Variación en la germinación entre poblaciones y plantas de chile silvestre
Variation in germination among populations and plants of wild chili pepper
Sergio Hernández–Verdugo1*, Ricardo G. López–España1, Flor Porras2, Saúl Parra–Terraza1, Manuel Villarreal–Romero1, Tomás Osuna–Enciso3
1 Facultad de Agronomía, Universidad Autónoma de Sinaloa. Carretera Culiacán–El Dorado, km. 17.5. Apartado Postal 726. Culiacán, Sinaloa, México. *Autor responsable: (sergioh2002mx@yahoo.com.mx).
2 Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México. Distrito Federal, México.
]]> 3 Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo A. C. Unidad Culiacán. Culiacán, Sinaloa, México.
Recibido: Noviembre, 2009.
Aprobado: Julio, 2010.
RESUMEN
Las poblaciones de chile silvestre (Capsicum annuum var. glabriusculum) son un recurso genético valioso para la agricultura y la alimentación. El conocimiento de la capacidad germinativa es de gran importancia para su manejo y conservación. Por tanto, se evaluó en laboratorio la distribución de la variación entre poblaciones y plantas en el porcentaje y tiempo medio de germinación (T50) de cuatro poblaciones de C. annuum silvestre del noroeste de México, en temperatura constante (25 °C) y fluctuante (25/35 °C). También se examinó la variación del peso de semilla y su relación con la capacidad de germinación. Las poblaciones y las plantas dentro de las poblaciones se diferenciaron significativamente en el porcentaje de germinación y T50 en ambas condiciones de germinación. En el porcentaje de germinación, 15.72% de la variación total se atribuyó a las diferencias entre las poblaciones, 55.61% entre individuos y 15.72% dentro de individuos. En el T50, 23.70% de la variación total se atribuyó a las diferencias entre poblaciones, 45.04% entre individuos y 31.26% dentro de individuos. Las diferencias en la capacidad de germinación entre las poblaciones no se correlacionaron significativamente con los principales factores climáticos de los sitios de recolección; por tanto, se deben considerar reacciones independientes a las condiciones ecológicas de sus sitios de origen. El peso de las semillas varió significativamente entre y dentro de las poblaciones; además se correlacionó positiva y significativamente con el porcentaje de germinación en la población Alcoyonqui y con T50 en la población Yecorato Mezquite, pero negativamente con T50 de la población Yecorato Camino. Lo anterior indica que el ambiente de crecimiento de las plantas madres influye en la capacidad de germinación y peso de las semillas de C. annuum silvestre.
Palabras clave: Capsicum annuum silvestre, porcentaje de germinación, tiempo medio de germinación (T50), relación peso de semilla–capacidad de germinación.
ABSTRACT
]]> Populations of wild chili pepper (Capsicum annuum var. glabriusculum) are a valuable genetic resource for agriculture and nutrition. Knowledge about the germination capacity is of great importance for its management and conservation. Therefore, we evaluated, in the laboratory, the distribution of variation among populations and plants in the germination percentage and mean germination time (T50) of four populations of wild C. annuum from northwest México, at constant (25 °C) and fluctuating temperatures (25/35 °C). Also the variation of seed weight and its relationship with the germination capacity was examined. Populations and plants within populations differed significantly in the germination percentage and T50 in both conditions of germination. In the germination percentage, 15.72% of the total variation was attributed to differences among populations, 55.61% among individuals and 15.72% within individuals. In T50, 23.70% of the total variation was found among populations, 45.04% among individuals and 31.26% within individuals. The differences in the germination capacity among the populations were not significantly correlated with the main climate factors of the collection sites; therefore, they should be considered independent reactions to the environmental conditions of their sites of origin. The weight of seeds varied significantly among and within populations; and positively and significantly correlated with the percentage of germination in the population Alcoyonqui and with T50 in the population Yecorato Mezquite, but negatively with T50 in the population Yecorato Camino. This indicates that the environment of growth of mother plants influences the capacity of germination and weight of wild C. annuum seeds.Key words: wild Capsicum annuum, germination percentage, mean germination time (T50), seed weight–germination capacity ratio.
INTRODUCCIÓN
La variación y la velocidad de la germinación total ocurre en la mayoría de las especies que se reproducen por semillas, lo que reduce el riesgo del fracaso en el establecimiento mediante la distribución de la germinación en el tiempo (Evans y Cabin, 1995). Esa variación existe entre poblaciones (Meyer et al., 1997; Hernández–Verdugo et al., 2001a) y entre semillas de la misma planta (Evans y Cabin, 1995; Schütz y Rave, 2003). Los mecanismos que regulan el inicio de la germinación están bajo presiones selectivas; así, la variación de la capacidad germinativa entre y dentro de las especies se interpreta como una adaptación a las condiciones específicas del hábitat local y regional (Meyer et al., 1997).
El peso o masa de la semilla varía ampliamente entre poblaciones, entre o dentro de una planta individual (Obeso, 1993; Kosiñski, 2008), y puede afectar el porcentaje y la velocidad de germinación, pero los resultados han sido diversos según la especie estudiada. Willenborg et al. (2005) reportan una relación positiva del peso de la semilla con el porcentaje y velocidad de germinación, mientras que Sánchez–Salas et al. (2006) y Delgado et al. (2008) señalan una relación negativa entre las mismas variables.
Capsicum annuum es la especie de chile con mayor importancia económica. Sus parientes silvestres (C. annuum var. glabriusculum (Dunal) Heiser y Pickersgill) se distribuyen desde el sur de EE.UU. hasta las regiones de baja altitud del Perú. Se localizan fundamentalmente en la selva baja caducifolia, a orillas de los caminos, huertos, potreros y bajo la vegetación remanente en orillas de los campos de cultivo (Hernández–Verdugo et al., 1999). Sus plantas son perennes, herbáceas o trepadoras que pueden alcanzar 4 m de altura y se reproducen sólo por semilla; tienen frutos pequeños, rojos y pungentes que son consumidos y dispersados por las aves.
En estudios con isoenzimas, marcadores moleculares RAPDs y caracteres cuantitativos (Hernández–Verdugo et al., 2001b, 2008; Oyama et al, 2006) se encontró que las poblaciones de chile silvestre del noroeste de México mantienen elevados niveles de variación genética entre y dentro de sus poblaciones. Esto permite suponer la existencia de variación en caracteres fisiológicos, como la germinación de sus semillas, entre y dentro de sus poblaciones.
Aunque los parientes silvestres de C. annuum son un recurso genético valioso con genes potencialmente útiles para solucionar problemas agrícolas, como la resistencia a enfermedades (Hernández–Verdugo et al., 1998), se desconoce el comportamiento germinativo entre y dentro de poblaciones silvestres. El objetivo de este estudio fue examinar en laboratorio la respuesta de la germinación y su relación con el peso de semillas de cuatro poblaciones silvestres de C. annuum del noroeste de México, para conocer la distribución de la variación entre poblaciones, entre plantas y dentro de las plantas.
]]> MATERIALES Y MÉTODOS
Material vegetal
Se recolectaron frutos maduros de cuatro poblaciones de chile silvestre distribuidas en un gradiente latitudinal en el estado de Sinaloa en octubre del 2005. Las datos geográficos y principales factores climáticos de los sitios de recolección se muestran en el Cuadro 1. Las poblaciones Yecorato Mezquite y Yecorato Camino estuvieron separadas 500 m. La población Texcalama se localizó a 120 km de las poblaciones anteriores, y la población Alcoyonqui a 130 km de esta última. Se recolectaron frutos de 10 plantas de la población Alcoyonqui, Texcalama y Yecorato Mezquite, y de siete plantas de la población Yecorato Camino. Los frutos fueron secados 8 d a temperatura ambiente (24 – 26 °C).
Experimentos de germinación
Una semana después de la recolección, de cada planta se depositaron cuatro repeticiones con 25 semillas cada una en cajas petri (6 cm diámetro) con agar al 1% disuelto en agua destilada. Las cajas se mantuvieron en dos condiciones de temperatura, fluctuante (25/35 °C) y constante 25 °C), con un fotoperíodo de 12/12 h luz/oscuridad en cámaras ambientales Lab Line (Biotronette Lab–Line Instruments Inc., Melrose Park, IL, USA). Se contó diariamente el número de semillas germinadas (con radícula 1 mm de longitud) por 68 d desde la fecha del inicio de la siembra y hasta una semana después de registrar germinación. Se cuantificó la germinación total (en porcentaje) y el tiempo medio de germinación (T50).
Peso de semilla
De cada planta se tomaron al azar 10 de frutos y de cada fruto se pesaron individualmente 10 semillas en una balanza analítica marca Sartorius, con precisión de 0.1 mg.
Análisis estadístico
Se calcularon los niveles de variación en los porcentajes de germinación y T50 entre poblaciones, entre y dentro de plantas madres individuales, mediante un modelo de análisis de varian–za anidado, con las poblaciones y los individuos dentro de población como factores al azar. Así, la varianza total se repartió en tres componentes de varianza (Schütz y Rave 2003):
σ2 total = σ2población + σ2individuo + σ2residual
]]> El término residual describe la variabilidad dentro de una planta individual. Para estimar las interacciones, se incluyeron las condiciones de germinación como factores fijos. Así, las va–rianzas para poblaciones e individuos se determinaron por los componentes de varianza del efecto principal y varianza de la interacción con las condiciones de germinación (Schütz y Rave 2003):σ2 población = σ2 población efecto principal + σ2 población efecto de interacción; y σ2 individuo = σ2 individuo efecto principal + σ2 individuo efecto de interacción.
Para aumentar la normalidad de los datos, los valores de los porcentajes de germinación fueron transformados a sus valores arcoseno. Se efectuaron análisis de correlación entre los porcentajes y T50 con las variables climáticas de los sitios de recolección. La variación del peso de la semilla se estimó mediante un análisis de varianza anidado con las poblaciones y las plantas consideradas como factores aleatorios. Se efectuó un análisis de regresión lineal entre el peso de la semilla con el porcentaje de germinación y T50. Todos los análisis se realizaron con JMP (SAS, 1995).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Efecto de la temperatura en la germinación
Las semillas en temperatura fluctuante alcanzaron germinación significativamente (p<0.0001) mayor que en temperatura constante (Figura 1A y B). Estos resultados coinciden con los obtenidos por Hernández–Verdugo et al. (2001a), quienes indican que la temperatura fluctuante es uno de los factores que regulan la germinación de las semillas de chile silvestre. Las fluctuaciones de la temperatura son mayores cerca o sobre la superficie del suelo y en los claros de la vegetación (Vázquez–Yanes y Orozco–Segovia, 1982). En los sitios estudiados hay fluctuaciones diarias de temperatura similares y mayores a las usadas en el presente estudio; así, es probable que la temperatura fluctuante sea un factor en la regulación de la germinación de las semillas de chile silvestre.
Diferencias entre poblaciones
Las poblaciones estudiadas se diferenciaron significativamente en el porcentaje total de germinación (p = 0.0009 y <0.0001, para temperatura fluctuante y constante) y en T50 (p<0.0001, para los dos tratamientos) en ambas condiciones de germinación (Figuras 1 y 2). La variación entre poblaciones de la misma especie en la respuesta germinativa frecuentemente se ha interpretado como una adaptación relacionada con las características del hábitat, particularmente con factores climáticos locales (Meyer et al., 1997). Dado que de las 24 correlaciones entre los porcentajes de germinación y T50 y las principales variables climáticas y geográficas de los sitios de recolección sólo una fue significativa (Cuadro 2), parece que la variación observada entre las poblaciones no es una adaptación a las características locales del hábitat.
Distribución de la variación
]]> Los individuos dentro de las poblaciones se diferenciaron significativamente en el porcentaje total y T50 en ambas condiciones de germinación (Cuadro 3; Figuras 1 y 2). El análisis de varianza anidado del porcentaje total de germinación mostró que 55.61% de la variación se encontró entre individuos, 29.17% dentro de individuos y 15.72% entre poblaciones (Cuadro 3A). En el nivel de individuo, 24.47% de la variación se debió al efecto principal y 30.64% a la interacción, lo que indica que además de su variación elevada, los individuos respondieron diferente a las condiciones de germinación. En cambio, la variación entre las poblaciones se debió totalmente a su respuesta heterogénea a las condiciones de germinación. En el T50, 45.04% de la variación se encontró entre individuos y 31.26% dentro de los individuos, y 23.70% entre las poblaciones (Cuadro 3B). De la variación entre individuos 17.26% se debió al efecto principal y 27.78% a la interacción individuo por las condiciones de germinación. En cambio, la variación observada entre las poblaciones se debió en su totalidad al efecto principal, indicando que las poblaciones respondieron homogéneamente a las condiciones de germinación.
La variación de los porcentajes y velocidades de germinación entre y dentro de individuos contribuye a reducir el riesgo de que todos sean sometidos a condiciones similares (adversas) simultáneamente durante su desarrollo, ayuda a evitar o reducir la competencia por recursos entre hermanos, aumenta la distribución de edades de las semillas en el banco de semillas, y así se eleva la variación genética dentro de una población (Evans y Cabin 1995; Shütz y Rave, 2003).
Variación del peso de semilla y su relación con la capacidad de germinación
El peso de semilla varió significativamente entre poblaciones (p = 0.0020) y plantas dentro de las poblaciones (p<0.0001). Los pesos de semilla promedio de las poblaciones Texcalama, Yecorato Mezquite, Alcoyonqui y Yecorato Camino fueron 4.2, 3.6, 2.9 y 2.7 mg. Los coeficientes de variación fueron 36.1% para Yecorato Mezquite y Yecorato Camino, 38.7% para Alcoyonqui y 39.3% para Texcalama. Se ha propuesto que la rivalidad entre hermanos y el conflicto entre progenitor y descendiente pueden contribuir a la variación en el tamaño de semilla dentro de una planta (Uma Shaanker et al., 1988). Es probable que la variación elevada en el peso de las semillas de una planta se deba a sus limitaciones fisiológicas para producir semillas de peso uniforme ante los cambios de disponibilidad de recursos durante la maduración de las semillas (Winn, 1991). La variación entre semillas de un mismo fruto indica que, además de las diferencias genéticas entre los individuos, existe una competencia elevada por los recursos entre las semillas del mismo fruto. La posición de la semilla en el fruto o el momento de la fecundación de los óvulos, son factores que afectan su peso (Obeso, 1993).
En condiciones de temperatura fluctuante, el peso de semilla se correlacionó positiva y significativamente con el T50 en la población Yecorato Mezquite (Figura 3A), indicando que las semillas con mayor peso requieren más tiempo para germinar. En cambio, esta correlación fue negativa en Yecorato Camino (Figura 3B), es decir, en esta población el comportamiento de las semillas de mayor peso es opuesto al anterior. En estas condiciones, la correlación entre peso de semilla y porcentaje de germinación fue positiva y significativa en Alcoyonqui (Figura 3C), indicando que en esta población las semillas de mayor peso tienen mayores probabilidades de germinar.
Las diferencias de las relaciones entre el peso de la semilla y la capacidad germinativa en las poblaciones de chile silvestre pueden deberse a los efectos del ambiente de crecimiento de las plantas madre (efectos maternos) durante el desarrollo de las semillas (Roach y Wulff, 1987). Así, las plantas de las poblaciones Yecorato Mezquite y Yecorato Camino mostraron una relación contrastante entre el peso de las semillas y el T50, y provenían de ambientes distintos. Las primeras se encontraban en un sitio con suficiente humedad, en la orilla de un arroyo, bajo la sombra de varios mezquites (Prosopis laevigata) y las de Yecorato Camino provenían de la orilla de un camino, sitio con escasa humedad y vegetación. En general, las temperaturas altas y la desecación mayor de las semillas durante su maduración aumentan la capacidad de germinación. Nelson et al. (1970) reportan que las plantas de Taeniatherum asperum en un sitio con mayor humedad y sombra produjeron semillas más pesadas y con menor porcentaje y velocidad de germinación que las semillas de plantas de un sitio relativamente más seco, caliente y soleado. Alexander y Wulff (1985) indican que las plantas de Plantago lanceolata desarrolladas con temperaturas relativamente altas produjeron semillas de menor peso, pero con mayor porcentaje y velocidad de germinación que las semillas que maduraron con temperaturas bajas. Debido a que las semillas que germinan primero tienen mayor adecuación que las que lo hacen más tarde (Kalisz, 1986), la dirección de la selección natural sobre el peso de la semilla depende de las condiciones del ambiente en las que crecen las poblaciones de C. annuum silvestre. En condiciones con niveles relativamente altos de humedad y sombra la selección natural favorecerá a las semillas pequeñas, mientras que con niveles más bajos de humedad y sombra las semillas grandes tendrán ventaja selectiva.
CONCLUSIONES
]]> Las fluctuaciones de la temperatura influyen en la regulación de la germinación de las semillas de Capsicum annuum silvestre. Las poblaciones y las plantas se diferencian en el porcentaje y velocidad de germinación; sin embargo, las diferencias entre individuos contribuyen con la mayor variación.El peso de las semillas varía entre y dentro de las poblaciones pero su correlación con el T50 es diferente en las poblaciones, lo que confirma que las diferencias en los patrones de germinación en chile silvestre se deben en gran parte a las condiciones del ambiente de crecimiento de la planta madre durante el desarrollo de las semillas.
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Autónoma de Sinaloa por el apoyo financiero (proyecto PROFAPI 2009/085).
LITERATURA CITADA
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