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Introducción
Agave potatorum Zucc. (maguey papalomé) pertenece a la familia Asparagaceae y subfamilia Agavoideae (APG, 2016; García-Mendoza et al., 2019); se distribuye desde el extremo oriental de la cuenca del Río Balsas, el Valle de Tehuacán-Cuicatlán, hasta las partes bajas de la Sierra Mixteca y montañas centrales de Oaxaca (García-Mendoza, 2010). Es una especie no maderable, se usa para producir mezcal “tobalá”, el cual tiene alto potencial de mercado (Barrientos et al., 2019).
En Oaxaca, su cultivo es incipiente (García et al., 2004) y el acaule o “piña” requiere entre 8 y 12 años para su aprovechamiento (Martínez-Ramírez et al., 2013) que se realiza antes de su floración, lo que interrumpe el proceso de reproducción sexual, limita la producción de semillas, la cual es fuente de germoplasma para una propagación más efectiva (García-Mendoza, 2010). La reproducción asexual es inexistente, porque no produce propágulos vegetativos (Torres et al., 2015).
De acuerdo con la Asociación Internacional de Análisis de Semillas, ISTA (ISTA, 2021), la evaluación de la germinación estándar es el procedimiento más común para conocer la calidad fisiológica de un lote de semillas, esta se realiza en condiciones controladas para que las semillas lleven a cabo las etapas o fases de la germinación (García-López et al., 2016).
En A. potatorum, la germinación es de tipo epigea, oleoproteaginosa y recalcitrante (Gutiérrez-Hernández et al., 2020). Ortiz-Hernández et al. (2018) proponen evaluar la germinación a los 10 y 15 días después de la siembra (dds).
En otras especies como Agave lechuguilla Torr., Agave asperrima Jacobi, Agave salmiana Otto ex Salm-Dyck y Agave striata Zucc. se ha evaluado la calidad fisiológica de la semilla, el efecto del gradiente de temperatura y potencial hídrico (ψ) en la germinación (Ramírez, 2010). En A. salmiana se observa una germinación de 95 % (Peña-Valdivia et al., 2006), para A. mapisaga Trel. de 70 % y en A. angustifolia Haw. subsp. tequilana (F. A. C. Weber) Valenz.-Zap. & Nabhan 50 % (Ramírez et al., 2016).
En los procesos de germinación, los hongos micorrízicos arbusculares (HMa) influyen en el ablandamiento de la testa (Quiñones-Aguilar et al., 2016) y en la producción de fitohormonas en la semilla, como giberelinas y ácido indolacético (Alcántara et al., 2019). Asimismo, los HMa forman asociaciones simbióticas con las plantas e influyen en la captación de fósforo; en agaves su efecto se ha evaluado en el crecimiento de Agave inaequidens K. Koch (Quiñones-Aguilar et al., 2016) y Agave cupreata Trel. & A. Berger (Trinidad-Cruz et al., 2017).
Agave potatorum es un recurso fitogenétigo estratégico con valor económico enlazado indisolublemente a la cultura de las comunidades San Miguel Piedras, Nochixtlán, Oaxaca, México, en donde se requiere promover la sustentabilidad del recurso. En este contexto, se planteó como objetivo evaluar el efecto de diferentes tratamientos pregerminativos sobre el porcentaje de germinación, para generar una estrategia de propagación y multiplicación.
Materiales y Métodos
Especie de estudio
Agave potatorum es una planta de entre 30 y 60 cm de altura, de 34 a 60 cm de diámetro, perenne, monocárpica; florece de agosto a noviembre, fructifica de noviembre a marzo y produce semillas una sola vez en su ciclo de vida; alcanza su madurez sexual aproximadamente a los seis años; acaulescente (no genera hijuelos); hojas suculentas, ovadas, de 15 a 35 cm largo y 5 a 10 cm de ancho, de coloración blanquizca a verde, dispuestas en roseta (Gentry, 1982; García-Mendoza, 2010). Se distribuye desde los 1 240 a los 2 400 msnm, asociada con vegetación de pino-encino, selva baja caducifolia y matorral xerófilo con Quercus L. Crece en sitios planos o con poca pendiente, sobre suelos arenosos derivados de rocas calizas (Gentry, 1982; Morales et al., 2017; Gutiérrez-Hernández et al., 2020).
Recolecta de semillas y área de estudio
El sitio de recolecta se ubica en el ejido Guadalupe Victoria, municipio San Miguel Piedras, Nochixtlán, Oaxaca, México; entre las coordenadas 17°01'7.62" N y 97°13'19.27" O, a una altitud de 1 832 m (Calderón de Rzedowski y Germán, 1993); clima tipo semicálido subhúmedo (A)C(w1) (García et al., 2004), temperatura media anual de 16.5 °C, precipitación promedio anual de 842.2 mm; suelo tipo Litosol (Inegi, 2018) (Figura 1).
Figura 1 Ubicación del área de estudio en el ejido Guadalupe Victoria, municipio San Miguel Piedras, Nochixtlán, Oaxaca, México.
En febrero de 2021, se recolectaron 80 cápsulas maduras de A. potatorum de plantas adultas, seleccionadas con base en su altura (cm), diámetro (cm) y conformación de rosetas (García-Mendoza et al., 2019). Los frutos se colocaron en bolsas de plástico, herméticas y transparentes (10×10 cm) a temperatura ambiente (25 °C).
Tratamientos pregerminativos
Las semillas se mantuvieron durante un año en refrigeración a 4 °C y humedad relativa de 5 %; los ensayos de germinación se realizaron en los laboratorios de Cultivo de Tejidos Vegetales del Campo Experimental Saltillo CIRNE-INIFAP y en el Centro de Capacitación y Desarrollo en Tecnología de Semillas (CCDTS) de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro.
En el estudio se utilizó semilla pura (310.27 g) con una viabilidad de 71 %, determinada con la prueba de 2,3,5 trifenil cloruro de tetrazolio (Sigma-Aldrich ®, EE. UU.) al 0.5 % (ISTA, 2021). La semilla pura se separó por tamaño con un soplador South Dakota ® modelo CFY-II, con una abertura de 3 cm 1 min-1, para obtener tres muestras: semilla chica (186.15 g), mediana (77.56 g) y grande (46.56 g) de acuerdo a la clasificación de Vázquez et al. (2011).
En los tres tamaños de semilla (chica, mediana y grande) se evaluaron cinco tratamientos: T1: 500 ppm de ácido giberélico (Sigma-Aldrich ®, EE. UU.) (AG3); T2: 1 000 ppm de AG3 (solución base de 100 mg de AG3 en 100 mL de agua destilada); T3: 50 % de inoculación de micorriza (23 esporas g-1) (Glomus intraradices N. C. Schenck & G. S. Sm. 1982); T4: 100 % de micorriza (46 esporas g-1) (solución base 1 g de micorriza en 100 mL de agua destilada); y T5: Agua destilada (testigo).
La prueba de germinación se hizo con base en el ISTA (ISTA, 2021) con la modificación en el número de semillas de cada unidad experimental, debido a la reducida cantidad de semilla pura recolectada. Por cada tamaño de semilla se consideraron 20 como unidad experimental y se establecieron nueve repeticiones por tratamiento. Rao et al. (2007) y Di Sacco et al. (2020) han sugerido que, para especies con problemas de regeneración, en especial taxones silvestres, entre 100 y 300 semillas es buen tamaño de muestra para un análisis estadístico.
Cada unidad experimental se colocó en una caja Petri, sobre papel filtro Whatman ® #1, remojado previamente con 3 mL del tratamiento correspondiente. Las nueve repeticiones por tratamiento de los tres tamaños de semilla se colocaron en una cámara de incubación marca Hoffman ® modelo UMF500, a temperatura controlada (28±1 °C), con un fotoperiodo de 8 h luz y 16 h de oscuridad (ISTA, 2021).
En cada tratamiento se consideraron dos fechas de evaluación: F1=10 dds y F2=15 dds (Ortiz-Hernández et al., 2018). Por cada tamaño de semilla se evaluaron 900, para un total de 2 700.
Variables evaluadas y análisis estadístico
Se determinó el número de semillas germinadas para obtener el porcentaje de germinación estándar (GE) por tratamiento y tamaño de semilla, lo anterior con base en la clasificación de AOSA (1983); la germinación fue la variable dependiente. Los datos se sometieron a un análisis correspondiente a un diseño completamente al azar con arreglo factorial de 5×3×2 de efectos fijos con el siguiente modelo:
Donde:
Se verificó que los supuestos de homogeneidad de varianza (Barlett y Levene para las interacciones), de normalidad (Shapiro-Wilk), independencia (prueba de rachas) y de no aditividad del modelo (Tukey) se cumplieran. Debido a que la variable se expresa en unidades porcentuales, se utilizó la transformación arco seno. Cuando existieron diferencias estadísticas entre factores, niveles e interacciones, se aplicaron pruebas de Tukey (α=0.05). Para el análisis estadístico se usaron las librerías: ‘tidyverse’ y ‘agricolae’ del software estadístico R ® versión 3.5.3 (R Core Team, 2020).
Resultados y Discusión
Cumplimiento de los supuestos del análisis de varianza
La homogeneidad de Barlett para la variable germinación fue constante para la Fecha (p=0.4823), Tamaño (p=0.5799) y Tratamientos (p=0.2353). La prueba de Levene para las interacciones (Fecha×Tamaño×Tratamientos) no rechazó la hipótesis Ho (p=0.9938). Los residuales se distribuyeron de manera normal (p=0.3955), fueron independientes (p=0.2015) y el modelo fue aditivo (Tukey p=0.5162).
Germinación de semillas de Agave potatorum
Existen diferencias significativas en la germinación de A. potatorum entre: Fechas (p=0.0004) y Tratamientos (p=0.0005), además en las interacciones: Fecha×Tratamientos (p=0.0011) y Tamaño×Tratamientos (p=0.0012) (Cuadro 1, Figura 2). Se obtuvo un Coeficiente de variación de 18.12 % y el modelo explicó más de 63 % de la variabilidad de la germinación, lo que resulta en un buen modelo.
Cuadro 1 Análisis de varianza de las pruebas de germinación de Agave potatorum Zucc.
| Fuente de variación | G. L. | S. C. | C. M. | Valor de F | Pr(>F) | Significancia |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Fecha | 1 | 1 359.90 | 1 359.87 | 14.32 | 0.0004 | *** |
| Tamaño | 2 | 212.40 | 106.20 | 1.12 | 0.3335 | |
| Tratamientos | 4 | 2 232.00 | 558.01 | 5.88 | 0.0005 | *** |
| Fecha×Tamaño | 2 | 405.60 | 202.82 | 2.14 | 0.1270 | |
| Fecha×Tratamientos | 4 | 1 978.80 | 494.71 | 5.21 | 0.0011 | ** |
| Tamaño×Tratamientos | 8 | 2 871.90 | 358.99 | 3.78 | 0.0012 | ** |
| Fecha×Tamaño×Tratamientos | 8 | 742.90 | 92.86 | 0.98 | 0.4620 | |
| Residuales | 60 | 5 697.20 | 94.95 |
G. L. = Grados de libertad; S. C. = Suma de cuadrados; C. M. = Cuadrados medios; Pr(>F) = Probabilidad; ** = Significativo; *** = Altamente significativo.
Letras sobre las barras indican los grupos acorde a la prueba de Tukey al 95 %. F1 y F2 = Fechas de evaluación de germinación a los 10 y 15 días después de la siembra; T1 = 500 ppm ácido giberélico (AG3); T2 = 1 000 ppm ácido giberélico (AG3); T3 = 50 % de Glomus intraradices N. C. Schenck & G. S. Sm. 1982; T4 = 100 % G. intraradices; T5 = Agua destilada (testigo).
Figura 2 Efecto de la fecha, tratamientos pregerminativos y tamaño de semillas, sobre la germinación en Agave potatorum Zucc.
Fechas de evaluación. La mayor germinación (69.00 %) de A. potatorum se registró a los 15 dds (Cuadro 2; Figura 3A), pero difiere con lo realizado por Ortiz-Hernández et al. (2018) quienes, en las mismas condiciones de germinación, obtuvieron entre 82 y 85 % con semillas procedentes de Coixtlahuaca (región Mixteca) y de Zaachila (Valles Centrales) de Oaxaca, respectivamente; ambos sitios con diferencias en altitud (2 500 msnm y 1 650 msnm), precipitación (600 a 700 mm y 800 a 900 mm) y temperatura (5 a 25 °C y 10 a 30 °C), en relación con el sitio de recolecta del presente estudio, lo que muestra la plasticidad fenotípica que tiene la especie y la influencia del ambiente en la capacidad germinativa.
Cuadro 2 Estadísticas descriptivas de germinación (%) de Agave potatorum Zucc. en unidades originales.
| Factor/nivel | n | Mín. | Máx. | Mediana | R. I. C. | Media* | D. E. | E. E. | I. C. | C. V. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fecha | ||||||||||
| F1 | 2 700 | 30.00 | 100.00 | 60.00 | 30.00 | 57.33 a | 18.02 | 2.69 | 5.41 | 31.42 |
| F2 | 2 700 | 30.00 | 100.00 | 70.00 | 40.00 | 69.00 b | 18.82 | 2.81 | 5.65 | 27.27 |
| Tamaño | ||||||||||
| Chicas | 900 | 30.00 | 100.00 | 60.00 | 35.00 | 59.33 a | 19.99 | 3.65 | 7.46 | 33.69 |
| Grandes | 900 | 30.00 | 100.00 | 60.00 | 30.00 | 64.00 a | 19.23 | 3.51 | 7.18 | 30.04 |
| Medianas | 900 | 30.00 | 90.00 | 70.00 | 30.00 | 66.17 a | 18.46 | 3.37 | 6.89 | 27.90 |
| Tratamientos | ||||||||||
| T1 | 540 | 30.00 | 100.00 | 80.00 | 17.50 | 75.00 a | 19.78 | 4.66 | 9.84 | 26.37 |
| T2 | 540 | 30.00 | 90.00 | 60.00 | 27.50 | 60.56 b | 18.30 | 4.31 | 9.10 | 30.22 |
| T3 | 540 | 30.00 | 100.00 | 60.00 | 20.00 | 62.22 ab | 19.87 | 4.68 | 9.88 | 31.93 |
| T4 | 540 | 40.00 | 90.00 | 65.00 | 30.00 | 65.00 ab | 18.55 | 4.37 | 9.23 | 28.54 |
| T5 | 540 | 30.00 | 90.00 | 50.00 | 11.25 | 53.06 b | 14.26 | 3.36 | 7.09 | 26.88 |
n = Número de observaciones; Mín. = Valor mínimo; Máx. = Valor máximo; R. I. C. = Rango intercuantílico; Media* = Las letras iguales indican que los grupos son estadísticamente iguales al 95 % según la prueba de Tukey; D. E. = Desviación estándar; E. E. = Error estándar; I. C. = Intervalo de confianza de la media; C. V. = Coeficiente de variación (%). F1 y F2 = Fechas de evaluación de germinación a los 10 y 15 días después de la siembra; T1 = 500 ppm ácido giberélico (AG3); T2 = 1 000 ppm ácido giberélico (AG3); T3 = 50 % de Glomus intraradices N. C. Schenck & G. S. Sm. 1982; T4 = 100 % G. intraradices; T5 = Agua destilada (testigo).
Entre: A = Fechas×Tamaño de semilla; B = Fechas×Tratamientos; C = Tamaño de semilla×Tratamientos. F1 y F2 = Fechas de evaluación de germinación a los 10 y 15 días después de la siembra; T1 = 500 ppm ácido giberélico (AG3); T2 = 1 000 ppm ácido giberélico (AG3); T3 = 50 % de Glomus intraradices N. C. Schenck & G. S. Sm. 1982; T4 = 100 % G. intraradices; T5 = Agua destilada (testigo). El traslape horizontal de las líneas verticales (dentro de cada figura: A, B o C) indica que las medias son estadísticamente iguales (95 %) según la prueba de Tukey.
Figura 3 Interacciones de la germinación de Agave potatorum Zucc.
Aunque se ha registrado una estrecha relación entre el tamaño de la semilla y el porcentaje de germinación (Vázquez et al., 2011) debido al contenido de reservas y tamaño del embrión, el tamaño de semilla de A. potatorum no influyó en el porcentaje de geminación (p=0.3335, Cuadro 1).
Efecto de tratamientos. La mayor geminación de A. potatorum (75 %) se obtuvo con la aplicación de ácido giberélico (AG3) a 500 ppm (T1); mientras que el resto de los tratamientos (T2-T5) registraron estadísticamente la menor geminación (Figura 3B); esto también ocurre en Agave lechuguilla, A. asperrima, A. salmiana y A. striata (Ramírez, 2010). El efecto de este tratamiento muestra la necesidad de aplicar uno pregerminativo para mejorar la germinación y optimizar el lote de semilla de A. potatorum.
En la misma especie, Ortiz-Hernández et al. (2018) registraron una germinación de 4 % sin la aplicación de AG3, resultado que corrobora la necesidad de evaluar la calidad fisiológica de la semilla y su respuesta a diferentes tratamientos pregerminativos.
Aunque el AG3 ha sido documentado para mejorar la germinación en algunas especies (Kaya y Kulan, 2020), en A. potatorum, 1 000 ppm de AG3 tuvieron un efecto inhibitorio, similar a lo observado en otros cultivares (Vásquez et al., 2019), ya que afecta la síntesis de α-amilasas y enzimas hidrolíticas (Ho et al., 2003). Aunque no existe información del efecto micorrizico sobre la germinación de esta especie, la inoculación solo registró una diferencia de 12 % con respecto al Testigo (T5), en el cual se presentó la menor germinación (53 %); la aplicación de G. intraradices pudo influir en la resistencia mecánica de la testa (Quiñones-Aguilar et al., 2016) y en la estimulación de la producción de fitohormonas como giberelinas y ácido indolacético (Alcántara et al., 2019).
Interacción Fecha×Tratamiento. El Anova evidenció que los tratamientos registraron diferente germinación de A. potatorum entre Fechas (p=0.0011) (Cuadro 1); solo algunas interacciones fueron estadísticamente significativas (p<0.05, Cuadro 3C, Figura 3B). Lo anterior coincide con estudios previos (Constantino et al., 2010; Quiñones-Aguilar et al., 2016; Alcántara et al., 2019; Cruz-Cárdenas et al., 2021), ya que es dependiente de la fisiología de cada especie.
Cuadro 3 Contrastes múltiples de Tukey, estadísticamente significativos de la germinación de Agave potatorum Zucc.
| Contraste | Diferencia | Lím. inferior | Lím. superior | p ajustado | Medias* | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Fecha de evaluación (A) | ||||||
| F2-F1 | 7.7742 | 2.4549 | 13.0935 | 0.005 | 69.00 | 57.33 |
| Tratamientos (B) | ||||||
| T5-T1 | -15.280 | -25.645 | -4.915 | 0.001 | 53.06 | 75.00 |
| T2-T1 | -10.746 | -21.111 | -0.381 | 0.038 | 60.56 | 75.00 |
| Fecha: Tratamientos (C) | ||||||
| F2:T5-F2:T1 | -24.861 | -41.955 | -7.768 | 0.000 | 46.11 | 83.33 |
| F1:T3-F2:T1 | -23.930 | -41.023 | -6.836 | 0.001 | 47.78 | 83.33 |
| F2:T5-F2:T3 | -20.639 | -37.733 | -3.546 | 0.007 | 46.11 | 76.67 |
| F2:T3-F1:T3 | 19.708 | 2.614 | 36.801 | 0.012 | 76.67 | 47.78 |
| F1:T4-F2:T1 | -18.999 | -36.093 | -1.906 | 0.018 | 55.56 | 83.33 |
| F1:T2-F2:T1 | -18.579 | -35.673 | -1.486 | 0.022 | 56.67 | 83.33 |
| F2:T5-F2:T4 | -17.813 | -34.907 | -0.720 | 0.034 | 46.11 | 74.44 |
| F2:T4-F1:T3 | 16.881 | -0.212 | 33.975 | 0.056 | 74.44 | 47.78 |
| Tamaño de semilla: Tratamientos (D) | ||||||
| T5:Chicas-T1:Chicas | -28.251 | -51.846 | -4.657 | 0.006 | 48.33 | 86.67 |
| T5:Medianas-T1:Chicas | -26.765 | -50.360 | -3.170 | 0.012 | 50.83 | 86.67 |
| T3:Chicas-T1:Chicas | -26.371 | -49.965 | -2.776 | 0.015 | 51.67 | 86.67 |
| T2:Chicas-T1:Chicas | -25.221 | -48.816 | -1.626 | 0.025 | 53.33 | 86.67 |
| T4:Chicas-T1:Chicas | -23.214 | -46.809 | 0.381 | 0.058 | 56.67 | 86.67 |
F1 y F2 = Fechas de evaluación de germinación a los 10 y 15 días después de la siembra; T1 = 500 ppm ácido giberélico (AG3); T2 = 1 000 ppm ácido giberélico (AG3); T3 = 50 % de Glomus intraradices N. C. Schenck & G. S. Sm. 1982; T4 = 100 % G. intraradices; T5 = Agua destilada (testigo). Medias* en unidades originales, correspondientes a las variables de la columna 1, respectivamente.
Interacción Tamaño×Tratamientos. Los resultados de los contrastes de medias de Tukey mostraron que la mayor germinación (86.67 %) de A. potatorum ocurrió aplicando T1, en semillas chicas (Cuadro 3D, Figura 3C). No se observaron diferencias estadísticamente significativas en la germinación de A. potatorum entre los tratamientos aplicados a las semillas grandes.
Los resultados indican que el uso de AG3 mejora significativamente la germinación de las semillas de A. potatorum, pero en dosis altas se inhibe la acción hormonal de la semilla. El efecto inhibitorio también puede deberse a una alteración de otras fitohormonas como citoquininas, poliaminas y ácido jasmónico que también participan en el desarrollo embrionario y radicular durante la germinación (Alcántara et al., 2019).
Se ha observado que la semilla grande, al tener un embrión de mayor tamaño y peso, tiene una capacidad germinativa que le permite desnaturalizar algunas proteínas, sintetizar sustancias nutritivas y realizar la hidrólisis de lípidos (Baskin y Baskin, 2001; Finch-Savage y Leubner-Metzger, 2006), lo que resulta en la producción de plántulas sanas (Ramírez, 2010).
Conclusiones
La aplicación de 500 ppm de ácido giberélico (AG3) a los 15 días después de la siembra es la más efectiva para mejorar la germinación de semillas de A. potatorum, por lo que se sugiere utilizarlo en las prácticas de propagación. Una dosis mayor de AG3 y el uso de micorrizas inhiben la germinación. Las semillas pequeñas tienen mejor respuesta a los tratamientos de germinación con 500 ppm de AG3; mientras que el tamaño de las semillas medianas y grandes, no influye en la germinación de esta especie. Los resultados apoyan la conservación ex situ y el uso sostenible de A. potatorum, ya que constituyen una base sólida para futuras investigaciones y prácticas de propagación.
