Introducción

La producción de aguacate en México está basada en el uso de portainjertos vigorosos que generan árboles que llegan a dificultar el manejo agronómico por su tamaño. Por ello, diversas investigaciones se enfocan en encontrar cultivares enanos que sean productivos y con buena calidad de fruta, con el fin de establecer plantaciones en alta densidad y reducir costos de producción (^{Sánchez-Colín, Rubí-Arriaga, & de la Cruz-Torres, 1992}).

Actualmente, en los programas de mejoramiento genético, es importante la eficiencia fisiológica de nuevos cultivares de aguacate, la cual puede estar relacionada con la eficiencia de la hoja; por ejemplo, el uso eficiente del agua (^{Acosta-Rangel et al., 2018}), al considerar que ésta responde a condiciones de suelo como la hipoxia de raíces (^{Gil, Gurovich, Schaffer, García, & Iturriaga, 2009}), y la salinidad (^{Acosta-Rangel et al., 2019}), entre otros. Además, a diferencia de las raíces que requieren excavación o utilizar rizotrones para poder obtenerlas y estudiarlas, con las hojas se tiene acceso directo.

Los procesos primarios que determinan el crecimiento vegetal son, fundamentalmente, los que involucran el intercambio de gases con el aire circundante, como fotosíntesis, respiración y transpiración (^{Taiz & Zeiger, 2006}), y ocurren principalmente en hoja. Entre el tejido epidérmico de la hoja se encuentran los estomas, formados por un ostiolo o poro rodeado de dos células oclusivas (llamadas células guarda) con forma arriñonada, y pueden estar acompañadas de células llamadas subsidiarias o células de apoyo (^{Prabhakar, 2004}).

La presencia de estomas en el haz y el envés de la lámina foliar son características distintivas entre especies, las cuales se clasifican como anfiestomáticas (que cuentan con estomas en sus dos superficies), hipoestomáticas (con estomas en la superficie abaxial o envés) y epiestomáticas o hiperestomáticas (con estomas en la superficie adaxial o haz) (^{Fricker & Willmer, 2012}). La distribución de los estomas en hojas de aguacate se ha clasificado como hipoestomáticas (^{Kofidis, Bosabalidis, & Chartzoulakis, 2004}).

El intercambio gaseoso es realizado principalmente por los estomas, donde la conductancia de gases se controla por cambios en la turgencia de las células oclusivas y responde a diversos factores ambientales, entre los que destacan la luz, la humedad y la concentración de CO₂ (^{Assmann & Gershenson, 1991}). La relación entre la asimilación de CO₂ y la conductancia estomática varía entre especies, y puede no presentarse, lo cual resulta en la acumulación interna de CO₂ (^{Gil et al., 2009}).

El número de estomas entre especies vegetales es muy variable. ^{Fricker y Willmer (2012)} observaron una variación de 14 a 2,200 estomas·mm^-2, y detectaron que la frecuencia se ve afectados por una serie de factores. Algunos investigadores encontraron, en varias especies de cítricos y anona, que el número de estomas en la hoja varía con respecto al portainjerto utilizado (^{Schoch, Zinsou, & Sibi, 1980}; ^{Cañizares, Sanabria, Rodríguez, & Perozo, 2003}; ^{Parés-Martínez, Arizaleta, Sanabria, & Brito, 2004}), y en aguacate se modifica por el interinjerto (^{Ayala-Arreola, Barrientos-Priego, Colinas-León, Sahagún-Castellanos, & Reyes-Alemán, 2010}). Se ha reportado que el aguacate presenta de 100 a 610 estomas·mm^-2 en plantas provenientes de semilla (^{Kadman, 1965}), y que puede variar con el perfil de la plántula, la raza de aguacate (^{Barrientos-Priego, Borys, Trejo, & López-López, 2003}) y el genotipo (^{Barrientos-Priego & Sánchez-Colín, 1987}).

En aguacate, ‘Colín V-33’, que tiene porte bajo y hábito de crecimiento expandido (^{Roe, Conradie, & Köhne, 1995}), ha sido utilizado como injerto intermedio para reducir altura de árboles de la variedad Fuerte (^{Barrientos-Priego, López-Jiménez, & Sánchez-Colín, 1987}) y ‘Hass’ (^{Barrientos-Villaseñor, Barrientos-Priego, Rodríguez-Pérez, Peña-Lomelí, & Muñoz-Pérez, 1999}). Asimismo, se ha usado en la selección de portainjertos enanos que satisfagan las necesidades de los nuevos sistemas de producción, donde se ha propuesto como posible índice de preselección la densidad de estomas (^{Barrientos-Pérez & Sánchez-Colin, 1982}), y se ha encontrado que a mayor densidad de estomas en las hojas menor porte del árbol (^{Barrientos-Priego & Sánchez-Colín, 1987}).

El uso de interinjerto puede modificar la densidad estomática de la hoja de aguacate ‘Hass’, ‘Fuerte’ y ‘Duke 7’, y de acuerdo con ^{Ayala-Arreola et al. (2010)}, el interinjerto de ‘Colín V-33’ aumentó significativamente la densidad estomática del injerto final. Una mayor densidad estomática se ha relacionado con menor tamaño de estomas, que pueden reaccionar rápidamente a condiciones desfavorables (^{Drake, Froend, & Franks, 2013}).

Debido a que la densidad estomática es una característica que requiere tiempo para ser definida, la preselección de genotipos en etapas tempranas se podría realizar mediante la valoración de la conductancia estomática medida con porómetro, ya que estas características están relacionadas (^{Taylor et al., 2012}). Por ello, el objetivo de la presente investigación fue evaluar las relaciones entre las características de los estomas y el intercambio de gases de la lámina foliar en plántulas de aguacate derivadas de semilla de ‘Colín V-33’.

Materiales y métodos

Resultados y discusión

De acuerdo con la distribución de estomas observada, las hojas de aguacate se clasificaron como hipoestomáticas, lo cual concuerda con ^{Kofidis et al. (2004)}. Esta característica es común en árboles frutales y forestales, ya que es un mecanismo de protección de estomas de la planta para evitar exceso de transpiración. Según ^{Camargo y Marenco (2011)}, la característica hipoestomático es considerada como un rasgo primitivo en las plantas, mientras que ^{Rendón-Anaya et al. (2019)} consideraron al aguacate una especie de linaje basal, cerca del origen de plantas con flor.

La distribución de estomas en la superficie abaxial no tuvo arreglo específico, ya que se observaron esparcidos por todo el envés de la hoja (Figura 1), característica que también se considera como primitiva (^{Camargo & Marenco, 2011}) y, en el caso del aguacate, se han encontrado distribuidos en la superficie abaxial, sin diferencias entre la parte apical, media y basal de la hoja (^{Morales-Escobar, Barrientos-Priego, Barrientos-Pérez, & Martínez-Damián, 1992}). De acuerdo con lo obtenido en la prueba de t, no existe diferencia entre ambos lados de la hoja en su parte abaxial (P = 0.615).

Figura 1 Vista frontal de la superficie abaxial de la lámina foliar de plántula de Persea americana Mill. ‘Colín V-33’: a) distribución de estomas (e) y células epidérmicas típicas (ce), y b) detalle de un estoma anomocítico. 

La disposición de las células epidérmicas alrededor de las células oclusivas (Figura 1) permitió clasificar a los estomas como anomocíticos, cuyas características principales son que no presentan células anexas o acompañantes y que tienen cuatro o más células subsidiarias que varían en posición, forma y tamaño (^{Prabhakar, 2004}). Es decir, las células que rodean al estoma no presentan diferencias con las otras células epidérmicas.

En promedio, la longitud de los estomas varió de 13.11 a 19.64 µm, siendo de 16.35 µm en el lado derecho del envés de la lámina foliar y de 16.06 µm en el lado izquierdo (Cuadro 1), sin diferencias estadísticas entre ambos lados de la lámina (P = 0.757). ^{Drake et al. (2013)} afirman que en condiciones desfavorables los estomas pequeños tienen una respuesta más rápida que los estomas grandes, y combinados con la alta densidad estomática muestran alta conductancia. Así, estas características pueden ser consideradas en la selección integral para alta conductancia estomática acompañada, probablemente, de una alta capacidad fotosintética. Estos principios pueden ser aplicados a la selección de plantas en mejoramiento genético.

La densidad de estomas en la hoja número once de las plantas de ‘Colín V-33’ varió entre 105.88 y 317.65 estomas·mm^-2. Dicho intervalo coincide con lo reportado por ^{Barrientos-Priego et al. (2003)}, quienes afirmaron que en la hoja 11 se detecta mayor densidad estomática en tres razas de aguacate, la cual oscila entre 100 y 610 estomas·mm^-2 en diversas razas y cultivares. Estos valores están dentro de los establecidos para el envés de las hojas de las plantas C₃ (^{Leegood, 1993}). La variación encontrada da la oportunidad de seleccionar genotipos contrastantes respecto a la densidad estomática, y pueden ser útiles para enanismo, como lo propusieron ^{Barrientos-Priego y Sánchez-Colín (1987)}, quienes observaron que la mayor densidad estomática se asocia con un menor tamaño del árbol de aguacate.

El tamaño de los estomas y la densidad estomática son las variables más sensibles a cambios en las condiciones ambientales (^{Hetherington & Woodward, 2003}), aunque también responden a otros factores como el tipo de interinjerto (^{Ayala-Arreola et al., 2010}). Se ha propuesto hacer preselección de genotipos de aguacate en estado de plántula con base en la densidad estomática (^{Barrientos-Pérez & Sánchez-Colin, 1982}); sin embargo, es importante considerar la posición de la hoja en la plántula derivada de semilla, ya que varía la densidad estomática, aunque se ha indicado que en la hoja 11 se estabiliza (^{Barrientos-Priego et al., 2003}).

El IE promedio en ambos lados de la hoja varió entre 11.78 y 26.16 % (Cuadro 1). El cambio del IE depende de la radiación recibida y de las condiciones ambientales ocurridas durante los días precedentes a la diferenciación de los estomas de la hoja (^{Fricker & Willmer, 2012}). El IE también cambia por efecto del portainjerto, como en lima ‘Persa’ injertada en citrange ‘Carrizo’ (^{Cañizares et al., 2003}), en naranjo ‘Valencia’ injertado en portainjertos tolerantes al virus de la tristeza (^{Arrieta-Ramos et al., 2010}) y en aguacate al tener un interinjerto (^{Ayala-Arreola et al., 2010}). Por ello, existen modificaciones en el IE en la variedad injertada por efecto del portainjerto.

El IE es considerado una característica de diagnóstico utilizada en sistemática de plantas, porque generalmente se mantiene sin alteraciones. Tal es el caso de las plántulas de aguacate derivadas de semilla de acuerdo con su posición foliar, a pesar de las grandes diferencias en densidad de estomas (^{Barrientos-Priego et al., 2003}), lo cual constituye un atributo para la identificación de genotipos en etapas tempranas de desarrollo bajo condiciones óptimas del cultivo. No obstante, se debe considerar que el IE es afectado por condiciones estresantes, tanto ambientales como nutrimentales (^{Salas, Sanabria, & Pire, 2001}), por lo que siempre se deben considerar los posibles efectos causados por condiciones de estrés.

^{Taylor et al. (2012)} concluyeron que la densidad y el IE de una especie son importantes, ya que se ha demostrado que la máxima conductancia estomática está determinada por el tamaño y la densidad de estomas, siendo más bajo en especies de pastos C₄ que en especies C₃. El sistema estomático controla la asimilación de CO₂ completamente, y las temperaturas altas inhiben su funcionamiento debido al cierre estomático causado por aumento del CO₂ interno; sin embargo, si el cierre es lento, la transpiración puede continuar. En el caso del aguacate, el sistema estomático es altamente sensible al estrés hídrico de la planta (^{Barrientos-Priego & Rodríguez-Ontiveros, 1994}). Otro factor que modifica este sistema en aguacate es la posición de la hoja dentro del dosel de la planta, ya que la apertura de los estomas se ve afectada por la luz; es decir, es más lenta si la hoja se desarrolló bajo sombra (^{Heath & Arpaia, 2004}).

En este estudio, la tasa de transpiración varió de 0.32 a 2 mmol·m^-2·s^-1 de H₂O (Cuadro 1), con coeficiente de variación de 45.32 %, lo cual denota una variación moderada. Además, se encontró una correlación positiva y significativa entre las variables conductancia estomática y tasa de transpiración (r = 0.96**; P ≤ 0.01; Cuadro 2). La conductancia se refiere al control ejercido por los estomas sobre la tasa de transpiración, lo cual representa la capacidad que tiene una molécula de agua de difundirse a través de la hoja por unidad de tiempo. Una conductancia estomática baja indica una menor asimilación de CO₂, y a su vez una menor tasa de transpiración (^{Fricker & Willmer, 2012}). Los factores ambientales más importantes que afectan la transpiración son la radiación solar, el déficit de presión de vapor del aire, la temperatura, la velocidad del viento, la concentración de CO₂, y la disponibilidad de humedad y nutrientes del suelo (^{Sánchez-Díaz & Aguirreolea, 2008}; ^{Pritchard & Amthor, 2005}).

Entre las variables tasa de asimilación de CO₂ y concentración interna de CO₂ existe una correlación negativa moderada (r = -0.64**), esto debido a que las células tienen cierta capacidad metabólica para procesar el CO₂ que puede captar la planta. Cuando la concentración de CO₂ es muy alta, los estomas se cierran cesando la fotosíntesis en la planta y saturando su maquinaria metabólica, lo cual impide el procesamiento de más moléculas y se conoce como punto de saturación (^{Azcón-Bieto, Fleck, Aranda, & Gómez-Casanovas, 2008}). Así, al aumentar la concentración de CO₂ también aumenta la tasa de asimilación neta hasta alcanzar el nivel de saturación, con una cinética propia para cada especie según el mecanismo fotosintético que tenga (C₃ o C₄) (^{Azcón-Bieto et al., 2008}). Al considerar que el aguacate es una especie de comportamiento fotosintético C₃, se explica su mejor adaptación en ambientes frescos y húmedos.

El aumento en la concentración interna de CO₂ indicó que no hay apertura de estomas, lo que imposibilita la asimilación de CO₂ debido al bajo intercambio gaseoso, y puede generar una disminución del crecimiento y el desarrollo de la planta (^{Giuliani et al., 2016}). La asimilación de CO₂ de la hoja de aguacate está estrechamente correlacionada con la conductancia estomática en la mayoría de las condiciones (^{Liu, Mickelbart, Robinson, Hofshi, & Arpaia, 2002}), lo cual se debe, posiblemente, a que la asimilación de CO₂ está determinada principalmente por la conductancia estomática (^{Scholefield, Walcott, Kriedemann, & Ramadasan, 1980}). No obstante, de acuerdo con lo encontrado, existe correlación entre estas variables (r = 0.35*, P ≤ 0.05) (Cuadro 2), aunque se considera una relación muy débil a pesar de su significancia (^{Schober, Boer, & Schwarte, 2018}) y se debe tener precaución en su consideración como una verdadera relación existente (^{Taylor, 1990}).

En las variables anatómicas se observó una correlación positiva moderada entre la densidad de estomas y la densidad de células epidérmicas (r = 0.59**, P ≤ 0.01), similar a los coeficientes de correlación encontrados por ^{Barrientos-Priego et al. (2003)}, los cuales mostraron una asociación positiva y significativa entre ellas. Estos autores también encontraron correlación negativa entre la densidad de células epidérmicas y el índice estomático, lo que no se corroboró en este estudio, ya que el coeficiente fue muy bajo (r = -0.25*, P ≤ 0.05).

La densidad estomática y el tamaño de estomas son considerados como parámetros ecofisiológicos clave en la influencia sobre la conductancia estomática (^{Holland & Richardson, 2009}). Con base en lo anterior, es posible considerar el uso de la conductancia estomática como una prueba rápida en la selección de genotipos, como una medida indirecta de la densidad estomática, ya que ésta puede ser una forma de separar genotipos de porte bajo como lo proponen ^{Barrientos-Priego y Sánchez-Colín (1987)}. Sin embargo, no se encontró ninguna asociación entre la conductancia y la densidad estomática (r = -0.02).

Conclusiones

Las hojas de plántulas de semilla de aguacate ‘Colín V-33’ tienen estomas tipo hipoestomáticos y se clasifican como anomocíticos.

La falta de asociación entre las características de los estomas (índice y densidad estomática) y el intercambio de gases en la hoja 11 de plántulas de semilla de aguacate ‘Colín V-33’ evita recomendar estas variables como criterios de selección temprana para el mejoramiento genético.

Debido a la variación encontrada en densidad e índice estomático es posible seleccionar genotipos contrastantes que podrían tener impacto en el injerto cuando sean utilizados como portainjertos, dada la evidencia de otros estudios donde hay modificaciones en dichas variables.