Análisis de 35 cultivares de haba por su producción de vaina verde y otros componentes del rendimiento*

Analysis of 35 broad bean cultivars for its production of green pod and other yield components

Delfina de Jesús Pérez López, Andrés González Huerta^§, Martín Rubí Arriaga, Omar Franco Mora, José Ramón Pascual Franco Martínez y Araceli Padilla Lara

¹ Centro de Investigación y Estudios Avanzados en Fitomejoramiento. Facultad de Ciencias Agrícolas-Universidad Autónoma del Estado de México. El Cerrillo Piedras Blancas, Municipio de Toluca, Estado de México, México. A. P. 435. Tel. y Fax: 01(722) 2965518. Ext. 148. (djperezl@uaemex.mx; mrubia@uaemex.mx; ofrancom@uaemex.mx; jrfrancom@uaemex.mx; apadillal@uaemex.mx). §Autor para correspondencia: agonzalezh@uaemex.mx.

* Recibido: enero de 2015
Aceptado: abril de 2015

Resumen

El cultivo de haba en los Valles Altos del Centro de México, para la producción en vaina verde o para seco, es importante para los habitantes de escasos recursos. Este estudio se hizo en otoño -invierno de 2011 en San Francisco Oxtotilpan y en primavera- verano de 2012 en San Nicolás Guadalupe y en San Diego, México, para evaluar 35 cultivares de haba en un diseño experimental de bloques completos al azar con tres repeticiones por localidad. En las 12 variables evaluadas se detectaron diferencias altamente significativas entre cultivares, entre localidades y en su interacción. En San Diego se registraron los mayores promedios en las características de la semilla, de la vaina, en índice de verdor, en foliolos por hoja y en rendimiento en verde (RV). Los cultivares con mayor RV fueron los identificados como 1, 2, 6, 7, 8, 20, 31, 32 y 35 (11.15 a12.83 t ha^-1). Los componentes principales 1 (35 %) y 2 (21.7 %) explicaron el 56.7 % de la variación total original; número de vainas, peso de semilla por planta y tamaño de la semilla contribuyeron a un mayor RV y estas variables podrían emplearse en un programa de mejoramiento genético usándolas como criterio de selección indirecta para incrementar el rendimiento y los componentes del rendimiento en verde.

Palabras clave: Vicia faba L., análisis multivariados, ensayo de rendimiento, Valles Altos del Centro de México.

Abstract

Broad bean cultivation in Valles Altos from central Mexico, to produce green or dry pod, it is important for people of limited resources. This study was carried in autumn-winter 2011 in San Francisco Oxtotilpan and spring-summer 2012 in San Nicolas Guadalupe and in San Diego, Mexico, to evaluate 35 broad bean cultivars in a randomized complete block design with three replications per location. In the 12 evaluated variables highly significant differences among cultivars, between localities and in their interaction were detected. San Diego recorded the highest averages in the characteristics of the seed, pod, greenness index, in leaflets per leaf and green yield (RV). The cultivars with higher RV were identified as 1, 2, 6, 7, 8, 20, 31, 32 and 35 (11.15 to 12.83 t ha^-1). The main components 1 (35%) and 2 (21.7%) accounted for 56.7% of the original total variation; number of pods, seed weight per plant and seed size contributed to a higher RV and these variables could be used in a breeding program as criteria for indirect selection to increase yield and green yield components.

Introducción

En los Valles Altos de México el haba (Vicia faba L.) es cultivada por pequeños productores y es muy importante en su alimentación; esta leguminosa está adquiriendo mayor trascendencia para los consumidores de escasos recursos. En los últimos 10 años el precio de su grano osciló de $20.0 a $40.0, dependiendo de su tamaño y sanidad, principalmente; los precios del maíz y trigo son de tan sólo $3.50 y $3.33. En años de escasez, el precio de la semilla ha sido de $61.0 a $76.0 por kg. En vaina verde el kilo ha variado desde $2.0 hasta $11.50. Su valor proteínico (23%) es superior al del maíz 8% (Zea mays L.) y trigo 11% (Triticum aestivum L.) y casi similar al del frijol 20% (Phaseolus vulgaris L.).

Su siembra se realiza principalmente bajo condiciones de temporal, en altitudes entre 1 800 y 3 000 m, es tolerante al frío y también se asocia o intercala con otras especies como maíz, frijol, calabaza (Cucurbita spp.) y papa (Solanum tuberosum L.). Por su habilidad para fijar nitrógeno atmosférico el haba puede crecer bajo diferentes condiciones de fertilidad y regímenes de humedad (Orozco et al, 2013; Pérez et al, 2014; Salazar et al, 2015). El Estado de México es el principal productor en verde, con un promedio de 6.10 t ha^-1.

El rendimiento y la calidad de la semilla y de la vaina están determinados por el cultivar, por el ambiente, por el manejo agronómico y por sus interacciones o asociaciones (Annicchiarico y Iannucci, 2008; Orozco et al, 2013; Pérez et al, 2014). La identificación de cultivares superiores basada en rendimiento es menos eficiente pero ésta mejora al considerar simultáneamente semillas por vaina, vainas por nudo y peso de 100 semillas (Filippetti y De Pace, 1984). La interacción genotipo x ambiente (IGA) origina variación en nudos por planta y vainas por nudo (Bond et al, 1985), así como en vainas por planta y número de tallos (Alan y Geren, 2007).

La altura de planta está considerada como la mayor fuente de diversidad y es afectada por el tamaño de la semilla: plantas más altas provienen de semillas más grandes (Al-Refaee et al., 2004) y en éstas hay un mayor número de ramas, que al ser más productivas aumentarán el rendimiento. Singh et al. (1987) concluyeron que una mayor productividad está determinada por una mejor expresión fenotípica en vainas por planta, semillas por vaina, peso de 100 semillas, longitud del tallo, ramas por planta y eficiencia de la hoja (Mohamed et al, 2013).

En México existe poca información publicada sobre la identificación de cultivares de haba sobresalientes evaluados en tiempo y espacio y también existe esta limitante para la generación, aplicación y validación de tecnología; los agricultores son los principales poseedores de los conocimientos empíricos que han contribuido a ello (Díaz et al, 2008; Rojas et al., 2012; Orozco et al, 2013; Pérez et al, 2014). En el contexto anterior, el objetivo principal del presente estudio fue evaluar el rendimiento y los componentes de la vaina verde en 35 cultivares sembrados en tres localidades del estado de México, México.

Materiales y métodos

Este estudio se hizo en 2011 en San Francisco Oxtotilpan (SFO, L1) y en 2012 en San Nicolás Guadalupe (SNG, L2) y en San Diego (SND, L3); los tres sitios se localizan en el Estado de México, México (Cuadro 1).

Material genético

Se consideraron 31 cultivares colectados en los municipios de Acambay (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9), Jocotitlán (7), Calimaya (10 a 19), Mexicaltzingo (20), Santiago Tianguistengo (21, 22, 24, 25), Santa Cruz Atizapán (23), Zinacantepec (27), Almoloya del Río (28), Toluca (26, 33 y 34) y Lerma (35). Las colectas identificadas como 29, 30, 31 y 32 fueron proporcionadas por el Instituto de Investigación y Capacitación Agropecuaria, Acuícola y Forestal del Estado de México (ICAMEX), con sede en Metepec, México. La relación de agricultores cooperantes y el origen de cada uno de los cultivares fue descrita en Orozco et al. (2013) y Pérez et al. (2014), pero la colecta 34 no fue incluida en el presente estudio y las identificadas como 35 y 36 ahora corresponden a 34 y 35.

Diseño experimental y tamaño de la parcela

Los tres ensayos se establecieron en campo como una serie de experimentos en espacio en un diseño de bloques completos al azar usando tres repeticiones por localidad. La parcela constó de tres surcos de 4 x 0.80 m; el surco central fue considerado como la unidad experimental útil (3.20 m²). Se depositaron dos semillas por mata y la distancia entre éstas fue de 0.40 m.

Manejo agronómico de los ensayos

La siembra manual se realizó el 19 de noviembre de 2011 (SFO, L1), el 29 de marzo (SNG, L2) y el 21 de abril (SD, L3) de 2012. En L1 se aplicaron 7 riegos y los ensayos en L2 y L3 se manejaron en condiciones de temporal. La fertilización se hizo con 60N- 60P-30K {16N-16P-16K, urea (46%), superfosfato de calcio triple (46%), cloruro de potasio (60%) y 18N-46P-00K}. En L1 se aplicó byozime (1 L ha¹) y aminoácidos. Se realizaron tres escardas en L1, y dos en L2 y L3. El control de malezas fue manual en L1 y L2. En L3 se aplicó Basagran 480 (1.5 L ha^-1). En L1 se realizó doble aplicación de Cercovin (Dimetil), Lannate 90 (metomilo), malatión (1L ha^-1) y pirimor (pirimicarb, 200 g ha^-1). En L2 se dieron cinco aplicaciones de Curzate (1 kg ha^-1) y folimat (ometoato, 1 L ha^-1). En L3 se aplicó 6 veces Manzate (Mancozeb), Cupravit mix (Oxicloruro de cobre + mancozeb; 1 kg ha^-1), tecto 60 (1.5 kg ha^-1 ) y Velcron 60 (1.5 L ha^-1 ). La cosecha en L1, L2 y L3 inició el 12 de mayo, el 22 de agosto y el 08 de septiembre, respectivamente.

Variables de estudio

Se tomaron 10 plantas de la parcela útil y se registró su altura (AP, medida en cm desde la base hasta el ápice del tallo principal), índice de verdor (CC, en los foliolos de la hoja compuesta; Minolta SPAD 502 plus), ramas por planta (RP), foliolos por hoja (FH), vainas por planta (VP), peso de vaina por planta (PVP, se determinó en g con una báscula digital), longitud (LV, cm), diámetro (DV, cm) y espesor de vaina (EV, cm), longitud (LS, cm), diámetro (DS, cm) y espesor de semilla (ES, cm) y rendimiento en verde (RV, t ha^-1).

Análisis estadístico

Los datos provenientes de los tres ensayos fueron empleados para realizar un análisis de varianza y una comparación de medias entre cultivares y entre localidades (Tukey, p= 0.01). Adicionalmente se generó un análisis de componentes principales (Sánchez, 1995), descrito también en Pérez et al. (2014). Las salidas se obtuvieron con el sistema para análisis estadístico (Statistical Analysis System ver. 6.01, USA), pero la gráfica del biplot con los dos primeros componentes principales se hizo con Microsoft Excel, en la forma como lo indicaron Reynoso et al. (2014).

Resultados y discusión

Los resultados que se observan en el Cuadro 2 son similares a los de Flores et al. (2013) y Fikreselassie y Seboka (2012) y sugieren que las tres localidades, los 35 cultivares de haba y su interacción fueron fuentes importantes para generar variabilidad fenotípica, como lo indicaron Yahia et al. (2012), Orozco et al. (2013) y Pérez et al. (2014).

Los Valles Altos del Centro de México, integrados principalmente por los estados de Hidalgo, Puebla, Estado de México y Tlaxcala son muy heterogéneos; el tipo de suelo, la altitud, la precipitación pluvial, el clima, su localización geográfica (Cuadro 1) y la incidencia de granizo y heladas durante el ciclo de cultivo, son las principales componentes de esta variación. Estos factores del medio ambiente causan problemas para la identificación confiable de materiales genéticos sobresalientes, y también influyen significativamente en la generación, validación y aplicación de tecnología, así como en la producción de semilla. Es por esto que es recomendable conducir ensayos en tiempo y/o espacio con el propósito de recomendar cultivares superiores con base en su rendimiento y sus componentes del rendimiento, como lo sugirieron Reynoso et al. (2014) y Pérez et al. (2014).

Las condiciones ambientales que predominaron en SFO (L1) favorecieron una mejor expresión fenotípica del número de vainas (VP) y del peso de vainas por planta (PVP); ambas contribuyeron a un mayor rendimiento (10.57 t ha^-1) en condiciones de riego. Singh et al. (1987) encontraron que en haba la siembra con riego incrementa los rendimientos de grano y biológico de 8 a 52 %. Suso et al. (1996) sugirieron que el rendimiento está determinado por el aborto de óvulos, por vainas jóvenes, así como por número y tamaño de las semillas.

En SD (L3) se registró la mayor altura (AP, 1.58 m); ésta favoreció índice de verdor (CC), foliolos por hoja (FH) y las dimensiones de la vaina y de la semilla, como longitud (LV, LS), diámetro (DV, DS) y espesor (EV, ES). El rendimiento en verde (RV) fue de 11.36 t ha^-1 pero hubo menos vainas por planta (VP) y fue menor el peso de vaina por planta (PVFP). Singh et al. (1987) observaron que el principal componente del rendimiento es número de vainas por planta y que éste es menor en temporal que en riego, como sucedió con SFO, aun cuando no hubo diferencias significativas en producción de vaina entre L1 y L3. En SNG (L2) el mayor número de ramas (7.26) no contribuyó a un mayor rendimiento 7.49 t ha^-1 (Cuadro 3).

En los cultivares 11 (1.57 m) y 34 (1.52 m) se registró la mayor altura de planta (AP) y ambos son estadísticamente diferentes de los otros 33 (Cuadro 4, Figura 1). Orozco et al. (2013) midieron plantas inferiores a 1.42 m y Suso et al. (1993) reportaron que la AP permitió discriminar cultivares de diversas regiones geográficas; plantas que provienen de semillas grandes son más altas que las originadas de semillas pequeñas. La AP depende del cultivar y de la interacción GxA y varía de 0.5 a 2 m (Bond et al, 1985).

El índice de verdor (CC) puede ser un indicador del N en la planta, éste es necesario para su síntesis y determina su intensidad, la eficiencia fotosintética de la hoja, y la producción de materia seca; sin embargo, los 35 cultivares no difirieron estadísticamente y sus promedios variaron de 45.67 a 48.82; los más sobresalientes fueron 2, 18, 34 y 35 (Cuadro 4, Figura 1).

En ramas por planta (RP) el cultivar 10 (6.64) fue el mejor (Cuadro 4) seguido de 21 (6.61), 24 (6.56) y 25 (6.46) (Figura 1), pero esta variable no contribuyó a un mayor rendimiento en éstos. Orozco et al. (2013) reportaron valores similares (4.62 a 6.67) y Mohammed et al. (2010) presentaron de 3.23 a 11.5 ramas. En haba son deseables cultivares con ramas más productivas.

El cultivar 11 fue superior en longitud de vaina (LV) (11.92 cm), seguido de 18 (11.64 cm) y 10 (10.60); éstos difirieron estadísticamente de los otros 32 (Cuadro 4, Figura 1). Suso et al. (1993) estimaron amplia variabilidad en LV; ésta depende del tamaño de la semilla (Al-Refaee et al, 2004) y el consumidor prefiere LV de 20 cm (Bascur, 1997). Según Bond et al. (1985) el rango varía de 5 a 25 cm y con 2, 3 ó 4 semillas por vaina.

El mayor diámetro de vaina (DV) se registró en los cultivares 12, 19, 23, 16, 28, 11, 13, 14, 18, 21, 22 y 24 ( de 2.40 a 2.54 cm). El DV es muy afectado por el tamaño de la semilla (Al-Refaee et al., 2004). La mayoría de los cultivares evaluados en el presente estudio provienen de semilla grande y mediana, y sólo dos son de tamaño chico. El cultivar 31 (1.85 cm) tuvo el máximo espesor de la vaina (EV), seguido de 23 (1.85 cm), 18 (1.83 cm) y 12 (1.82 cm), éstos superaron estadísticamente a los otros 32 (Cuadro 5, Figura 1).

Los cultivares 6 y 8 (562.15 y 567.48 g) mostraron el mayor peso de vaina por planta (PVP) y ambos difirieron estadísticamente de los otros 30 (Cuadro 5, Figura 1). A mayor número de vainas más PVP y mayor rendimiento por ha; estas variables comúnmente están correlacionadas positiva y significativamente, por lo que la elección del cultivar y del sitio apropiados y del paquete tecnológico óptimo son deseables para lograr una mayor productividad.

En longitud de semilla (LS) el mejor cultivar fue 20 (3.17cm), seguido de 19, 16, 18, 11, 15 y 21 (de 2.99 a 3.07 cm); éstos difirieron estadísticamente de los otros 28 (Cuadro 5; Figura 1). En el cultivar 20 la LS contribuyó significativamente a un incremento en su rendimiento (11.94 t ha^-1 ). Nadal et al. (2004) registraron valores de 1.3 cm. Las semillas verdes pueden ser largas (más de 1.6 cm), medianas (de 0.8 a 1.6 cm) y chicas (menos de 0.8 cm) (Bascur, 1997). En este trabajo 33 cultivares tuvieron semilla larga y sólo dos mediana (P29, P33); de acuerdo con Mera (1999) éstos pertenecen a la variedad botánica mayor (2.5 cm de largo). En habas frecuentemente se observa que una mayor cantidad de semillas por unidad de superficie está relacionada con un menor tamaño de grano debido a la mayor competencia que existe dentro y entre plantas en las densidades más altas ocasionada por luz, agua, espacio y nutrientes. Las habas de México tienen dos semillas por vaina (Orozco et al, 2013; Pérez et al, 2014), esto explica parcialmente porqué su grano es de mayor tamaño.

El mayor diámetro de semilla (DS) se registró en los cultivares 25 (2.15 cm), 19 (2.14 cm), 18 (2.14 cm), 28 (2.09 cm) y 32 (2.05 cm), estadísticamente diferentes de los otros 30 (Cuadro 5, Figura 1). Bascur (1997) obtuvo semillas de 3.3 cm de longitud y 2.2 cm de diámetro; este tamaño de grano se maneja como producto congelado y se exporta. En México 50% de los productores prefieren semilla grande y otro 40% mediana y con mayor número de vainas y de semillas y mejor sanidad (Diaz et al., 2008; Rojas et al, 2012). En los 35 cultivares de haba no hubo diferencias estadísticas en grosor o espesor de semilla (ES) pero ambas están correlacionadas significativamente con LS. ES fue menos afectada por las condiciones ambientales de las tres localidades que CC, RP y FH, por lo que podrían usarse como un criterio de selección indirecta para incrementar el rendimiento en verde.

El cultivar 32 (12.83 t ha^-1), denominado San Pedro Tlaltizapán, fue superior en rendimiento en verde (RV), seguido de 1, 6, 20, 31, 2, 4, 7, 8 y 35 entre 11.15 y 12.42 t ha^-1; (Cuadro 5, Figura 1). Estos valores son mayores a la media del estado de México, que es de 6 t ha^-1, y se localizan en el intervalo registrado por Baginsky et al. (2013), de 7.6 a 15. 7 t ha^-1. En 2012 en México el rendimiento promedio fue de 5.96 t ha^-1. Estos promedios muestran que 19 cultivares fueron sobresalientes, y otras 13 tuvieron el promedio nacional (Cuadrantes 1 y 2 del biplot de la Figura 1).

El rendimiento en verde se está manejando como rendimiento industrial. En habas para congelado interesa el porcentaje de grano que se obtendrá a partir de vainas cosechadas. En este contexto, 10 de las 35 cultivares podrían emplearse favorablemente en la industria mexicana. En otro estudio se observó que la colecta 7, proveniente del Municipio de Jocotitlán (11.5 t ha^-1), se separó del resto de los cultivares sembrados para producción en seco cuando se hizo el análisis molecular usando marcadores ISSR, hecho que sugiere que ésta es genéticamente muy contrastante y podría emplearse como progenitor en un nuevo programa de fitomejoramiento (Salazar et al., 2015).

Al analizar las interrelaciones entre cultivares y variables se observó que los componentes principales 1 (35%) y 2 (21.7%) explicaron 56.7% de la variación total original (Figura 1). Sánchez (1995) mencionó que estos porcentajes son deseables para interpretar confiablemente las correlaciones que se pueden observar en un biplot. Orozco et al. (2013) y Pérez et al. (2014) observaron que los cultivares 1, 5, 7, y 35, colectados en los municipios de Acambay, Jocotitlán y Lerma y sembrados para la cosecha en seco, fueron los más sobresalientes en nudos florales, vainas por planta, peso de vaina por planta, semillas por planta, peso total de semilla, semillas limpias y peso de semilla limpia; en el presente estudio, a excepción del segundo cultivar, los otros tres fueron muy sobresalientes en RV.

En el biplot de la Figura 1 también se puede observar que otros cultivares sobresalientes en RV fueron los identificados como 2, 4, 6, 8 y 31, los primeros cuatro provenientes de Acambay y el último de Metepec. Estos y los cultivares 1, 7, y 35 es la fracción del material genético más recomendable para la siembra comercial cuyo propósito sea la producción en vaina verde o en seco (Orozco et al., 2013; Pérez et al, 2014). También se puede inferir que el rendimiento en verde estuvo determinado fundamentalmente por peso de semilla y por vainas por planta. Estos resultados son similares a lo reportado por Yahia et al. (2012) y Mohamed et al. (2013). La dispersión de los 35 cultivares en los cuatro cuadrantes confirma la existencia de variabilidad genética, disponible para un nuevo programa de mejoramiento genético.

Conclusiones

La fracción superior del material genético en tamaño de semilla y vaina, índice de verdor, foliolos por hoja y rendimiento en verde estuvo representada por las poblaciones identificadas como 1, 2, 4, 6, 7, 8, 20, 31, 32 y 35 (de 11.15 a 12.83 t ha^-1), colectadas en los municipios mexiquenses de Acambay, Jocotitlán, Mexicaltzingo, Metepec y Lerma. Los componentes principales 1 (35%) y 2 (21.7%) explicaron 56.7% de la variación total. La dispersión de los 35 cultivares en los cuatro cuadrantes del biplot sugiere la existencia de variabilidad genética disponible para un nuevo programa de fitomejoramiento; número de vainas, peso de semilla por planta y tamaño de la semilla contribuyeron a un mayor rendimiento en verde y estas variables podrían usarse como criterio de selección indirecta para incrementar el rendimiento y los componentes primarios del rendimiento en esta región del centro de México.

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