Calidad física de grano de trigos harineros (Triticum aestivum L.)mexicanos de temporal*

Physical quality from rainfall Mexican bread wheat (Triticum aestivum L.) grains

Micaela de la O Olán¹, Eduardo Espitia Rangel^2§, Higinio López Sánchez³, Héctor E. Villaseñor Mir², Roberto J. Peña Bautista⁴ y Juan Herrera Hernández¹

¹ Genética. Colegio de Postgraduados. Carretera México-Texcoco, km. 38.5. Montecillo, Texcoco, Estado de México. C. P. 56230. Tel. 01 595 9520200. Ext. 1510, 1570. (micad@colpos.mx), (jherrerah@colpos.mx).

³ Colegio de Postgraduados. Campus Puebla. Carretera Federal México-Puebla km 125.5. Santiago, Momoxpan, Municipio de San Pedro Cholula, Puebla. C. P. 72720. (higiniols@colpos.mx).

⁴ Programa de Trigo. Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo. Carretera México-Veracruz, km 45. El Batán-Texcoco, Estado de México. A. P. 6-641. C. P. 56130. (j.pena@cgiar.org).

* Recibido: abril de 2011
Aceptado: enero de 2012

Resumen

La pureza genética, sanidad y calidad física del grano son importantes para la comercialización de trigo harinero. Se sabe que el ambiente afecta algunos de los parámetros físicos de este cereal; por lo que el objetivo de este estudio fue determinar la influencia del ambiente en algunos parámetros de calidad física de tres poblaciones de trigo harinero desarrolladas por descendencia de una sola semilla de F₂ a F₆, el primer grupo estuvo constituido por 69 líneas de la cruza Rebeca F2000 x Salamanca S75, el segundo formado por 98 genotipos de la cruza Rebeca F2000 x Baviácora M92, y el tercero formado por 98 genotipos de la cruza Gálvez M87 x Rebeca F2000, más los progenitores. Los genotipos del primer grupo se sembraron en Roque, Guanajuato (otoño-invierno 2006-2007) con riego normal (cinco riegos) y restringido (tres riegos). Los genotipos de la segunda y tercer cruza fueron sembradas en Santa Lucía de Prías y Chapingo, Estado de México (primavera-verano, 2006). Se evaluaron las variables peso hectolítrico (kg hL-¹), dureza del grano (%) y contenido de proteína en grano (%). Se realizó análisis de varianza, histogramas de frecuencias y las medias se compararon con la diferencia mínima significativa. Los genotipos mostraron diferencias altamente significativas para todas las variables de calidad física evaluadas, y también se detectaron diferencias altamente significativas para peso hectolítrico y proteína en grano para los niveles de humedad y localidades. En los histogramas de frecuencia del peso hectolítrico los tres grupos de poblaciones muestran tendencia hacia una distribución normal lo que sugiere que dicha variable involucra un alto número de genes y es fuertemente influenciada por el ambiente. Se identificaron genotipos superiores a los progenitores en peso hectolítrico, por lo que se tienen materiales disponibles para realizar selección.

Palabras clave: contenido de proteína, cruzas, dureza, peso hectolítrico.

Abstract

Genetic purity, health and physical quality of grain are important characteristics for marketing bread wheat. It is well known that environment affects some of its physical parameters; therefore the aim of this study was to determine environment influence in some physical quality parameters of three bread wheat populations developed by progenies from one single F₂ to F₆ seed, the first group was comprised by 69 lines of Rebeca F2000 x Salamanca S75 breed, the second was formed by 98 genotypes of Rebeca F2000 x Baviácora M92 breed, and the third was formed by 98 genotypes of Gálvez M87 x Rebeca F2000 breed, plus parents. The genotypes from the first group were sown at Roque, Guanajuato (autumn-winter 2006-2007) with normal (five irrigations) and restricted (three irrigations) irrigation. The genotypes of second and third breeds were sown at Santa Lucía de Prías and Chapingo, State of Mexico (2006 spring-summer). The following variables were assessed: hectolitre weight (kg hL-¹), grain hardness (%), and protein content in grain (%). An analysis of variance and frequencies histogram were made and means with least significant difference were compared. The genotypes showed highly significant differences for all physical quality variables assessed, and this also occurred for hectolitre weight and protein content in grain for humidity levels and localities. In the hectolitre weight frequency histograms the three population groups show trend towards normal distribution which sugge sts that such variable involves high amount of genes and it is strongly affected by environment. Genotypes with better hectolitre weight than parents were identified; therefore materials are available to make selection.

Key words: protein content, breeds, hardness, hectolitre weight.

Introducción

La Norma Oficial Mexicana NOM-FF-36-1994 (DNG, 1994) de comercialización de productos alimenticios clasifica el trigo (T. aestivum y durum) en cinco grupos de calidad, que se basan en las características física del grano, además este cereal se puede agrupar por las características de calidad del gluten (proteínas) (Salazar, 2000). Los parámetros de calidad del grano de trigo dependen básicamente de su constitución genética, del ambiente en el cual se desarrolló el cultivo, y del manejo que se realice del grano una vez cosechado (Espitia et al., 2003; Peña et al., 2008). Los principales parámetros que se determinan para clasificar la calidad física del grano son: el peso hectolítrico, peso de mil granos, tamaño y forma del grano, dureza del grano, análisis fitosanitarios y daños ocasionados por factores abióticos. Así como el contenido de humedad (Salazar, 2000). La calidad física, también puede caracterizarse con base en la prueba de flotación, densidad de grano y relación de molienda (Dios et al., 1992).

De la calidad física, el peso hectolítrico es una de las características más importantes del comercio mundial de trigo y es considerado por el molinero como una característica importante por su relación significativa con rendimiento harinero, debido a que está relacionado con la condición física del grano y por lo tanto con la densidad real del grano la cual se expresa en kg hL-¹. La densidad del grano está determinada por la estructura biológica y la composición química, incluyendo el contenido de humedad. El peso hectolítrico está influenciado por la forma y el tamaño del grano. Otros factores como la presencia de granos inmaduros, trigos dañados severamente por sequía o por enfermedades disminuyen el peso hectolítrico y por lo tanto el rendimiento harinero (Halverson y Zeleny, 1988, Gaines et al., 1997, Peña et al., 2008). Generalmente granos cosechados en condiciones de riego representan valores altos de peso hectolítrico (82 kg hL-¹), los cuales son mayores a los valores de un grano chupado o dañado por sequía (Peña et al., 2002; Peña et al., 2008). En las siembras de trigos de temporal, la calidad física del grano es afectada en algunas ocasiones por factores como lluvias durante la maduración del grano, sequía, hongos, prebrotado del grano, etc., que originan bajo peso hectolítrico, por lo que se tienen problemas de comercialización (Salazar, 2000).

Las proteínas puroindolinas a y b (genes Pina-D1b y Pinb-D1b, respectivamente, localizados en el brazo corto del cromosoma 5D) son la base genética de la dureza (textura del endospermo) del grano de trigo (Martin et al., 2008). La dureza es producida por la fuerza de unión entre la proteína y almidón en el endospermo, la cual es controlada genéticamente. El porcentaje de dureza, influye en el tiempo de molienda, consumo de energía y en la capacidad de absorción de agua las harinas (Miller et al., 1982, Peña et al., 2008). La cantidad de proteína en grano de trigo es controlada en gran medida por factores tales como condiciones de disponibilidad de agua durante la maduración, contenido de nitrógeno en el suelo, manejo del cultivo y aplicación de fertilizantes nitrogenados así como por las condiciones climáticas y características intrínsecas de cada genotipo (Kent, 1983). La cantidad de proteína en grano indica de manera indirecta la cantidad de proteína del presente en la harina, y este a su vez define la calidad de panificación. Un bajo contenido de proteína es un indicador de que el cultivo no cuenta con nitrógeno en la fase de llenado de grano (Peña et al., 2008).

La calidad de trigo tiene diferente significado o definición para cada uso del grano. El trigo de buena calidad para hacer pan debe tener un gluten fuerte y extensible, mientras que el trigo de buena calidad para hacer pasteles o galletas tiene sólo un mínimo de gluten. Es muy poco probable que un sólo trigo satisfaga ambas necesidades. Entonces, las pruebas físicas y observaciones del trigo en realidad describen algunas de sus características, más que evaluar su calidad. Existe la convicción entre los mejoradores de trigo que la forma y el tamaño del grano tienen un efecto importante sobre el peso hectolítrico, los granos redondos y chicos tendrían mejor peso hectolítrico que los granos grandes y alargados. Así, es de esperar que cultivares de grano redondo y chico resulten más tolerantes a limitaciones de fuente durante el llenado de los granos. No obstante, esto no ha sido cuantificado (Troccoli y di Fonzo, 1999).

Materiales y métodos

Material vegetal y condiciones experimentales

El material genético utilizado fueron tres grupos de variedades de trigo harinero las cuales fueron desarrolladas por descendencia de una sola semilla de F₂ a F₆: el primero constituido por 69 líneas de la cruza Rebeca F2000 x Salamanca S75, más los progenitores. El segundo grupo formado por 98 líneas recombinantes a partir de la cruza Rebeca F2000 x Baviácora M92 más los progenitores, y el tercer grupo formado por los 98 genotipos cruza Gálvez M87 x Rebeca F2000 más los progenitores. Los 71 genotipos de la primer cruza se sembraron en el Campo Experimental del Bajío (CEBAJ) perteneciente al Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) ubicado en Roque, Guanajuato, en el ciclo otoño-invierno 2006-2007, el cual se desarrolló en dos condiciones de riego: restringido (tres riegos) y normal (cinco riegos). Roque, Guanajuato, presenta un clima semicálido subhúmedo, precipitación media de 600 a 800 mm, temperatura media entre 18 y 20 °C, temperatura máxima de 30 a 32 °C de mayo a junio (García, 1988). Los 98 genotipos y los progenitores de la segunda y tercer cruza fueron sembradas en condiciones de temporal, en Santa Lucía de Prías y Chapingo, México, en ciclo primavera-verano 2007. Santa Lucía de Prías está ubicado en Texcoco, Estado de México entre los 19° 29' latitud norte y 98° 53' de longitud oeste del meridiano de Greenwich, a una altura de 2 250 msnm, clima templado subhúmedo, con lluvias en verano, con una precipitación media anual de 63 6.5 mm, su temperatura media anual es de 15.2 °C, una temperatura media máxima de 17.9 °C y una temperatura media mínima de 11.8 °C (García, 1988). Chapingo, Estado de México está ubicado a 19° 29' latitud norte y 98° 53' longitud oeste a una altitud de 2 251 msnm, clima templado subhúmedo, temperatura media anual es de 15.1 °C, una temperatura media máxima de 17.8 °C y una temperatura media mínima de 11.7 °C (García, 1988).

En todas las cruza, se utilizó un diseño experimental de bloques completos al azar con dos repeticiones. La unidad experimental consistió de cuatro surcos de tres metros de longitud con una separación de 30 cm entre ellos. La siembra y la conducción agronómica de los experimentos se realizaron siguiendo las recomendaciones emitidas por el INIFAP para cada región. Las parcelas experimentales se cosecharon con una mini-combinada y las muestras se limpiaron para ser analizadas en laboratorio.

Características de los progenitores

Rebeca F2000 es una variedad que se caracteriza por ser de largo ciclo a madurez, resistente al acame, se adapta en ambientes lluviosos y medio lluviosos de México bajo temporal, su grano es de tamaño mediano de color ámbar a rojo claro, posee un endospermo duro a semiduro, peso hectolítrico de 78 kg hL-¹, de gluten fuerte y extensible, adecuada para la elaboración de pan de caja (Villaseñor et al., 2004)

Salamanca S75 presenta granos de color rojo, con endospermo suave a semisuave se asocia a bajos contenidos de proteína, con tiempos de amasado cortos, con poca tolerancia al sobre amasado, esto permite que sus productos finales sean destinados a galletas y repostería (Salazar, 2000).

Gálvez M87 es una variedad de ciclo precoz, resistente al acame, se adapta en ambientes bajo temporal, su grano es de tamaño mediano de color crema y de endospermo suave, es una variedad de excelente calidad industrial, sobre todo por la extensibilidad de su masa que le permite, a pesar de ser de gluten medio, alcanzar volúmenes de pan semejantes a variedades de gluten fuerte (Villaseñor y Espitia, 2000).

Análisis de laboratorio

Los análisis para las variables de calidad se efectuaron en el laboratorio de calidad de trigo del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT). Las variables evaluadas fueron peso hectolítrico (kg hL-¹), dureza del grano (%), proteína en grano (%) además de ancho y largo del grano (cm).

El peso hectolítrico fue determinado en una balanza Winchester Bushel Meter o Ohaus (Método 55-10, AACC, 2005). El peso hectolítrico mide el peso del grano por unidad de volumen (kg hL-¹).

La dureza se estimó mediante análisis por reflectancia en el espectro infrarrojo cercano (NIR, por sus siglas en inglés de near infrared reflectance) con un espectrómetro Infralyzer 300 (Technicon, N. Y., EE. UU.) calibrado con base en el índice de tamaño de partícula (Método 5 5-3 0; AACC, 2000), utilizando el método 39-70A de la AACC (AACC, 2000). Los trigos de endospermo suave producen mayor proporción de partículas finas lo cual corresponde a porcentajes más altos. Con los datos obtenidos se realiza una clasificación de acuerdo con valores obtenidos en el NIR, en: duro < 49, semi-duro 50-59, semi-suave 60-62 y suave >62.

El contenido de proteína en el grano (%), se estimó mediante un especto fotometro de reflectancia de luz dentro del rango del infrarrojo cercano, (NIR, por sus siglas en inglés de near infrared reflectance) infralyzer 300 (Technicon, N. Y, EE. UU). Para su calibración, se utilizaron valores de contenido de proteína determinados por Kjeldahl (método 46-11A AACC, 2000), usando el método 39-10 de la AACC (AACC, 2000).

Las mediciones del ancho (cm) y largo (cm) de la semilla sólo se realizaron en la cruza 1, empleando un vernier digital, donde se tomaron 25 semillas de cada línea para tomarle las mediciones pertinentes y donde se obtuvo un promedio general, de todo el material evaluado.

Análisis estadístico

Se realizó el análisis de varianza para cada una de las variables estudiadas y en cada una de las tres poblaciones, utilizando para dureza de grano y proteína de grano la transformación de los datos por medio de Logaritmo natural. Posteriormente, se realizaron histogramas de frecuencias para el peso hectolítrico, debido a que es una de las variables más importantes en el comercio mundial, para poder detectar el número de genes involucrados en dicha variable, empleando una prueba de normalidad de los datos (Shapiro-Wilks) con anteriorridad. Se obtuvieron las medias de todas las líneas recombinantes y los progenitores para cada una de las cruzas, utilizando la prueba de LSMEANS, con el procedimiento GLM de SAS. Las correlaciones de Pearson se obtuvieron con el procedimiento CORR del SAS (SAS Institute, 1994) para ver la asociación entre variables.

En el Cuadro 1 se muestran los cuadrados medios del análisis de varianza de la cruza Rebeca F2000 x Salamanca S75 por condición de riego, genotipos y la interacción genotipo por riego. Hubo diferencias altamente significativas en las variables peso hectolítrico y proteína en grano para condición de riego, lo que indica que la humedad disponible es fundamental en dichas variables. Este resultado concuerda con Peña et al. (2002); Monaghan et al., 2001 y Farrer et al. (2006), quienes mencionan que el peso hectolítrico máximo alcanzable por una línea o variedad depende significativamente de las condiciones ambientales y otros factores externos no controlables. Así, los trigos cultivados bajo riego y en condiciones de cultivo favorables tienden a producir un grano con mayor peso hectolítrico que los cultivados en condiciones de temporal (secano) y estrés ambiental (sequía, temperaturas extremas en periodo de madurez de grano, etc.).

En las variables dureza de grano, ancho y largo de semilla, la condición de riego no juega un papel importante en la cruza Rebeca F2000 x Salamanca S75. En la fuente de variación Genotipos se observaron diferencias altamente significativas para las variables peso hectolítrico, dureza de grano y porcentaje de proteína en grano, debido principalmente a que en dicha cruza las características de los dos progenitores son totalmente contrastantes; es decir, el grano duro o semiduro de Rebeca F2000 es una característica que le permite absorber poca humedad cuando le llueve en madurez y consecuentemente perder poco peso (Villaseñor y Espitia, 2000). En la interacción genotipo por ambiente, únicamente en la variable dureza de grano hubo diferencias altamente significativas, es decir, dicha variable está controlada por una parte genética y otra ambiental, así como la interacción de ambos factores.

La variación de las interacciones en las cruzas se debió a que la interacción con los ambientes es una característica inherente e impredecible a los genotipos (son cruzas diferentes y en ambientes diferentes); por lo tanto, representa una fracción heredable con los genotipos, entonces se espera que ésta varíe entre los cruzamientos.

En el Cuadro 2 se muestran los cuadrados medios del análisis de varianza de la cruza Rebeca F2000 x Baviácora M92 desglosando el efecto de localidad, genotipos e interacción genotipo por localidad. Para localidades existieron diferencias altamente significativas en peso hectolítrico, dureza y porcentaje de proteína, lo cual indica que las propiedades físicas del grano de trigo son altamente influenciadas por las condiciones ambientales de cada localidad, lo cual concuerda con Monaghan et al. (2001); Peña et al. (2002); Espitia et al. (2003) y Farrer et al. (2006), quienes mencionan que algunas variables de calidad están influenciadas principalmente por efectos ambientales.

En el factor genotipos todas las variables referentes a las propiedades físicas del grano presentaron diferencias altamente significativas; es decir, los progenitores usados en este estudio, así como los genotipos derivados de la cruza, son diferentes en sus características físicas. Para la interacción genotipo por localidad las diferencias fueron altamente significativas para dureza, significativa para el peso hectolítrico y no significativa para el porcentaje de proteína en grano, lo cual indica que las variables dureza y peso hectolítrico están influenciadas por el genotipo así como por el ambiente donde se produce.

En el Cuadro 3 se muestran los cuadrados medios del análisis de varianza de la cruza Gálvez M87 x Rebeca F2000 desglosando el efecto de localidad, genotipos e interacción genotipo por localidad. Para localidades existieron diferencias altamente significativas en peso hectolítrico y dureza, resultando no significativo para el porcentaje de proteína, lo cual indica que la dureza y peso hectolítrico son variables controladas por el ambiente y el genotipo. En el factor genotipos todas las variables referentes a las propiedades físicas del grano presentaron diferencias altamente significativas. Para la interacción genotipo por localidad las diferencias fueron no significativas para todas las variables de calidad física bajo estudio.

En la Figura 1 se presentan los histogramas de frecuencia del peso hectolítrico, ya que dicha variable en el mercado mundial es una de las de mayor importancia. En las tres poblaciones provenientes de las cruzas Rebeca F2000 x Salamanca S75, Rebeca F2000 x Baviácora M92, y Gálvez M87 x Rebeca F2000, se observa una tendencia a una distribución marcadamente simétrica; es decir, con un desplazamiento de las mayores frecuencias hacia la derecha de la media, hacia valores de peso hectolítrico relativamente altos, y dicha variable influenciado por el ambiente, resultados que concuerdan con Farrer et al. (2006), quienes mencionan que 90.5% de la variabilidad en peso hectolítrico es atribuible al medio ambiente.

En el Cuadro 4 se presentan las medias de los genotipos resultantes de las tres poblaciones bajo estudio y los progenitores para la variable peso hectolítrico. En la cruza Rebeca F2000 x Salamanca S75 se observan altos valores (83.4 kg HL-¹) que sobrepasan a los progenitores, por lo que se tiene una amplia gama de genotipos a seleccionar con excelente calidad física, lo que concuerda con lo que mencionan, Peña et al. (2002) y Farrer et al. (2006), donde mencionan que granos cosechados en condiciones de riego obtienen valores altos de peso hectolítrico 82 kgHL-¹. En las cruzas Rebeca F2000 x Baviácora M92 y Gálvez M87 x Rebeca F2000 se observan valores más bajos de peso hectolítrico, debido a las localidades sembradas, además que existen genotipos que superan a los progenitores.

En el Cuadro 5 se presenta el análisis de correlación de Pearson, se observa que existe una correlación negativa significativa entre el peso hectolítrico y la dureza en la cruza Rebeca F2000 x Salamanca S75, y en la cruza Rebeca F2000 x Baviácora M92, y altamente significativa en la cruza Gálvez M87 x Rebeca F2000, resultados que concuerdan con Halverson y Zeleny (1988), y Troccoli y di Fonzo (1999) donde mencionan que existe un mayor peso hectolítrico en trigos con mayor dureza. En nuestro caso resultó negativa debido a que los valores de dureza del NIR, los valores altos corresponden a trigos con clasificación suave. La dureza con el contenido de proteína en grano resultó ser no significativa en las tres cruzas, lo que indica que el índice de dureza no está relacionada directamente con el contenido de proteína (Wang et al., 2007) debido a que la dureza es producida por la fuerza de unión entre la proteína y el almidón en el endospermo, la cual es controlada genéticamente (Miller et al., 1982).

Sin embargo, la correlación entre el peso hectolítrico y el contenido de proteína del grano fue diferente en las tres cruzas, altamente significativa en la cruza Rebeca F2000 x Salamanca S75, significativa en la cruza Gálvez M87 x Rebeca F2000, y no significativa en Rebeca F2000 x Baviácora M92, por lo tanto dicha correlación depende mucho de los progenitores o variedades empleadas en la cruza.

Conclusiones

Las propiedades físicas del grano de trigo harineros son características que están altamente influenciados por el ambiente, ya sea en condiciones de riego o temporal, así como en las diferentes localidades que se cultivan.

El peso hectolítrico y el porcentaje de proteína de un genotipo depende significativamente de las condiciones ambientales, de las características genéticas de la variedad y otros factores externos no controlables. En las tres poblaciones provenientes de las cruzas Rebeca F2000 x Salamanca S75, Rebeca F2000 x Baviácora M92, y Gálvez M87 X Rebeca F2000, se observa una tendencia a una distribución marcadamente simétrica, con un desplazamiento de las mayores frecuencias hacia la derecha de la media, hacia valores de peso hectolítrico relativamente altos, y que está fuertemente influenciado por el ambiente.

La formación de genotipos por medio de recombinación genética es una alternativa para obtener una amplia gama de materiales que superan a los progenitores y continuar con un programa de mejoramiento genético por medio de la selección.

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