Ciencia de los Pastos y otros Cultivos

Caracterización de la estructura floral y evaluación de la producción de semillas de diferentes materiales de Tithonia diversifolia Hemsl. A. Gray. en Cuba

Idalmis Rodríguez García^{1  *} 
http://orcid.org/0000-0001-5897-5431

C. Padilla Corralea¹ 
http://orcid.org/0000-0002-6794-8694

Yolaine Medina Mesa¹ 
http://orcid.org/0000-0003-0869-2665

¹Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas. Mayabeque, Cuba

Resumen

Para caracterizar la estructura reproductiva, la producción y la germinación de semillas de diferentes materiales de Tithonia diversifolia Hemsl.) A. Gray, se desarrollaron tres investigaciones en diferentes momentos y se evaluaron cinco materiales vegetales (3,10, 16, 23, 25). Se realizó la cosecha de diez cabezuelas (2018 y 2019) mediante un muestreo al azar en cinco puntos en la diagonal del campo. Los materiales evaluados constituyen los tratamientos. Se utilizó un diseño completamente aleatorizado para el análisis de las variables diámetro (cm) y peso de las cabezuelas (g), número y peso (mg) de semillas llenas y vacías y de SPG cabezuelas^-1. Al número total y al por ciento de germinación de las semillas (en diferentes momentos 3, 5, 7 y 30 días) se les realizó análisis de varianza no paramétrico de clasificación simple. Los materiales estudiados presentaron diferencias fenotípicas en cuanto a su estructura reproductiva. Las cabezuelas del material 25 tuvieron mayor diámetro. El material 16, por su mayor peso, se distinguió del resto de los materiales evaluados. El desecho de las cabezuelas es, aproximadamente, de 71.18 % de su peso total. La producción de semillas de los materiales 10, 23 y 25 es muy similar con respecto al número total de semillas presentes en las cabezuelas, así como al número de semillas vacías. Sin embargo, el material 23 mostró menor número de semillas llenas (P ≤ 0.0005). Estos resultados contribuyen al conocimiento de las características reproductivas de cada material específico, lo que permitirá desarrollar trabajos futuros, relacionados con la estrategia de producción de semilla gámica.

Palabras clave: semilla gámica; Tithonia; germinación; inflorescencias

En Cuba, ^{Ruíz et al. (2017)} determinaron las características que resultan contrastantes, en cuanto a rasgos morfológicos y porcentaje de germinación de las semillas, a partir de un grupo de materiales de Tithonia, colectados en diferentes regiones edafoclimáticas del país (29 de la zona centro-occidental en 2006 y 52 de la zona centro-oriental en 2015).

En el mundo, actualmente, esta planta es de gran interés para la alimentación animal. En Cuba se considera como una de las formas más económicas de suministrar proteína, por lo que la búsqueda de alternativas económicas para la reproducción y propagación de esta especie por vía gámica constituye un reto y una prioridad para la comunidad científica.

El objetivo de esta investigación fue caracterizar la estructura reproductiva, producción y germinación de semillas de diferentes materiales de Tithonia diversifolia Hemsl) A. Gray.

Materiales y Métodos

La investigación se desarrolló en un suelo ferralítico rojo éutrico (^{Hernández et al. 2015}), en la estación experimental Miguel Sistach Naya, del Instituto de Ciencia Animal, ubicado en Mayabeque, Cuba. Los materiales vegetales de T. diversifolia se correspondieron con los propuestos por ^{Ruíz et al. (2014)} para corte o pastoreo. La caracterización de la estructura floral se determinó en tres investigaciones y la evaluación de la producción de semillas se desarrolló en el experimento 2.

Experimento 1. Los muestreos se realizaron en parcelas de 0.028 ha, establecidas en agosto del 2018, con el objetivo de producir semillas. Los materiales evaluados fueron el 10, 23 y 25. Se cosecharon en un área de 50 cabezuelas^-1 de la floración de noviembre del 2018.

Experimento 2. En el mismo campo del experimento anterior se cosecharon 50 cabezuelas de la floración de noviembre del 2019.

Experimento 3. Los materiales evaluados fueron el 3, 10, 16 y 23. Las inflorescencias se recolectaron de campos de T. diversifolia, establecidos en julio de 2015. El área de muestreo la constituyeron cinco parcelas de 25 m².

En los experimentos 2 y 3, la cosecha se realizó en campos establecidos con anterioridad. Para ello se hizo, en mayo, un corte de uniformidad del área, con la intención de provocar la aparición de flujos uniformes de floración, que se produjeron en la última semana de octubre en todos los materiales estudiados. El mejor momento de cosecha de la semilla se alcanzó en la primera quincena de noviembre.

El muestreo se realizó según el estado fenológico de cabezuelas, propuesto por ^{Padilla et al. (2018)} (cabezuelas verdes con pétalos marchitos y sin pétalos y cabezuelas con brácteas y pedúnculos secos, color marrón). Se tomaron 10 cabezuelas en cinco puntos de muestreo, al azar y en diagonal. Se determinó el diámetro (cm) con un pie de rey, así como el peso verde (g) de las mismas. Luego, se realizó el secado y postcosecha para obtener las semillas. De las 10 cabezuelas se evaluó el porcentaje de MS, peso seco total (g), peso del desecho (diferencia entre el peso total de las cabezuelas y el peso de semillas, g), peso de semillas (mg) llenas y vacías y de la SPG cabezuelas^-1. Estas últimas se calcularon a partir del peso de semillas llenas parcelas^-1 y el por ciento de germinación y el peso de 1000 semillas llenas (g). El peso de las semillas y de las cabezuelas se determinó en una balanza analítica (TE12S, marca Sartorius).

Se cuantificó el número total de semillas y se clasificaron en llenas y vacías, determinando su dureza al tacto. El porcentaje de germinación se evaluó mediante prueba de germinación, poniendo 100 semillas llenas por placa de Petri y cuatro réplicas, como lo indica la norma del International Seed Testing Association (^{ISTA 2015}). Se utilizó un sustrato de algodón que se humedeció con agua destilada. Las placas se colocaron en condiciones de laboratorio, a temperatura ambiente (26-28 ºC) y luz natural. Se determinó el porcentaje de germinación total a los 30 días (y en tres momentos a los 3, 5 y 7 días de germinadas), el número de plántulas germinadas en las placas y el por ciento de MS de las mismas.

Se verificaron los supuestos teóricos del análisis de varianza para todas las variables, a partir de las dócima de ^{Shapiro y Wilk (1965)} para la normalidad de los errores y la dócima de ^{Levene (1960)} para la homogeneidad de varianza.

Las variables diámetro (cm) y peso total de las cabezuelas (g), número de semillas llenas y vacías, el peso de cada una y de la SPG cabezuelas^-1 cumplieron los supuestos. Se realizó el ANAVA según diseño completamente aleatorizado, donde los materiales evaluados constituyeron los tratamientos. Para la comparación de las medias se utilizó la dócima de ^{Duncan (1955)}. Los datos se procesaron mediante el paquete estadístico Infostat (^{Di Rienzo et al. 2012})

Las variables número total y porcentaje de germinación de las semillas (en diferentes momentos y total) no cumplieron con los supuestos teóricos del ANAVA. Posteriormente, se aplicaron las transformaciones de datos √x para la variable número total de semillas y arcosen √%, para las variables expresadas en %. No obstante, estas no mejoraron dicho cumplimiento, por lo que se realizó análisis de varianza no paramétrico de clasificación simple (Kruskal Wallis) y se aplicó la dócima de ^{Conover (1999)} para la comparación de los rangos medios.

Las variables número de plántulas y su por ciento de MS no cumplieron con los supuestos teóricos del ANAVA. La transformación √x y arcosen √%, no mejoró los supuestos citados, por lo que se realizó análisis de varianza no paramétrico de bloque al azar (Friedman), con arreglo factorial 3*3. Los factores fueron los materiales evaluados (10, 23 y 25) y los momentos el número de días germinados (3, 7 y 10). Para la comparación de rangos medios se aplicó la dócima de ^{Bonferroni (1936)}.

Resultados y Discusión

Poco se sabe acerca de la estructura floral del capítulo o cabezuela, la anatomía de flores y los cambios de desarrollo de los órganos florales de T. diversifolia. Sin embargo, las investigaciones de otras especies de Asteracea, realizadas por ^{Oba et al. (2017)} e ^{Ibañez et al. (2017)} sobre la estructura externa e interna de las flores y la caracterización de las etapas de desarrollo de las cabezuelas permitieron comprender mejor las características reproductivas de esta familia, y dilucidar la causa de la baja eficiencia de la propagación de las semillas. En Cuba, ^{Padilla et al. (2018)} demostraron en T. diversifolia que a partir de los cambios fenológicos que se producen en las cabezuelas, se puede definir el momento óptimo de cosecha, y que con ello se logra incrementar significativamente el porcentaje de germinación, peso de 1000 semillas y rendimiento de SPG. Los autores citados, a partir de sus resultados, dilucidaron el criterio que prevalecía, y que plantea que las semillas de esta especie tienen baja germinación y viabilidad.

Los materiales estudiados presentan diferencias fenotípicas, en cuanto a su estructura reproductiva (tabla 1). Las cabezuelas del material 25 presentaron mayor diámetro y peso verde de las cabezuelas (tabla 2), con respecto a los demás materiales. Sin embargo, no difirieron del material 23, en cuanto al peso (MV y MS) y porcentaje de MS de la estructura floral (tabla 2 y 3). El material 16 presentó características fenotípicas, en cuanto a su estructura reproductiva (diámetro y peso de las cabezuelas), que lo distinguieron de los demás materiales evaluados en el experimento 3.

Table 1 Performance of seed heads diameter (cm) of different materials 

	Experiments	Materials					SE±	p
		10	23	25	3	16
	1	1.95^c	2.05^b	2.36^a	-	-	0.019	<0.0001
	2	2.43^b	2.35^c	2.97^a	-	-	0.027	<0.0001
	3	2.45^b	2.34^c	-	2.51^b	2.58^a	0.022	<0.0001

Means with different letters in each row differ at P ≤ 0.05 ^{Duncan (1955)}

Table 2 Green weight of seed heads from different materials, g 

Experiments	Plant materials					SE±	p
	10	23	25	3	16
1	0.18	0.15	0.19	-	-	0.01	0.13
2	0.11^b	0.10^b	0.42^a			0.03	<0.0001
3	0.31^b	0.30^b	-	0.32^b	0.44 ^a	0.02	0.0001

Means with different letters in each row differ at P ≤ 0.05 ^{Duncan (1955)}

Según ^{González-Castillo et al. (2014)}, las cabezuelas pueden llegar a alcanzar hasta cuatro cm de diámetro. En este caso, los valores indicados en la literatura se encuentran entre 2.5 y 3.5 cm. Estudios de dispersión de esta especie, desarrollados por ^{Wang et al. (2004} y ²⁰⁰⁸⁾ en cinco regiones de China, geográficamente diferentes, señalan que el diámetro de las cabezuelas fue de 2.6 a 3.2 cm.

El peso del desecho (tabla 3) de las cabezuelas es, aproximadamente, 71.18 % del peso total. Es muy importante conocer este dato para el procesamiento de las semillas, ya que es considerable la cantidad de residuos de las semillas a separar durante el proceso de beneficio. Los materiales 23 y 25 presentaron mayor porcentaje de MS y mayor peso del material de desecho, lo que se pudiera asociar a las características específicas del material.

Table 3 Weight and DM percentage of floral structure from three Tithonia materials 

Variables	Materials			SE±	p
	10	23	25
Weight GM heads, g	1.88	1.50	1.95	0.07	0.07
Weight DM heads, g	0.59^b	0.64^ab	0.75^a	0.01	0.02
Waste weight (DM) heads, mg	0.42^b	0.51^a	0.53^a	0.01	0.02
DM percentage heads, %	34.16^b	44.11^a	39.94^a	0.04	0.07

Means with different letters in each row differ at P ≤ 0.05 ^{Duncan (1955)}

Elevados contenidos de MS en las cabezuelas es un rasgo importante a considerar. Según ^{Marcos Filho (2015)}, esta variable puede influir en el proceso de formación de la semilla, al considerar que una mayor masa seca acumulada es una indicación de que las semillas han alcanzado su madurez fisiológica, cuando no hay más translocación de asimilados de la planta a las semillas. En este sentido, ^{Morales-Nieto et al. (2012)} indican que el peso de la semilla es el mejor indicador para definir que lograron su maduración fisiológica y están aptas para la cosecha.

Según ^{Romero-Saritama (2018)}, los estudios morfológicos y fisiológicos en semillas de especies leñosas son de gran importancia y su conocimiento permite relacionar la adaptación de estas especies a las condiciones edafoclimáticas donde se desarrollan y, a su vez, posibilita trazar las estrategias para su conservación y extensión. Este autor estudió los rasgos morfológicos regenerativos de las semillas de diferentes especies en los bosques secos de Ecuador. Entre los principales rasgos o características que evaluó se destacan la tolerancia a la desecación (la mayoría de las especies presentan bajos contenidos de humedad, entre 3 y 7 %), el tamaño (promedio entre 10 x 6 mm de largo y ancho respectivamente), peso (masa menor a 3 g) y forma (presencia de embriones desarrollados).

Los rasgos morfológicos de las semillas de Tithonia, al igual que los de la mayoría de las Asteraceas, permiten una mayor diseminación de las mismas. Según ^{Santos-Gally et al. (2020)}, el heteromorfismo (diferencias entre aquenios centrales y periféricos en una cabezuela) en T. diversifolia pudiera representar una estrategia de esta especie para su adaptación a condiciones ambientales inciertas. Estos autores señalan que los aquenios centrales presentan aristas (potencialmente asociadas con dispersión zoocorosa), latencia débil y mayor tasa y éxito de germinación, al menos en una de las dos poblaciones evaluadas. Los aquenios periféricos carecen de estructuras asociadas con la dispersión y tienen menor tasa de germinación y éxito.

Estudios realizados en Rwanda (^{Seburanga 2014}) se demostró que hasta 18 % de los aquenios inmaduros de una cabezuela pueden ser removidos por los canarios (Serinus capistratus), por lo que es necesario considerar las afectaciones que se pueden presentar por parte de las aves en la producción de semillas.

En los tres materiales (figura 1), la producción de semillas fue muy similar con respecto al número total de semillas presentes en las cabezuelas, así como en relación con el número de semillas vacías. Sin embargo, el material 23 presentó menor número de semillas llenas (P ≤ 0.0005).

Figure 1 Gamic seed production of three Tithonia materials 

En cada uno de los materiales evaluados, el número de semillas llenas, determinado por inflorescencia (cabezuela), estuvo por debajo de lo informado en la literatura para otras regiones. En China, ^{Wang et al. (2004)} determinaron entre 164.2 y 231 semillas por cabezuelas. En Nigeria, ^{Muoghalu y Chuba (2005)} y ^{Muoghalu (2008)} señalaron valores de 179.7 y entre 136 - 144 semillas, respectivamente. De acuerdo con ^{Mattar et al. (2019)}, cada inflorescencia de T. diversifolia puede producir cerca de 189.8 semillas.

En otras investigaciones se informan valores más cercanos al rango determinado en este estudio, tal es el caso de los trabajos de ^{Etejere y Olayinka (2014} y ²⁰¹⁵⁾ (32-62 semillas cabezuelas^-1) en Nigeria y de ^{Silva et al. (1990)} (89.9 semillas cabezuelas^-1) en Brasil. En Cuba, estudios de ^{Padilla et al. (2018)}, donde se define el momento óptimo de cosecha de acuerdo con el desarrollo fenológico de maduración de la cabezuela, el número de semillas llenas por cabezuela fue de 11, 31 y 23, cuando se cosecharon en el estado de cabezuelas con brácteas verdes y pétalos marchitos, brácteas verdes sin pétalos y brácteas y pedúnculos secos color marrón, respectivamente. Se evidenció que en las cosechas en los estadios más jóvenes de desarrollo de la cabezuela, la presencia de semillas llenas fue menor (11) con respecto al de semillas vacías, que fue mayor (53). Se observó además, que en las cabezuelas de mayor maduración se reduce a 22 semillas vacías por cabezuela.

No obstante a lo anterior, en estudios de dispersión de las poblaciones de esta especie (^{Sun et al. 2007}), realizados en China, se informan valores superiores de producción de semillas (80 000 a 160 000 aquenios m^-2). Según ^{Gallego-Castro (2016)}, en las condiciones edafoclimáticas del trópico alto de la región de Antioquia en Colombia, el número de flores promedio por planta es de 88.7, y cada flor produce, como promedio, 61.2 semillas. La discusión de los indicadores número de semilla, por ciento de germinación y peso de cabezuelas, así como el peso de 1000 semillas depende del tipo de semilla y de la información precisa (semillas llenas o total y la pureza del lote), que en ocasiones no se indica en la metodología de las investigaciones.

En Colombia, ^{Saavedra (2016)} caracterizó el desempeño germinativo de la semilla sexual de T. diversifolia de diferentes procedencias. Para ello recolectó semillas en cuatro departamentos, donde se ha registrado la presencia antigua de la especie (Meta, Antioquia, Caldas y Valle del Cauca). Las pruebas de viabilidad de las semillas mostraron que más del 15 % de los frutos producidos son vanos, más del 9 % de la semilla es rudimentaria, y más del 50 % de las semillas producidas presentan alguna malformación que las hace no viables. Por lo tanto, aproximadamente, 74 % de los frutos producidos por esta especie no forman semilla, y no se convierten en nuevos individuos.

El material 25 se destaca por el mayor peso de 1000 semillas (6.54 g) (tabla 4). Los valores del peso de 1000 semillas resultaron superiores a los determinados por ^{Ayeni et al. (1997)}. Según estos autores, las poblaciones de T. diversifolia que abundan al sur oeste de Nigeria presentan valores entre 2.5 y 2.6 g. ^{Wang et al. (2004)} y ^{Sun et al. (2007)}, en China, determinaron cifras entre 4.64 y 6.50 g, al realizar estudios en varias regiones de la provincia de Yunan. ^{Gallego (2016)} informa un peso de 7.36 g por cada 1000 semillas, lo que resulta superior a lo obtenido en esta investigación. Los materiales 10 y 25 no difieren en cuanto al peso de SPG por cabezuelas, lo que puede estar asociado al peso similar, obtenido de las semillas llenas.

Table 4 Weight of 1000 seeds and PGS heads^-1 of three Tithonia materials 

Variables	Materials			SE ±	p
	10	23	25
Weight of 1000 seeds, g	5.26^b	5.69^b	6.54^a	0.20	0.0005
PGS, mg per heads	3.79^a	1.60^b	5.48^a	1.13	0.0014
Weight of full per heads, mg	0.09^a	0.03^b	0.09^a	0.008	0.0010
Weight of empty seeds per heads, mg	0.07^b	0.08^ab	0.11^a	0.007	0.0400

Means with different letters in each row differ at P ≤ 0.05 ^{Duncan (1955)}

En Cuba, ^{Ruíz et al. (2018)} informan acerca de la capacidad de germinación de algunos de los materiales estudiados. Con respecto a las características morfológicas y la germinación de la semilla, ^{Rivera et al. (2018)} determinaron para el material 25 valores superiores a los del presente estudio (73 %) (tabla 5). Sin embargo, para los materiales 10 y 23, los porcentajes de germinación obtenidos aquí fueron superiores (44 y 53 %, respectivamente) a los referidos por estos autores (6.5 y 20 %).

Table 5 Germination percentage of different T. diversifolia materials 

Indicator	Plant material			p
	10	23	25
Percentage of total germination	10.60 (44.22) SD =8.15	16.20 (53.61) SD =10.97	19.70 (60.90) SD =20.31	0.0658
Germination percentage 72hours	16.20^ab (37.10) SD =6.08	10.15^b (27.50) SD =10.54	20.15^a (51.10) SD =23.38	0.0376

Means with different letters in each row differ at P ≤ 0.05 (^{Bonferroni 1936}).

SD= Standard deviation ( ) mean ranges

En México, ^{Santos-Gally et al. (2017}, ²⁰¹⁹⁾ obtuvieron en esta especie porcentajes de germinación superiores al 90 % en pruebas de germinación de laboratorio, mientras que en siembras en campo fueron entre 50 y 70 %. Un porcentaje de geminación superior (81%) alcanzaron ^{Etejere et al. (2014)}, al realizar la siembra de semilla sexual en macetas. Estos autores determinaron que la profundidad de siembra es un factor que afecta de forma significativa el porcentaje de germinación. Asimismo, evaluaron la respuesta de la germinación a diferentes profundidades (0, 0.5, 1.5, 2.5 y 3.5 cm) con respecto a la superficie del suelo. Observaron que el mayor porcentaje de germinación se presentó en la profundidad 0 cm, y disminuyó en la medida que aumentaba la profundidad. En las profundidades de 0 a 2,5 cm, la emergencia se produjo, aproximadamente, a los cinco días, y en la profundidad de 3,5 cm inició a partir del sexto día.

^{Padilla et al. (2020)} proponen cubrir la semilla con pequeñas cantidades de estiércol vacuno en cada nicho, para propiciar condiciones de estabilidad para la germinación y sobrevivencia de las plantas jóvenes, lo que provoca un mejor desarrollo de las mismas.

El análisis de varianza no paramétrico de bloques al azar con arreglo factorial no mostró interacción significativa, por lo que se dejan ver los efectos principales para la variable número de plántulas y porcentaje de MS de las mismas (tabla 6).

Table 6 Number of germinated plants and DM percentage of the seedlings from different T. diversifolia materials 

Indicators	Materials			Moments: number of germinated days
	10	23	25	3	5	7
Number of seedlings	30.60^c (5.50) SD=24.49	43.67^b (7.93) SD=18.76	60.68^a (16.67) SD=24.57	54.82^a (15.70) SD=29.92	44.75^ab (8.87) SD=23.42	35.10^b (5.66) SD=19.66
p	<0.0001	0.0006
% DM	32.36^b (4.14) SD=5.23	59.67^a (10.94) SD=6.53	45.37^ab (8.05) SD=3.08	45.33 (8.60) SD=6.81	40.89 (6.69) SD=5.70	50.89 (7.73) SD=4.66
p	<0.0001			0.2246

Means with different letters in each row differ at P ≤ 0.05 (^{Bonferroni 1936}).

SD= Standard deviation ( ) mean ranges

La emergencia de las plántulas es, probablemente, el evento fenológico más importante que influye en el éxito de una plantación. Representa el momento en el cual una plántula se hace independiente de las reservas seminales no renovables, originalmente producidas por sus progenitores, y es cuando comienza el autotrofismo fotosintético.

Una vez que ha ocurrido la emergencia de la radícula y se ha iniciado el crecimiento de la plántula, esta última utiliza las reservas de nutrientes almacenadas en la semilla durante la fase de desarrollo, con vistas a apoyar su crecimiento. La eficiencia con que ocurre este proceso está relacionada, probablemente, con el vigor y la tasa de crecimiento de la plántula, lo que a su vez influye en la probabilidad de una emergencia exitosa en el campo y en el establecimiento de la planta (^{Hilhorst y Bradford, 2000}).

En el material 23, a pesar de presentar el menor número de semillas por cabezuelas y peso de SPG, se puede apreciar que el porcentaje de MS de las plántulas fue superior. De igual forma, las plántulas del material 25 presentaron valores superiores. Este comportamiento y su relación con el vigor y la tasa de crecimiento de las plántulas, se puede asociar con una respuesta fisiológica del material para garantizar mayor sobrevivencia.

Se concluye que los materiales avalados muestran diferencias, en cuanto a la estructura floral y el número de semillas por cabezuelas, como características morfológicas, y en su germinación.

Los resultados obtenidos en este estudio contribuyen al conocimiento de las características reproductivas de esta planta y de cada material en específico, lo que permitirá desarrollar trabajos futuros, relacionados con la estrategia de producción de semilla gámica.

References

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Recibido: 25 de Junio de 2021; Aprobado: 04 de Octubre de 2021

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