Introducción

En México, aun cuando se producen 27.5 millones de toneladas de maíz (^{SIAP, 2022}), que satisfacen 13 millones de toneladas que se requieren para el consumo directo a través de la elaboración de tortillas, es necesario incrementar la producción de maíz ya que se importan más de 16 millones de toneladas de grano amarillo. Este volumen de importación, en su mayoría transgénico, se irá limitando de acuerdo con el Decreto Presidencial del 13 de febrero de 2023 (^{DOF, 2023}).

En el país se cultivan anualmente 7.5 millones de hectáreas de maíz, con una media de producción de 3.8 t ha^-1 (^{SIAP, 2022}). De la superficie nacional cultivada, 1.4 millones de hectáreas se ubican en altitudes de 2 200 a 2 600 m, correspondiente a la región de los Valles Altos del Centro de México, de las cuales 1.06 millones de hectáreas se cultivan bajo condición de temporal, con lluvias que se presentan en forma tardía, limitando la fecha de siembra, la productividad del cultivo y su exposición a la incidencia de heladas tempranas. En estas condiciones, en el estado de México se siembran 404 000 ha, con una productividad de 3.7 t ha^-1 (^{SIAP, 2022}).

La generación de variedades mejoradas de polinización libre de maíz (PL), con adaptación a las condiciones agroclimáticas de los Valles Altos del Centro de México ha sido escasa. Por muchos años no se ha atendido la generación de este tipo de materiales. En el año 1980 se liberaron las variedades VS 22 y V 23, así como V-53 A, V-54 A y V-55 A en los años 2009, 2010 y 2011, respectivamente (^{Espinosa et al., 2010}; ^{Espinosa et al., 2011}). Las variedades de maíz de PL son una opción viable debido a su precio accesible, su fácil mantenimiento y no requiere la compra de semilla cada ciclo agrícola.

El proceso para identificar y seleccionar variedades sobresalientes con características agronómicas, buen rendimiento y estabilidad, requiere su evaluación en ambientes, considerando los efectos de la interacción genotipo por ambiente (IGA). ^{Wolde et al. (2018}), sugieren utilizar un modelo estadístico que proporcione herramientas para identificar a los genotipos estables, como lo es el modelo de efectos principales aditivos e interacción multiplicativa (AMMI) (^{Vélez-Torres et al., 2018}; ^{Wang et al., 2020}).

El modelo AMMI combina las técnicas del análisis de varianza y el análisis de componentes principales (ACP). El análisis de varianza permite estudiar los efectos principales de genotipos y ambientes, en tanto que la IGA se trata de forma multivariada mediante el ACP (^{Zobel et al., 1988}). Este modelo permite identificar a los genotipos con la mejor estabilidad en función de su productividad de grano y con ello definir los genotipos adaptados a ambientes específicos.

El objetivo de esta investigación fue determinar la capacidad productiva, así como la estabilidad del rendimiento de grano de acuerdo con el análisis AMMI, de un grupo de variedades de maíz de polinización libre.

Materiales y métodos

Durante el ciclo primavera verano de los años 2016 a 2019, se evaluaron en ensayos uniformes nueve variedades, seis de grano blanco, dos de grano azul y una variedad de grano amarillo (Cuadro 1), en el INIFAP Campo Experimental Valle de México (CEVAMEX), ubicado en Texcoco, Estado de México a una altitud de 2 240 m, con una precipitación media de 625 mm. La textura del suelo es franco arenoso. La otra localidad fue en la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán (FESC UNAM), Campo 4, de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), la textura del suelo es franco arcilloso, a una altitud de 2 274 m y su precipitación promedio de 609 mm (^{García, 2004}).

Los experimentos se establecieron bajo condiciones de punta de riego. Cada ambiente de prueba se conformó por la localidad y por el año en que se estableció el experimento, los ambientes de evaluación fueron nueve en total y se enumeraron de la siguiente manera: A1. FESC UNAM 2016; A2. INIFAP CEVAMEX 2016; A3. FESC UNAM 2017; A4. INIFAP CEVAMEX 2017 A; A5. INIFAP CEVAMEX 2017 B; A6. FESC UNAM 2018; A7. INIFAP CEVAMEX 2018; A8. FESC UNAM 2019; 9. INIFAP CEVAMEX 2019.

Los experimentos se establecieron bajo un diseño de bloques completos al azar, con cuatro repeticiones. La parcela experimental constó de un surco de 5 m de largo por 0.8 m de ancho y la densidad de población fue de 45 000 plantas ha^-1.

En campo se tomaron las variables días a floración masculina, floración femenina, altura de planta, altura de mazorca. La cosecha se realizó de forma manual. Se determinó el rendimiento y sus componentes como peso volumétrico, peso de 200 granos, longitud de mazorca, porcentaje de materia seca (% MS) y el porcentaje de grano (% G).

El análisis estadístico se realizó en forma factorial, las fuentes de variación fueron ambientes (9), genotipos (9) y la IGA. La comparación de promedios se efectuó con la prueba de Tukey (p≤ 0.05). Para todos los análisis se empleó el paquete estadístico SAS versión 9.1 (^{SAS Institute Inc, 2004}).

Asimismo, se evaluó el comportamiento de las variedades por su estabilidad para el rendimiento de grano, al realizar la IGA con el procedimiento del modelo de efectos principales aditivos e interacción multiplicativa (AMMI). Se implementó con las rutinas de programación AMMI descritas por ^{Gauch (2013}), bajo el siguiente modelo matemático:

Donde: Y_ij= rendimiento del i-ésimo genotipo en el j-ésimo ambiente; µ= media general; g_i = desviaciones medias del i-ésimo genotipo; e_j= desviaciones medias del j-ésimo ambiente; λ _k = raíz cuadrada del valor propio del eje k del análisis de componentes principales (ACP); α_ik γ_jk= son las calificaciones del ACP del genotipo y del ambiente para el eje k del ACP; n= número de ejes del ACP retenidos en el modelo; E_ij= error.

Además, se utilizó la herramienta Biplot en la evaluación de variedades de maíz en multiambientes (^{Yan et al., 2000}), el Biplot AMMI1 (un componente principal y el rendimiento) y el Biplot AMMI2 (dos componentes principales).

Resultados y discusión

El análisis de varianza combinado detectó diferencias estadísticas (p≤ 0.01) entre ambientes, entre genotipos (las variedades) y en la IGA, para todas las variables. Fue así como los ambientes fueron diferentes, las variedades fueron contrastantes genéticamente y cada variedad tuvo una respuesta diferencial en cada ambiente de evaluación. La media general del rendimiento fue de 5 090 kg ha^-1, en contraste con la registrada para el Estado de México, que es de 1 398 kg ha^-1 (^{SIAP, 2022}). Los coeficientes de variación oscilaron del 1% para la floración masculina y en la floración femenina, hasta el 8.6% para el rendimiento, lo que indica un control aceptable (< 20%) de la variabilidad experimental (Cuadro 2).

Entre ambientes, la significancia en la expresión del rendimiento y las otras variables se debió al diferencial de precipitación entre los años evaluados, así como la distribución de la precipitación durante el desarrollo del cultivo. Las medias de rendimiento de las variedades en las localidades mostraron que la productividad de grano en la FESC UNAM fue de 5 874 kg ha^-1, mayor que en el INIFAP CEVAMEX, con 4 462 kg ha^-1, resultados similares se presentaron en evaluaciones de ^{López et al. (2017}).

En la FESC UNAM el rendimiento medio de grano fue 31.6% mayor que en el INIFAP CEVAMEX; el ambiente de la FESC UNAM 2017 tuvo el mejor rendimiento de grano con 9 163 kg ha^-1, diferente significativamente a las otras localidades (Figura 1). El rendimiento más bajo correspondió a INIFAP CEVAMEX 2017 A con 2965 kg ha^-1, este último experimento resultó afectado por la sequía y granizadas que se presentaron en la región. El experimento en INIFAP CEVAMEX 2017 B, disminuyó su rendimiento de grano a causa de las granizadas en un 56.4%, en comparación al ambiente FESC UNAM 2017.

Figura 1 Comparación de medias entre ambientes en el rendimiento de grano, considerando la media de nueve variedades de maíz de polinización libre evaluadas de 2016 a 2019 en Valles Altos del Centro de México. *letras iguales son estadísticamente iguales, letras diferentes son estadísticamente diferentes, con una diferencia mínima significativa de 343 kg. 

Entre variedades, el genotipo Maíz Texotli Puma tuvo el mejor rendimiento medio de grano con 6 491 kg ha^-1, seguido del Maíz Matlalli Puma con 6 455 kg ha^-1 y Cuxi Puma con 5 998 kg ha^-1. La variedad de grano blanco V 80 Turrent tuvo un rendimiento medio de 5 706 kg ha^-1, 12.1% menos que Maíz Texotli Puma. Los resultados obtenidos señalan que los materiales podrían competir en el mercado mexicano de maíz grano, al superar a la variedad de grano amarillo V 54 A que obtuvo un rendimiento de 5 383 kg ha^-1. La variedad V-62 tuvo el rendimiento más bajo, con 3 178 kg ha^-1 (Cuadro 3).

Las variedades Maíz Matlalli Puma y VS-334 C, presentaron las floraciones masculinas más tardías con 81 días y 82 días a floración femenina, respectivamente. Mientras que la variedad V 54 A expresó las floraciones masculinas con mayor precocidad con 73 y 75 días a floración femenina. La altura de planta varió de 183 cm en la variedad V 62, hasta 224 cm en la variedad Maíz Texotli Puma. La altura de mazorca osciló de 90 cm en la variedad V 62, hasta 116 cm en la variedad V 23 Huamantla (Cuadro 3).

Para el peso volumétrico entre variedades, los valores oscilaron de los 68.8 kg hl^-1 para la variedad V 23 Huamantla, hasta los 76.1 kg hl^-1 para la variedad V 54 A, la media general fue de 72.5 kg hl^-1, valor ligeramente bajo de acuerdo con la norma NMX 034 de 2002 (^{DOF, 2002}), para maíces destinados a la nixtamalización (74 kg hl^-1). Sólo la variedad V 62 tuvo un peso aceptable (74.8 kg hl^-1), con base a la norma. El porcentaje de grano varió del 79% en la variedad VS-334 C, hasta el 86% en la variedad V 23 Huamantla. Las localidades más productivas se asociaron a porcentajes de grano más altos (Cuadro 3).

El análisis de varianza del modelo AMMI para rendimiento de grano detectó diferencias altamente significativas (p≤ 0.01) entre ambientes, entre genotipos, y en la interacción genotipo por ambiente (IGA), lo que justifica el uso del procedimiento AMMI en el estudio. La aportación total a la suma de cuadrados por parte del factor ambiental fue de 53.03%, los efectos genotípicos aportaron 25.2%, y la IGA contribuyó con 15.9% de la variación total, resultados similares a los obtenidos por ^{Vélez et al. (2018)}; ^{Mushayi et al. (2020}).

Quienes reportaron el dominio de los efectos ambientales como fuente de variación en multi ambientes, lo cual indica que el sistema agrícola, el suelo, los fertilizantes, las variedades, y los factores climáticos tienen diferentes efectos en el rendimiento del maíz (^{Li et al., 2019}). Con ayuda de la prueba de ^{Gollob (1968}), se identificó alta significancia (p≤ 0.01) en los componentes principales y en los residuales.

El CP1 explicó el 49.6% de la variabilidad de la IGA, el CP2 aportó su 24.3%, para sumar un total de 73.9%, resultados que concuerdan con lo reportado por ^{Gauch (2013}), quien señaló que el procedimiento AMMI es ampliamente predicho por los dos primeros componentes principales (Cuadro 4).

En el estudio de la IGA, el análisis con el Biplot AMMI1 identificó que los genotipos con efectos mayores en la IGA fueron Centli Puma (G3), V-62 (G2) y Maíz Texotli Puma (G10), por sus altos valores de su CP1. Las variedades que tuvieron un efecto menor de la IGA debido a sus valores de CP1 muy cercano a cero (^{Zobel et al., 1988}), fueron V 80 Turrent (G1), V 23 Huamantla (G5) y Cuxi Puma (G9); es decir, contribuyeron en menor magnitud en la IGA y se consideraron estables (Figura 2).

Figura 2 Biplot AMMI1, CP1 y el rendimiento en kg ha^-1 de nueve variedades de maíz de polinización libre evaluadas en nueve ambientes. 

En la Figura 3, Biplot AMMI2, se muestra que las variedades con mayor estabilidad en el rendimiento de grano y de amplia adaptación fueron V 80 Turrent (G1) y V 23 Huamantla (G5), y se ubicaron más cerca al origen en el gráfico biplot; por el contrario, las variedades más alejadas del origen mostraron mayor variación en su comportamiento (^{Yan et al., 2000}), como Cuxi Puma (G9), Maíz Texotli Puma (G10), V 54 A (G7) y Centli Puma (3).

Figura 3 Biplot AMMI2, CP 1 y CP2 de nueve variedades de maíz de polinización libre evaluadas en nueve ambientes. 

Conclusiones

Se determinó que las variedades de maíz azul de polinización libre Maíz Texotli Puma y Maíz Matlalli Puma, tuvieron los mejores rendimientos de grano y mostraron excelente comportamiento agronómico en los ambientes de evaluación de 2016 a 2019. Las variedades de maíz de polinización libre V 80 Turrent y V 23 Huamantla presentaron mejor estabilidad en el rendimiento de grano y dado que la variedad V 80 Turrent es una variedad recientemente generada, se recomienda su liberación comercial por su comportamiento agronómico y su potencial productivo.