Introducción

La nochebuena o “cuetlaxochit” (Euphorbia pulcherrima Willd. Ex Klotzsch) es la especie más importante del género Euphorbia, y una de las plantas en maceta con mayor impacto económico, con ventas anuales de cientos de millones de dólares (^{USDA, 2015}). En México su venta inicia en la segunda semana de noviembre y continúa hasta diciembre. La demanda se orienta a decoración de interiores, jardines y espacios públicos aunque también se reporta uso medicinal (^{Colinas-León, 2009}). En la última década se ha incrementado la superficie destinada a su cultivo, lo que se ha visto reflejado en el aspecto económico. Se producen alrededor de 30 millones de plantas de nochebuena al año, con un valor de la producción de $522,713.03; destacan los estados de Morelos, Michoacán, Puebla, Distrito Federal, Jalisco, Estado de México y Oaxaca (^{SIAP, 2017}), en donde se cultivan alrededor de 30 variedades.

En la mayoría de las especies ornamentales producidas en México se depende al 100 % de las variedades mejoradas importadas ya sea como propágulos o como semillas; esto crea una dependencia del exterior por material vegetal. En el caso de E. pulcherrima, el mejoramiento genético ha sido efectuado en Estados Unidos de Norte América, Francia, Noruega, Austria y Alemania, donde se han generado variedades cuyas características principales son la resistencia mecánica al transporte y al frío, además de color, forma, y tamaño de las brácteas diferentes a las de las variedades existentes, porte y vigor de la planta, reducción a la sensibilidad al etileno, y mayor duración de las brácteas (^{Taylor et al., 2011}).

Las variedades importadas presentan problemas como reducción o exceso de crecimiento vegetativo, inicio de floración temprana (en septiembre) o bien la falta de pigmentación en las brácteas; lo anterior es consecuencia de las diferencias climáticas entre las zonas de producción y las áreas de generación de las variedades. Lo anterior indica que las variedades de nochebuena se deben generar en cada país donde se van a producir.

México al ser centro de origen de la nochebuena (E. pulcherrima), cuenta con plantas silvestres y variedades denominadas de sol (crecen y florecen en condiciones de sol en jardines), las cuales han sido fomentadas y domesticadas rudimentariamente en jardines caseros, considerándose cercanas a la especie silvestre, ambos tipos de plantas podrían ser utilizadas como fuente de genes para generar variedades mexicanas (^{Villegas et al., 2015}).

Las semillas son base de la diversidad genética de las especies y elemento fundamental en el mejoramiento genético convencional. En el caso de la especie de nochebuena, las semillas son generalmente producidas por los mejoradores (^{Bernuetz, 2001}). ^{Canul-Ku et al. (2013)} reportan que mediante hibridación obtuvieron nueve genotipos cuyos progenitores femeninos fueron plantas de E. pulcherrima silvestres de los estados de Oaxaca, Morelos, Puebla y Guerrero, y como progenitores masculinos usaron las variedades comerciales Fredom Red y Prestige.

La producción eficiente de semillas depende de varios factores, el genotipo de las plantas, el número de repeticiones de polinización, la temperatura y la luz del ambiente. En la especie de nochebuena, la producción de semillas obtenida por polinización cruzada o autopolinización, es generalmente baja (^{Bernuetz, 2001}). La capacidad de producción de semillas en ésta especie varía en función de las variedades usadas como progenitor femenino y masculino (^{Rodríguez et al., 2016}). A mayor producción de semilla mayor probabilidad de encontrar nuevos fenotipos; por lo que, son deseables los progenitores que tengan mayor capacidad de desarrollar frutos y semillas por fruto (una, dos o tres semillas).

El nivel de ploidia de los progenitores es un factor determinante en la producción de semillas; ^{Bernuetz (2001)} reporta que E. pulcherrima tiene información genética 2n = 28 o 56; el número de cromosomas somáticos de los cultivares es 28 o 56, aquellos con 2n = 28 son diploides, los que poseen 2n = 42 cromosomas se denominan triploides, pero de acuerdo con ^{Ewart & Walker (1960)} podrían ser hexaploides. De acuerdo con ^{Milbocker & Sink (1969)}, la hibridación entre cultivares diploides genera una producción abundante de semillas; sin embargo, al cruzar diploides femeninos con tetraploides, se obtiene menos de 1% de semillas viables, el desarrollo de endospermo en la mayoría de los óvulos no progresó más allá del estadio inicial de las células, lo anterior sugiere que el endospermo puede ser el factor determinante en el establecimiento de la semilla en el cruce diploide x tetraploide.

Los frutos de E. pulcherrima son esquizocarpos tricarpelares con una columna central y un óvulo por carpelo, en los cuales se forma un máximo de tres semillas, al no formarse todas, el fruto maduro es más angosto (^{Tokuoka & Tobe, 2003}), son estructuras que presentan dehiscencia explosiva liberando las semillas hasta 2 m de distancia. ^{Rodríguez et al. (2016)} indican que la ausencia de semillas provoca abscisión de frutos. ^{Canul et al. (2012)} reportaron que las semillas de nochebuena recolectadas en los estados de Nayarit, Morelos y Guerrero presentaron diámetros polares de 7.98; 7.56, y 7.17 mm, diámetros ecuatoriales de 7.04; 6.21 y 6.08 mm, y biomasa de 174, 131, y 120 mg respectivamente. ^{Vargas (2012)} observó que las plantas de E. pulcherrima de sol producen semillas sin intervención humana porque la polinización de las flores es entomófila. Sin embargo, para mejoramiento genético, la polinización debe ser controlada y la efectividad de la fecundación dependerá de los progenitores elegidos para los cruzamientos, como señalaron ^{Canul et al. (2012)}; ^{Huang & Chu (2008)} indicaron que los progenitores deben producir polen viable en gran cantidad, el periodo de liberación del mismo debe ser prolongado, y deben tener capacidad de producir semillas en grandes cantidades.

Como se mencionó, las semillas de E. pulcherima se usan con fines de mejoramiento genético, cada semilla puede generar un fenotipo diferente, situación que es indeseable cuando se busca producir plantas homogéneas para la comercialización, en cuyo caso la propagación se hace mediante esquejes (^{Rangel-Estrada et al., 2015}) o por estacas (^{Colinas et al., 2015}).

Lo anterior indica que es necesario generar conocimientos que permitan sustentar programas de mejoramiento genético en E. pulcherrima, con el propósito de obtener variedades nacionales adaptadas a las condiciones ambientales del país, con características competitivas con las variedades importadas y a precios accesibles al productor. Con base en esto, el objetivo de la investigación fue evaluar la producción de frutos y semillas en cruzamientos de dos variedades de nochebuena de sol con cuatro variedades de sombra, para determinar cuáles progenitores son más convenientes para usarse en un programa de mejoramiento genético.

Material y Métodos

La investigación se realizó de julio de 2016 a junio de 2017, en el Campo Experimental de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos en Cuernavaca, Morelos, México, con ubicación geográfica de 18°58’54,71’’ N y 99°13’59,14’’ O, y 1876 masl. El clima es semi-cálido semi-húmedo A (C) w2, presenta un régimen de lluvias de 1200 mm anuales en promedio y una temperatura media anual de 21.5 °C (^{García, 1981}).

Las variedades de sol (E. pulcherrima para jardín) usadas fueron Amanecer navideño y Juan Pablo, cuyas características son: resistencia al sol, brácteas angostas (5 cm aprox.), inicio de floración precoz (finales de octubre para el Estado de Morelos, México), y duración de la floración de 80 días aprox.; estas variedades florecen sin necesidad de cubrirlas con plástico negro para darles horas de oscuridad adicionales a las de la época de cultivo, como se tiene que hacer con las variedades de sombra importadas.

Las variedades de sombra (de invernadero) fueron: 1) Festival red, de plantas compactas con 8 a 9 ramas, soporta la luz directa del sol sin mostrar daños, color de brácteas rojo brillante, inicio de floración media (en Morelos inicia la segunda semana de noviembre) duración de floración de 100 días aproximadamente; 2) Ice punch, que tuvo plantas de forma irregular con 7 a 8 ramas, hojas anchas (6 a 8 cm), forma palmeada, inicio de floración tardío (la cuarta semana de noviembre, en Morelos) y duración de floración de 100 días aprox., el color de las brácteas es una combinación de rojo con blanco (Red group-c 43, yellow group-d10); 3) Premium Marble, plantas de forma regular con 6 a 7 ramas, color de brácteas crema y rosa, hojas y brácteas anchas borde entero, inicio de floración intermedia; 4) Cortez burgundy, es de plantas compactas con 7 a 8 ramas, brácteas anchas (6.54 cm en promedio), inicio de floración intermedia (en Morelos inicia la segunda semana de noviembre), duración de floración de 120 días, brácteas color púrpura (Purple gray group N77). En cuanto a características genéticas, las E. pulcherrima de sol son diploides al igual que Festival red y Premium marble, en tanto que Ice punch es una variedad tetraploide (^{Milbocker & Sink, 1969}).

Las plantas progenitoras de las variedades de sol se cultivaron a cielo abierto en macetas de 10” utilizando sustrato compuesto por 70 % composta y 30 % “tepojal” (pequeña piedra pómice de origen volcánico recubierto de arcilla, más ligera que el tezontle); las variedades de sombra se mantuvieron en condiciones de invernadero de plástico (con temperaturas mínimas de 12.2 a 15.7 °C, máximas de 25.2 a 27.0 °C, humedad relativa de 51 a 73 %). La nutrición se realizó con fertilizante de alta solubilidad 20-20-20 cada 15 d; de manera preventiva se aplicaron fungicidas utilizando los productos Carbendazim (1 g·L^-1), N-triclorometil dicarboximida (2 mg·L^-1), Mancozeb (1 g·L^-1), Iprodiona (1 g·L^-1) y Metalaxil-M + Clorotalonil (2 mg·L^-1), en total se realizaron cinco aplicaciones de fungicida; se aplicó el insecticida Abamectina (1 mL·L^-1) para control de ácaros.

Para realizar los cruzamientos, en las variedades que fungieron como progenitor femenino, se eligieron 15 flores hermafroditas por repetición; estas flores fueron emasculadas y se eliminaron las anteras con pinzas antes de la antesis, conforme fueron apareciendo. El cruzamiento se realizó cuando el estigma fue receptivo (Figura 1a) depositando polen de la variedad que fungió como progenitor masculino; las flores polinizadas (Figura 1b) se cubrieron con bolsas de glassine.

Figura 1 Estigmas de nochebuena receptivos (A), Flor hermafrodita polinizada (B), Frutos en crecimiento (C). 

Se evaluaron ocho tratamientos (cruzamientos), derivados de la combinación de dos variedades de sol (Amanecer navideño y Juan Pablo) con cuatro variedades de sombra (Festival red, Ice punch, Premium marble y Cortez burgundy), se utilizó un diseño experimental completamente al azar con 10 repeticiones por cruzamiento. Se evaluaron variables de características de frutos y de semillas.

Los frutos se cosecharon cuando estuvieron secos y se registró amarre de frutos, se contó el número de frutos formados por repetición y se calculó el porcentaje con respecto al número de cruzamientos totales por repetición. Además, en cada fruto se evaluó la longitud y diámetro con un vernier digital Truper®, y su biomasa en una balanza analítica Ohaus®. Posteriormente, se cosechó la semilla de los frutos de cada cruzamiento y se depositó en tubos plásticos identificados con el número del fruto, la repetición y el cruzamiento de procedencia, se evaluó el número de semillas por fruto.

En las semillas se evaluó longitud y diámetro con un vernier digital Truper®, así como la biomasa por semilla en una balanza analítica Ohaus®. El cruzamiento de Juan Pablo x Ice punch no produjo frutos, razón por la cual no se midieron características de frutos y semillas. Los datos obtenidos en las variables se analizaron mediante análisis de varianza (ANOVA) y prueba de comparación de medias (Tukey, p≤0.05) con el paquete estadístico SAS 9.0 (^{SAS, 2002}). Los valores de variables evaluadas en porcentaje fueron transformados con la función arcoseno previo al análisis.

Resultados y Discusión

El análisis de varianza mostró efecto significativo (p≤0.01) del cruzamiento para las cinco características de fruto y las características de semilla evaluadas (Tabla 1), lo que indica que los progenitores femenino y masculino involucrados en el cruzamiento afectaron a las variables evaluadas.

En cuanto a amarre de fruto, Amanecer navideño generó frutos al cruzarse con los cuatro progenitores masculinos, con promedio de amarre de fruto de 31.64 %. En el caso de Juan Pablo, se logró amarre de fruto sólo en tres de los cuatro cruzamientos realizados, pues como se puede observar (Figura 2), al cruzarse con Ice punch no desarrolló fruto alguno; no obstante, fue el progenitor femenino con mayor porcentaje promedio de frutos desarrollados (36.72 %). Festival red y Premium marble generaron resultados similares como progenitores masculinos (63.99 y 64.63 % de amarre de fruto respectivamente); en contraste, Ice punch y Cortez burgundy generaron pocos frutos e incluso Ice punch no generó fruto al cruzarla con Juan Pablo (Figura 2). Los mejores cruzamientos para la obtención de frutos fueron Juan Pablo x Premium marble y Amanecer navideño x Festival red.

Figura 2 Amarre de fruto (%) en cruzamientos de dos variedades de nochebuena de sol con cuatro variedades de sombra. An: Amanecer navideño, Jp: Juan Pablo, Fr: Festival red, Ip: Ice punch, Pm: Premium marble, Cbur: Cortez burgundy. MSD: 18.14. Cada dato es el promedio de diez repeticiones. 

El bajo porcentaje de amarre de fruto obtenido con Ice punch y Cortez burgundy pudo deberse a que la viabilidad de polen de Cortez burgundy fue la más baja de las cuatro variedades de sombra (^{Vargas, 2012}). Otra razón, es lo indicado por ^{Milbocker & Sink (1969)} quienes reportan que el cruzamiento de nochebuena diploide con tetraploide genera menos de 1 % de semillas viables, sugiriendo que el endospermo puede ser el factor determinante en el crecimiento y desarrollo de semillas en cruzas de diploides por tetraploides; ^{Petit et al. (1997)} señalan que las semillas triploides pueden tener inviabilidad de endospermo. Lo anterior ocasiona que la semilla no logre desarrollar y en fruto caiga semanas después de haber realizado la polinización, tal como lo señalan ^{Wang et al. (2005)} quienes indican que la inviabilidad del embrión híbrido en cruzas de diploides por tetraploides y la ausencia de semilla repercute en la caída de los frutos.

El amarre de fruto del cruzamiento entre Amanecer navideño x Festival red fue similar al reportado por ^{Canul-Ku et al. (2015)} quienes obtuvieron 68 % de frutos desarrollados. Sin embargo, estos resultados fueron superados por el 83.6 % obtenido en el cruzamiento de Juan Pablo x Premium marble. Es importante señalar que también el manejo durante la polinización tiene efecto en el amarre de fruto, pues en los cruzamientos efectuados por ^{Rodríguez et al. (2016)} se tuvo un máximo de 24 % de amarre de fruto en el cruzamiento de Amanecer navideño x Festival red y en esta ocasión se obtuvo 68.98 %. Además de elegir flores hermafroditas receptivas, se deben tomar anteras con polen fresco, liberado el mismo día de la polinización.

La longitud del fruto varió de 14.29 a 15.44 mm, con promedio de 15.07 mm. Los frutos con mayor longitud fueron los producidos por Juan Pablo x Festival red, Premium marble x Cortez burgundy al igual que los de Amanecer navideño x Festival red; de manera similar, los frutos de mayor diámetro correspondieron a los producidos por Juan Pablo x Premium marble y por Cortez burgundy. Con relación a la biomasa, los frutos de mayor peso fueron los de Juan Pablo cruzada con Festival red y Premium marble al igual que los de Amanecer navideño por Festival red. Los frutos de menor tamaño correspondieron a los cruzamientos de Amanecer navideño x Premium marble y por Cortez burgundy (Tabla 2).

Uno de los aspectos más importantes para este estudio y que afecta las características del fruto, es la cantidad de semillas que se pueden desarrollar. ^{Tokuoka & Tobe (2003)} describen que son esquizocarpos tricarpelares con una columna central y un óvulo por carpelo. Se observó que se forma un máximo de tres semillas y al no formarse todas, el fruto será más angosto y de menor peso (Figura 1c). Rinehart (com. pers. 1997), citado por ^{Bernuetz (2001)}, indica que el ovario trilocular de E. pulcherrima puede contener un máximo de tres semillas, aunque generalmente se obtiene un promedio de dos por ovario.

En este estudio, se observó que en cuatro de los siete cruzamientos que produjeron frutos con más de dos semillas y correspondieron a los cruzamientos donde participaron como progenitores masculinos Festival red y Premium marble, por lo cual fueron los mejores progenitores masculinos; por el contrario, los frutos con menos semillas fueron aquellos generados por el cruzamiento de ambos progenitores femeninos con Cortez burgundy (Tabla 2). Lo anterior está relacionado con la cantidad y viabilidad de polen, pues Cortez burgundy tuvo polen con menor viabilidad. La formación de las semillas también fue afectada por el nivel de ploidia de los progenitores; las plantas de E. pulcherrima de sol fueron diploides y cruzadas con Festival red y Premium marble generaron mayor cantidad de semilla; caso contrario al cruzarse con Ice punch y Cortez burgundy (variedades tetraploides) se formaron menos semillas (^{Milbocker & Sink, 1969}). La cantidad de semillas por fruto fue mayor que lo obtenido por ^{Rodríguez et al. (2016)} quienes obtuvieron 1.1 semillas por fruto, esto puede ser resultado de conocer más la fenología floral de la nochebuena.

Es deseable que los frutos tengan dos o tres semillas, pero también es necesario que éstas sean grandes para que contengan mayor cantidad de endospermo para usar durante el proceso de germinación. Las semillas de mayor longitud fueron las producidas por los frutos de la variedad Juan Pablo aunque también las de Amanecer navideño x Ice punch; en cuatro de los siete cruzamientos se tuvieron semillas de 7 mm de longitud aprox. (Tabla 3), similares a lo reportado por ^{Canul et al. (2012)} quienes observaron promedio de 7.5 mm para semillas de nochebuena de diferentes procedencias; las semillas más pequeñas (5.8 mm) fueron las de Amanecer navideño x Cortez burgundy, similar a lo obtenido por ^{Rodríguez et al. (2016)}.

El diámetro de las semillas varió de 5.0 a 5.6 mm, la mayoría de los cruzamientos generaron semillas con 5.0 a 5.1 mm. Este valor fue menor a los 6.3 mm reportado por ^{Canul et al. (2012)} y ^{Rodríguez et al. (2016)}. Las semillas de Amanecer navideño x Ice punch y las de Juan Pablo x Cortez burgundy tuvieron correspondencia de mayor diámetro y mayor longitud (Tabla 3). La biomasa es el mejor indicador de la calidad de las semillas, porque éstas pueden ser grandes en longitud y diámetro pero estar “vanas” en mayor o menor grado. La mayoría de las semillas de los cruzamientos tuvieron una biomasa promedio de 107 a 120 mg, sólo en las semillas de Juan Pablo x Cortez burgundy hubo correspondencia en el tamaño con el peso de las semillas y fueron las más grandes y de mayor biomasa. Estos resultados fueron menores a los reportados por ^{Canul et al. (2012)} para las semillas de nochebuena recolectadas en los estados de Nayarit, Morelos y Guerrero (0.174; 0.131 y 0.120 g, respectivamente); también fueron menores a lo reportado por ^{Rodríguez et al. (2016)} quienes tuvieron semillas de 0.221 a 0.395 g. Los resultados obtenidos se atribuyen a la presencia de más de dos semillas por fruto y mayor cantidad de frutos por planta, lo que dio lugar a que fueran de menor biomasa.

Conclusiones

La investigación permitió determinar que los progenitores involucrados en el cruzamiento controlado de E. pulcherrima tienen efecto determinante en el amarre de frutos y en la cantidad y calidad de las semillas producidas. Se encontró que Amanecer navideño es la mejor variedad para usarse como progenitor femenino en comparación con Juan Pablo, pues generó semillas al cruzarla con las cuatro variedades usadas como progenitor masculino. De igual modo, los resultados indicaron que las variedades de sombra Premium marble y Festival red fueron los mejores progenitores masculinos por producir mayor amarre de frutos y semillas.