Informe técnico del proyecto

1. INTRODUCCIÓN-JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

Vanilla planifolia Jacks., es una orquídea tropical originaria de los bosques tropicales de México y Centro América (Bory et al. 2008) (Figura 1 y 2). Sus frutos son procesados para la obtención de la vainillina ampliamente utilizada en la industria alimenticia, farmacéutica y cosmética (Sasikumar 2010). Cabe destacar que el cultivo de vainilla en México ha sido considerado emblemático y la calidad de la vainilla mexicana es considerada de gran calidad a tal punto que actualmente se encuentra dentro de los productos que cuentan con denominación de origen. La denominación de origen, según la Ley de la Propiedad Industrial, es “el nombre de una región geográfica del país que sirve para designar un producto originario de la misma, y cuya calidad o característica se deban exclusivamente al medio geográfico, comprendiendo en éste los factores naturales y los humanos”. (Figura 3).Fuente: Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI).

Sin embargo, en los últimos años en México la producción se ha visto en decremento año con año debido a una compleja y diversa problemática, que entre otras se ha atribuido a la variación en los precios, competencia en el mercado con la vainillina sintética, desconocimiento de las vías de acceso a los mercados nacionales e internacionales, falta de adecuación en la infraestructura de producción e insuficiente asistencia técnica o capacitación. Por otra parte, la productividad del cultivo se ha visto disminuida a causa de fenómenos meteorológicos, plagas, enfermedades y la caída prematura de sus frutos (Barrera-Rodríguez et al. 2010, Castro Bobadilla et al. 2011). Esta última constituye una de las principales afectaciones que este cultivo ha confrontado. La caída prematura de los frutos es un fenómeno frecuente en muchos cultivos (Cuevas et al. 1999, Sun et al. 2009). Conjuntamente se conoce que es una problemática compleja y se ha documentado en diversos cultivos su relación con múltiples factores [factores abióticos (Braak 1968), factores bióticos (Marques et al. 2013), genéticos (Ortega et al. 2010), metabólicos (Bangerth 2000), agronómicos (Zegbe 2005) y con aspectos relacionados a la biología reproductiva (Fang et al. 2010)].

En V. planifolia no se han dilucidado las causas claramente, pero se ha indicado su posible asociación con la incidencia de patogénos (particularmente a Fusarium oxysporum (Thomas et al. 2003, Suseela et al. 2008), a Colletotrichum vanillae Massae (Susheela et al. 2006) y con la baja disponibilidad hídrica durante el desarrollo de los frutos (Castro- Bobadilla et al. 2011).

Por otra parte, se conoce que la casi inexistente polinización natural de V. planifolia ha orillado a los productores a un estricto régimen de autopolinización y de propagación asexual, generando una base genética estrecha (Soto Arenas 2006, Minoo et al. 2008, Arditti et al. 2009). En plantas alógamas, la depresión por endogamia se puede expresar en la eficiencia fisiológica (tasa de crecimiento, tamaño, vigor y susceptibilidad al ataque de plagas) y en la capacidad reproductiva al afectar calidad de semillas y polen (Charlesworth y Willis 2009).

Sin embargo, hasta la fecha no se conoce si la caída prematura de los frutos se encuentra asociada con algún componente reproductivo, por lo que consideramos necesario profundizar en aspectos de la biología reproductiva de V. planifolia. Como se sabe el éxito reproductivo de las plantas depende de mecanismos de compatibilidad y de la eficiencia en los procesos de polinización, la cual entre otras depende de la cantidad y calidad del polen depositado. Es por ello que el estudio de la biología reproductiva en este cultivo podría contribuir a identificar otros factores vinculados con su biología reproductiva que estén contribuyendo a la caída de los frutos en este cultivo.

Por ello se propone abordar el estudio de algunos aspectos de la biología reproductiva (viabilidad del polen, receptividad del estigma, autoincompatibilidad, dicogamia, etc.), en sitios contrastantes en cuanto a la caída de los frutos. De igual manera se consideró relevante el efectuar una caracterización edafoclimática de estos sitios y su influencia sobre el éxito reproductivo. Es por ello que los resultados que se obtendrían con el desarrollo del presente subproyecto no solo tendrían valor teórico, en cuanto a que permitirá lograr una mejor comprensión de la biología reproductiva de este cultivo, sino también valor práctico, dada la posible implicación que pudiesen tener diversos componentes de su biología productiva en la problemática de la caída de frutos además de que toda la información recabada pudiera además contribuir al desarrollo más efectico de los trabajos de mejora genética que se realicen en el cultivo.

OBJETIVO GENERAL

Determinar si aspectos de la biología reproductiva de V. planifolia están asociados con la caída prematura de sus frutos.

ETAPAS DEL PROYECTO

1. - Diagnóstico prospectivo, elección y caracterización de los sitios de estudio.
2. - Caracterización palinológica, viabilidad polínica y receptividad estigmática.
3. - Caracterización genética del germoplasma de V. planifolia en los sitios de estudio.
4. - Fitofenología e intensidad de la aborción de frutos inmaduros de V. planifolia en condiciones de autogamia y xenogamia.

Etapa 1: Diagnóstico prospectivo, elección y caracterización de los sitios de estudio

Objetivo:

Para la etapa I la meta u el objetivo que se buscó, fue el realizar un diagnóstico prospectivo que nos sirviera como referente para la elección y caracterización de dos sitios de estudio contrastantes en relación a la aborción prematura de sus frutos y en relación a las condiciones climáticas. Esta etapa se realizó durante el año 2012 y 2013. Con la finalidad de recopilar las percepciones de los productores, se visitaron personalmente 15 sitios de producción en el estado de Veracruz y 4 sitios en el estado de Puebla (Figura 1 y 2).

Asimismo, en Septiembre de 2012 se asistió al Encuentro Nacional de Vainilleros en la ciudad de Tecolutla, Veracruz, México (Figura 3 y 4).

En total, se aplicaron 59 entrevistas individuales, 36 a productores del estado de Veracruz, 12 del estado de San Luis Potosí, 6 del estado de Puebla y 5 del estado de Hidalgo. Utilizando la técnica grupal se aplicaron 7 entrevistas a grupos conformados de 7 a 10 productores.

Los aspectos que se consideraron en ambas entrevistas fueron orientados a recabar información respecto a: la problemática en el cultivo y la prevalencia de la aborción prematura de los frutos. A partir de la información recopilada se explora la problemática que atañe al sector productivo de vainilla en México a partir de las perspectivas de los productores. Los resultados se agruparon en dos secciones: en la primera sección se desglosan las percepciones de los productores respecto a lo que consideran los principales aspectos restrictivos para una adecuada productividad de las plantaciones de vainilla en México. Posteriormente, en la segunda sección se aborda particularmente la problemática de la aborción prematura de los frutos.

Finalmente, la información recopilada también se utilizó para elegir dos sitios de estudio para llevar a cabo las siguientes dos etapas. Los sitios elegidos fueron: El Palmar, municipio de Emiliano Zapata, el cual no tiene antecedentes de aborción prematura de sus frutos. Calle Grande, municipio de San Rafael, el cual presenta antecedentes de aborción prematura de sus frutos en porcentajes variables para ciclo productivo (Figura 5).

Los dos sitios se adecuaron (Figura 6), caracterizaron y se colocaron termo higrómetros para determinar las condiciones climáticas durante el tiempo de estudio.

Etapa 2: Caracterización palinológica, viabilidad polínica y receptividad estigmática

OBJETIVO:

Para la etapa II las metas u objetivos que se buscaron fueron las siguientes:

1. • Describir morfométricamente el polen y las estructuras reproductivas de Vanilla planifolia cultivada en condiciones ambientales contrastantes.
2. • Evaluar la viabilidad, capacidad germinativa y longevidad del polen de Vanilla planifolia en diferentes condiciones de almacenamiento y en condiciones ambientales contrastantes.
3. • Evaluar la receptividad estigmática de Vanilla planifolia bajo condiciones ambientales contrastantes.

Estos objetivos se plantearon debido a que Vanilla planifolia es una especie que se caracteriza por ser autopolinizada preponderantemente por el hombre y la polinización natural por insectos es eventual y rara (1%). Añadido a lo anterior, se sabe que el éxito reproductivo de las plantas depende (entre otros factores) de mecanismos de compatibilidad y de la eficiencia de polinización. Por lo cual, consideramos importante evaluar la calidad del polen y la receptividad estigmática en los dos sitios de estudio. Estos aspectos son de gran importancia para lograr una adecuada fecundación, prendimiento y desarrollo adecuado de los frutos (Linskens 1992).

Los resultados obtenidos nos permitirán asegurar el éxito y la eficiencia de programas de fitomejoramiento que actualmente se desarrollan en INBIOTECA. Además los resultados nos servirán para determinar el esquema más adecuado de polinización desde el punto de vista productivo y de conservación.

Con base en lo anterior, se utilizaron técnicas de Microscopia Electrónica de Barrido (MEB) para realizar la descripción morfológica de las polinias y el polen de Vanilla planifolia en los dos sitios de estudio (Figura 1 y 2).

Además se estableció la efectividad de dos técnicas de tinción diferencial (azul de algodón en lactofenol (Figura 3) y carmín acético (Figura 4) y una para detectar la integridad de la membrana plasmática con presencia de una esterasa activa (Diacetato de Fluoresceína )(Figura 5), para evaluar la viabilidad del polen.

También se determinó el medio más adecuado para la germinación in vitro del polen de V. planifolia y se caracterizó la viabilidad y la capacidad germinativa del polen de V. planifolia en tres condiciones: a) fresco, b) conservado a 4oC por periodo de un mes y c) conservado a 4oC por periodo de dos meses (Figura 6).

Por otra parte, se evaluó la receptividad estigmática en los dos sitios de estudio y en condiciones ambientales contrastantes (Figura 7).

Agradecimientos

1. • A SAGARPA por el financiamiento otorgado a través del Macroproyecto (clave 2012-04-190442) “Estrategia de investigación aplicada para el fortalecimiento, innovación y competitividad de la producción de Vainilla en México” que otorgó la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA).
2. • Se agradece al Sistema Producto Nacional de la Vainilla por las facilidades otorgadas.
3. • Especialmente a los productores por permitirnos el acceso a sus plantaciones y por compartirnos sus experiencias y enseñanzas.
4. • A cada uno de los técnicos, compañeros y maestros que apoyaron en actividades de campo.
5. • A los compañeros que se encargaron del diseño y edición de la página WEB.

Este trabajo es parte de la tesis de Doctorado en Ciencias en Ecología y Biotecnología de la Biol. Verónica Borbolla Pérez en el Instituto de Biotecnología y Ecología Aplicada (INBIOTECA) de la Universidad Veracruzana. Bajo la dirección de la Dra. Lourdes Iglesias Andreu.