222.83 y 195.28 cm, respectivamente) en el momento de la dispersión del polen; caso contrario ocurre con CML-242, que por su altura (148.33 cm) pudiera tener dificultad para polinizar a M-54×M-55, con una altura de 255.22 cm (Cuadro 2) y una altura de mazorca de 131.55 cm en fertirriego, en comparación con 52.11 cm con fertilización al suelo (150N-70P-30K) reportados por ^{Virgen-Vargas et al. (2014)}.

El rendimiento promedio de semilla de las líneas fue 3.28 Mg ha^-1, M-55 rindió 79 % más en comparación con M-54 (Figura 2), por lo que sería conveniente utilizarla como progenitor femenino en la cruza simple reciproca M-55×M-54 (^{Arellano et al., 2011}; ^{Virgen et al., 2013}) y en CML-242 fue menor debido posiblemente a su nivel de endogamia, lo que afecta su rendimiento (^{MacRobert et al., 2014}). La cruza simple reciproca M-55×M-54 rindió 24 % más que M-54×M-55 (7.54 Mg ha^-1), siendo estadísticamente diferentes (P ≤ 0.05); sin embargo, ambas pueden utilizarse como progenitor femenino porque el comportamiento del híbrido no cambia (Arellano et al., 2011), pero sí afecta al productor de semilla porque la cantidad de semilla certificada es menor utilizando M-54×M-55. Las líneas M-54 y M-55 rindieron 1073 y 235 % y las cruzas simples M-54×M-55 y M-55×M-54 produjeron 386 y 193 % más en fertirriego en comparación con riego por gravedad y 150N-70P-30N en Coatlinchán, Estado de México (^{Virgen et al., 2013}), 167 y 115 % más que el rendimiento promedio reportado por ^{MacRobert et al. (2014)}, y 2 y 26 % mayor rendimiento de semilla en comparación con la cruza simple CML-176×CML-142 con 150 kg N ha^-1 aplicados al suelo (^{Cervantes-Ortíz et al., 2013}).

Figura 2. Rendimiento de semilla promedio entre años, líneas de maíz, híbridos de cruza simple y dosis de N en fertirriego. Chapingo, Edo. de México. 2013-2014. Medias con la misma letra entre niveles de cada factor son estadísticamente iguales (Tukey, P ≤ 0.05); DSH: diferencia significativa honesta, CV: coeficiente de variación, R²: coeficiente de determinación. 

El híbrido H-70 rindió 30, 90 y 181 % más en fertirriego (Figura 2) en comparación con ambientes con temporal favorable, intermedio y pobre en localidades de Tlaxcala y Estado de México (^{Arellano et al., 2011}), con peso hectolítrico mayor de 74 kg hL^-1 (Cuadro 2) y mejor calidad de grano para elaborar tortillas. ^{Martínez et al. (2014)} también observaron un incremento del 35 % en el rendimiento de grano en fertirriego en comparación con fertilización al suelo y riego por gravedad.

En la siembra de un lote de producción de semilla híbrida el peso es útil para calcular la densidad de población, la relación entre surcos hembra y macho y el número de surcos macho para obtener mayor disponibilidad de polen o como bordo para aislamiento. El peso hectolítrico (PH) y peso de mil semillas (PMS) promedio fueron 73.06 kg hL^-1 y 331.06 g; entre líneas, CML-242 tuvo el mayor PH (75 kg hL^-1) y el menor PMS (254.31 g), mientras que M-54 tuvo menor y mayor valor para esas variables, respectivamente (Cuadro 2); 18, 13 y 9 % mayor PH y entre 14 y 2 % mayor PMS que lo reportado por ^{Virgen-Vargas et al. (2014)} debido a la aplicación de los nutrimentos en cantidad y etapa fenológica requerida por la planta en fertirriego (Cuadro 1, Figura 1), lo que causó un aumento en el peso de la semilla; por el contrario, los valores fueron entre 27 y 43 % menores a lo reportado por ^{MacRobert et al. (2014)} al evaluar las líneas CML-444 y CML-312, genéticamente diferentes a las líneas evaluadas en este estudio. Entre cruzas simples el PH fue similar, pero 12 % mayor PMS en comparación con M-54×M-55, valores similares a los reportados por ^{Virgen-Vargas et al. (2016a)} al evaluar semilla certificada del híbrido H-70 producida por microempresas vinculadas con el INIFAP. En M-55×M-54 se obtuvo 16 % más PH que cuando se cultivó con 150N-70P-30K y riego por gravedad (^{Virgen-Vargas et al., 2016b}), lo que confirma el efecto del sistema de producción de fertirriego sobre la producción y calidad física de la semilla de progenitores de híbridos de maíz.

Efecto del N en fertirriego sobre la producción y peso de semilla

Hubo diferencias significativas (P ≤ 0.05) entre dosis de N aplicado en fertirriego para inicio de floración, floración media, altura de planta, rendimiento de semilla en progenitores e híbrido de maíz (Cuadro 3), debido posiblemente a que la cantidad de N aplicado a través del agua de riego en función de la etapa fenológica de la planta mejoró su disponibilidad y absorción por la planta, lo que influyó en el crecimiento, desarrollo y productividad a causa de la modificación de la actividad fotosintética (^{Nazir et al., 2016}) y al contenido de clorofila en la hoja (^{Kovács et al., 2014}). Resultados similares fueron observados por ^{Kovács et al. (2014)} y ^{Zamudio-González et al. (2016)} al aplicar N para producir grano, y por ^{Cervantes-Ortíz et al. (2013)} para producir semilla híbrida de maíz. La información sobre el uso de N en líneas y cruzas simples progenitoras de híbridos de maíz es limitada y específica, es por ello que se usa la información para producir grano y semilla, con modificaciones.

Las dosis de 225 y 300 kg N ha^-1 en fertirriego retrasaron el IFM en promedio 1 y 2.5 d y el IFF hasta en 3 d (Cuadro 3), los que son útiles para eliminar la espiga del progenitor hembra en un lote de producción de semilla híbrida, así como lograr la sincronía floral entre progenitor masculino y femenino. Situación similar se observó con la floración media masculina y femenina, importantes para la polinización y formación de la semilla en el progenitor hembra. Por el contrario, ^{Cervantes-Ortíz et al. (2013)} no encontraron cambio en la floración femenina al evaluar la línea CML-176 y la cruza simple CML-176×CML-142, progenitor femenino del H-374C, con 150, 250 y 350 kg N ha^-1 aplicados al suelo.

La altura de la planta (AP) fue mayor con la dosis de 150 kg N ha^-1 y ligeramente menor con 225 y 300 kg N ha^-1 (Cuadro 3). La AP en el progenitor masculino es importante para polinizar, pues en ocasiones las líneas macho tienen porte bajo y el jilote del progenitor hembra está por encima de la espiga, lo que dificulta la polinización y consecuente formación de la semilla. La línea CML-242 midió 148.3 cm de altura, es progenitor macho de la cruza simple hembra M-55×M-54, que tuvo 257.5 cm; en fertirriego la línea CML-242 tuvo altura mayor en comparación con la fertilización al suelo (150N-70P-30K), de acuerdo con lo reportado por ^{Virgen-Vargas et al. (2014)}, suficiente para polinizar al jilote de la hembra M-55×M-54 que tuvo una altura de 134.94 cm.

El rendimiento de semilla promedio fue mayor con la aplicación de 150 kg N ha^-1, éste disminuyó en 4.23 y 9.50 % con 225 y 300 kg N ha^-1, respectivamente (Figura 2), debido a la disponibilidad de los macronutrimentos (N-60P-30K) en la cantidad y etapa fenológica requerida por el maíz y fue mayor en fertirriego (Cuadro 1) en comparación con la fertilización al suelo y a la respuesta de los progenitores al N (^{Cervantes-Ortíz et al., 2013}; ^{Garnett et al., 2015}). Lo anterior indica que para producir semilla híbrida categoría registrada y certificada es mejor aplicar los nutrimentos a través del riego por goteo, lo cual es una alternativa viable para obtener un rendimiento de semilla promedio de 3.28 y 8.44 Mg ha^-1 en líneas y cruzas simples progenitoras con menor uso de fertilizantes (150N-60P-30N) (Cuadro 1, Figura 1), y el uso de agua, en 2013 y 2014, entre 1750 y 1417 m₃ ha^-1 al 100 % de evaporación de maíz, en comparación con 3.0 Mg ha^-1 de semilla certificada comercializable de H-515 y H-516 con la dosis promedio de 180N-60P-60K (^{Barrón, 2010}) y entre 3.0 y 4.0 Mg ha^-1 en H-318 con 250N-40P-60K (^{Vallejo et al., 2008}) aplicados al suelo. El híbrido H-70 rindió en promedio 32.16 y 79.35 % más con 150N-60P-30K en fertirriego en comparación con P3646H y H-51 AE con 120N-20P-20K y 300N-90P-90K aplicado al suelo (^{Araújo et al., 2014}; ^{Zamudio-González et al., 2016}).

Resultados similares a los obtenidos por ^{Martínez et al. (2014)}, de 35 % más rendimiento en fertirriego en comparación con la aplicación al suelo. En general, la respuesta de los genotipos al N fue similar a lo reportado por ^{Cervantes-Ortíz et al. (2013)}, el progenitor femenino del H-374C disminuyó el rendimiento de semilla en 2.63 y 9.11 % al aumentar la dosis de N de 150 a 250 y 350 kg ha^-1.

No hubo diferencias significativas (P ≤ 0.05) para peso de la semilla, se observó una ligera tendencia a incrementar peso de mil semillas con la dosis 225 kg N ha^-1. Los pesos hectolítrico y de mil semillas (Cuadro 3) están dentro de los parámetros de calidad física señalados por ^{Virgen-Vargas et al. (2014)} para líneas (promedio 65.33 kg hL^-1 y 263.30 g) y por Virgen-^{Vargas et al. (2016b)} para cruzas simples progenitoras de híbridos de maíz (promedio 64.87 kg hL^-1) con fertilización al suelo con 150N-70P-30K; resultados contrarios a los reportadso por ^{Haegele et al. (2013)}, al evaluar cruzas simples con variantes de N, ésto indica que para producir semilla híbrida categoría registrada y certificada, el aplicar 150N-60P-30K a través del riego por goteo es viable para incrementar el rendimiento y calidad de semilla; dosis similares a las reportadas por ^{Fischer y Edmeades (2010)} y ^{Mueller y Vyn (2016)} para producir grano de maíz.

Condiciones climáticas y su efecto en la producción y peso de la semilla

Para producir semilla de líneas y cruzas simples progenitoras de híbridos de maíz es básico conocer las condiciones climáticas, la respuesta del genotipo (^{Virgen-Vargas et al., 2014}) y las prácticas de manejo (^{Fischer y Edmeades, 2010}). Entre ciclos agrícolas primavera-verano 2013 y 2014 se observaron diferencias significativas (P ≤ 0.05) para inicio de la floración masculina y femenina, altura de planta, rendimiento y peso de semilla (Cuadro 3, Figura 2), lo que indica que por lo menos una característica fue diferente de un año a otro. En 2013, la precipitación registrada durante el ciclo fenológico del maíz fue de 541.3 mm, menor en 37 % a la ocurrida en 2014 (743.7 mm) con temperaturas promedio similares entre años (19.78 vs. 19.41 °C), pero con 50 % de temperaturas promedio semanales mayores entre 0.05 y 3.21 °C en 2013 (Figura 3). Estas diferencias posiblemente contribuyeron a modificar los días a IFM, IFF, FM, FF, así como AP, rendimiento y peso de semilla de los genotipos. Efectos similares de la precipitación y la temperatura sobre la productividad y número y aborción de granos en la mazorca de híbridos de maíz fueron observados por varios autores (^{Haegele et al., 2013}; ^{Kovács et al., 2014}), mientras que en rendimiento y calidad física de semilla de líneas y cruzas simples progenitoras son menores (^{Arisnabarreta y Solari, 2017}; ^{Ghete et al., 2020}; ^{Virgen-Vargas et al., 2014}; ^2016b).

Figura 3. Temperatura y precipitación promedio semanal en 2013 y 2014. Estación Meteorológica Chapingo, Estado de México. En los progenitores CML-242 y M-55×M-54 se muestran los estados fenológicos: V10 (hoja ligulada 10), R1 (floración), R4 (grano masoso), R6 (madurez fisiológica) (^{Ritchie et al., 1993}). 

Los días a IFM e IFF, así como FM y FF son parámetros importantes para producir semilla híbrida categorías registrada y certificada para iniciar el desespigue del progenitor hembra y tener sincronía floral entre los progenitores hembra y macho para formar la semilla. Entre ciclos agrícolas primavera-verano, en 2013 se observó mayor número de días para IFM e IFF, así como para FM, FF y AP que en 2014 (Cuadro 3), lo que puede ser atribuido a que durante las etapas de germinación y desarrollo vegetativo de la planta (primeras seis semanas) la temperatura semanal promedio fue mayor entre 0.05 y 3.21 °C y hubo menor precipitación semanal registrada (entre 10.4 y 50.3 mm) en comparación con 2014 (Figura 3), lo que causó estrés a la planta reflejado en menor crecimiento y desarrollo. Entre ciclos agrícolas, en la línea CML-242 y la cruza simple M-55×M-54 se observaron entre 3 y 5, y entre 1 y 2 días en las etapas fenológicas para hoja ligulada 10, floración, grano masoso y madurez fisiológica (Figura 3), atribuidas a la diferencia en precipitación y temperatura. Efectos similares fueron observados por ^{Noriega et al. (2011)} en líneas y cruzas simples progenitoras de híbridos de maíz QPM en el Bajío, y por ^{Virgen-Vargas et al. (2016b)} en Valles Altos de México.

El rendimiento de semilla promedio fue 6.52 Mg ha^-1, en 2014 fue 3.06 % mayor, y en 2013 2.91 % menor (Figura 2), debido a la mayor disponibilidad de humedad por la precipitación en la etapa de llenado de grano, lo que contribuyó al aumento en la producción. En 2014 hubo 11.5 % más precipitación que 2013 (118.2 mm) a partir de la floración y hasta agosto, y las temperaturas fueron similares (Figura 3). Ésto confirma el efecto del ambiente sobre la productividad y calidad física de semilla de líneas (^{Virgen-Vargas et al., 2014}) y de cruzas simples hembra progenitoras de maíz (^{Virgen-Vargas et al., 2016b}), lo que resulta útil para determinar dónde, cuándo y cómo establecer un lote de producción de semilla. Situación contraria se observó en el peso hectolítrico y peso de mil semillas; en 2013 los pesos fueron mayores en 3.73, y 10.83 %, respectivamente, en comparación con 2014 (Cuadro 3).