Selección del material vegetal

Se utilizaron semillas de R. communis procedentes del altiplano mexicano (22° 36’ 12” latitud norte, 100° 24’ 47” longitud oeste), localizadas en un traspatio durante una colecta de germoplasma. El origen del genotipo no pudo ser determinado, pero dadas sus características se consideró de porte medio (2-3 m de altura), de tallo, hoja y racimo color púrpura y frutos y semillas púrpura grisáceo de tamaño medio (^{SAGARPA-SNICS, 2014}).

Las semillas de M. oleífera se obtuvieron de una plantación comercial localizada en la región centro sur de México (18° 30’ 09” latitud norte 98° 35’0 14” longitud oeste). El origen del genotipo no fue proporcionado. Las plantas madre tenían alturas promedio entre cuatro y cinco metros, sus vainas una longitud entre 20 y 30 cm y semillas de tamaño y peso medios, en relación con lo reportado para esta especie ( ^{Foild et al., 2001}; ^{Ayerza, 2011}; ^{Oloyede et al., 2015}).

La cosecha de ambas especies se realizó tres meses antes de su uso. Para correlacionar sus pesos y dimensiones, se seleccionaron aleatoriamente 240 semillas por especie, y se revisó que estuviesen libres de defectos o daños. Las semillas fueron pesadas con balanza de precisión digital (resolución de 0.001 g) y medidas con vernier digital (resolución de 0.01 mm) sobre tres dimensiones: largo (L), ancho (A) y espesor (E). Para estimar el porcentaje de las reservas y el embrión (almendra) sobre el peso total de la semilla, se extrajeron 80 semillas de la muestra anterior, a las cuales se les eliminó la testa y se les pesó nuevamente. Se estimó la proporción de la almendra como la relación entre el peso de semilla sin testa sobre el peso total de semilla.

Sustrato, diseño experimental, condiciones ambientales y variables

La arena se obtuvo de una duna costera del estado de Veracruz, México. Para analizarla e interpretar los resultados se utilizaron los procedimientos de la NOM-021-SEMARNAT-2000. La textura, por el método AS-09 (Bouyoucos), obtuvo un contenido de arena de 96%, limo 2.5% y arcilla 1.5%, por lo que se consideró arenosa. El pH, por el método AS-02, fue de 7.8 (medianamente alcalino). La materia orgánica y N, por los métodos AS-07 y AS-08, no fueron detectados y se consideraron muy bajos. El P, por el método AS-10, fue de 2.8 mg kg^-1, por lo que se consideró bajo. Dadas estas características el sustrato se consideró muy bajo en contenido de nutrimentos.

El experimento se inició el 1 de septiembre en el Colegio de Postgraduados, Campus Veracruz, localizadas en el municipio de Manlio Fabio Altamirano, Veracruz (19° 11’ 55” latitud norte, 96° 09’ 07” longitud oeste, 18 m de altitud). Se implementó un arreglo completamente aleatorio en una parcela al aire libre, bajo una malla sombra de 50%, con cada semilla-plántula como unidad experimental y 80 semillas por especie, extraídas de las 220 previamente pesadas y medidas. Las semillas se colocaron en posición vertical, con carúncula hacia abajo para el caso de Ricinus y con las alas verticales en el caso de Moringa y se enterraron aproximadamente a 1 cm por debajo de la superficie del sustrato; el cual se colocó en bolsas de plástico de 20 cm de fondo por 15 cm de ancho. Las bolsas se regaron diariamente por las mañanas durante todo el experimento.

Las variables a evaluar fueron: día de germinación a partir de la siembra; longitud del tallo en cm (con cinta métrica de 1 mm de precisión), diámetro en la base del tallo en mm (con vernier digital de 0.01 mm de precisión), número de hojas, largo y ancho de cotiledones o primera hoja verdadera cuando éstos ya no estaban presentes (con cintra métrica), en cm. Con las medidas de las hojas se estimó su área foliar conforme ecuaciones descritas para Ricinus (^{Naeem et al., 2011}), y mediante cálculo de áreas con hojas escaneadas y procesadas mediante ImageJ versión 1.48 para Moringa.

Los tallos se midieron cada tres días, para tener 15 mediciones al final del periodo, mientras que las hojas se midieron cada siete días, con siete registros durante el periodo experimental. La temperatura promedio del periodo experimental, registrada por la estación meteorológica del sitio, fue de 26.9 ±1.2 °C. Al término del experimento las plántulas fueron desenterradas, se midieron las longitudes de sus raíces y posteriormente las plantas fueron separadas en raíz, tallo y hojas; pesadas en fresco y colocadas en estufa secadora a 70 °C hasta temperatura constante, para estimar peso seco. Ambas mediciones se realizaron mediante balanza analítica Ohaus H-5276 (0.001 g).

Para estimar el contenido potencial de aceite en las semillas se tomó una muestra aleatoria de 20 g por especie, se retiró la cascarilla para molerlas en un mortero de porcelana. El proceso de extracción del aceite se realizó por el método Soxhlet utilizando 125 mL de n-hexano como solvente durante 7 h.

Análisis estadístico

Sobre las medidas de las semillas se obtuvieron sus estadísticas descriptivas (promedio, desviación estándar, coeficiente de variación (CV) y distribución de frecuencias). Para determinar la relación entre peso de semilla y tallas (largo, ancho y espesor), germinación y crecimiento de las plántulas, se correlacionó (mediante el método de Pearson) el peso de semilla contra sus tallas, el número de días para germinar, la longitud y diámetro del tallo, el número de hojas, el área foliar y el índice de robustez (longitud del tallo sobre diámetro de la base) de los 15 muestreos, así como los pesos frescos y secos de las plántulas extraídas. La significancia estadística de las correlaciones se analizó mediante una prueba t de dos colas con niveles de significancia de 0.05 y 0.01. La posible relación entre pesos de semillas y cada carácter evaluado se estimó probando cinco tipos de regresión (lineal: y= a + bx; exponencial: y= a e ^x; potencial: a x ^b ; logarítmica: a ln(x) + b; y cuadrática: y= ax² + bx + c), y se seleccionó el modelo con el mayor coeficiente de determinación (r²), como el que podría explicar mayor porcentaje de variación, lo que resultó en un total de 1200 modelos probados por especie. Para evaluar correlaciones, modelos y sus regresiones se utilizó el programa Sigmaplot V10.0.

Distribuciones de tallas semillas y su potencial energético

Para la variedad de Ricinus, tanto las tallas como los pesos de las semillas tuvieron poca dispersión, con mayor abundancia de semillas pesadas (asimetría negativa, como se muestra en la Figura 1). El peso de la almendra constituyó 78% del peso total de la semilla, y su contenido de aceite fue 55%. Estos resultados indican una baja variación en las semillas, si se compara con estudios en otras variedades de R. communis, donde se obtuvieron CV de hasta 52% para los pesos (^{Naeem et al., 2011}; ^{Barrios et al., 2013}). Un CV bajo, predominio de pesos altos, alto contenido de aceite y alto porcentaje de almendra sobre cascarilla, son característicos de genotipos mejorados (^{Nielsen et al., 2011}; ^{Barrios Gómez et al., 2013}), por lo que esta procedencia podría ser considerada como una material élite para su aprovechamiento con fines comerciales.

Figura 1 Distribución de tallas y pesos de semillas de Moringa oleífera y Ricinus communis. 

Para Moringa, tanto las tallas como los pesos fueron más dispersos, con predominio de semillas ligeras (asimetría positiva, como se muestra en la Figura 1). La variación de los pesos se encontró entre los límites superiores a los reportados para semillas de África y Asia, con valores entre 20 y 22% (^{Ogunsina, 2006}; ^{Ayerza, 2011}), excepto por la distribución, que en otras procedencias fue simétrica o tuvo una ligera asimetría negativa ( ^{Foild et al., 2001}; ^{Ogunsina, 2006}; ^{Ayerza, 2011}; ^{Oloyede et al., 2015}).

La asimetría positiva en pesos de semillas se atribuye a presiones ambientales en plantas madres o bien a una cosecha prematura en otras oleaginosas tropicales (^{Valdés-Rodríguez et al., 2013}; ^{Severino y Auld, 2013b}), datos que no proporcionaron los productores de esta procedencia, pero se averiguó que las plantas madres provenían de semillas importadas, por lo que su adaptación pudo generar presiones ambientales que incrementaron la dispersión y la cantidad de semillas de bajo peso (^{Ayala-Cordero et al., 2004}). La almendra constituyó 71% del peso total de la semilla, con 34% de aceite, valores similares a los de genotipos comerciales en plantaciones de África, Asia y América, con porcentajes de aceite entre 30 y 42% (^{Olagbemide y Philip, 2014}).

Relaciones entre pesos y dimensiones de semillas

En ambas especies las correlaciones entre pesos y tallas de semillas fueron significativas (Cuadro 1). Aunque solo para Ricinus fueron fuertes, con modelos que lograron explicar más del 75% de la variación; mientras que para Moringa las correlaciones fueron débiles y los mejores modelos solo explicaron alrededor de 20% de la variación, con resultados similares en otras procedencias de Moringa de la India (^{Ogunsina, 2006}).

Estos valores obtenidos se deben a la forma de la cubierta de las semillas, que en Ricinus se ajusta a su almendra, lo que genera proporciones muy directas con sus pesos; mientras que la forma de la almendra de Moringa difiere de su testa alada (Figura 2), lo que incrementa la variación en sus relaciones. Para ambas especies, las mejores regresiones entre pesos y tallas se obtuvieron con funciones cuadráticas de curvas convexas (Cuadro 1), lo cual indica que las semillas más ligeras tenían cascarillas más grandes en relación con las semillas de peso medio. Aunque no se encontraron análisis similares sobre estas dos especies, una relación análoga se encontró también en semillas mexicanas de J. curcas (^{Valdés-Rodríguez et al., 2013}).

Figura 2 Cortes transversales de semillas de Moringa oleífera y Ricinus communis donde se observa la relación entre almendras y sus testas. 

Germinación

Las semillas de Ricinus alcanzaron un porcentaje de germinación del 96%, con tiempo promedio de germinación de 4.7 días, mientras que el porcentaje de Moringa fue 95%, con tiempo promedio de germinación de 5.9 días. La correlación entre el peso de la semilla y los días requeridos para germinar fue negativa en ambas especies, aunque solo fue significativa para Ricinus (Cuadro 1), con un modelo de regresión potencial (y= ax ^-b ), que fue significativo. Para Moringa la función de regresión fue cuadrática, pero no fue significativa (p= 0.47). Sin embargo, otra especie del género (Moringa Peregrina) sí mostró una correlación negativa y significativa entre peso de semilla y días para germinar, así como también otra especie subtropical arbórea de la India (^{Upadhaya et al., 2007}; ^{Gomaa y Xavier- Picó, 2011}).

A este respecto, se ha reconocido que en ciertas especies las semillas más ligeras germinan más rápido para poder establecerse antes y mejorar sus expectativas de vida en relación con sus pares más pesadas (^{Delgado et al., 2008}). Sin embargo, las condiciones climáticas registradas durante este experimento favorecieron tasas de germinación rápidas y altas, tanto en Moringa (^{Tesfay et al., 2016}) como en Ricinus (^{Ribeiro et al., 2015}), por lo que se considera que se requieren otras pruebas que incluyan un mayor estrés ambiental para incrementar estas relaciones; ya que los factores ambientales pueden promover respuestas diversas en las semillas, dependiendo de su biomasa o tamaño (^{Cordazzo, 2002}).

Crecimiento de plántulas y su relación con el peso de la semilla

La mayor correlación entre pesos y tallas de plántulas se observó en la altura de Moringa (r= 0.68; Figura 3), seguida por el área foliar (r= 0.60), altamente significativa (p< 0.001) en ambos casos. La mejor regresión se obtuvo con un modelo potencial, que explicó 50% de la variación de la altura. En Ricinus las mayores correlaciones se obtuvieron con el diámetro del tallo (r= 0.41) y la altura (r= 0.40) y fueron altamente significativas (p< 0.001). La mejor regresión la dio un modelo cuadrático que predijo 21% de la variación del diámetro. Correlaciones positivas, aunque menores (r= 0.55), entre peso de semilla y longitud del tallo también se obtuvieron en experimentos con Moringa Peregrina en un sustrato árido (^{Gomaa and Xavier Picó, 2011}) y en plántulas de Ricinus de 15 días con un modelo cuadrático (r²= 0.13) (^{Naeem et al., 2011}), así como en otra oleaginosa (Jatropha curcas) en sustrato arenoso pobre en nutrientes (^{Valdés et al., 2014}).

Figura 3 Coeficientes de correlación (r) y de determinación (r²) de los modelos obtenidos entre pesos de semilla y variables de crecimiento de plántulas de Moringa oleifera y Ricinus communis. La figura f) muestra dos ejemplos de modelos obtenidos para definir la relación entre peso de semilla y altura de planta en Moringa y Ricinus al noveno día después de la emergencia. 

La relación con el índice de robustez no mostró significancia para Ricinus y tuvo una correlación débil, aunque significativa, en Moringa (p< 0.05), lo que indica que las plántulas de semillas pesadas fueron relativamente más esbeltas. En las raíces las correlaciones con los pesos de las semillas fueron positivas y muy significativas (p< 0.01) para Moringa en sus longitudes máximas (r= 0.42) y los diámetros de sus pivotantes (r= 0.44), seguidas por el número de raíces laterales (r= 0.24), mientras que para Ricinus las correlaciones altamente significativas fueron para el diámetro de su pivotante (r= 0.45), el diámetro promedio de sus raíces laterales (r= 0.35) y el número de laterales (r= 0.39). Las raíces más gruesas y en mayor cantidad en plántulas de semillas más pesadas implican que parte de los recursos energéticos de la semilla se invirtieron en estos órganos (^{Kabeya y Sakai, 2003}), algo muy importante en ambientes con recursos limitados, como en este sustrato arenoso.

Crecimiento de plántulas y su relación con las tallas de la semilla

Para Ricinus la mayor correlación entre crecimiento y dimensiones de semilla se obtuvo entre el largo de semilla y la longitud del tallo (r= 0.24). Estos resultados fueron congruentes con lo reportado en tallos de plántulas de Ricinus de 15 días correlacionadas con las dimensiones de sus semillas, donde se reportó una r= 0.34 para esta relación (^{Naeem et al., 2011}), misma que se podría explicar porque el eje del embrión está directamente relacionado con el largo de la semilla, por lo que semillas más largas pudieron desarrollar tallos más largos (Figura 4a). Mientras que las dimensiones de la semilla no parecieron tener efectos significativos sobre el diámetro del tallo, numero de hojas o área foliar. Para Moringa el ancho y el espesor de la semilla fueron las dimensiones con correlaciones más altas encontradas en la longitud del tallo (r= 0.61 y 0.56, respectivamente), mientras que el número de hojas y el diámetro de tallo tuvieron correlaciones menores con estas medidas (Figura 4b). Al respecto no se encontraron reportes sobre estas relaciones en Moringa, pero el hecho de que fuese el ancho y el espesor de la semilla las medidas con mayores correlaciones podrían deberse a que semillas más gruesas poseen mayores reservas para nutrir a la plántula (Fotouo-M et al., 2015). En ambas especies las dimensiones de la semilla que mejor correlacionaron con su peso fueron las que mayor correlación tuvieron con las dimensiones de la plántula emergente.

Figura 4 Coeficientes de correlación (r) entre pesos de semilla y variables de crecimiento de plántulas de Moringa oleifera y Ricinus communis. 

Las mayores correlaciones tanto en peso como en tallas de semilla obtenidas con Moringa pudieron deberse a la forma en que ésta germina, considerada como hipógea-criptocotilar, donde los cotiledones se mantienen como reservas para la planta hasta por 25 días posteriores a su germinación (^{Ramos et al., 2010}; Fotouo-M. et al., 2015), mientras que en Ricinus la germinación es epigea y las reservas del albumen se consumen al emerger los cotiledones, que se transforman en tejido fotosintético (^{Severino y Auld, 2013a}).

De acuerdo con esta estrategia se considera que el alto contenido energético de las semillas de Ricinus les proporciona una emergencia vigorosa, con hojas grandes, tallos más altos y gruesos, que le permiten aprovechar mejor la energía solar para producir más follaje y elevarse sobre otras plantas que pudiesen competir en el mismo sustrato (^{Sanyal y Decocq, 2016}) (Figura 5).

Figura 5 Curvas de crecimiento de tallos, área foliar y número de hojas en plántulas de Ricinus y Moringa. 

Por su parte, Moringa emerge con tallos más delgados y pequeños, así como un área foliar mucho menor, pero las reservas de su semilla le permiten mantener un crecimiento constante aun en sustratos pobres, como este suelo arenoso, donde se observó que después de 27 días Ricinus dejó de producir follaje e inició su defoliación (aunque fue justamente en esta etapa cuando las plántulas de semillas más pesadas lograron mantener un mayor número de hojas), mientras que Moringa logró mantener un incremento de 9.0 % en el número de hojas hasta el día 42 (Figura 5d). Lo cual indica que Moringa, al provenir de ambientes más áridos (^{Parrotta, 2009}), ha desarrollado una estrategia para consumir las reservas de sus semillas por un tiempo más largo y así tener mayores oportunidades de establecerse en sustratos menos fértiles.

Biomasa de plántulas contra pesos de semillas

Para los pesos secos de las plantas el tallo fue el que mayor correlación positiva y significativa registró contra el peso de la semilla en ambas especies (Cuadro 3), seguido de la raíz y las hojas. De acuerdo con los análisis de regresión, para ambas especies el mejor ajuste se obtuvo con un modelo potencial, donde el peso de las semillas explicó 21% de la variación de la biomasa de los tallos de Ricinus y 33% de los de Moringa; así como también 15% de la variación de la biomasa de la raíz en Ricinus y 28% en Moringa. Resultados similares se encontraron con otras semillas de Ricinus y sus plántulas de 15 días, donde un modelo cuadrático obtuvo una r² de 0.34 (^{Naeem et al., 2011}).

Los modelos obtenidos indican que el peso de las semillas influyó positivamente en los pesos finales de los tallos de sus plántulas (Figura 6). Aunque la menor capacidad predictiva de los modelos para Ricinus se debió a la alta variación en la biomasa de sus plantas, que a los 49 días ya eran completamente autótrofas, mientras que en Moringa todavía se encontraron algunas semillas adheridas a la base de los tallos, lo cual implica que sus reservas se pudieron estar consumiendo durante más de 25 días (^{Ramos et al., 2010}).

Figura 6 Modelos obtenidos para relacionar peso de semillas (ps) contra peso seco de tallos (pt) de plántulas de Moringa y Ricinus. 

En relación con los órganos, otra investigación con plántulas recién emergidas de Q. crispula indicó que las reservas de su semilla se transportan también a las raíces para mantenerse en caso de que los tallos sean comidos por depredadores (^{Kabeya y Sakai, 2003}). Por lo que se puede considerar que la biomasa de estas semillas incidió más en los tallos, para que las plantas lograran mayores alturas y pudiesen competir mejor por luz y las raíces, para ser más profusas y asegurar mejor su sobrevivencia al explorar más ampliamente un medio ambiente pobre en recursos, como el sustrato donde se encontraban.