Maíz

 

Obtención de una variedad sintética de maíz blanco Guagal (Zea mays L.) con mejores características organolépticas mediante el método de doble hibridación a partir de la variedad Mischa mejorada y Guagal mejorado en la parroquia de Puéllaro.

 

Kevin Rodríguez¹, Nicolas Jaramillo¹ y Daniel Román¹

¹Estudiantes de la Catedra de Geotecnia Vegetal, Universidad Central del Ecuador  2 Instituto ecuatoriano de la propiedad intelectual.

 

Resumen. El cultivo de maíz es de gran importancia en toda la región de la Sierra ecuatoriana, dado que es una fuente importante de alimentación para las familias y de ingresos económicos para los pequeños productores de la zona de Puéllaro. Debido a que existe introducción de nuevas variedades las cuales están manejadas por pocos productores pero con grandes extensiones de terreno en esta zona ocasionando una competencia directa para los pequeños productores los cuales no consiguen comercializar sus productos, es así que la propuesta para la obtención de una nueva variedad sintética de maiz a través del mejoramiento de dobles haploides es una herramienta viable para los pequeños productores para de esta manera aumentar su competitividad con los demás agricultores d ela zona. 

 

Palabras clave: productores, competencia, obtención, variedad sintética, introducción.

1. Introducción 

En la provincia de Pichincha el maíz suave constituye la base de la dieta de su población rural de los valles. Con base en la superficie cosechada, que alcanza las 7 583 ha, tanto en seco como en choclo, se tiene producciones de 1 437 t de maíz seco y 6 216 t en choclo, con un rendimiento promedio de 0.46 t ha-1 para maíz suave seco y 1.41 t ha -1 para maíz suave en choclo, (INEC, 2011). Aloguincho es un pueblo que se ubica a una altitud promedia en 2 800 msnm la mayoría de su población se encuentra adscrita a la parroquia de Puéllaro y las actividades económicas las que se dedica actualmente son diversas: agricultura principalmente (monocultivo), jornaleros en florícolas, granjas, fincas y demás dinámicas comerciales de la zona (Pulupa, 2019).
    El maíz es originario de Mesoamérica y existen varios centros de diversidad a lo largo de la cordillera de los Andes. Desde México hasta la Región Andina de América del Sur, el maíz es una fuente de alimento esencial, en particular en zonas rurales, donde el acceso a tecnología y variedades mejoradas es limitado (Gear, 2006). El maíz requiere una temperatura de 12 a 20 ºC en la serranía. Bastante incidencia de luz solar y en aquellos climas húmedos su rendimiento es más bajo. Para que se produzca la germinación en la semilla la temperatura debe situarse entre los 15 a 20 ºC (Yánez, et al. 2003). La importancia del maíz radica en los distintos propósitos que se dirige la producción del cultivo, generalmente se utiliza como hortaliza en el consumo en fresco, como forraje y balanceados para animales y en la última década se destina para la producción de biocombustibles. (Pinto, 2010). Al maíz se lo puede utilizar ya sea en tierno o en seco y es un ingrediente fundamental dentro de la dieta de los ecuatorianos, (Noroña, 2008).
    La calidad nutritiva del maíz está definida en buena medida por la calidad de sus proteínas y ésta, a su vez establece el contenido de los llamados aminoácidos esenciales (Vázquez, Morales & Rendon, 2004). El valor nutritivo, depende del genotipo de la variedad, el ambiente y las condiciones de siembra. Todas las plantas de maíz se desarrollan de la misma manera. Sin embargo, el tiempo entre las etapas de crecimiento puede variar según el tipo de maíz, etc. (Yánez, et al. 2003).
El maíz blanco Guagal cultivado en la zona sierra de la provincia Bolívar es de gran aceptación en sus diversas formas de consumo humano: como choclo, mote, tostado, harina y otros. En la provincia de Bolívar el cultivo de maíz suave ocupa el primer lugar en importancia con una superficie de 30.000 ha, de las cuales aproximadamente 24.000 ha, se dedican a la producción de maíz para choclo, 6.000 ha, a la producción de maíz suave en grano seco (Rosillo, 2009). Por más fácil comercialización y mayores rendimientos este maíz se ha visto introducido en la parroquia de Puéllaro sustituyendo así a su maíz nativo que es el maíz Mishca.
    Dentro de las variedades de maíces amarillos suaves Carrera (2009) hace categoría aparte en la clasificación campesina del “Mishca”, que es una variedad de maduración más rápida y de grano más suave y dulzón, que son características requeridas por el mercado. El maíz suave amarillo, es el más importante de los maíces en la alimentación humana; es de grano grande, harinoso y además produce granos blandos que se pueden cocinar tiernos (choclo), semi tiernos (cau), en mote con grano semi tierno (mote choclo), en mote (grano seco), en mote molido, germinados y luego molidos (chicha de jora), secos y tostados, secos y molidos en harina, (Carrera, 2009). Este maíz al no ser competitivo con el maíz Guagal afecta a los agricultores que solo siembran este maíz razones por las cuales mantienen esta práctica y no han cambiado, son porque se requiere de mayor inversión de fertilizaciones y por la falta de conocimientos para producir este tipo de maíz, además, la mayoría de los agricultores manejan un presupuesto bajo y su producción es solamente para autoconsumo. No obstante, el uso de variedades nativas permite 2 aprovechar el potencial genético que mantienen los agricultores “in situ”, y que, si bien presentan bajos rendimientos, poseen otras características como la calidad del grano, que en época pasadas era más apetecible para los agricultores y consumidores, (Acosta et al., 2003).
    El conocimiento del uso de la nueva variedad o híbrido que se desarrollará en programas de mejoramiento es esencial para direccionar el objetivo del mejoramiento en maíz, así, en la agricultura tradicional se usan las variedades, mientras que en la agricultura comercial se emplean los híbridos (Polanía y Méndez, 2012).  Por tanto, si se desea obtener variedades o mejorar las existentes se recurre a los métodos de mejoramiento recurrente de poblaciones y si se desea obtener híbridos, se aplican los métodos de hibridación (Vargas, 2010). El desarrollo de híbridos en maíz con líneas endogámicas es un método pionero con respecto a otros cultivos, su repercusión en la agricultura y en la economía ha sido grande, se han desarrollado híbridos simples, dobles y de tres vías (Vallejo, 2002).
    El método doble haploide (DH) es un genotipo que se forma cuando las células haploides (n) experimentan una duplicación cromosómica espontánea o inducida artificialmente. La tecnología DH acorta enormemente el ciclo de reproducción porque lo hace compatible con las líneas endogámicas convencionales. En comparación con el proceso de desarrollo, el rápido desarrollo de una línea completamente homocigótica (Geiger y Gordillo, 2009). 

 

2. Problema de estudio

La falta de comercialización del maíz Mishca en el mercado genera el remplazo de dicha variedad por variedades de aceptación comercial como Guagal, lo cual afecta rotundamente a la economía de los agricultores y campesinos debido a que dicha variedad es útil en estado tierno (choclo) pero en grano seco las propiedades nutricionales y organolépticas son escasas, ocasionando pérdidas económicas en las actividades comerciales de los campesinos.

3. Objetivos

3.1. Objetivo general

•       Obtener segregantes de maíz con potencial genético que mejoren el sabor del maíz blanco a partir de cruzas interespecíficas de maíz Mishca con maíz blanco Guagal.

3.2. Objetivos especifico

•      Desarrollar híbridos dobles con accesiones de maíces nativos y maíces introducidos, estimar el avance genético en mejora de propiedades organolépticas, sin perder características comerciales. 

•   Identificar familias con buen comportamiento agronómico, que puedan ser utilizadas como variedades por los productores de Puéllaro. 

•       Evaluar la factibilidad del método de Doble Hibridación para la obtención de nuevas variedades.

4. Hipótesis

H0: Una doble hibridación no fijaría las propiedades organolépticas de la variedad nativa. 
H1: El sabor de la variedad de maíz blanco Guagal se puede mejorar mediante cruza híbrida con la variedad de maíz Mishca que tiene sabor más dulce.

5. Revisión de literatura

El maíz (Zea Mays. L) ha sido cultivado en América y en el Ecuador hace muchísimos años, incluso mucho antes de la llegada de Colón a América, por lo cual su gran número de variedades hacen a este cultivo un tema de interés además de ser uno de los cuatro alimentos de consumo principal en el mundo. Para el caso del Ecuador existen dos tipos que se producen en mayor cantidad, estos son maíz suave y maíz duro. Para el caso del maíz duro, este se encuentra principalmente en las regiones tropicales (Costa y Amazonía) debido a que su uso principal es de maíz seco para la agroindustria la cual lo utiliza para la fabricación principalmente de alimentos balanceados. La topografía de las zonas de cultivo se presta para la producción a gran escala de dicho producto. Por otro lado, el maíz suave o harinoso es cultivado a lo largo de la región Sierra, mayormente cultivado por agricultores y campesinos de las zonas de producción y en menor cantidad, pero mayor escala por empresas. El maíz es destinado principalmente al autoconsumo debido a las características del grano en sus etapas de choclo principalmente y para maíz seco principalmente harinas. Los grandes productores de maíz suave de la región sierran destinan la producción a mercados principales del país como soy Mayorista en Quito y mercado de Guayaquil desde los cuales se reparte a la mayor parte del país (Morales Pulupa, 2011), (Vega Moreno & Lincango Álvarez, 2012) (Noroña, 2008). 

Las zonas de mayor producción de maíz suave son: Bolivar (6698 tn/año), Chimborazo (3600 tn/año), Tungurahua (3059 tn/año) y Pichincha (2286 tn /año) datos del año 2018. En la provincia de Pichincha las zonas más productoras son: el cantón Cayambe, Pedro

    Moncayo, Mejía y Quito, con un total de 2236,11 ha cultivadas, la mayoría de los agricultores en Pichincha producen el cultivo de maíz a baja escala destinado principalmente al autoconsumo. Pocos productores en Pichincha siembran maíz para negocio en gran escala con ciertas excepciones como la Comunidad de Aloguincho perteneciente al cantón Quito, la cual está ubicada a 2800 msnm, la cual el siembra del maíz está destinada principalmente para para mercados de Quito y Guayaquil lo cual últimamente ha venido en decadencia, generando pobreza debido a la introducción de variedades extranjeras como el Guagal el cual es una amenaza para el cultivo tradicional de maíz amarillo Mishca y el cual genera pobreza en la mayoría de sus agricultores debido principalmente al rendimiento atendiendo a las características de los productos como son tamaño de mazorca y tamaño grano (Yánez, 2013a) (INEC, 2011).

El maíz suave o maíz de altura es muy importante para la dieta básica de la mayoría de las personas de la región sierra por ende la superficie cultiva 186 535 ha entre maíz blanco y amarillo el cual supera en superficie a otros cultivos de gran importancia como la papa (57 939) o el fréjol (76 463). El maíz amarillo en términos nutricionales posee un 6.23% de proteína, 0,75% de azucares totales, 80,39% de almidón. Por características agronómicas y morfológicas tenemos que su floración femenina es de 125 días, flor masculina a los 110 días, se cosecha a los 115 días, se cosecha en seco a los 258 días, posee una altura de planta de 185 cm, las mazorcas se ubican a 105 cm, posee un rendimiento en grano seco de 5 100 kg/ha, una longitud de mazorca de 12,1 cm, con 11 número de hileras por mazorca, textura suave y tipo de grano harinoso con un color amarillo en seco y crema en choclo tierno. El maíz es resistente al acame y tiene resistencia al a pudrición de mazorca. Se adapta muy bien a altitudes de 2200 a 2900 msnm con temperaturas de 12 a 18°C, precipitaciones de 1000 a 1500mm (Yánez, 2013b) (Carrera, 2009). 

El maíz suave blanco o Guagal mejorado posee características de: floración femenina a los 134, flor masculina a los 115 días, a los 208 se realiza la cosecha de choclo, el maíz seco se cosecha los 265 días, posee una altura de planta de 300 cm, y las mazorcas se encuentran a a178 cm, la mazorca tiene una longitud de 20 cm, con 12 hileras por mazorca, posee una productividad de maíz seco de 4000 kg/ha, color de grano seco blanco, grano tierno crema, textura de grano suave, tipo de grano harinoso, 0,19 % de azucares totales.. La adaptabilidad de dicho maíz en altitud comprende los 2200 a 2900 msmn, de 12-18°C (Silva, Dobronsky, & Heredia, 2000).

El maíz suave cultivado en la región Sierra abarca dos variedades de maíz cultivadas en mayor proporción. El maíz suave blanco con la variedad Guagal INIAP 111 mejorado por la institución del INIAP es uno de sus mayores representantes, el cual posee una de las mejores productividades del maíz suave (250 sacos de 140 unidades/ha) y el cual se cultiva en mayor proporción en la provincia de Bolívar. Por otro lado, tenemos el maíz suave amarillo o Mishca harinoso con una productividad de (150-200 sacos /ha) el cual se cultiva por sus características de grano más dulce en comparación del Guagal, más suave y resistente a factores abióticos como el viento y factores bióticos como el acame (Caviedes et al., 2002). 

Los mejoramientos genéticos en el cultivo de maíz han sido muy importantes para la economía del mismo ya que la ser uno de los 4 cultivos principales de la alimentación del mundo su investigación ha sido exhaustiva. Existen muchas formas de mejoramiento genético entre estas tenemos las cruzas de variedades que poseen características deseables obteniendo así una F1, por otro lado, existen las transgénesis la cual consiste en transferir genes de interés y colocarlos en un individuo que deseamos reproducir. Para esto se hace referencia a la ley de la segregación, como aspectos a considerar tenemos que: un gen dominante esconde un alelo recesivo y determina la apariencia del organismo, cuando un organismo hace gametos cada gameto solo recibe una copia del gen (seleccionada al azar), una forma de calcular las probabilidades de los resultados de un cruzamiento es el cuadro de Punnett y finalmente un cruzamiento de prueba se utiliza para determina si un organismo con un fenotipo dominante es homocigoto o heterocigoto (Salas et al., 2003). 

Generalmente los métodos de mejoramiento tradicional son muy extensos llegando a durar centenas de año en muchos casos, para aquello en la actualidad gracias a la biotecnología y bioinformática existen nuevos métodos de mejoramiento más eficaces, uno de estos es el método de doble hibridación el cual consiste básicamente en seleccionar dos líneas progenitoras las cuales tengan heterocigosis, a partir de estas se obtiene la F1 la cual posee un 50% de cada progenitor, tras esto se procede a realizar la haploidización la cual se logra cruzando dicha F1 con un donador masculino que podría ser R1-NJ/ri el cual brinda la posibilidad de observar que tipo de grano es haploide ya que tanto el tegumento como el embrión no poseen coloración púrpura lo cual caracteriza a granos haploides. Finalmente se realiza la doble haploidización o duplicación cromosómica con colchicina el cual es un inhibidor mitótico el cual se coloca cuando las semillas ya se encuentran con raíces. Finalmente se lava los excesos de colchicina de la semilla y se los lleva al invernadero a macetas de germinación. Como último paso tenemos que la integración de selección asistida por marcadores en el sistema de mejoramiento de DH para acelerar el desarrollo y la distribución de líneas progenitoras y variedades superiores. 

Uno de los indicadores de haploidía más utilizados en el CIMMYT es el RWS x UH400 el cual produce una variedad de LDH (línea doble haploide entre estas esta la PBN DH10 la cual llega a su floración masculina a los 85 días después de la siembra (Picón-Rico, PreciadoOrtiz, Cervantes-Ortiz, Covarrubias-Prieto, & Terrón-Ibarra, 2018)

6. Materiales y métodos

Ubicación del experimento y condiciones ambientales 

El experimento se llevará a cabo en la parroquia de Puéllaro, Pichincha Ecuador exactamente en la comunidad de Aloguincho, ubicada 00º06’50” latitud Norte y a 78º45’21” longitud Oeste a una altura de 2850 msnm con una temperatura que oscila de los 12 a 20°C, con humedad relativa del 65-85%, con una intensidad lumínica de 1000 a 2000 hora/año, y la precipitación anual bordea los 513,68 mm. Los suelos en su mayoría son Inceptisoles debido principalmente a las erupciones volcánicas del sector.  

Diseño del experimento

Obtención de la F1. (Año 1)

En primera instancia se cruzarán las variedades de maíz Mishca mejorado con Guagal mejorado ambos mejorados por INIAP. Para esto se realizará una plantación aislada de 500m² (50 m de largo y 10 m de ancho) Con fertilización orgánica inicial de 15 sacos de Materia orgánica. Y al 1 mes 50 kg de 10-30-10. Se sembrará 2 semillas por golpe a una distancia de 0,4 m entre plantas y 0,6 entre surcos dando un total de 2000 plantas. Cabe recalcar que se realizará un raleo de una planta por golpe. Se colocará las variedades a cruzar alternadamente (una a una). A los 110 días se cortarán las flores masculinas de la variedad Mishca. Para la cosecha se recolectará mazorcas solo de la variedad Mishca las cuales se presume serán fecundadas por Guagal mejorado. Una vez recolectadas las mazorcas se seleccionará las 300 mazorcas más grandes y se guardarán para el siguiente año.

Obtención de las especies haploides. (Año 2)

En el segundo año la F1 se establecerán parcelas (con la misma fertilización del año 1) de 4 surcos de 1,25 m de largo con distancia entre planta de 25 cm y entre surcos existirá 75 cm, dando un total de 20 plantas por parcela y 240 en todo el experimento (Anexo 1). Alrededor de esta se sembrará nuestro inductor PBN DH10 con dos surcos de espesor como lo muestra el esquema, dando 398 inductores.

La siembra del inductor PBN DH10 se realizará a los 35 días después de la siembra de la F1, para coincidir con la floración femenina de esta última. A los 110-115 días se realiza el corte de la flor masculina de la F1. (Anexo 4). 

    Para la cosecha la identificación de los haploides se da por síntesis de la antocianina la que produce pigmentación en la aleurona (Tejido del endospermo) en la región de la corona (parte superior del grano) y el escutelo o tejido del embrión no está coloreado de púrpura.  

Duplicación de cromosomas de haploides maternos (Año 3)

Para lograr la duplicación cromosómica necesitamos químicos inhibidores mitóticos, el químico más usado es la colchicina. 

 Germinación de semillas

-        Colocar las semillas en un papel con solución de cloro al 0.05 % para evitar presencia de hongos. Al colocar la semilla el embrión debe estar en contacto con el papel 

-        Cubrir las semillas con otro papel y enrollar rígidamente hasta formar un tubo cilindro en forma de taco con dos ligas sujetando los extremos de este.

-        Los tubos colocar en una malla y sumergir en solución clorada 100 ppm y colocar a cámara de incubación por 72 horas a 25-30°C hasta que germine.

-        Se abren los tubos de germinación y las semillas con raíces de 5 cm y coleóptilos de 2 cm sirven para el tratamiento a estos se les realiza pequeños cortes en sus raíces cada 5 mm y se los agrega en una funda o arpilla de plástico y se los almacena en agua desinfectada un par de horas. 

-        Finalmente, para conocer el volumen exacto de la colchicina se coloca las semillas en un recipiente y se llena de agua hasta cubrirlas, después se dispensa el agua, se mide y el volumen ocupado de agua será el volumen de colchicina a utilizar.

-        La solución de colchicina se encuentra a 0,04% de colchicina y 0,5%DMSO.

-        Las semillas germinadas se dejan por 12 horas en la solución de colchicina y tras esto se realizan 3 lavados con agua destilada.

Trasplante

-  Las semillas germinadas son sembradas en macetas con sustratos adecuados y colocadas en invernadero. Se necesita extremo cuidado al momento del manejo debido a la fragilidad de estas. El primer riego se realiza con agua y los siguientes con fertilizantes y micronutrientes para incentivar el crecimiento de las raíces.  

-      Todas las labores culturales siguientes se deben realizar con extremo cuidado para evitar perdida de plantas. 

-        A las dos semanas se plantan en campo

Descartar falsos positivos

Se descarta antes de la floración. Observar los tallos de las plantas antes de la floración, si estos están púrpuras descartar la planta.

Autofecundación de plantas DO (doble haploides) para derivar nuevas líneas doble haploide (DH)

Cada planta se debe auto fecundar con la ayuda de personal capacitado. Esto se realiza con bolsas de papel las cuales se cubren las flores femeninas las cuales serán polinizadas con su propia flor masculina con ayuda del personal polinizador. 

Generación de la variedad sintética

Una vez obtenidas las líneas puras u homocigotas se evaluará Aptitud Combinatoria General. Para esto las líneas dobles haploides puras se entrecruzan y se seleccionan las más adaptadas y que presenten las mejores características deseadas obteniendo así la F1.

     Finalmente F2 comenzará con el proceso de multiplicación de nuestra variedad sintética apta para los agricultores de la zona.

7. Conclusión 

El mejoramiento genético a través de dobles haploides es viable y recomendable para trabajar con cualquier tipo de especie a mejorar debido principalmente al corto tiempo en el que se obtienen los resultados o variedad mejorada en comparación con los mejoramientos tradicionales. El proceso de aptitud combinatoria general tras obtener las líneas puras u homocigotas es de vital importancia debido a que el resultado de dichos entrecruzamientos serán las variedades más adaptadas y garantizadas para el futuro uso por parte de los agricultores. La utilización del inductor de haploidia PBN DH10 es esencial para la variedad a mejorar debido a que los ciclos fenológicos (floración) de estos coinciden con mayor precisión respecto a otros inductores de haploidia. 

8. Referencias

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“Mishca Mejorado” para las provincias de Pichincha, Cotopaxi y Tungurahua. 

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