Production test of green house hydroponic huitlacoche (Ustilago maydis Cda.)

José Madrigal–Rodríguez^1*; Clemente Villanueva–Verduzco²; Jaime Sahagún–Castellanos²; Marcelo Acosta Ramos³; Lauro Martínez Martínez⁴; Teodoro Espinosa Solares⁵

¹ Doctorado en Ciencias en Horticultura, Universidad Autónoma Chapingo, km 38.5 Carretera México–Texcoco. Chapingo, Estado de México, C. P. 56230 MÉXICO. Correo–e: madrigalrj@yahoo.com.mx (*Autor responsable)

² Departamento de Fitotecnia, Universidad Autónoma Chapingo, km 38.5 Carretera México–Texcoco. Chapingo, Estado de México, C. P. 56230. MÉXICO, Correo–e: clemente@correo.chapingo.mx jsahagun@correo.chapingo.mx

³ Departamento de Parasitología Agrícola, Universidad Autónoma Chapingo, km 38.5 Carretera México–Texcoco. Chapingo, Estado de México, C. P. 56230. MÉXICO. Correo–e: acostam14@gmail.com

⁴ Andador Diego Rivera, Edificio 6 Depto. 303, Unidad habitacional ISSSTE, Texcoco Estado de México. C. P.56230. MÉXICO. Correo–e: martinezml72@yahoo.com.mx

Recibido: 3 de octubre, 2008.
Aceptado: 25 de octubre 2010.

Resumen

Con el objetivo de identificar buenos híbridos comerciales y densidades de siembra de maíz para la producción de huitlacoche hidropónico en invernadero, se realizaron dos experimentos (2005 y 2006). En el primero se evaluaron cuatro híbridos en una densidad de población de 62,500 plantas·ha^–1 y en el segundo siete híbridos con una densidad de población de 166,666 plantas·ha^–1. Los híbridos se inocularon con su respectivo aislado del hongo, previamente obtenido de cada híbrido. En ambos ensayos individuales y en el análisis combinado (promedio) de los dos experimentos, el mejor híbrido fue el 30G40, con una producción en invernadero de 1,649.2 kg·ha^–1 (densidad: 62,500 plantas·ha^–1), 7,923.30 kg·ha^–1 (166,666 plantas·ha^–1) y 4,786.20 (combinado); derivada de sus porcentajes de incidencia de 23.67, 52.41 y 38.04 % y de sus índices de severidad 11.08, 52.48 y 49.85, respectivamente. En el análisis combinado, el rendimiento de huitlacoche fue mayor en 166,666 plantas·ha^–1 de maíz (3,592.10 kg·ha^–1) que en 62,500 plantas·ha^–1 (960.2 kg·ha^–1), aunque el rendimiento de hongo por planta inoculada fue igual en ambas densidades (0.02 kg·planta^–1) del híbrido 30G40.

Palabras clave: Zea mays, Ustilago maydis, cuitlacoche, híbridos de maíz, ambiente controlado.

Abstract

Key words: Zea mays, Ustilago maydis, cuitlacoche, corn hybrids, controlled environment.

INTRODUCCIÓN

El huitlacoche o cuitlacoche (Ustilago maydis Cda.) es un hongo comestible que se consume principalmente en la región de los Valles Altos de México. Valverde y Paredes–López (1993) determinaron que contiene proteína de alta calidad y de bajo riesgo para el consumo humano. El hongo se obtiene de plantas susceptibles y se desarrolla en la mazorca, hojas, tallo y en raíces aéreas (Agrios, 2005).

En ensayos experimentales y comerciales a cielo abierto, los mejores rendimientos se obtienen cuando se inocula la mazorca en etapa de jilote, alcanzándose hasta 12 t·ha^–1 de hongo fresco (Martínez–Martínez et al., 2000). La producción artificial de huitlacoche requiere que la variedad de maíz (hospedero) sea susceptible al hongo, que la cepa del patógeno sea virulenta y que el ambiente sea favorable, con un 80–85 % de humedad relativa y una temperatura de 16–32 °C (Villanueva et al., 1999; Martínez–Martínez et al., 2000).

La evaluación de genotipos de maíz para fines de producción de huitlacoche, permite conocer su nivel de susceptibilidad genética (Pan et al., 2008). En condiciones ambientales que favorecen el desarrollo del hongo es posible incrementar el rendimiento y la calidad del huitlacoche.

Villanueva et al. (1999) encontraron que existe variación patogénica del hongo; dado que la infección y desarrollo del mismo está en función de la habilidad del patógeno, la susceptibilidad del hospedante y su interacción con el ambiente (Christensen, 1963). Estos mismos autores evaluaron la técnica de inoculación, la cual constituye un factor importante para favorecer el desarrollo del hongo en el interior del jilote.

Así mismo para que se presente la infección ideal, debe inocularse en etapa de jilote en donde la producción de grano de maíz es el sustrato alimenticio para el desarrollo del hongo y así producir agallas de mejor tamaño por disponer de una alta concentración de carbohidratos (Pataky y Chandler, 2003).

En el desarrollo del huitlacoche en maíz cultivado a cielo abierto durante el temporal de lluvias, la distribución de la precipitación difiere de un año a otro. En algunos años se obtienen precipitaciones espaciadas, las cuales pueden coincidir con el periodo de infección y desarrollo del hongo, lo que afecta negativamente la producción del hongo (Villanueva et al., 2007).

Una buena alternativa para obtener consistentemente las condiciones ambientales favorables para producir huitlacoche, es cultivar el maíz bajo condiciones controladas de humedad relativa y temperatura; lo cual es posible en un invernadero equipado para controlar dichos factores.

La presente investigación se realizó con el objetivo de identificar híbridos comerciales adecuados y densidades apropiadas de población de plantas para maximizar la producción artificial de huitlacoche hidropónico en invernadero.

MATERIALES Y MÉTODOS

Localización del sitio experimental

Los experimentos se establecieron en un invernadero del Campo Agrícola Experimental de la Universidad Autónoma Chapingo, México a 19°29'27'' LN y 98°52'23'' LO, a una altitud de 2,240 m. El invernadero es de cubierta plástica equipado para incorporar humedad al aire y modificar así la humedad relativa.

Diseño y arreglo experimental

La investigación constó de dos experimentos. El primero incluyó la evaluación de cuatro híbridos (H–58, 30G40, H–161 y Cóndor) a una densidad de 62,500 plantas·ha^–1 y se estableció en diciembre de 2005, en un diseño completamente al azar con cuatro repeticiones. La unidad experimental fue de tres surcos de 10 m de largo con una planta cada 40 cm y surcos separados cada 40 cm.

En junio de 2006, se estableció el segundo experimento en un diseño completamente al azar con siete tratamientos (los híbridos: Gavilán, H–48 y H135, adicionales a los cuatro anteriores) y cuatro repeticiones. La unidad experimental fue de 4 surcos de 10 m de largo con una planta cada 20 cm y surcos separados cada 30 cm (166,666 plantas·ha^–1). En ambos experimentos, cada híbrido se inoculó con un aislamiento de huitlacoche, obtenido de elotes infectados de cada correspondiente híbrido.

La siembra en el primer experimento, se hizo de forma manual en acolchado plástico con perforaciones cada 30 cm con tres surcos por cama de 1.2 m de ancho (surcos separados cada 40 cm); y en el segundo experimento, las perforaciones del acolchado plástico estuvieron cada 20 cm en cuatro hileras (surcos) en camas de 1.2 m, separadas a 30 cm. Se aplicó la solución nutritiva hidropónica universal de Steiner (1961) con una cinta de riego con goteros cada 20 cm. La solución nutritiva (riego) se aplicó dos veces al día, a las 9 am y a las 4 pm en el primer experimento, durante 5 min en la etapa vegetativa y durante 10 min en la etapa reproductiva del cultivo; y en el segundo experimento se aplicaron cuatro riegos diarios: 9:00, 12:00, 15:00 y 18:00 h durante 10 y 15 min de duración en las etapas vegetativa y reproductiva, respectivamente.

Durante el periodo de infección y desarrollo del hongo, se aplicó agua por aspersión arriba el follaje, para aumentar la humedad relativa y favorecer el desarrollo del hongo.

Inoculación

El inóculo se obtuvo a partir de cepas derivadas de cada uno de los híbridos, por lo que se consideraron apropiados para cada uno de ellos. Las cepas se reactivaron e incrementaron en cajas de Petri con medio de cultivo PDA (Papa Dextrosa Agar).

El inóculo se preparó al ajustar en agua destilada estéril a una concentración de 10⁶ esporidias·ml^–1. La fecha de inoculación para el primer experimento fue en marzo de 2006 y septiembre de 2006 para el segundo experimento. La inoculación se realizó en etapa de jilote en tres puntos equidistantes a lo largo del mismo (Villanueva et al., 2007). Durante el periodo de infección la temperatura se mantuvo entre 26 y 32 °C y la humedad relativa alrededor de 70 %.

Caracteres estudiados

Los caracteres estudiados fueron: severidad medida en porcentaje (SEV_i), rendimiento por cada clase de severidad (RSEV_i) en kilogramos, porcentaje de incidencia (PI), índice de severidad (ISE; porcentaje del elote cubierto por agallas de huitlacoche) que es el porcentaje de la mazorca cubierta por agallas, rendimiento promedio por planta inoculada (RPLINC; kg), rendimiento promedio por planta infectada (RPLINF; kg), rendimiento total (RT; kg) de huitlacoche limpio, sin olote y sin granos de elote. Estas variables se registraron por parcela, excepto RPLINC (kg) y RPLINF (kg). Rendimiento por hectárea (RHA en kg). Los datos de rendimiento se pudieron obtener en promedio a los 30 días posteriores a la inoculación.

La medición de severidad (SEV_i), consideró la proporción del elote cubierta con las "agallas" del hongo (Villanueva et al., 1999) y sirvió de base para calcular el índice de severidad (ISE; porcentaje del elote cubierto por "agallas" de huitlacoche) (Cuadro 1).

El porcentaje de incidencia (PI) se obtuvo al dividir el total de elotes infectados en la unidad experimental entre el total de elotes inoculados, y multiplicado por 100; como sigue: PI=[(No. Elotes con SEV2)+...+(No. Elotes con SEV5)/ Total de elotes inoculados] x 100.

El índice de severidad (ISE) se obtuvo con base en Villanueva et al., (1999), mediante la expresión: ISE=[(NE SEV1*0+NESEV2*0.25+NESEV3*0.50+NESEV4*0.75+N ESEV5*1.0)/PLIF]*100; donde, NESEV_i= número de elotes para cada categoría de severidad.

Los rendimientos por hectárea de huitlacoche de los experimentos 1 y 2 (RHA1 y RHA2 respectivamente) se calcularon mediante: RHA1= RPLINC x 62,500 plantas·ha^–1 y RHA2= RPLINC x 166,666 plantas·ha^–1, donde RPLINC: rendimiento de huitlacoche por planta inoculada en cada experimento.

Análisis estadístico

Se realizaron análisis de varianza utilizando el paquete estadístico SAS para ambos experimentos, con el siguiente diseño completamente al azar: Yij=u+Ti+eij; donde i=1,..,t (tratamientos); j=1,..,r (repeticiones); Yij=valor observado del tratamiento (híbrido de maíz) i, en la repetición j; u: media general del experimento; Ti= efecto del i–ésimo tratamiento (híbrido); eij= efecto aleatorio del error experimental asociado a la observación ij.

Además, se realizó un análisis de varianza combinado, en promedio de los dos experimentos, usando la información proporcionada por cuatro híbridos comunes en ambos experimentos. De tal manera que se pudo analizar como un factorial 4 (híbridos) x2 (densidades), bajo el modelo lineal Yijk=u+Ti+Dk+TD(ik)+eijk , donde i=1,..,t (tratamientos); k=1,..,d (densidades de siembra); j=1,..,r (repeticiones); Y_jjk= valor observado del tratamiento (híbrido de maíz) i en la densidad k y en la repetición _j; u= media general; T = efecto del i–ésimo tratamiento (híbrido); D_k= efecto de la k–ésima densidad de siembra; TD_(ik)= efecto de la interacción del i–ésimo tratamiento con la k–ésima densidad; e = efecto aleatorio del error experimental asociado a la observación _ijk.

Se realizaron comparaciones múltiples de medias mediante la prueba de Tukey con un nivel de significancia del 5 %.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Existieron diferencias altamente significativas (P<0.01) entre híbridos para SEV4, rendimiento de hongo con mazorcas con grado de severidad RSEV4 y rendimiento por hectárea (RHA1; kg).

Los híbridos 30G40, H–161 y Cóndor presentaron la mayor expresión en los grados de severidad SEV2 (8.25, 9.50 y 9.50 %) SEV3 (4.75, 5.25 y 4.50 %) y SEV5 (1.25, 1.00 y 1.25 %) con medias estadísticamente iguales; sin embargo, para el grado de severidad SEV4 los híbridos 30G40 y H–161 tuvieron la mayor expresión (3.50 y 2.50) (Cuadro 2).

En cuanto a porcentaje de incidencia (PI), los híbridos 30G40 y H–161 fueron los superiores (23.67% y 24.00%).

El índice de severidad fue estadísticamente igual (p<0.05) en los cuatro híbridos evaluados, pero en general 30G40 fue superior en cuanto a rendimiento de hongo en el experimento uno (1,649.20 kg·ha^–1) (Cuadro 2).

Experimento 2. Siete híbridos.

El híbrido 30G40 presentó los valores más altos en los grados de severidad SEV2 (26.50 %), SEV3 (21.50 %), SEV4 (25.25 %) y SEV5 (10.75 %); en tanto que los híbridos Cóndor, Gavilán y H–48 mostraron los valores más bajos en dichos caracteres lo que se reflejó en un menor rendimiento del hongo respectivamente (Cuadro 3).

En los caracteres porcentaje incidencia (PI; 52.41%) y rendimiento·ha^–1 de hongo del experimento dos RHA2 (7923.30 kg·ha^–1), el híbrido 30G40 fue superior que el resto de los evaluados (Cuadro 3).

Análisis combinado

Hubo diferencias altamente significativas entre híbridos para rendimiento·ha^–1, así como entre densidades para los grados de severidad SEV3, SEV4 y SEV5.

No se tienen antecedentes de estos híbridos para producir huitlacoche artificialmente en condiciones de invernadero, debido a que la mayoría de los estudios en los que se ha evaluado germoplasma para producción comercial de huitlacoche, se refieren a cielo abierto donde la producción máxima obtenida es de 14 t·ha^–1 (Martínez–Martínez et al., 2000). En otros experimentos se han evaluado genotipos, que en su mayoría son maíces dulces susceptibles inoculados bajo condiciones ambientales favorables de campo abierto (Pan et al., 2008).

Los ensayos que se han realizado en invernadero, por lo general se refieren a estudios fitopatológicos. Thakur et al. (1989) determinaron que la fecha de cosecha del huitlacoche varía en híbridos de maíz dulce de 12 a 25 días; lo que difiere de los 30 días promedio requeridos para cosechar el huitlacoche en este estudio; los mismos autores también mencionan que la incidencia obtenida en la mayoría de los híbridos más susceptibles es del 39 % y que sólo en un híbrido se obtuvo el 73 %, incidencias que son menores a las obtenidas en el presente trabajo.

El 30G40 presentó el valor más bajo en el carácter SEV1 (cero % del elote cubierto por agallas), de todos los híbridos inoculados; lo que se reflejó en un mayor rendimiento por hectárea (4,786.20 kg). En contraste, el híbrido Cóndor presentó el menor rendimiento·ha^–1 (617.10 kg) (Cuadro 4).

En la comparación de medias de los tratamientos el híbrido 30G40 mostró la mayor expresión en casi todos los caracteres evaluados.

Densidades de población

La alta densidad produjo la mayor expresión en la mayoría de los caracteres evaluados. En rendimiento unitario de huitlacoche (RHA) las medias fueron 3,592 kg a 166,666 plantas·hai y 960.2 kg·ha^–1 a 62,500 plantas·ha^–1, como consecuencia mayores severidades en los grados SEV3, SEV4 y SEV5 (elotes con 50, 75 y 100 % cubiertos por agallas), lo que compensó al hecho de que la incidencia en alta densidad haya sido muy inferior (21.39 %) que baja densidad (55.61 %). Por lo que la alta densidad superó en rendimiento a la baja densidad con base en mayor severidad y número unitario de plantas (Cuadro 5).

Interacción híbridos–densidad de población

El enfoque que se le dio en este estudio, al análisis de la interacción híbridos x densidad de población fue el de desagregar el comportamiento de las dos densidades en cada híbrido (comparación de medias en sentido vertical, Cuadro 6) y el comportamiento de los cuatro híbridos en cada densidad (comparación de medias en sentido horizontal, Cuadro 6), respectivamente.

El híbrido 30G40 produjo el mayor rendimiento unitario de huitlacoche (RHA; kg) en alta densidad que en baja, el cual estuvo explicado por una significativamente mayor incidencia (PI; %) y mayor severidad (SEV2, SEV3, SEV4 y SEV5; 25, 50, 75 y 100 % del elote cubierto por agallas respectivamente) (Cuadro 6).

El porcentaje de incidencia fue mayor en 30G40 (52.41 %) en la densidad de 166,666 plantas·ha^–1 que en la menor densidad con 23.67 % (Cuadro 6).

Las medias para el índice de severidad (ISE) en los cuatro híbridos y densidades fueron estadísticamente iguales, donde H–58 sobresalió con 90 % de severidad a 62,500 plantas·ha^–1, en contraste con Cóndor (59.38 %).

La severidad 5 fue mayor para 30G40 a 166,666 plantas·ha^–1, y con 62,500 plantas·ha^–1 la medias fueron estadísticamente iguales en 30G40, H–161 y Cóndor, con 1.25, 1 y 1.25 plantas con este grado, respectivamente (Cuadro 6).

El híbrido 30G40 fue numéricamente el mejor con 7,923.28 kg·ha^–1, y media estadísticamente igual para H–58, H–161 y Cóndor en la densidad de 166,666 plantas·ha^–1, y para 62,500 plantas·ha^–1 el 30G40 con 1649.17 kg·ha^–1(Cuadro 6).

Con el incremento de la densidad se incrementó notablemente el rendimiento en los híbridos H–58 (4,664 kg·ha^–1) y 30G40 (7,923.28 kg·ha^–1); no así en los híbridos H–161 y Cóndor, donde ocurrió lo contrario (Cuadro 6) principalmente porque disminuyó drásticamente el porcentaje de incidencia (PI) en alta densidad; esta reducción pudo haber estado asociada a una disminución de la calidad del inóculo durante su almacenamiento prolongado (en aceite mineral) y manejo (varios subcultivos ocurridos antes de su inoculación), ya que son híbridos más tardíos.

El índice de severidad medido como el porcentaje de la mazorca cubierta con agallas, fue similar en los híbridos 30G40, H–161 y Cóndor, en las dos densidades de población ensayadas (62,500 y 166,666 plantas·ha^–1); mientras que el porcentaje de incidencia aumentó significativamente en 30G40 en alta densidad, pero disminuyó en H–161 y Cóndor.

CONCLUSIONES

En los dos ensayos realizados en invernadero con hidroponía para producir huitlacoche, el híbrido 30G40 fue estadísticamente superior (1,649.2 kg·ha^–1 a 62,500 plantas·ha^–1 y 7,923.30 kg·ha^–1 a 166,666 plantas·ha^–1), lo que fue explicado por mayores porcentajes de incidencia (52.41 y 23.67 %) e índice de severidad (52.48 y 47.21 %), respectivamente.

El híbrido 30G40 aumentó 134 % el rendimiento de huitlacoche al pasar de baja densidad de población (62,500 plantas·ha^–1) a alta (166,666 plantas·ha^–1).

El incremento de la densidad de plantas aumentó notablemente el rendimiento unitario de huitlacoche en los híbridos 30G40 y H–58; y la disminuyó en H–161 y Cóndor.

El índice de severidad (porcentaje de la mazorca cubierta con agallas) fue similar en las híbridos 30G40, H–161 y Cóndor, en las dos densidades de población ensayadas (62,500 y 166,666 plantas·ha^–1); no así el porcentaje de incidencia que aumentó significativamente en 30G40 en alta densidad y disminuyó en H–161 y Cóndor.

AGRADECIMIENTOS

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), por el apoyo económico durante los estudios de doctorado.

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