Introducción

Jatropha curcas L., es considerada una planta importante para la producción de biodiesel por el contenido y calidad de aceite en sus semillas (^{Achten et al., 2008}). Es un arbusto que pertenece a la familia Euphorbiaceae, (^{CATIE, 2003}; ^{Muñoz y Jiménez, 2009}), originaria de México y Centroamérica, crece preferentemente en los trópicos y sub-trópicos, y susceptible a inundaciones (^{Berger, 2010}). Se desarrolla en distintos suelos y condiciones agroclimáticas (^{Heller, 1996}; ^{Srivastava et al., 2011}); aunque normalmente crece en suelos pedregosos o arenosos con bajo contenido en nutrimentos y humedad en el suelo (^{Li et al., 2008}; ^{Wiebe et al., 2008}). Esta planta se puede emplear para recuperar áreas degradadas y poco fértiles y es relativamente resistente a plagas y enfermedades (^{Francis et al., 2005}; ^{Zahawi 2005}). El género Jatropha es morfológicamente diverso y comprende unas 188 especies, 48 de ellas se encuentran en México, de las cuales 81% son endémicas (^{Steinmann, 2002}; ^{Martínez et al., 2006}). De éstas, se destaca J. curcas, por el alto contenido de aceite en sus semillas y por ello ha sido considerada como fuente bioenergética promisoria por la Secretaría de Energía (SENER), en su plan de “introducción de fuentes bioenergéticas” (^{SENER, 2009}).

El interés mundial por J. curcas, surge debido a la necesidad de encontrar una planta con alto contenido en aceite y que no sea comestible (^{King et al., 2009}; ^{Lafargue et al., 2012}). La conversión de aceite vegetal en biodiesel, es un proceso desarrollado desde el siglo XX, por Rudolf Diesel, al extraer aceite de maní para hacer funcionar un motor. Recientemente con el incremento de los precios del petróleo, asociado a la posible disminución de las reservas de combustibles fósiles, surge la necesidad de buscar fuentes alternas de energía (^{Salaet y Roca, 2009}; ^{SENER, 2012}), para reducir el uso de combustibles fósiles y con esto reducir las emisiones de C0₂, y de esta forma contribuir a la mitigación del cambio climático (^{Mergier, 2007}).

A nivel mundial, existen diferentes plantas oleaginosas utilizadas para extracción de aceite y la producción de biodiesel, como son el girasol, soya, palma de aceite y colza. Sin embargo, son para consumo humano, que generó grandes críticas y discusiones a nivel mundial, ya que se puede afectar la oferta de alimentos e impactar en el precio de los mismos (^{Martínez et al., 2006}; ^{Achten et al., 2008}; ^{Muñoz y Jiménez, 2009}). Por tanto, se han buscado nuevas fuentes de materia primas, entre ellas J. curcas, que tiene un alto contenido de aceite en sus semillas (^{Arruda et al., 2004}; ^{Nunes, 2007}). Además, la torta después de la extracción de aceite se usa como fertilizante; las ramas como energía y la glicerina para la elaboración de jabón (^{Achten et al., 2009}). J. curcas, tiene grandes propiedades para uso industrial (^{Johannes e Hirata, 2007}), en la medicina (^{Mujumdar y Misar, 2004}), como coagulante o anticoagulante de la sangre (^{Osoniyi y Onajobi, 2003}), para tratamiento de infecciones y enfermedades de transmisión sexual en el ser humano (^{Aiyelaagbe et al., 2007}). En México existen genotipos de J. curcas no tóxicas, cuyas semillas pueden ser comestibles (^{Schmook y Sánchez, 2000}; ^{Martínez et al., 2010}). En la región del Totonacapan en el estado de Veracruz, las semillas de J. curcas no tóxica se consumen en platillos típicos (^{Martínez et al., 2006}).

Para la extracción de aceite existen dos métodos, uno de es mediante prensado y el otro es la utilización de solventes (^{Forson et al., 2004}). La extracción con solventes es mejor, ya que presenta una recuperación de 95% del aceite con alta calidad y pureza (^{Achten et al., 2008}).

La extracción por el método de solvente, se originó en Europa en 1870 con el proceso de Batch. Los procesos basados en este método, utilizan solventes como el hexano, acetona o éter. La semilla de J. curcas, puede tener un contenido de aceite entre 21% y 40%, que dependerá de las condiciones ambientales y manejo del cultivo (^{Gübitz et al., 1999}; ^{Shah et al., 2005}; ^{Henning, 2009}). Por tanto, el objetivo del presente trabajo fue determinar el contenido y rendimiento de aceite de diferentes accesos de J. curcas no tóxicos, recolectados en diferentes regiones del estado de Veracruz, propagados de forma sexual y asexual, y establecidos en la región centro de Veracruz.

Materiales y métodos

Área de estudio. Se trabajó con plantas de J. curcas del Banco de Germoplasma, ubicado en el campo experimental del Campus Veracruz del Colegio de Postgraduados situado en las coordenadas 19° 11’ 38.62’’ latitud norte y 96° 20’ 31.26’’ longitud oeste, a una altitud de 24 m. El clima es de tipo Aw (w) (i’) g, que corresponde cálido subhúmedo con lluvias en verano, una precipitación media anual de 1 100 mm y con una temperatura media de 26 °C y una fluctuación de temperatura de 5-7 °C con 5% de precipitación en invierno (^{García, 1988}).

Material vegetativo. En el año 2011 se colectaron frutos y material vegetativo de J. curcas de diferentes localidades del estado de Veracruz, estos se propagaron en semilla y vareta, para integrar el Banco de Germoplasma del Campus Veracruz (Cuadro 1). El criterio de selección de los accesos a establecer, fue por el contenido de aceite igual o superior a 40%.

Cuadro 1 Ubicación geográfica original de 16 accesos de J. curcas L., que forman parte del Banco de Germoplasma del Campus Veracruz. 

El diseño experimental es en bloques completos al azar, con tres repeticiones, en plantas de tres años de edad. Cada tipo de propagación se estableció en parcelas separadas y las plantas se trasplantaron a una distancia de 3 m entre surco por2 m entre plantas. La cosecha de frutos se realizó durante los meses de mayo a octubre de 2014. Se extrajeron las semillas y se secaron a temperatura ambiente, las determinaciones de contenido de aceite se realizarón de noviembre 2014 a febrero 2015 en el Laboratorio de Agua, Suelo y Planta del Colegio de Postgraduados Campus Veracruz.

Toma de muestras. Se tomó al azar una muestra de 20 semillas de J. curcas, de tres plantas por acceso. Se registró el peso inicial yse procedió al secado en una estufa Riossa (modelo H-33) a una temperatura de 55 °C durante cinco horas, dejando reposar por 20 min en un desecador con sílica.

Preparación de muestras. La eliminación de la testa se hizo manualmente. El molido de la almendra se realizó con un mortero, posteriormente en una balanza analítica se pesaron 8 g de muestra en un dedal (alundum) de extracción, se selló con algodón y se colocó dentro del tubo (muestra).

Extracción de Aceite. Para la extracción de aceite, se utilizó el equipo Goldfish^®. La muestra se colocó en el equipo de extracción, se cerró con un anillo y empaque, se colocaron 30 ml de hexano en vasos de extracción previamente estabilizados a peso constante y secados en la estufa Riossa (modelo H-33), a una temperatura de 100 °C durante una hora. El proceso de extracción tuvo una duración de cinco horas, después se retiraron los tubos (muestra) y se insertaron al equipo los tubos de recuperación de solvente, una vez recuperado el solvente se retiraron los vasos con el aceite obtenido, se metieron a la estufa de secado durante cuatro horas, para eliminar totalmente el solvente. Para finalizar, se filtró el aceite con papel filtro (Wattman) de número 44, en tubos de ensayo de 16 ml. El contenido de aceite se obtuvo de acuerdo a la siguiente fórmula: contenido de aceite (%)= rendimiento de aceite (g)/peso de la muestra (g)*100.

Análisis estadístico. Los datos obtenidos se capturaron en una hoja de cálculo Excel Versión 2010^®, el análisis estadístico se realizó usando el programa Statistical Analysis System (SAS), v. 9.4, con Anova y prueba de medias Tukey (p≤ 0.05) mediante el procedimiento PROC GLM. Además se realizó un análisis de correlación Pearson, para determinar la relación de las variables morfo-productivas y el contenido de aceite.

Resultados y discusión

En el Cuadro 2 se muestran las medias de las variables morfo-productivas, asociadas a la producción y rendimiento final de frutos, semillas y contenido de aceite en plantas de J. curcas de tres años de edad, establecidas en la propagación por semilla.

Cuadro 2 Características morfológicas de 16 accesos de J. curcas propagadas por semilla, provenientes del estado de Veracruz. 

Medias Tukey p≤ 0.05. ACC= acceso; APL= altura de planta; NR1= número de ramas primarias; NR2= número de ramas secundarias; NR= número de racimos; NF= número de frutos; PS= peso de semillas.

El análisis de varianza detecto diferencias estadísticas significativas para el número de frutos (p= 0.021) y el peso en producción de semilla (p= 0.007). De acuerdo con la prueba de medias Tukey (p≤ 0.05), el acceso I-34 fue la más sobresaliente en el número de frutos (693) y peso de semillas (817.8 g planta^-1). En contraste con el acceso I-14, que presentó menor número de frutos (69) y el acceso I-31 tuvo menor peso de semillas (80.9 g planta^-1). Estos resultados son superiores a lo encontrado por ^{Machado (2011)} en la variedad cabo verde de un año de edad, quién reporta una producción de 102 frutos. Sin embargo, ^{Srivastava et al. (2011)} reporta, 210 frutos en plantas de tres años propagadas por semilla. ^{Sosa-Segura et al. (2012)}, reporta de 30 a 36 frutos como número máximo por planta, en germoplasma procedente de los estados de Puebla y Morelos y una producción de semilla de 39 a 50 g planta^-1 de un año de edad. Lo reportado en este estudio es superior a lo encontrado por ^{Sosa-Segura et al. (2012)}.

Al respecto, ^{Francis et al. (2005)}, reportan que empleando insumos mínimos en el cultivo, en tierras baldías de la India, obtuvieron en el primer año una producción de 0.370 kg planta^-1, en el segundo año 0.925 kg planta^-1, lo cual podría ser sin duda la edad y el manejo agronómico, que favorecieron en el aumento en la producción. Asimismo, ^{Wani et al. (2012)}, reportaron que de siete accesos establecidos en diferentes localidades, evaluadas en 2007-2008 el acceso J001 alcanzó una producción de 0.635 kg planta^-1.

Para el contenido de aceite en las semillas, no hubo diferencias estadísticas, en los accesos evaluados (Figura 1). El contenido de aceite estuvo en un intervalo de 54.15% a 60.98% con una media general de 56. 71%, por tanto, todos los accesos presentan un buen contenido de aceite, haciendo hincapié en que se partió de accesos con contenidos de aceite superior a 40%, sin hacer ninguna agregación de insumos a las plantas y esta respuesta se encuentra en el extremo superior de lo reportado por ^{Martínez et al. (2011)}, quienes reportan variaciones en el contenido de aceite de 18% a 60%, en accesos colectados en México. Por otra parte ^{Naresh et al. (2012)}, reportan que plantas de tres años de edad en la India, el acceso KM presentó un contenido de aceite de 50% y ^{Cheng-Yuan et al. (2012)}, en plantas procedentes de China reportan contenidos de hasta 61%.

Figura 1 Contenido de aceite (%), en accesos de J. curcas no tóxica, en plantas de 3 años propagadas por semilla.  

Lo que coincide con los resultados obtenidos en este estudio. ^{Silip et al. (2011)}, reportan contenidos de 59% a 63% y ^{Chen et al. (2012)} reportan valores de 55.6%, que se ubican dentro de los intervalos reportados en este estudio. ^{Ovando-Medina et al. (2009)}, encuentran que es posible que exista una relación en la variación del contenido de aceite (entre 12.09% a 44.28%), en J. curcas, con el nivel de precipitación, siendo mayor en zonas más secas. Es decir, que las condiciones del ambiente determinan en gran medida variables como peso de la semilla, contenido de proteína, y contenido de aceite (^{Heller, 1996}; ^{Sakaguchi y Somabhi, 1987}).

Al hacer las correlaciones entre las variables morfo-productivas y el contenido de aceite (Cuadro 3), para plantas propagadas por semilla. Se encontró correlación significativa entre número de frutos con el peso de semillas (r= 0.79) y contenido de aceite (r= 0.74), así como también el peso de semillas y contenido de aceite (r= 0.79). ^{Sosa-Segura et al. (2012)} encuentra que el peso de semillas presenta una alta correlación con el número de inflorescencias, (r= 0.935) y con el número de frutos por planta (r= 0.991).

Cuadro 3 Análisis de correlación entre las variables morfo-productivas de J. curcas L., propagadas por semilla. 

^*= Todas las correlaciones marcadas son significativas p≤ 0.05; APL= altura de planta; NR1= número de ramas primarias; NR2= número de ramas secundarias; NR= número de racimos; NF= número de frutos; PS= peso de semillas; CA= contenido de aceite.

Con respecto a la propagación por vareta hubo diferencias significativas para el número de ramas secundarias (p= 0.003). Con la prueba de medias Tukey (p≤ 0.05), el acceso I-08 sobresalió con promedio de 41.3 ramas secundarias (Cuadro 4). En contraste el acceso I-31, presentó menor número de ramas secundarias (12.7). ^{Sonnenholzner (2008)}, indica que las plantas propagadas por vareta tienen un sistema radicular escaso con relación al follaje, y genera estrés en la planta y hace lento el desarrollo en la etapa inicial.

Cuadro 4 Características morfológicas de 16 accesos de J. curcas propagadas por vareta, provenientes del estado de Veracruz. 

Medias Tukey p≤ 0.05. ACC= acceso; APL= altura de planta; NR1= número de ramas primarias; NR2= número de ramas secundarias; NR= número de racimos; NF= número de frutos; PS= peso de semilla.

En este sentido ^{Laviola et al. (2009)}, mencionan que el número de ramas secundarias es un componente de producción más interesante para un programa de mejoramiento genético, ya que las inflorescencias se producen en los brotes terminales de las ramas, así mismo la producción de frutos dependerá del mayor número de ramas.

El contenido de aceite en plantas propagadas por vareta no presentó diferencias significativas (Figura 2). El contenido de aceite se encontró en un intervalo de 50.29% a 59.38%, estos resultados mostrados son muy superiores a lo reportado por ^{Machado (2011)}, quien encontró en Cuba contenidos de 32.8% a 35%, en plantas propagados por vareta, de un año de edad de las procedencias de SSCE-10 y Cabo Verde.

Figura 2 Contenido de aceite (%), en accesos de J. curcas no tóxica, en plantas de 3 años propagadas por vareta.  

La correlación entre las variables morfo-productivas y el contenido de aceite, para plantas propagadas por vareta (Cuadro 5). Se encontró correlación significativa entre la altura y el número de frutos (r= 0.56). El número de racimos tuvo muy alta correlación con el número de frutos (r= 0.94) y peso de semillas (r= 0.67) y finalmente el número de frutos se correlaciono con el peso de semillas (r= 0.69). No se encontró correlación significativa entre las variables morfo-productivas y contenido de aceite, posiblemente por la influencia del tamaño de las plantas y baja producción de semilla. ^{Avelar (2005)} señala que la productividad de las plantas está relacionada al número de frutos, número de semillas y peso de frutos.

Cuadro 5 Análisis de correlación entre las variables morfo-productivas, en plantas de J. curcas L., propagadas por vareta. 

^*= Todas las correlaciones marcadas son significativas p≤ 0.05. APL= altura de planta; NR1= número de ramas primarias; NR2= número de ramas secundarias; NR= número de racimos; NF= número de frutos; PS= peso de semilla; CA= contenido de aceite.

Con base en la producción de semilla por planta, la densidad de plantación (1 666 plantas ha^-1) y el contenido de aceite, se estimó la producción de semilla y los litros de aceite por ha. Para las plantas propagadas por semilla la producción máxima, la tuvo el acceso I-34, en condiciones de temporal y sin insumos y fue de 1 361.12 kg ha^-1, si el contenido promedio de aceite de este acceso es de 55.96%, entonces la cantidad de aceite factible de obtener es de aproximadamente 761.68 L ha^-1, para el acceso I-32 la producción fue de 1 067.91 kg ha^-1, con un contenido promedio de aceite es de 55.3%, la cantidad de aceite a obtener es de 590 L ha^-1, el resto de accesos presentan producciones menores (Cuadro 6).

Cuadro 6 Rendimiento estimado de semilla y aceite por hectárea, en plantas de J. curcas, de tres años de edad, propagadas por semilla. 

ACC= acceso; ALP= altura de planta; PS= peso de semillas; REN= rendimiento; CA= contenido de aceite; PA= producción de aceite.

Estos rendimientos de semilla, quedan dentro de lo reportado por ^{Jones-Miller (1992)}, ^{Openshaw (2000)} y ^{Parsons (2005)}, quienes señalan rendimientos de 0.4 a 12 t ha^-1 en plantas de cinco años. Por otro lado Zamarripa (2011), menciona que deben ser consideradas las tres primeras cosechas para determinar el mejor genotipo.

En plantas propagadas por semilla, se obtienen mejores resultados en el número de frutos, peso de semillas y contenidos de aceite, debido que en la propagación por estaca estos rendimientos son inferiores (^{Octagon, 2006}). Sin embargo, la propagación por vareta es más rápida, barata y fácil de establecer, además conserva la misma información genética de la planta madre (^{Sonnenholzner, 2008}).

En las plantas propagadas por vareta la producción máxima de semilla, se obtuvo en el acceso I-27 con 548.114 kg ha^-1, con un contenido de aceite 51.22%, se estima una producción de aceite de 280.74 L ha^-1 (Cuadro 7). Cabe señalar, que los accesos sobresalientes en la propagación por semilla, no son de mayor producción en la propagación por vareta y viceversa.

Cuadro 7 Rendimiento estimado de semilla y de aceite por hectárea, en plantas de J. curcas, de tres años de edad, propagadas por vareta. 

ACC= acceso; APL= altura de planta; PS= peso de semillas; REN= rendimiento; CA= contenido de aceite; PA= producción de aceite.

^{Machado (2011)}, en un estudio realizado con plantas propagadas por vareta de un año de edad, sembradas a una densidad de 2 500 plantas ha^-1, reporta rendimiento de semillas de 325.6 g planta^-1, para la procedencia de Cabo Verde, con lo que estima un rendimiento de 814 kg ha^-1, muy superior a lo que se obtuvo en este estudio para la propagación por vareta, pero inferior a la producción de las plantas sobresalientes propagadas por semilla, aun con la diferencia en densidad.

La importancia de estudiar los materiales no tóxicos de J. curcas, radica en su posible uso comercial en la alimentación humana, independientemente de que se emplee para la producción de biodiesel. Makkar et al. (1997) y ^{Martínez-Herrera et al. (2012)}, señalan el potencial alimenticio que puede tener J. curcas, para humanos y animales, por la calidad de su aceite, contenido de lípidos y valor proteico. El aceite está compuesto por ácido oleico (41.5- 48.8%), linoleico (34.6-44.4%), palmítico (10.5-13%) y esteárico (2.3- 2.8%), según reporta ^{Martínez et al. (2006)}. Otro aspecto importante, de la caracterización morfológica y productiva de J. curcas, es la identificación de material promisorio con potencial para su cultivo comercial o para integrase a un programa de mejoramiento genético (^{Becker y Makkar, 2008}).

Finalmente, señalar que los genotipos elite deseados, deben tener un alto rendimiento de semilla, alto contenido de aceite y proteína, sincronización en la madurez del fruto, planta de porte bajo, tolerancia a plagas y enfermedades y a crecer bien aún en condiciones de sequía y baja fertilidad del suelo.

Conclusiones

Los accesos evaluados presentaron valores altos en contenido de aceite, las plantas propagadas por semilla variaron de 54.13 a 60.98% y las originadas por vareta de 51.75 a 58.48%.

Se encontraron correlaciones positivas y significativas entre las variables morfo-productivas y el contenido de aceite en plantas propagadas por semilla, destacan el número de frutos y contenido de aceite (r= 0.74) y peso de semilla y contenido de aceite (r= 0.79).

La estimación de rendimiento de aceite en litros por hectárea, con base en el número de frutos (157) (184) y peso de semillas (641.1 g planta^-1) (817.8 g planta^-1) y contenido de aceite, sobresalieron los accesos I-32 e I-34 con 590.55 y 761.68 L ha^-1 respectivamente, en plantas propagadas por semilla.