Introducción

Pinus patula Schiede ex Schltdl. et Cham. es una especie nativa de México que crece naturalmente en los estados de Nuevo León, Tamaulipas, San Luis Potosí, Querétaro, Hidalgo, Distrito Federal, Estado de México, Tlaxcala, Puebla, Guerrero, Oaxaca y Veracruz (^{Patiño y Kageyama, 1991}; ^{Perry, 1991}). Pinus patula es la especie mexicana con la superficie mayor de plantación fuera del país (^{Wormald, 1975}; ^{Ladrach, 1985}), principalmente por la forma del fuste, crecimiento rápido y calidad de la madera (^{Vela, 1980}; ^{Velázquez et al., 2004}). Las plantaciones forestales en México, incluidas las de P. patula, se realizan con germoplasma recolectado en rodales naturales sin considerar la calidad de los árboles (^{Vargas, 2003}).

Un programa de ensayos de progenies de P. patula se inició en el norte del estado de Puebla y el este del estado de Hidalgo en 2004 (^{Salaya et al., 2012}; ^{Morales et al., 2013}). Los ensayos de progenies se plantaron con semilla de esta especie seleccionada en Sudáfrica y Colombia por CAMCORE (International Tree Breeding and Conservation) y germoplasma recolectado de árboles seleccionados por el Colegio de Postgraduados en rodales naturales en los estados de Hidalgo, Puebla y Veracruz (^{Salaya et al., 2012}). Varios huertos semilleros sexuales se establecieron una vez determinados los árboles superiores en esos ensayos de progenie (^{Morales et al., 2013}).

Un huerto semillero es una plantación aislada de árboles superiores, donde se pretende reducir la polinización del óvulo por polen de árboles que crecen fuera del huerto (^{White et al., 2007}). Los huertos semilleros representan una relación importante entre un programa de mejoramiento y un programa de plantaciones (^{Fernandes et al., 2008}).

Las condiciones ambientales, como temperatura y precipitación, pueden influir en la formación de estróbilos masculinos y por lo tanto en la producción de polen que, a su vez, puede repercutir en la producción de conos y semillas de árboles del género Pinus (^{Owens et al., 2005}; ^{Owens y Fernando, 2007}). El análisis de los conos y semillas en un huerto semillero permite determinar la cantidad y calidad de las semillas (^{Bonner, 1993}). Esta información puede utilizarse en los programas de mejoramiento, estrategias de manejo de unidades productoras de germoplasma y seguimiento de la producción de semilla de la especie. Por lo anterior, el objetivo de esta investigación fue evaluar la variación en características reproductivas de conos y semillas en tres años de producción en un huerto semillero sexual de P. patula. La hipótesis fue que la variación de características reproductivas es influenciada por la constitución genética de los árboles y por diferencias ambientales que repercuten en una producción baja de polen que afecta el desarrollo de conos y semillas.

Materiales y Métodos

Resultados y Discusión

El análisis de varianza mostró diferencias (p ≤ 0.01) en PSC entre años de producción y árboles (Cuadro 2). El error experimental contribuyó con el porcentaje mayor de la varianza total para esta y las demás variables. El PSC promedio fue 29, 31 y 32 g en 2014, 2012 y 2013. Estos resultados fueron menores a (36 y 50 g) los de árboles de P. patula en un bosque en Pinal de Amoles, Querétaro, y en una plantación en Madagascar (^{Patiño y Kageyama, 1991}). En nuestra investigación la diferencia entre los años pudo deberse a diferencias genéticas y ambientales, según los valores de componentes de varianza para la fuente de variación árboles y error experimental (Cuadro 2). Los árboles 39, 60 y 62 tuvieron el PSC mayor en 2012, 2013 y 2014, respectivamente (Cuadros 3, 4 y 5). El PSC del árbol 1 fue el menor en 2012 y 2013, y arriba únicamente del árbol 55 en 2014 (Cuadros 3, 4 y 5).

El NPS mostró diferencias (p≤ 0.01) entre años y árboles (Cuadro 2). Los promedios de NPS variaron de 91 a 117 por cono en 2014 y 2013, respectivamente. La diferencia en NPS pudo deberse a la diferencia en la producción de polen entre los años y a polinización temprana, pues ésta estimula la producción de escamas fértiles que aumenta NPS (^{Owens et al., 2005}). Los promedios de NPS en nuestro estudio fueron menores a los reportados para P. patula (125 semillas potenciales por cono; ^{Dvorak, 2002}).

El árbol 29 tuvo el máximo NPS en n 2012 y 2013 y el árbol 39 en 2014; este árbol tuvo un potencial alto en los tres años. En contraste, el árbol 22 tuvo el potencial de semillas mínimo sólo en 2012, y el potencial de semillas en ese año fue menor al promedio de todos los árboles en los tres años.

El análisis de varianza mostró diferencias (p £ 0.01) en %OA entre años y árboles. El mayor %OA (29 %) se registró en los conos maduros de 2012 y 2014, y el menor (25 %) se encontró en los conos maduros de 2013. El aborto de los óvulos puede deberse a ausencia de polen, falta de desarrollo del tubo polínico y tubo polínico corto, que no alcance a fecundar el óvulo (^{Owens et al., 2005}). Los %OA fueron menores en P. patula en los tres años que en conos de P. leiophylla Schiede ex Schltdl. & Cham. (72.9 %) (^{Morales-Velázquez et al., 2010}). En contraste, estos fueron mayores en P. patula que en P. engelmannii Carr., P. durangensis Mart. y P. rzedowskii (Madrigal & Caballero) (20, 23 y 22 %, respectivamente) (^{Bustamante-García et al., 2012}; ^{Bustamante-García et al., 2014}; ^{Castilleja et al., 2016}). Los árboles aportaron un porcentaje bajo a la variación total. Los árboles 2 y 22 tuvieron los valores máximos de esta característica en 2012. Los árboles 50 y 74 mostraron el valor máximo de esta característica en 2013. El árbol 60 alcanzó el valor máximo en 2014 y el árbol 1 mostró el valor menor en 2012; en los árboles 26 y 20 y 20 y 39 se presentaron los valores menores en 2013 y 2014.

El análisis de varianza mostró diferencias (p≤0.01) en %SLL entre años y árboles. Los %SLL promedio fueron superiores a 50 y 58 % en los tres años. Estos porcentajes representaron 72 y 74 semillas llenas por cono en 2012 y 2013 y 55 semillas en 2014. El número de semillas llenas por cono por año, en los tres años, fue mayor al número de semillas llenas (22 semillas llenas por cono) en conos recolectados en poblaciones naturales de P. patula y al número (45 a 50 semillas por cono) cosechado en un huerto semillero de esta especie en Zimbabwe (^{Geary y Pattinson, 1969}; ^{Barrett, 1972}; ^{Barnes y Mullin, 1974}). El número de semillas llenas por cono en los tres años en la investigación presente estuvo dentro de los valores (22 a 93 semillas llenas por cono) reportados para P. patula (^{Patiño y Kageyama, 1991}). El número de semillas llenas por cono puede variar considerablemente entre años debido al clima, como precipitación escasa y temperatura baja, y daños a las semillas por insectos (^{Andersson, 1965}; ^{Patiño y Kageyama 1991}; ^{De Groot y Schnekenburger, 1996}). Los %SLL promedios fueron mayores en P. patula en cada año de nuestra investigación respecto a los porcentajes reportados en conos de P. leiophylla (2 %) y P. rzedowskii (17 %) (^{Morales-Velázquez et al., 2010}; ^{Castilleja et al., 2016}) y fueron similares a los registrados en P. engelmannii (49 %), P. durangensis (49 %) y P. ayacahuite var. veitchii (Shaw) (55 %) (^{Bustamante-García et al., 2012}; ^{Bustamante-García et al., 2014}; ^{Castilleja et al., 2016}). El %SLL entre árboles varió considerablemente entre los años (Cuadros 3, 4 y 5). Los árboles 1 y 62 tuvieron el porcentaje máximo de semillas llenas en 2012, el número 22 tuvo el porcentaje menor en los tres años. El número alto de semillas llenas por cono pudo deberse a la tasa alta de cruzamiento entre individuos genéticamente diferentes, lo que se logró al dejar en pie individuos de diferentes procedencias y espaciamiento de 20 m entre árboles de la misma familia en el huerto.

El análisis de varianza mostró diferencias significativas (p ≤ 0.01) en %SV entre árboles y entre años. El %SV fue bajo con respecto al potencial de semillas en los tres años. El %SV promedio fue 15 % en 2012 y 2013 y 17 % en 2014. Los %SV promedio en P. patula en la presente investigación fueron menores que los reportados en P. strobus L. (22 %), P. leiophylla (24 %) y P. rzedowskii (61 %) (^{Rajora et al., 2002}; ^{Morales-Velázquez et al., 2010}; ^{Castilleja et al., 2016}). También, los promedios para esta variable en el presente estudio fueron menores a los promedios reportados para P. engelmannii (27 %) y P. durangensis (26 %) (^{Bustamante-García et al., 2012}; ^{Bustamante-García et al., 2014}). Pero, los promedios de %SV del presente estudio fueron similares los de P. leiophylla (18%) en un huerto semillero y de poblaciones naturales de P. ayacahuite var. veitchii (17 %) (^{Gómez-Jiménez et al., 2010}; ^{Castilleja et al., 2016}). La autofecundación es la causa principal de la producción de semillas vanas (^{Dogra, 1967}). Además, la hibridación de los árboles del huerto con P. teocote y P. greggii como parientes cercanos de P. patula es probable (^{Hernández-León et al., 2013}) y también puede afectar negativamente la calidad de las semillas (^{Wachowiak et al., 2005}; ^{Ávila-Flores et al., 2016}). El árbol 68 tuvo el %SV máximo en 2012 y árbol 22 presentó los porcentajes mayores en los siguientes años. El árbol 62 tuvo el %SV menor en 2012 y el árbol 1 mostró los valores menores en los siguientes años (Cuadros 3, 4 y 5).

En %SP hubo diferencias significativas entre años (p ≤ 0.01) y entre árboles (p£0.05). Los %SP promedio fueron 2.6, 1.4 y 2.3 % del potencial de semillas en los años 2012, 2013 y 2014, respectivamente. Estos %SP promedio fueron mayores a los obtenidos en un huerto semillero de P. monticola Dougl. ex D. Don en Kalamanca (1.2 %), Vernon, Columbia Británica, Canadá (^{Owens y Fernando, 2007}) y en una población natural de P. leiophylla (0.9 %) en el Estado de Michoacán (^{Morales-Velázquez et al., 2010}). Los árboles 40 y 60 tuvieron los %SP mayores en 2012 (Cuadro 3) y los árboles 50 y 55 presentaron los valores mayores en 2013 y 2014, respectivamente (Cuadros 4 y 5). Los %SP bajos en los conos de los tres años confirmaron presencia baja de insectos en los conos y semillas en el huerto del estudio los tres años de evaluación.

En IE se encontraron diferencias entre años (p ≤ 0.05) y entre árboles (p ≤ 0.01). La segunda variación mayor fue el árbol, después del error experimental (Cuadro 2). Los IE fueron 0.21, 0.22 y 0.24 en 2012, 2013 y 2014. El índice de endogamia debida a árbol varió de 0.05 en el árbol 1 a 0.53 para el árbol 22 en 2013. Los IE de P. patula fueron menores en este huerto, en cada uno de los tres años, que los valores que se reportaron para Picea rubens Sarg. (0.61), P. rigida Mill. (0.35), P. leiophylla (0.50) y Picea martinezii T. F. Patterson (0.75) (^{Mosseler et al., 2000}; ^{Mosseler et al., 2004}; ^{Gómez-Jiménez et al., 2010}; ^{Flores-López et al., 2012}). Los IE altos se deben a tasas altas de autofecundación, lo que incrementa la presencia de alelos recesivos letales causantes de la muerte del embrión (^{Bramlett, 1977}). Aunque, con base en los valores promedio de IE en los tres años la tasa de autofecundación y cruzamiento entre individuos emparentados fue baja. Esto posiblemente fue resultado de cruzamientos entre árboles no emparentados.

En PSE hubo diferencias (p ≤ 0.01) entre años de producción y entre árboles. El PSE promedio en los tres años fue 9.5 mg (Cuadros 3, 4 y 5). Este valor fue mayor al reportado (8.7 mg) en P. patula en el estado de Veracruz, e incluso mayor que el promedio (8.5 mg) de 16 procedencias naturales de P. patula (^{Barrett, 1972}; ^{Mendizábal et al., 2006}). El peso de la semilla varió de 7 a 13, 7 a 11 y 7 a 12 mg en 2012, 2013 y 2014, respectivamente. Los árboles 62 y 74 tuvieron los valores mayores para esta característica en 2012 y 2014 (Cuadros 3, 4 y 5). En contraste, el árbol 1 tuvo los pesos menores en los tres años de producción. El número de semillas por kg varió de 102 653 a 110 145. Estos valores están en el intervalo promedio de (92 000 a 114 000) semillas por kg registrado para P. patula en Sudáfrica y Zimbabwe (^{Barnes y Mullin, 1974}).

Hubo diferencias (p ≤ 0.01) en ER entre años y entre árboles (p£0.05). Los árboles 1 y 22 tuvieron ER máxima y mínima en 2012. La ER varió de 2 a 41 mg de semillas por g de cono en los árboles 1 y 2 en 2012. El valor promedio de ER en nuestro estudio fue similar (16) a la obtenida en P. leiophylla, mayor (3.3) y en P. rigida (^{Mosseler et al., 2004}; ^{Gómez-Jiménez et al., 2010}), y menor a los valores (24 y 30) obtenidos en Picea mexicana Martínez y Pseudotsuga menziesii Mirb., que son especies con conos ligeros (^{Flores-López et al., 2005}; ^{Mápula-Larreta et al., 2007}).

Aunque la producción de conos y semillas se espera que aumente con la edad de los árboles de P. patula, el manejo intensivo es recomendable para promover la producción de conos. La cantidad baja de polen puede conducir al aborto de los conos; estos requieren polen en 80 % o más de las escamas fértiles para mantener su desarrollo (^{Owens et al., 2005}). Por lo tanto, la recolección y almacenamiento de polen puede ser una práctica común en los huertos de P. patula. La disponibilidad de polen permitirá su dispersión inmediata, pues los estróbilos femeninos alcanzarían la receptividad y se aseguraría la polinización temprana. Lo anterior estimularía el desarrollo de los conos y la formación del número mayor de escamas fértiles y, por lo tanto, aumentaría el número potencial de semillas (^{Owens et al., 2005}). También, las cruzas controladas pueden implementarse en los árboles de P. patula para evitar la autofecundación, que es la causa principal de la producción de semillas vanas e índices altos de endogamia debido al aumento de la probabilidad de que alelos deletéreos se junten en la fecundación y formen genotipos homocigóticos (^{Dogra, 1967}; ^{Hartl y Clark, 2007}). El cruzamiento entre individuos diferentes promueve la formación de semillas llenas (^{Owens et al., 2005}). El riego puede ser parte del manejo para aumentar la sincronía entre la receptibilidad de los estróbilos femeninos y la liberación del polen, ya que riegos ligeros pueden atrasar la dispersión del polen (^{Owens et al., 2005}). La fertilización y aplicación de hormonas, como ácido giberélico (AG_4/7), pueden promover la floración de los árboles del género Pinus (^{Ebell, 1972}; ^{Ross et al., 1985}).

Conclusiones

Pinus patula mostró variación alta en las características reproductivas. La fuente de variación mayor en las características fueron los árboles, después del error experimental. El porcentaje de semillas llenas varió entre los años; pero, un número alto de semillas llenas por conos se registraron en los tres años El porcentaje bajo de semilla vana e índice menor de endogamia indicaron nivel bajo de autofecundación en el huerto semillero.