Introducción

El género Physalis tiene una importancia cultural, económica y biológica alta en México. Ha estado presente en la dieta mexicana desde tiempos precolombinos y su uso perdura hasta nuestros días. Se consume principalmente en fresco, aunque también se industrializa, tanto para el mercado nacional como para exportación. Algunas especies de este género tienen usos medicinales y ornamentales, que son escasamente conocidos y aprovechados (^{Santiaguillo-Hernández & Blas-Yáñez, 2009}). En particular, el tomate de cáscara cultivado en México es Physalis ixocarpa Brot. ex Horm. (^{Santiaguillo-Hernández, Cedillo-Portugal, & Cuevas-Sánchez, 2010}). Se puede cultivar tanto en riego como temporal, y prácticamente todo el año (ciclo primavera-verano y otoño-invierno). Asimismo, el tomate se cultiva en condiciones climáticas diversas, lo que sugiere gran adaptabilidad de la especie (^{Peña-Lomelí & Sanatiaguillo-Hernández, 1999}; ^{Santiaguillo-Hernández et al., 2010}).

Entre las hortalizas, el tomate de cáscara ocupa el sexto lugar en cuanto a superficie cultivada en México. De 2006 al 2015 se ha mantenido un promedio de 49,177 ha de superficie sembrada por año (^{Sistema de Información Agrícola y Pesquera - Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación [SIAP-SAGARPA], 2015}). La importancia adquirida por este cultivo se debe al aumento en el consumo per cápita (4.5 kg) a nivel nacional, así como al incremento de su exportación a Estados Unidos de Norteamérica y Canadá, principal mercado del tomate verde, aunque se tienen compras incipientes de Países Bajos y Reino Unido (^{Peña-Lomelí et al., 2002}). El rendimiento promedio nacional (16.10 t∙ha^-1) se considera bajo en relación con el potencial productivo del cultivo que se estima en 40 t∙ha^-1. Las causas del rendimiento bajo pueden ser el uso de variedades con potencial productivo bajo, técnicas de producción ineficientes, uso de semilla de baja calidad y control ineficiente de plagas y enfermedades (^{Peña-Lomelí, Ponce-Valerio, Sánchez-del Castillo, & Magaña-Lira, 2014}; ^{Peña-Lomelí & Sanatiaguillo-Hernández, 1999}; ^{SIAP-SAGARPA, 2015}).

En tomate de cáscara existe autoincompatibilidad, que está dada por dos loci independientes con alelos múltiples. El polen es incompatible cuando uno o más alelos están presentes tanto en el grano de polen como en el estilo. En el proceso entre polinización y fecundación, el polen generalmente no llega a germinar, pero si lo hace, el tubo polínico no puede penetrar a través del estigma (^{Pandey, 1957}). Como consecuencia, su mejoramiento genético por hibridación con base en líneas endogámicas es complicado, sobre todo si no se cuenta con técnicas de polinización adecuadas (^{Peña-Lomelí & Márquez-Sánchez, 1990}). No obstante, diversas investigaciones indican que el mejoramiento por hibridación interpoblacional es promisorio para el tomate de cáscara, ya que se han obtenido valores altos de heterosis intra e inter varietal (^{Peña-Lomelí, Molina-Galán, Márquez-Sánchez, & Sahagún-Castellanos, 1999}; ^{Peña-Lomelí et al., 1998}; ^{Sahagún-Castellanos, Gómez-Ruiz, & Peña-Lomelí, 1999}; ^{Santiaguillo-Hernández, Cervantes-Santana, & Peña-Lomelí, 2004}).

Aprovechar la heterosis en tomate de cáscara implica, entre otras cosas, contar con una técnica eficiente para la realización de cruzas manuales. En este sentido, debido a la autoincompatibilidad, la polinización cruzada (ya sea por medio de cruzas fraternales o de planta a planta) se facilita, pues en general no es necesario emascular las flores objeto del cruzamiento (^{Peña-Lomelí & Márquez-Sánchez, 1990}). Al respecto, ^{Santiaguillo-Hernández, Cervantes-Santana, Peña-Lomelí, Molina-Galán, y Sahagún-Castellanos (2005)} mencionan que la autoincompatibilidad en tomate de cáscara no es completa y posiblemente es menor en algunas variedades. Mientras que ^{Mulato-Brito, Peña-Lomelí, Sahagún-Castellanos, Villanueva-Verduzco, y López-Reynoso (2007)} reportan la existencia de mutantes autocompatibles, lo cual implicaría la necesidad de emascular las poblaciones.

Las flores del tomate de cáscara son bisexuales (perfectas o hermafroditas), solitarias y salen de la dicotomía de las ramas. Cuando la planta entra a floración requiere de 30 a 32 °C. Con temperaturas arriba de estos valores, durante la floración, se puede provocar deshidratación del tubo polínico, polinización incompleta y frutos malformados (^{Saray-Meza & Loya-Ramírez, 1977}). Por lo general, las flores abren antes de que ocurra la dehiscencia de las anteras, entre las 8:00 y 12:00 del día. La polinización natural en tomate de cáscara se realiza en su mayoría por insectos, principalmente abejas, aunque también puede ser por el viento. Una vez que la flor ha sido polinizada se cierra y no vuelve a abrirse, luego comienza a marchitarse para enseguida caer (^{Pérez-Grajales, Márquez-Sánchez}, & ^{Peña-Lomelí, 1998}). A los 55 días después de la polinización, la semilla de tomate de cáscara se puede considerar fisiológicamente madura (^{Pérez-Camacho et al., 2012}).

Dado que el tomate de cáscara requiere de la polinización cruzada para formar frutos y al interior de un invernadero la circulación del viento es mínima e insuficiente para mover el polen, la polinización natural es deficiente (^{Santiaguillo-Hernández, Vargas-Ponce, Grimaldo-Juárez, Sánchez-Martínez, & Magaña-Lira, 2009}). Esto implica que la producción comercial de tomate de cáscara en invernadero, entre otros factores, no ha sido eficiente debido a que se dificulta la polinización y en consecuencia reduce el rendimiento (^{Peña-Lomelí et al., 2014}; ^{Ponce-Valerio et al., 2012}). Sin embargo, cuando se realizan cruzas manuales para el mejoramiento genético se puede utilizar el invernadero, ya que la baja fecundación natural permite que la mayoría de los frutos en desarrollo sean producto de la polinización manual.

Por lo anterior, cuando se trata de mejoramiento genético, es necesario determinar el tiempo adecuado para realizar la polinización manual en ambientes controlados con el fin de lograr mayor producción de frutos y semillas. Algunos estudios indican que la fecundación manual de tomate de cáscara en invernadero debe hacerse cuando los botones florales están cerrados, pues se ha encontrado que el estigma es más receptivo en esta etapa. En contraste, las anteras liberan polen después de que la flor ha abierto. Esta técnica es usada en programas de mejoramiento genético, sobre todo porque garantiza la pureza de las cruzas que se realizan. No obstante, se requiere conocimiento preciso para identificar el estado ideal de los botones florales, sin el cual su eficiencia en flores polinizadas y semilla producida es baja (^{Peña-Lomelí et al., 1998}; ^{Santiaguillo-Hernández et al., 2005}).

Con base en lo antes mencionado, en el presente trabajo se evaluaron tiempos de polinización de botones florales de dos variedades de tomate de cáscara, con el objetivo de determinar el momento óptimo para realizar la polinización manual de manera eficiente en cada una de ellas para lograr el mayor amarre de frutos y producción de semillas. Esto bajo las hipótesis de que el mejor momento será después de que se cubra el botón floral, y de que no habrá diferencia entre las variedades.

Materiales y métodos

El presente trabajo de investigación se realizó de octubre a diciembre de 2015 en los invernaderos del campo experimental del Departamento de Fitotecnia de la Universidad Autónoma Chapingo (UACh), México (19° 29' 31.0" latitud norte y 98° 52' 20.4" longitud oeste, a 2,250 msnm). De acuerdo con la clasificación de Köppen modificada por ^{García (1988)}, el clima es Cb(Wo)(W)b(i´), definido como templado subhúmedo con lluvias en verano, precipitación invernal menor a 5 %, poca oscilación térmica, veranos frescos y régimen de precipitación media anual de 636 mm. La temperatura media anual se ubica entre 12 y 18 °C, con variación menor a 5 °C.

Las variedades utilizadas en este estudio fueron Diamante y Manzano Tepetlixpa, ambas registradas a nombre de la Universidad Autónoma Chapingo (^{Servicio Nacional de Inspección y Certificación de Semillas [SNICS], 2016}) con título de obtentor 1583 y 1584, respectivamente. Para cada una se seleccionaron dos familias de medios hermanos maternos (FMHM) de alto rendimiento, con el propósito de generar endogamia por medio de cruzas fraternales y heterosis por hibridación interfamiliar. Las cuatro familias obtenidas fueron las estudiadas en el presente trabajo.

Diamante es resultado de la mejora por selección y surge de la hibridación de las variedades CHF1 Chapingo y Puebla SM3. Su nombre deriva de la brillantez del color del fruto y presenta una vida de anaquel corta. Es una planta precoz de porte semierecto con hojas elípticas de color verde y flores de tamaño medio. Sus frutos son grandes con tres lóculos, verdes y firmeza media, con cobertura del cáliz completamente cerrado y con semillas de color amarrillo pardo. Se adapta a las condiciones climáticas de la región Valles Altos (México, Tlaxcala, Puebla e Hidalgo) en el ciclo primavera-verano, y tiene un rendimiento de 30 t∙ha^-1 o más en condiciones de riego con acolchado (^{Sánchez-Martínez & Peña-Lomelí, 2015}).

Por otro lado, Manzano Tepetlixpa es una variedad mejorada por selección y su nombre deriva del poblado donde se colectó el material original (Tepetlixpa, municipio del estado de México). Es una planta precoz, de porte erecto, con hojas elípticas de color verde y flores de tamaño medio. Sus frutos tienen tres lóculos, son grandes, dulces, de color amarrillo y firmeza media, con cobertura del cáliz completamente cerrada y acostillado. Presenta semillas medianas de color amarillo pardo. Se distribuye principalmente en México y Morelos (Cuautla) y tiene un rendimiento de 30 t∙ha^-1 o más en condiciones de riego y espaldera. (^{Sánchez-Martínez & Peña-Lomelí, 2015}).

Los factores estudiados fueron tres. El primero fue tiempo (en días), con cinco niveles, que fueron los cinco días en que se polinizó diariamente. El segundo fue variedad, al cual correspondieron dos poblaciones de tomate de cáscara (Diamante y Manzano Tepetlixpa). El tercero fue familia, que constó de dos niveles dentro de cada variedad (F1 y F2). Esto generó un diseño de tratamientos factorial completo 5 x 2 x 2. Adicionalmente, se incluyó un testigo, el cual consistió en flores cubiertas sin polinizar, con el fin de verificar que no existieran mutantes autocompatibles dentro de las poblaciones estudiadas (^{Mulato-Brito et al., 2007}).

El experimento se estableció en el ciclo otoño-invierno de 2015, bajo un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones. La unidad experimental constó de diez botones florales por tratamiento. El cultivo se desarrolló bajo invernadero con hidroponía; como sustrato se usó tezontle rojo de grano fino y la solución nutritiva utilizada fue la de ^{Steiner (Steiner, 1984)}.

Para el proceso de polinización, se cubrieron diez botones florales de cada unidad experimental con bolsas de glassine planas de 4 cm de ancho por 7 cm de largo, las cuales se cerraron mediante un doblez con la ayuda de un clip del número tres. El criterio para elegir las flores fue que estuvieran completamente cerradas, pero que los pétalos ya presentaran tonalidad amarilla. De acuerdo con el tratamiento asignado a cada unidad experimental, se realizó la polinización manual en los días uno (que corresponde al momento en que se cubrieron los botones), dos, tres, cuatro y cinco. En el testigo las flores se dejaron cubiertas todo el tiempo.

Para realizar la polinización se colectó polen (en una caja de Petri de 6 cm de diámetro) de las flores abiertas de todas las plantas de la repetición para cada familia. Posteriormente, se identificaron las flores correspondientes a ese día y se polinizaron una a una. Para ello, se retiró la bolsa, después, con la ayuda de un pincel de pelo de camello del número 0, se colocó polen en el estigma y se volvió a cubrir la flor con la bolsa. Una vez que ocurrió la fecundación, la corola se secó e inició el desarrollo del cáliz (diez días después de la polinización). En ese momento, se retiró la bolsa con el propósito de no impedir la formación del fruto. Los frutos en desarrollo se identificaron con etiquetas de colgar del número dos.

La cosecha se realizó a los 75 días después de haber realizado la polinización. Las variables evaluadas se describen a continuación. Número de frutos (NF), se cuantificaron los frutos amarrados por cada tratamiento. Peso de frutos (PF, g), se pesaron los frutos obtenidos de cada unidad experimental en una balanza digital marca OHAUS^® 5 K. Peso total de semillas (PTS, mg) y peso de 100 semillas (P100S, mg) de cada unidad experimental. Ambas evaluaciones se hicieron en el laboratorio de ecología del Departamento de Fitotecnia de la UACh con una balanza precisión laboratorio GRAM SVI^®. Finalmente, se determinó el número total de semillas (NTS) de forma indirecta utilizando la ecuación siguiente:

Para el caso de las unidades experimentales en que se obtuvo un reducido número de semillas se procedió a hacer el conteo directamente.

Con los datos obtenidos, se realizó un análisis de varianza de acuerdo con el diseño experimental de bloques completos al azar, para lo cual se usó el paquete estadístico Statistical Analysis System (^{SAS, 2002}). Posteriormente, se realizaron comparaciones de medias de Tukey (α ≤ 0.05) para los factores cuyo efecto fue significativo. En aquellas variables que presentaron interacciones significativas, se efectuaron pruebas de comparación de medias de los niveles de un factor en cada uno de los niveles del otro factor.

Resultados y discusión

Análisis de familias en cada variedad

Este factor tuvo efectos significativos para las variables NTS y P100S. En la Figura 1 se puede observar que la familia uno de la variedad Diamante obtuvo significativamente mayor NTS que la familia dos; mientras que las familias de Manzano Tepetlixpa no presentaron diferencia significativa en esta misma variable.

Figura 1 Número total de semillas (NTS) producidas por frutos de las dos familias de las variedades Diamante y Manzano Tepetlixpa polinizadas manualmente en cinco días diferentes. Dentro de cada variedad, barras con la misma letra no difieren estadísticamente (Tukey, α ≤ 0.05). 

El P100S obtenido de la familia uno fue significativamente mayor al de la familia dos, ambas de la variedad Diamante, diferencia que no se observó en Manzano Tepetlixpa (Figura 2).

Figura 2 Peso de 100 Semillas (P100S) de las dos familias de la variedad Diamante y Manzano Tepetlixpa polinizadas manualmente en cinco días diferentes. Dentro de cada variedad, barras con la misma letra no difieren estadísticamente (Tukey, α ≤ 0.05). 

Interacción variedad x tiempo

Esta interacción se encontró en el PF y el NTS e indica que el comportamiento de los cultivares varía con el día en el que se realizó la polinización manual.

Al realizar la polinización el tercer día, Diamante logró alcanzar un mayor PF (Figura 3), pero no difirió estadísticamente de los días uno, dos y cuatro; lo cual indica que con la polinización durante los primeros cuatro días se obtienen frutos de peso similar en la variedad Diamante. Por otra parte, Manzano Tepetlixpa alcanzó su PF mayor el segundo día, aunque no superó estadísticamente al tercer día.

Figura 3 Peso de Frutos (PF) de las variedades de tomate de cáscara Diamante y Manzano Tepetlixpa polinizadas manualmente en cinco días diferentes. Dentro de cada variedad, barras con la misma letra no difieren estadísticamente (Tukey, α ≤ 0.05) 

En Diamante el mayor NTS se obtuvo al polinizar la flor al tercer día, aunque este valor no difirió estadísticamente de los obtenidos el día dos y cuatro. Para la variedad Manzano Tepetlixpa, en el segundo día de polinización se logró obtener un mayor NTS, aunque similar al día tres (Figura 4).

Figura 4 Número total de semillas (NTS) de tomate de cáscara de las variedades Diamante y Manzano Tepetlixpa polinizadas manualmente en cinco días diferentes. Dentro de cada variedad, barras con la misma letra no difieren estadísticamente (Tukey, α ≤ 0.05). 

Al analizar en conjunto las variables PF y NTS, se puede identificar que para ambas variedades se obtuvieron mejores resultados en los días dos y tres de polinización, pues es cuando se logra un mejor desarrollo de los frutos y la mayor cantidad de semilla. Esto indica que la mayor cantidad de semilla se obtiene al realizar la polinización el día tres para Diamante y en el día dos para Manzano Tepetlixpa. Lo anterior difiere de lo reportado por ^{Pérez-Grajales et al. (1998)}, quienes señalan que la polinización debe hacerse en botones florales cerrados, lo que posiblemente se debe a que usaron diferentes variedades.

En suma, los hallazgos de esta investigación han ayudado a esclarecer el intervalo de tiempo adecuado para realizar la polinización manual del tomate de cáscara. Al polinizar las flores a los dos y tres días después de haber cubierto los botones no se incrementa significativamente el amarre de fruto respecto del día uno recomendado por ^{Pérez-Grajales et al. (1998)}, pero sí se duplica la producción de semilla. Esto representa una mejora sustantiva en la eficiencia de las cruzas manuales, ya sea dentro de un programa de mejoramiento genético o en la regeneración de accesiones resguardadas en bancos de germoplasma.

Conclusiones

La variedad Diamante produjo bastantes semillas por fruto, mientras que con Manzano Tepetlixpa se obtuvieron frutos con pocas semillas pero de mayor peso.

El periodo sugerido para la polinización manual es entre los dos y tres días después de haber cubierto los botones florales. Para Manzano Tepetlixpa se obtuvieron mejores resultados el día dos, y para Diamante, el día tres.

En Diamante se encontraron diferencias entre familias para número de semillas y peso de 100 semillas; esto implica que existe diversidad entre las familias de esta variedad, a diferencia de las de Manzano Tepetlixpa que no difirieron entre las mismas variables.