Áreas de selección y recolecta de semillas de árboles fenotípicamente superiores

Durante noviembre y diciembre de 2017 se seleccionaron 42 árboles fenotípicamente superiores, en rodales de P. pseudostrobus var. oaxacana de los municipios Santa Catarina Ixtepeji, Teococuilco de Marcos Pérez, Santa María Jaltianguis y San Pedro Yolox, ubicados en la Sierra Norte del estado de Oaxaca; para ello se aplicó la metodología de árboles por comparación o testigos (^{Bramlett et al., 1977}), en la que las características de un candidato de árbol superior o plus, se comparan con los cinco mejores árboles vecinos localizados a una distancia mínima de 25 m y máxima de 50 m, dentro de una población. Los individuos candidato y testigos estaban en edad reproductiva obtenida con taladro de Pressler (51.7 ± 8.0 años), pertenecientes al estrato dominante, con fuste recto, no bifurcado ni torcido, copa redonda, inserción de ramas a 90° al fuste, tamaño de copa de 1/3 de la altura total del árbol, diámetro (54.5 ± 8.2 cm), altura (36.4 ± 4.6 m), volumen total (3.8 ± 1.4 m³) y altura de fuste limpio (21.8 ± 4.6 m) mayor al promedio de los árboles testigo; eran árboles sanos, libres de plagas y enfermedades (^{Muñoz-Flores et al., 2013}) (Cuadro 1). Las alturas se midieron con clinómetro (Suunto, modelo PM5/1520) y los diámetros con cinta diamétrica (Forestry Suppliers Inc., modelo 283D/20F).

El índice de dominancia de copa, como una medida de disponibilidad de polen para los ejemplares vecinos del árbol seleccionado como superior, se calculó al restar la altura del candidato menos la altura promedio de los testigos; el índice de calidad de sitio se obtuvo del cociente entre la altura promedio y la edad promedio del árbol seleccionado como superior y sus testigos; y el índice de productividad de sitio, del cociente entre el volumen promedio y la edad promedio del árbol seleccionado como superior y sus testigos (^{Vallejos et al., 2010}).

De los individuos seleccionados se recolectaron 1 058 conos en total que fueron identificados y trasladados al invernadero forestal del INIFAP, en Valles Centrales de Oaxaca para analizarse durante el periodo 2018-2019. Los conos se separaron por árbol selecto (42) en costales de rafia identificados, donde permanecieron entre 2 y 3 días; finalmente, los conos se disectaron para liberar la semilla, que fue almacenada de 2 a 3 meses en bolsas de papel.

Análisis de conos y semillas

El análisis de los conos se basó en la metodología de ^{Bramlett et al. (1977)} y ^{Mosseler et al. (2000)} con modificaciones de acuerdo al estudio. Los indicadores o características reproductivas que se analizaron fueron: peso fresco (PVC, g) de cada cono, determinado mediante una balanza analítica (Shimadzu modelo ATY224) con capacidad de 200 g ±0.1 mg; la longitud (LC, mm) y el diámetro del cono (DC, mm) se midieron con un vernier digital ±0.2 mm (Titan ^® Classic). Posteriormente, todos los conos separados por árbol se expusieron de dos a tres semanas a la radiación solar en un invernadero para provocar la apertura de escamas y la extracción de semillas. El peso seco de cada cono (PSC, g) se registró después de la apertura de las escamas a temperatura ambiente, cuando habían transcurrido de dos a tres semanas de su recolecta. Se contabilizó el número total de escamas por cono (NE), el número de semillas desarrolladas por cono (NSDC) correspondió a semillas maduras (incluyendo vanas y llenas); y se determinó el peso de las desarrolladas por cono (PSDC, g). Con esta información se calcularon las siguientes relaciones:

Donde:

CH = Contenido de humedad (%)

PVC = Peso fresco del cono (g)

PSC = Peso seco del cono (g)

CF = Coeficiente de forma del cono, diámetro del cono (DC, mm), longitud del cono (LC, mm)

EPSD = Eficiencia de producción de semillas desarrolladas

PSDC = Peso de semillas desarrolladas/cono

PPS = Peso promedio por semilla

NSDC = Número de semillas desarrolladas por cono

PEE = Porcentaje de eficiencia de escamas

NE = Número total de escamas por cono (como una medida de escamas efectivas para producir semillas)

Para determinar la cantidad de semilla llena y vana y así obtener la eficiencia reproductiva e índice de endogamia por cono y árbol (^{Bramlett et al., 1977}), las variables de los conos y semillas procedieron de una muestra de 50 conos.

Posteriormente, se estimaron cinco indicadores reproductivos propuestos por ^{Mosseler et al. (2000)}: 1) peso total de conos en el árbol (PCA, g); 2) sumatoria del peso seco de conos; 3) número de semillas desarrolladas por árbol (NSDA); además, los que se describen con las Ecuaciones 6 y 7:

Donde:

PSDA (g) = Suma de los pesos de semillas desarrolladas en el total de conos

ER (g) = Eficiencia reproductiva, como una medida que refleja la proporción de la energía utilizada en el esfuerzo reproductivo almacenado en la semilla

IE = Índice de endogamia

SV = Semillas vanas

SL = Semillas llenas

Variables climáticas

A fin de obtenerse variables fisiográficas y climáticas de los sitios de procedencia del material recolectado, las coordenadas de ubicación geográfica de los árboles seleccionados como superiores se ingresaron a la página de internet del WorldClim: Investigación sobre el cambio climático en los bosques: efectos potenciales del calentamiento global en los bosques y las relaciones entre el clima vegetal en el oeste de América del Norte y México (^{WorldClim, 2019}).

Manejo y análisis de datos

Mediante el modelo general linealizado se diferenciaron los árboles, sus procedencias y subprocedencias, que fueron definidas de acuerdo a la ubicación geográfica de los primeros. Se realizaron transformaciones ln(x) y raíz cuadrada a las variables reproductivas de los ejemplares seleccionados como árboles plus para el cumplimiento de la normalidad y homogeneidad de las varianzas.

El modelo utilizado fue:

Donde:

Y _ijk = Valor de la variable dependiente

( = Media poblacional

R _i = Efecto de la i-ésima región geográfica

P _j (R _i ) = Procedencia o localidad de recolecta anidada en región

A _k (P _j ) = Árbol anidado en procedencia

ε _ijk = Error experimental

Se estimaron los componentes de varianza asociados a cada fuente de variación (indicadas en el modelo) y su contribución a la varianza total, por el procedimiento VARCOMP, opción REML; con el GLM se separaron progenies, las procedencias con la prueba de Duncan (( = 0.05); y para las asociaciones entre las variables morfológicas y las características reproductivas con variables climáticas, se hizo un análisis de correlación de Pearson y las diferencias estimadas con Duncan (SAS^®) (^{SAS, 2004}).

Características reproductivas de conos y semillas

Los análisis de varianza evidenciaron que las cuatro regiones, así como las interacciones procedencia × región y árbol × procedencia tuvieron diferencias altamente significativas (p ≤ 0.01) en las características reproductivas de conos y semillas (Cuadro 2). En otras especies de Pinus, como P. leiophylla Schltdl. & Cham. (^{Gómez et al., 2010}), P. engelmanni Carr. (^{Bustamante-García et al., 2012}), P. greggii Engelm. ex Parl. (^{Rodríguez et al., 2012}) y P. patula Schiede ex Schltdl. & Cham (^{Salaya-Domínguez et al., 2012}) se han registrado diferencias entre sitios y entre árboles para los rasgos de dichas estructuras, lo que indica que están influenciados por el ambiente y que, probablemente, también exista diferenciación genética interpoblacional, sin que sea posible separar el efecto ambiental del genético (^{Viveros et al., 2013}).

Los conos recolectados en la procedencia de Yolox presentaron valores mayores al promedio general de la recolecta en ocho variables: longitud (105.6 mm), diámetro (59.2 mm), peso seco (140.9 g), número de escamas (138), número de semillas desarrolladas (132), peso de semillas desarrollas (3.2 g), peso promedio por semilla (0.024 g) y porcentaje en efectividad de escamas (48 %) (Cuadro 3). El contenido de humedad fue menor al promedio (19 %), quizás debido a que al momento de reunir los conos, estos tenían un grado mayor de madurez, en comparación con los procedentes de las otras tres comunidades. Los originarios de Jaltianguis tuvieron los promedios más altos en coeficiente de forma (0.57) y peso verde (169.3 g), menor promedio en el número de semillas desarrolladas (97) y porcentaje de efectividad de escamas (34 %).

Los conos recolectados en Ixtepeji registraron promedios inferiores en ocho de 11 características evaluadas: longitud (99.05 mm), diámetro (53.5 mm), peso seco (85.2 g), peso verde (140.2 g), número de escamas (130), coeficiente de forma (0.54), peso de semilla desarrollada (2.1 g) y peso promedio por semilla (0.020 g), excepto en contenido de humedad (0.66 %), que fue superior al promedio general de recolecta (Cuadro 3).

La longitud y el diámetro del cono para las cuatro procedencias correspondieron al intervalo citado en la literatura para la especie estudiada (^{Márquez, 2007}; ^{Espinoza et al., 2009}; ^{Sáenz-Romero et al., 2011}; ^{Domínguez et al., 2016}); por el contrario, superan a los valores promedio para longitud (79.8 mm) y diámetro (38 mm) que consignan ^{Espinoza et al. (2009)}. El número de semillas desarrolladas se ubicó por debajo del intervalo indicado por ^{Domínguez et al. (2016)} y mayor en el peso de las semillas desarrolladas por cono. Otros estudios documentan en semillas de P. pseudostrobus un peso de 0.011 g como mínimo y 0.022 como máximo (^{Hernández et al., 2003}), valores incluyentes en este estudio de Oaxaca.

Indicadores reproductivos y variables climáticas

Los árboles de la localidad de Ixtepeji produjeron 35 conos en promedio, cantidad que fue significativamente (p ≤ 0.05) superior a los 20 y 22 conos que tuvieron los de las localidades de Teococuilco y Jaltianguis (Figura 1A). El total de conos en cada individuo pesó de 1 990 a 3 428 g, en los que se obtuvieron de 2 174 a 3 627 semillas, que en conjunto pesaron de 49.29 a 78.09 g; el total de semillas llenas fue de 899 a 1 712 (Figura 1B -D), magnitudes que en cada caso no fueron significativamente diferentes (Duncan, 0.05). En promedio, un cono recolectado de un árbol en Yolox pesó 144.83 g, que fue 66 % mayor al de un cono procedente de Ixtepeji; además, en cada cono de un árbol en Teococuilco se contabilizaron 71.75 semillas, que fue 75 % superior a las semillas llenas que se obtuvieron por cono de los árboles de Jaltianguis. Las semillas llenas de los conos de Yolox pesaron 24.27 mg (Figura 1F), 17 % superior al peso de la semilla individual de árboles de Ixtepeji.

En P. cembroides Zucc. (^{González-Ávalos et al., 2006}) y P. pinceana Gordon (^{Quiroz-Vásquez et al., 2017}) se registraron diferencias significativas en la producción de conos entre años evaluados; pero, no entre poblaciones. Se identificaron en promedio 2 841.75 semillas desarrolladas (llenas y vanas), con una media de 1 419.5 (49.97 %) de semillas llenas, con un mínimo de 898 y máximo de 1 712 (Figura 1E). Para la misma especie, ^{Domínguez et al. (2016)} obtuvieron 44 %; ^{Bello (1988)} calculó 40 % de semillas llenas; estos resultados son superiores a los de ^{Morales-Velázquez et al. (2010)} en 7.5 % en P. leiophylla, pero inferiores en 75.5 % a los indicados para P. pinceana (^{Quiroz-Vásquez et al., 2017}). De las semillas desarrolladas, 50.03 % resultaron vanas, valor inferior al de otras coníferas como Picea mexicana Martínez (78.3 %) (^{Flores-López et al., 2005}) y Picea martinezii T. F. Patterson (80.8 %) (^{Flores-López et al., 2012}).

La relación de semillas vanas sobre desarrolladas (índice de endogamia) varió de 0.39 a 0.64 (Figura 1H); valores superiores a los registrados por ^{Márquez (2017)} para P. caribaea var. caribaea Barret y Golfari (0.26) y P. tropicalis Morelet (0.03). Este comportamiento favorable puede deberse a que es una fuente originalmente diseñada para la producción de semilla; para P. leiophylla el mismo autor obtuvo un valor muy alto de índice de endogamia (0.92); lo cual es atribuible al tamaño reducido de poblaciones que genera la autopolinización (^{Morales-Velázquez et al., 2010}). Generalmente, el índice de endogamia se asocia a una baja abundancia y calidad de polen e incremento de la autofecundación; en sitios con densidades arbóreas bajas, aumenta la probabilidad de que los alelos deletéreos formen genotipos homocigóticos y provoquen el aborto de embriones, lo que incrementa la cantidad de semilla vana (^{Arista y Talavera, 1996}).

El valor promedio para la eficiencia reproductiva de P. pseudostrobus var. oaxacana fue de 13 mg de semilla por gramo de cono seco; en este contexto, los árboles más eficientes fueron los de Teococuilco, con 16.2 mg (Figura 1G). El valor fue superior, en comparación con lo consignado para P. leiophylla: de .49 mg de semilla g^-1 de cono seco (^{Morales-Velázquez et al., 2010}); en contraste, los valores son inferiores a los registrados en otras coníferas, como P. rigida Miller, Picea mexicana Martínez, Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco, P. patula, P. pinceana: 55.3, 23.7, 29.6, 16.35 mg g^-1 y 80 mg de semilla g^-1 de cono seco, respectivamente (^{Mosseler et al., 2004}; ^{Flores-López et al., 2005}; ^{Mápula-Larreta et al., 2007}; ^{Quiroz-Vásquez et al., 2017}). La eficiencia reproductiva es un indicador relativo de la energía que un árbol dedica a la producción de semilla y en ella influyen el peso y número de semillas llenas por cono (^{Mosseler et al., 2000}; ^{Owens y Fernando, 2007}; ^{Castilleja et al., 2016}); por ello, podría suponerse que las poblaciones de la especie estudiada en Oaxaca presentan indicios de una disminución en su eficiencia reproductiva.

A) número de conos por árbol; B) peso de conos por árbol; C) número de semilla desarrollada por árbol; D) peso de semilla desarrollada por árbol; E) semilla vana por árbol; F) semilla llena por árbol; G) eficiencia reproductiva e H) índice de endogamia. Letras distintas en las barras representan diferencias significativas (Duncan, 0.05) y las líneas verticales sobre las barras indican la desviación estándar.

B) Figura 1 Indicadores reproductivos de Pinus pseudostrobus var. oaxacana.  

A partir de las correlaciones significativas entre las variables ambientales, características de fenotipos selectos e indicadores reproductivos destaca el hecho de que los sitios más altos, con menor temperatura y mayor precipitación favorecen que los conos produzcan más semillas (r = 0.43), de mejor calidad y que aumente la eficiencia reproductiva (r = 0.38), además se reduce el IE (r = -0.38) (^{Sáenz-Romero et al., 2012}). Por otra parte, valores mayores de diámetro normal, edad, volumen y productividad del sitio (r > 0.30), se asocian con un incremento en la cantidad y calidad de los conos por árbol (^{Binotto et al., 2010}); los individuos viejos originan conos ligeros, con pocas semillas y livianas, además el índice de endogamia se favorece en los sitios de menor altitud.