Desarrollo de una variedad sintética de zapallo (C. moschata) que presente características de compactibilidad y buen rendimiento a través de selección familiar de hermanos completos.

Sebastián Feijoó1, Francisco Morales2, Mariana Pullupaxi3, Wendy Tapuy4

 

 

1, 2, 3, 4 UCE, Cátedra de Genotecnia Vegetal, Ecuador

 

 

Resumen: El presente estudio se basará en la realización de un protocolo de mejoramiento en zapallo (Cucurbita moschata) con relación a su compactibilidad y rendimiento de frutos. Se desarrollará una variedad sintética a través de la selección de hermanos completos a partir de las variedades Limeño y Castellano. Estas variedades poseen tamaño compacto (30-40 cm) y alto rendimiento. En la fase de laboratorio, mediante la cantidad de polen que presentaron las variedades se determinará los parentales femenino (Limeño) y masculino (Castellano). En la fase de campo se utilizarán 150 flores femeninas y 15 masculinas. Se realizarán 150 cruzas biparentales donde se obtendrán 150 frutos (F1). Se evaluará la ACG de la F1 y se seleccionarán los mejores frutos con relación a las características fenotípicas de interés. Luego se llevará a un bloque de cruzamiento aislado donde se obtendrá la F2 y por ende la variedad sintética. Los resultados presentarán una mayor uniformidad y potencial productivo, de esta manera, se socializará su liberación a los agricultores. Cabe recalcar que, después de un tiempo de multiplicación será necesario renovar la variedad para la conservación del germoplasma.

 

Palabras claves: compactibilidad, rendimiento, cruzas biparentales

 

1.    INTRODUCCIÓN

El zapallo (Cucurbita moschata) es una planta originaria de América. Estudios revelan que fue la base de alimentación de los incas, aztecas y mayas antes de la colonización española. En la actualidad gran variedad de zapallos están ampliamente distribuidos por todo el mundo y se los puede obtener prácticamente todo el año (Caroca et al., 2016).

 

Hasta el año 2006 se registraron 20 millones de toneladas que representan la producción mundial de zapallo la cual está dominada por China, India y Rusia con un 54% y el 46% entre Estados Unidos y Ucrania (FAO et al., 2016). En América se registra una superficie de cultivo de 175.064 ha, con rendimientos promedios de 12.62 TM/ha (Zambrano, 2010). En el Ecuador el área sembrada es de 2134 hectáreas, con un promedio de 8,4 TM/ha constituyéndose Manabí como la principal provincia productora de zapallo en el Ecuador (Lizandro et al., 2011).

En Ecuador los zapallos se comercializan de forma local, especialmente para las regiones Costa y Sierra, en la Amazonía el consumo es casi nulo. Según el Ministerio Agricultura y Ganadería, (2014) el 80% de la producción de frutos del género Cucurbitácea se destina al mercado interno. De acuerdo con Lizandro et al., (2011) solamente se exportan zapallos y calabazas en estado seco y deshidratado, donde el principal importador es Estados Unidos con un aproximado de 529 toneladas de zapallo deshidratado y a Holanda con una cantidad de 48 toneladas.

 

El desperdicio de alimentos representan una pérdida en la oportunidad de alimentar a una población en constante crecimiento (Hidalgo & Marroquín, 2020). Uno de los principales problemas del consumo del zapallo radica en el desperdicio debido a su gran tamaño. En cuanto se refiere al consumo de este fruto en Ecuador, se conocen varias formas de consumirlo, sin embargo, solo se utiliza una porción de la pulpa, lo restante suele ser desechado (Rey, 2016).

 

Entre la gran variabilidad de las cucurbitáceas existen variedades como el limeño que posee frutos con un promedio de 30 cm de diámetro (Rocha & Carvajal, 2020), y otras como el castellano que se caracteriza por su agradable textura y sabor (Ron & Moscoso, 2020). El desarrollo de nuevas variedades de zapallo, a través de un proceso de mejoramiento genético constituye una alternativa viable en la solución de estas limitantes que tienen un mayor impacto sobre la economía y calidad de vida de pequeños y medianos agricultores.

 

2.    OBJETIVOS

2.1.   Objetivo General

 

Desarrollar una variedad sintética de zapallo (C. moschata) que presente características de compactibilidad y buen rendimiento a través de selección familiar de hermanos completos.

2.2.   Objetivos Específicos

 

Obtener líneas con alto grado de uniformidad fenotípica para caracteres asociados a rendimiento y tamaño de fruto a partir de ciclos de selección familiar de hermanos completos.

 

Evaluar el resultado de los cruzamientos entre la variedad “Limeño” y “Castellano” con un probador (variedad comercial común).

 

Seleccionar las líneas más rendidoras y estables, con el fin de dar continuidad al proceso de liberación de una nueva variedad sintética.

 

Establecer un plan de mejoramiento genético funcional en zapallo (C. moschata).

 

3.    HIPÓTESIS

H0: El mejoramiento genético mediante la selección familiar de hermanos completos aportará las características fenotípicas de interés a un nuevo cultivar sintético de zapallo.

 

H1: El mejoramiento genético mediante la selección familiar de hermanos completos no aportará las características fenotípicas de interés a un nuevo cultivar sintético de zapallo.

4.    REVISIÓN DE LITERATURA

4.1.   Descripción morfológica

 

El zapallo (Cucurbita moschata) es una especie herbácea anual alógama y monoica, esta posee flores abundantes y solitarias en la misma planta. Las estaminadas son precoces (28 a 35 días post-siembra) emergen en los nudos basales de los tallos con pedúnculos largos. Las pistiladas, son más tardías (30 a 45 días post-siembra), emergen en los nudos centrales hacia los extremos con pedúnculos cortos y gruesos seguido por un ovario ínfero. La relación de flores pistiladas y estaminadas varía entre 4:1 a 17:1 por planta (Ortiz et al., 2009).

 

Las flores se abren en las primeras horas de la mañana, y en algunas especies se marchitan a media mañana y muestran reducción de la viabilidad del polen. La germinación y crecimiento del tubo puede ocurrir a temperaturas de 20 y 30 °C, cuando se producen cortos períodos de temperaturas superiores a 35 °C podría ocurrir una reducción de la viabilidad del polen (Della, 2013).

 

El cuajado depende de la disponibilidad de una flor pistilada receptiva y de la transferencia de polen viable a esta flor por un vector. La temperatura mínima de dehiscencia del polen es de 9 a 10 °C (Biol et al., 2014).

Las raíces son de muy rápido crecimiento, llegan a desarrollar entre 1.75 metros de profundidad. Posee baja capacidad de regenerar raíces (Pino, 2016).

Las semillas son grandes, chatas, ovadas, y una de las extremidades termina en punta, para las cultivares de frutos pequeños el peso aproximado es de 50 mg (Meru et al., 2019).

4.2.   Genes que controlan las características de interés

 

Todas las especies de género Cucurbita tienen 20 pares de cromosomas y el tamaño de sus genomas es relativamente pequeño, de unos 366 millones de pares de bases (Mpb) a 416 Mpb (Eguiarte et al., 2018). El número básico de cromosomas de todas las especies de Cucurbita es 2n = 2x = 40 y los cariotipos sugieren que estas especies son de origen alopoliploide (González et al., 2010).

 

El gen Bu, de herencia simple, es el responsable de conferir el tipo de crecimiento compacto o arbustivo en zapallo (Dilso, 2012). La acción del gen Bu es peculiar debido a su dominancia reversa, en C. moschata el gen compacto es completamente dominante durante el crecimiento inicial y dominante incompleto en el crecimiento posterior (Rodríguez R et al., 2018).

4.3.   Mejoramiento

 

La Familia de hermanos completos es la progenie del apareamiento entre dos individuos o cruza P x P. El cual puede provenir de una cruza directa o recíproca (Avedaño, 2009).

 

Aptitud combinatoria es el Comportamiento relativo de las variedades usadas como progenitores, aptitud combinatoria general (ACG) determina el comportamiento de una progenie en combinaciones híbridas y se mide por el promedio de rendimiento de una línea con otras, además permite descartar líneas de pobre comportamiento fenotípico (Cervantes et al., 2018).

Las variedades sintéticas son poblaciones de polinización libre formadas por el entrecruzamiento de un grupo de líneas siendo la primera generación o a las generaciones avanzadas de un híbrido múltiple que se conserva por selección masal (Luis et al., 2013).

 

5.    MATERIALES Y MÉTODOS

5.1.   Ubicación

 

Tabla 1. Localidades donde se realizará el mejoramiento dependiendo del ciclo
Localidad	Ciclo	Temperatura prom.	Altitud	Humedad relativa	Precipitación prom.
CADET	Ciclo 0 y 1 Ciclo 2 y 3	16.3°C	2460 m.s.n.m	72%	169.2 mm
Amaguaña	Ciclo 2	14°C	2780 m.s.n.m	85%	124 mm
Cayambe	Ciclo 2	15°C	2830 m.s.n.m	80%	700 mm anual
Fuente: (INAMHI, 2015., Cuandovisitar,2022., Municipio de Cayambe, 2018).

 

5.2.   Material Vegetal

 

El material vegetal que se utilizará para el presente estudio serán semillas de zapallo de las variedades Limeño y Castellano. Además, se usarán semillas de la variedad criolla Cucurbita moschata el cual será un probador común.

5.3.   Métodos

 

El método de mejora seleccionado para el desarrollo de la variedad de zapallo será el de selección familiar mediante cruzas PxP (hermanos completos) para el desarrollo de una variedad sintética.

5.3.1.   Selección de los parentales

 

Tras una exhaustiva revisión bibliográfica se encontraron dos variedades que cumplen con las características fenotípicas requeridas para el desarrollo de la nueva variedad las cuales fueron Castellano y Limeño.

5.3.1.1.    Descripción de las características de la variedad Castellano

 

El zapallo variedad Castellano posee una alta adaptabilidad a climas muy fríos, llegando a tener una producción óptima a los 3.300 m.s.n.m (Carrera, 2018). Su fruto posee una pulpa abundante altamente nutritiva y sabrosa de color anaranjado. Presenta un tipo de costillas en su superficie que permite un mayor manejo en la división por tajas. Su fruto puede llegar a medir hasta 40 cm de diámetro. Se obtiene producción a los seis meses (Red de Guardianes de semillas, 2022).

5.3.1.2.    Descripción de las características de la variedad Limeño

 

El zapallo variedad Limeño es muy adaptable a climas fríos. Su fruto es de hasta 30 centímetros de diámetro, sus gajos son muy marcados (Carrera, 2018). El número de semillas va de entre 100 a 200 (Restrepo et al. 2014). Posee un alto rendimiento siendo que una planta puede producir de 10 a 20 frutos.

5.3.2.      Determinación de los parentales masculino y femenino

 

La determinación de los parentales masculino y femenino inició con una revisión bibliográfica, la cual menciona que las flores masculinas del zapallo tienen una alta cantidad de polen viable (Muñoz, 2018). Las flores femeninas de estas variedades poseen ovarios que contienen una abundante cantidad de óvulos, lo que hace más eficiente la polinización evitando la posibilidad de abortos (Lima et al., 2003).

5.3.2.1.    Observación en campo

 

Previo al establecimiento del cultivo, se sembrarán dos plantas de cada variedad, se las dejará crecer de forma natural hasta la etapa de floración donde ya se observarán flores desarrolladas, esto ocurre a partir de los 70-90 días después de la germinación (Fornaris, 2012). Esta etapa será realizada de forma visual, donde se evaluará la cantidad de flores masculinas como de flores femeninas y sus características fenotípicas.

5.3.2.2.       Evaluación en laboratorio

 

Para la evaluación en laboratorio se recolectarán muestras de flores masculinas de ambas variedades. La primera actividad de la práctica será la observación de las muestras con un estereoscopio para así localizar los estambres y la cantidad de polen presente (OEB, 2014).

 

Se separará una antera de cada muestra para depositar la cantidad suficiente de polen en cada portaobjeto (OEB, 2014). Primero se observarán los granos de polen en seco, luego se aplicará Lugol para observar el tamaño del grano, la forma, las características de la pared vegetal y sus aperturas (Carmona, 2016).

Una vez realizada la evaluación tanto en campo como en laboratorio, se determinará que el progenitor masculino será la variedad Castellano y el progenitor femenino será la variedad Limeño.

5.3.3.   Ciclo 0

5.3.3.1.       Establecimiento de la población base

 

Para el mejoramiento genético por familia de hermanos completos, se deben realizar de entre 100 a 200 cruzas biparentales (Rodríguez et al. 2016). Para este estudio se realizarán 150 cruzas. Se trabajará por número de flores y no por el número de plantas debido al espacio requerido para el cultivo, frutos por planta y semillas por fruto. Es decir, se ocupará la relación 10:1 (10 flores femeninas para una masculina) (Ortiz et al., 2009), siendo así, se establecerán 15 plantas de la variedad Castellano y 15 plantas de la variedad Limeño. La siembra será realizada a doble hilera (el progenitor masculino al lado del progenitor femenino).

5.3.3.2.    Descarte de flores masculinas y femeninas según el parental

 

Se lo realizará en la etapa de prefloración con la ayuda de una tijera de podar. La forma de identificación de su sexo fue que en general las flores masculinas aparecen antes que las femeninas, estas últimas con un pedúnculo más corto. Otra forma en la que se identificarán las flores femeninas será que bajo la corola el ovario está expuesto el cual tiene forma de una fruta pequeña (Fornaris, 2012). Entonces, se dejarán 10 flores femeninas por cada una de las 15 plantas de limeño y una flor masculina por cada una de las 15 plantas de la variedad limeño. En términos prácticos se dejarán 3 flores masculinas en caso de inconvenientes por factores externos que pudieren afectar a las flores masculinas (Fornaris, 2012).

5.3.4.   Ciclo 1

 

Se dará en la etapa de floración. Se realizarán 150 cruzas biparentales de forma natural, donde se polinizarán el par de progenitores de forma directa. Se obtendrá así la F1 compuesta de 150 frutos (líneas).

 

En este ciclo se realizará la primera evaluación tanto en términos de calidad (tamaño del fruto) como en términos de rendimiento.

 

Para la evaluación del tamaño del fruto se procederá a medir el diámetro de cada fruto con la ayuda de una cinta métrica. Siendo el tamaño del fruto deseado 30 cm.

 

En cuanto a la evaluación del rendimiento, también será realizada en campo contando el número de frutos resultantes de cada par de progenitores cruzados. Siendo el número deseado de frutos mayores o iguales a 10.

 

Estos datos serán ordenados en una tabla para la posterior selección de las mejores líneas que cumplan con las características fenotípicas deseadas. Se obtendrán así 30 frutos con el fenotipo deseado (se debe guardar la semilla que no se ocupó en la prueba de progenie)

5.3.5.      Ciclo 2

 

Una vez se seleccionen los frutos de mejores características se distribuirán a las tres localidades seleccionadas donde se realizarán las pruebas de progenie cruzándolos con una variedad común (Cucúrbita moschata var. criolla) (probador de base genética amplia) para evaluar la Aptitud Combinatoria General (ACG).

 

 

Tabla 2. Distribución de frutos seleccionados para la replicación del ensayo en cada localidad y el número de semillas requerido.
Cantidad de frutos	Cantidad de semilla por fruto	Localidad
10	1	Amaguaña
10	1	CADET
10	1	Cayambe

 

 

Se requerirán sembrar un total de 10 semillas de la F1 y 10 semillas del probador común por cada localidad. Se replicará el mismo procedimiento del ciclo 0 y 1.

 

Se obtendrán 100 frutos por cada localidad siendo en total 300 frutos, se seleccionará el 10% de los medios hermanos prometedores (30) mediante las evaluaciones descritas en el ciclo 1. Donde se demostrará la alta ACG.

 

5.3.6.   Ciclo 3

 

Se recombinarán los hermanos completos seleccionados (compuesto balanceado) sembrándolos en un bloque de cruzamiento aislado (cruzas simples entre líneas de alta ACG). Se utilizarán dos semillas de cada uno de los 30 frutos (60 semillas en total). Se obtendrá así la F2 (Variedad sintética).

      Esquema de mejoramiento para el desarrollo de una variedad sintética de zapallo mediante la selección familiar  

      de  Hermanos completos  

 

 

1.    RESULTADOS

La variedad que se obtendrá en este estudio, se espera que sea sintética, es decir, poseerá las características fenotípicas de interés planteadas en los objetivos (tamaño compacto de 30 cm de diámetro y un alto rendimiento de 10 o más frutos por planta). Se mantendrá el rendimiento en generaciones futuras, será altamente adaptable y estable al entorno donde se la cultive. No necesitará de renovación de semilla por lo menos en unos seis años.

 

El beneficio que tendrán los agricultores en cuanto a la obtención de esta variedad será que además de lo mencionado anteriormente es que se podrá guardar sin problema para hasta 12 ciclos de cultivo y no habrá ninguna modificación de sus características fenotípicas deseadas.

 

En cuanto a la renovación de la variedad después de pasados los 6 años, quedará en manos de alguna institución a la cual le haya interesado esta variedad, donde nosotros los investigadores estaremos pendientes de su manejo.

 

2.    CONCLUSIONES

Mediante la obtención de las semillas sintéticas de zapallo (C. moschata) se logrará obtener poblaciones con uniformidad genética de las características deseadas de intereses agronómicos y comercial para que sean accesibles a los pequeños y medianos agricultores.

 

Los probadores se utilizan para evaluar la Aptitud Combinatoria General que determina el comportamiento de la progenie si es estable en los cruzamientos y rendimiento y calidad en cuanto al tamaño del fruto y así, obtener un mejor material genético.

 

Es muy importante seleccionar el progenitor femenino y masculino, por la razón, que nos ayuda a generar semillas de calidad y que las plántulas tengan un buen vigor en cada uno de los cruzamientos.

 

El mejoramiento de las variedades locales del zapallo nos permite aumentar las características de productividad y así, obtener frutos deseables para evitar las pérdidas y el desperdicio de alimento que existe en el cultivo en la actualidad por su gran tamaño, por tanto, es necesario realizar programas de mejoramiento para los distintos aspectos en la calidad y rendimiento tomando en cuenta la adaptabilidad.

 

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