Evaluación de poblaciones nativas de maíz en ambientes con heladas en Valles Altos de Puebla*
Evaluation of maize native population in environments with frosts in High Valleys, Puebla
Ricardo Pérez-de la Luz1, Higinio López-Sánchez1§, Pedro Antonio López1, Abel Gil-Muñoz1, Amalio Santacruz-Varela2 y Juan de Dios Guerrero-Rodríguez1
1 Colegio de Postgraduados. Campus Puebla. Carretera México-Puebla, km 125.5. Santiago Momoxpan, Cholula, Puebla. C. P. 72760. Tel. 01 222 2851447. Ext. 2207. (rperezl@colpos.mx), (palopez@colpos.mx), (gila@colpos.mx), (rjuan@colpos.mx). §Autor para correspondencia: higiniols@colpos.mx.
]]> 2 Colegio de Postgraduados. Campus Montecillo. Carretera México-Texcoco, km 36.5. Montecillo, Estado de México. C. P. 56230. Tel. 01 595 9520200. Ext. 1570. (asvarela@colpos.mx).
* Recibido: enero de 2011
Aceptado: agosto de 2011
Resumen
En México la superficie sembrada con maíz es de ocho millones de hectáreas, de las cuales 1.2% es siniestrada por heladas. En el estado de Puebla este porcentaje es 0.8% y en Valles Altos 1.7%. El objetivo de este estudio, fue evaluar el efecto de las heladas en rendimiento de grano y seleccionar poblaciones nativas con mayor rendimiento en ambientes con presencia de heladas. Para ello se evaluaron 61 poblaciones nativas y tres variedades mejoradas, mediante un diseño experimental látice simple 8*8 con dos repeticiones. Los experimentos se establecieron en tres localidades del estado de Puebla. Las fechas de siembra fueron el 30 de marzo en Emiliano Zapata, Cuyoaco, el 7 de abril en Santa Inés Borbolla, Chalchicomula de Sesma y el 4 de mayo en Santa Cruz Coyotepec, San Juan Atenco; estas localidades se caracterizan por ser de temporal y con presencia de heladas en 2007. El análisis de varianza combinado indicó que las heladas afectaron el rendimiento de grano de las poblaciones nativas y mejoradas; pero hubo variedades como la CPue-131, CPue-448 y CPue-134 que mostraron mayor rendimiento promedio y mayor estabilidad ambiental que las mejoradas. La prueba de medias para localidades en el análisis combinado, indicó que Emiliano Zapata fue el ambiente menos afectado por heladas con 3 510 kg ha-1.
Palabras clave: bajas temperaturas, factores adversos, rendimiento de grano.
Abstract
]]> In Mexico, the maize planted area is eight million hectares, out of which 1.2% is stricken by frost. In Puebla State, this percentage is 0.8% and 1.7% in High Valleys. The aim of this study was to evaluate the effect of frost on grain yield and to select native populations with higher performance in presence of frost. 61 native populations and three improved varieties were evaluated, through a simple lattice design 8*8 with two repetitions. The experiments were established at three locations in Puebla State. Planting dates were March 30th in Emiliano Zapata, Cuyoaco; April 7th in Santa Inés Borbolla, Chalchicomula de Sesma and May 4th in Santa Cruz Coyotepec, San Juan Atenco; these locations are characterized by its rainfed conditions and frosts in 2007. The combined analysis of variance indicated that the frosts affected grain yield of native and improved populations; but there were varieties such as CPue-131, CPue-448 and CPue-134 that showed a higher average yield and environmental stability that improved varieties. Mean test for locations in the combined analysis indicated that Emiliano Zapata was the least affected by frost with 3 510 kg ha-1.Key words: adverse factors, grain yield, low temperatures.
INTRODUCCIÓN
El maíz constituye el alimento básico de mayor importancia en México. Datos de la SAGARPA (2007b), indican que el rendimiento promedio en 2007 fue de 21 millones de toneladas en una superficie de ocho millones de hectáreas aproximadamente. La misma fuente reporta que 85% de la producción se obtiene en condiciones de temporal, lo que resulta en una alta dependencia de las condiciones climáticas. Al respecto, Barrales et al. (2002) mencionan que en las regiones templadas de México, la estación de crecimiento es corta y la escasa precipitación con bajas temperaturas, son factores críticos para el crecimiento y desarrollo de las plantas, particularmente en Valles Altos.
En México, de acuerdo con la SAGARPA (2005), en el periodo 1995-2005 la superficie siniestrada por heladas representó 1.2%. En el caso del estado de Puebla, la superficie afectada por heladas en 2007 fue de 4 350 ha, que representaron 0.8% (SAGARPA, 2007a); los Distritos de Desarrollo Rural (DDR) con mayor incidencia de heladas es el DDR 04 Libres, donde la superficie siniestrada alcanzó 1 970 ha en 2007, que representaron 1.7% del total sembrado (SAGARPA, 2007a).
La helada ocurre cuando la temperatura del aire desciende a niveles críticos para los cultivos, sin llegar necesariamente a 0 °C (Huamaní, 2005). Si la temperatura es bajo cero se formaran cristales en el interior de la célula, causando daños mecánicos y destrozando su estructura física (Calderón, 1998), lo que resulta en la alteración de diversos procesos bioquímicos y fisiológicos (Ding et al., 2001). La temperatura mínima y umbral requerido por el maíz es 0.5 y 10 °C, respectivamente (Wang, 1982); de hecho a este cultivo se le caracterizó como poco resistente a las heladas (Ventskevich, 1961).
Para hacer frente a los daños causados por las heladas se ha trabajado en diferentes direcciones, una de ellas el fitomejoramiento. En México, uno de los primeros trabajos en consignar información al respecto fue de Muñoz y González (1976); ellos trabajaron con cinco sintéticos tolerantes a frío (derivados de líneas de la colección Michoacán- 21) y encontraron que éstos (particularmente en los tres primeros ciclos de selección) presentaron ganancias en rendimiento respecto a la población original, indicando que la selección por tolerancia a frío resultó satisfactoria.
En investigaciones posteriores, Palacios (1985) reportó que hubo diferencias en la resistencia al frío entre híbridos de temporal y de riego y los híbridos H-27 y H-28, fueron los que presentaron mayor tolerancia al frío; por su parte, Barrales (1997) reportó que la asociación maíz-frijol podría ser una alternativa para regiones con heladas; también Barrales et al. (2002), trabajando con híbridos de maíz H-28, H-30, H-32, CPV20, Zac-58 SMC15, y Zac-58 Or, concluyeron que no hubo diferencias en la tolerancia al frío entre genotipos, y que la muerte total de las plantas ocurrió a temperaturas de -0.4 y -0.7 oC. No obstante, son escasos los trabajos que documenten los efectos de las heladas en poblaciones nativas de maíz, motivo por el cual se planteó la presente investigación, con el objetivo de evaluar el comportamiento de poblaciones nativas de maíz en ambientes con alta incidencia de heladas en el estado de Puebla.
]]> MATERIALES Y MÉTODOS
Localidades de evaluación
La investigación se condujo en tres localidades del DDR 04 de Libres, Puebla: Santa Cruz Coyotepec, municipio de San Juan Atenco; Santa Inés Borbolla, municipio de Chalchicomula de Sesma y Emiliano Zapata, municipio de Cuyoaco. Las coordenadas geográficas respectivas son 19o 01'22" latitud norte, 97o 33' 36" longitud oeste y 2 429 msnm; 19o 00' 19" latitud norte, 97o 29'21" longitud oeste y 2 483 msnm; 19o 37' 00" latitud norte, 97o 33 '49" longitud oeste y 2 489 msnm (Figura 1).
El Servicio Meteorológico Nacional (CONAGUA, 2008a; 2008b; 2008c), en el periodo 1971-2000 presenta la distribución de las temperaturas mínimas y precipitación pluvial promedio mensual y anual (Cuadro 1). Las temperaturas mínimas promedio han sido más bajas en Santa Cruz Coyotepec y Emiliano Zapata. Sin embargo, no es posible observar el número de años con presencia de heladas, debido que las temperaturas son mínimas promedio. Para eliminar este problema, se midió la temperatura y la precipitación pluvial durante el desarrollo del experimento, variables que fueron relacionadas con variables respuestas importantes como la floración y el llenado de grano.
Material genético
Se utilizaron 64 genotipos de maíz, de los cuales 61 fueron poblaciones nativas y tres variedades mejoradas recomendadas para la región: híbridos Aspros 722, Gavilán y Sintético Serdán, los cuales fueron usados como testigos. Las poblaciones de las variedades nativas se colectaron en los estados de Puebla y Tlaxcala, con productores que tradicionalmente siembran variedades nativas de maíz en presencia de factores adversos, principalmente heladas.
Diseño y unidad experimental
Se empleó un diseño experimental látice simple 8*8, con dos repeticiones. La parcela experimental estuvo constituida por dos surcos de 5 m de largo y 0.8 m de ancho. Se sembraron 11 matas por surco, a una distancia de 50 cm, depositando tres semillas por mata para posteriormente, después de la emergencia, dejar dos plantas por mata.
Conducción de los experimentos
Los experimentos se establecieron en diferentes fechas con el objeto de aumentar las posibilidades de afectación por una helada natural tardía o temprana. En la localidad Emiliano Zapata la siembra se realizó el 30 de marzo de 2007, en Santa Inés Borbolla el 7 de abril, y en Santa Cruz Coyotepec el 4 de mayo. En las tres localidades la siembra se realizó manualmente, procurando depositar la semilla en suelo húmedo (siembra a "busca-jugo"). La fórmula de fertilización aplicada fue la 140-50-00, recomendada por INIFAP (1997). En la primera labor se aplicó la mitad del nitrógeno y todo el fósforo, y en la segunda el resto del nitrógeno. El manejo de los experimentos fue el que tradicionalmente realizan los agricultores en su parcela.
]]> Variables evaluadasLas variables que se midieron fueron: días transcurridos al 50% de floración masculina (DFM), días transcurridos al 50% de floración femenina (DFF), asincronía floral (AF) (DFM - DFF), altura de planta (ALP) (en cm, midiendo desde el nivel del suelo hasta la base de la espiga), altura de mazorca (ALM) (en cm, midiendo desde el nivel del suelo hasta el nudo de inserción de la mazorca), factor de desgrane (FD) (peso de grano/peso de mazorca) y rendimiento de grano por hectárea (RHA) (expresado en kg ha-1 y ajustado al 14% de humedad). Adicionalmente, en cada parcela donde se sembraron los experimentos, se estableció un termómetro de máximas y mínimas y un pluviómetro de acumulación semanal (Barrales y Muñoz, 1983), para registrar in situ la temperatura y la lluvia ocurrida por semana.
Análisis estadístico
Las variables se sometieron a un análisis de varianza por localidad, y se aplicó la prueba de comparación de medias de Tukey (α= 0.05) a las variedades. También se practicó un análisis de varianza combinado para cuantificar la interacción genotipo ambiente; todo ello empleando el paquete estadístico SAS (SAS Institute, 1999).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Factores termopluviométricos
Aun cuando la temperatura y la lluvia no son variables respuesta relacionadas directamente con el manejo de los experimentos, fue necesario relacionar los resultados de estas con variables respuesta importantes como la floración y el llenado de grano.
La Figura 2 muestra el comportamiento de las temperaturas mínimas, máximas y la precipitación pluvial en Santa Cruz Coyotepec, Santa Inés Borbolla y Emiliano Zapata, Puebla; durante el periodo en el cual se llevó a cabo la investigación. En Santa Cruz Coyotepec se observó la incidencia de seis heladas, la primera a 154 y la segunda a 168 días después de la siembra (DDS), ambas con una temperatura mínima de -1 oC; las otras cuatro ocurrieron a 189, 196, 203 y 210 DDS el 5, 11,18 y 25 de noviembre, con temperaturas de -8, -7, -8 y -8 oC, respectivamente. En Santa Inés Borbolla hubo cinco, la primera el 29 de septiembre y la segunda 13 de octubre de 2007, ambas de 0 oC; las otras tres heladas ocurrieron los días 5, 11 y 18 de noviembre con temperaturas de -7, -6 y -6 oC, respectivamente.
En las tres últimas fechas anteriores, ocurrieron tres heladas en Emiliano Zapata con temperaturas mínimas de -7, -6 y -8 oC. En esta localidad la temperatura mínima fue menos extrema durante el desarrollo del cultivo, en comparación con las dos anteriores localidades, registrándose 2 oC el 15 de julio y 29 de septiembre. Siguiendo el orden de las localidades, la precipitación pluvial durante el periodo de cultivo fue de 465, 374 y 473 mm, respectivamente; con una distribución un tanto irregular, observándose un máximo a 120, 146 y 147 DDS, respectivamente. En la misma figura se ha marcado el periodo de floración femenina de las variedades en estudio, el cual abarcó de 84 a 115 DDS en Santa Cruz Coyotepec, de 118 a 154 DDS en Santa Inés Borbolla y de 142 a 175 DDS en Emiliano Zapata.
]]> Al relacionar las condiciones termopluviométricas con la floración y el llenado de grano, los aspectos que se pueden resaltar son: 1) que durante el periodo de floración hubo descensos no muy prolongados en la precipitación, por lo general afecta más a los materiales de ciclo tardío, al reducir el número y sobre todo el tamaño del grano; 2) fue durante el llenado de grano cuando se tuvieron las dos primeras heladas, las cuales coincidieron con momentos en que también hubo una breve disminución de lluvia; y 3) en el último mes previo a la cosecha, ocurrieron cuatro heladas más en las dos primeras localidades y tres en la tercera localidad; no obstante, el cultivo ya había alcanzado la madurez fisiológica y el efecto sobre el rendimiento fue menor.En este estudio, las heladas en etapa de llenado de grano fueron asociadas a las disminuciones en el rendimiento del cultivo, excepto en Emiliano Zapata, debido que las heladas se presentaron cuando el grano ya estaba maduro, por lo que registró un mayor rendimiento promedio de 3 510 kg ha-1. En Santa Inés Borbolla la producción bajó 7.5% con respecto a Emiliano Zapata y 31.6% en Santa Cruz Coyotepec. Con base en los factores termopluvométricos, Emiliano Zapata fue la localidad que se consideró más favorable y Santa Cruz Coyotepec la menos favorable.
Análisis estadístico
El análisis de varianza combinado (Cuadro 2), evidencia que hubo diferencias altamente significativas entre localidades, entre poblaciones y variedades para todas las variables, no así para la interacción de ambos factores, a excepción de la variable RHA; la interacción en este caso indica que al menos uno de los ambientes de producción resultó estadísticamente diferente a los demás. La no significancia en la mayoría de las interacciones, denota que las respuestas de los genotipos en estudio se mantuvieron a través de ambientes, que en el futuro podría facilitar la recomendación de genotipos para la región Libres-Serdán, Puebla.
La prueba de medias para localidades en el análisis combinado (Cuadro 3), muestra que Emiliano Zapata fue el ambiente más favorable en cuanto a rendimiento de grano. También se observa que en esta localidad las poblaciones tuvieron los valores más bajos de altura de planta y mazorca, y en promedio resultaron ser más tardías. Santa Inés Borbolla y Santa Cruz Coyotepec; por el contrario, fueron ambientes donde el rendimiento se abatió en comparación con Emiliano Zapata, a pesar que las plantas fueron de mayor porte y precocidad.
El menor rendimiento en estas localidades se asoció a la mayor incidencia de heladas, principalmente en Santa Cruz Coyotepec, cuyo efecto se relaciona con el efecto negativo en las hojas, particularmente en el aparato fotosintético por el daño a las membranas (Thomashow, 1998), con lo que se disminuye la producción (Kratsch y Wise, 2000), translocación y acumulación de fotosintatos (Gamalei et al., 1994), además que se promueve la degradación del almidón ya acumulado (Jagels, 1970; Van Hasselt, 1974; Musser et al., 1984). El mayor rendimiento de los genotipos en Emiliano Zapata podría, atribuirse al hecho que fue poco afectado por las heladas, ya que estas ocurrieron una vez concluido el período de llenado del grano, a diferencia de Santa Inés Borbolla y Santa Cruz Coyotepec, donde los descensos de las temperaturas mínimas coincidieron con la fase ya mencionada.
A pesar que las heladas afectaron el rendimiento de las variedades y de las poblaciones nativas, fue posible encontrar diferencias en el rendimiento de ambas. Destaca el hecho que un grupo de 11 poblaciones nativas superaron a las testigos (Cuadro 4). El rendimiento de la mejor de ellas (CPue-131) superó casi con 900 kg al mejor testigo (híbrido Aspros 722), lo que representa un potencial para generar variedades con mayor resistencia a heladas que las variedades comerciales.
Estos resultados concuerdan con lo expuesto por Muñoz et al. (1998) y por Muñoz (2005), en el sentido que en los nichos ecológicos, particularmente en aquellos con condiciones ambientales más restrictivas, los maíces criollos igualan o superan en rendimiento a las variedades mejoradas, debido a la mejor adaptación, alcanzada a lo largo de muchos años. El buen rendimiento del Sintético Serdán puede explicarse porque fue obtenido a partir de poblaciones nativas sobresalientes de un área cercana (Gil et al., 2007).
En el Cuadro 4 también puede observarse que los valores de las variables restantes, son muy similares tanto en las poblaciones nativas como en las mejoradas. Sólo en altura de planta (ALP) y (ALM) altura de mazorca y en factor de desgrane (FD), los valores fueron mayores en las poblaciones nativas, que pudo haber contribuido al mayor rendimiento de éstas. Los días a floración femenina (DFF) mostraron que las variedades fueron de ciclo intermedio. Estos resultados indican que los materiales genéticos con características de ciclo intermedio, se desarrollan mejor en ambientes con heladas, contribuyendo a un mayor rendimiento de grano.
Muñoz (2005) ha planteado que cuando se trabaja con poblaciones nativas es factible aplicar los modelos de selección 1 y 2 (Muñoz y Rodríguez, 1988). En este sentido y con el propósito de analizar las interacciones observadas para rendimiento de grano, se procedió a graficarlas y seleccionar las poblaciones más rendidoras y de mayor estabilidad ambiental.
]]> Se observa que varias poblaciones nativas como CPue-131, CPue-448 y CPue-134, mostraron rendimientos más estables a través de ambientes en comparación con Aspros 722 y Sintético Serdán, aunque hubo algunas como CPue-438 y CPue-444 que interaccionaron más con el ambiente (Figura 3). Se observa también, que la mayoría de las poblaciones nativas y las variedades Aspros 722 y Sintético Serdán, se desarrollaron mejor en condiciones ambientales favorables, con excepción de la variedad CPue-448, que mostró un comportamiento sobresaliente también en ambientes con heladas.
CONCLUSIONES
Los factores termopluviométricos, al ser relacionadas con los resultados en las variables experimentales, permitieron asociar una mayor disminución del rendimiento de las poblaciones nativas y variedades mejoradas, en los ambientes con mayor incidencia de heladas durante el llenado de grano.
Las variedades nativas presentaron menor interacción entre las localidades, ya que el rendimiento fue menos afectado en comparación con las variedades mejoradas.
Dentro del grupo de variedades nativas, las de mayor rendimiento presentaron precocidad intermedia, característica que pudo evitar un mayor daño durante el llenado de grano de éstas variedades.
La variedad CPue-131 fue de mayor rendimiento promedio, las variedades CPue-131, CPue-448 y CPue-134 fueron las de menor interacción entre localidades, mientras que la variedad CPue-448 fue de mayor rendimiento en la localidad de mayor incidencia de heladas.
]]> AGRADECIMIENTOS
A la Coordinación Sectorial de Desarrollo Académico (COSDAC), por el financiamiento para llevar a cabo la investigación. A César del Ángel Hernández Galeno, René Hortelano Santa Rosa y Gregorio Alvarado Beltrán, por su participación en la colecta de semilla y trabajo de campo. A Rocío Toledo Aguilar y Nayeli Itzel Carreón Herrera, por su apoyo durante el trabajo de campo. A Bladimir Jordán Aguilar por su apoyo en la elaboración de las figuras.
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