Introducción y selección de variedades de cáñamo (Cannabis sativa) para la obtención de fibra de uso industrial

David  Amaguaña¹, Diego Cholango², Estefany Gualoto³, Cristian Rodriguez⁴, y Cinthya Vásquez⁵

^{1, 2,3, 4,5} UCE, Cátedra de Genotècnia Vegetal, Ecuador (Grupo 7).

Abstract. The fiber of hemp is a characteristic of the species and is due to the fact that it has a content of 70% of cellulose, since it gives greater value to the textile industry as a raw material, the fiber obtained from the pericycle of the plant stem. Being of great resistance and durability, it constitutes the product of greatest agronomic importance of this crop. This study was developed to introduce hemp varieties that present optimal yields in the climatic conditions of the Ecuadorian highlands, for which 10 hemp accessions were used (Delta 405, Fedora 17, Felina 32, Ferimon 12, Fibror 79, Futura 75, Santhica 27, Santhica 70, Orion 33, Villanova) to analyze their response to the conditions of the trial location area. The test was developed under greenhouse conditions, a simple recurrent selection was carried out, it consists of evaluating the plants that present the best performance obtained in the last selection cycle according to the phenotypic characteristics that are expected to be obtained. In order for the study to show the optimal agronomic feasibility of the new selected variety, it is intended to adapt the variety, first under greenhouse conditions in the Quito canton, Pichincha province, once positive results have been obtained, it could be integrated into the industry textile for marketing.

1.       Introducción

 

Cannabis sativa L. llamado comúnmente cáñamo es probablemente originario de Asia central, curiosamente los griegos y romanos utilizaban las fibras de cáñamo (Schultes, 2000).  Es una herbácea anual con tallo erguido no trepador, cuyo tamaño oscila entre 50 cm y 6 m de altura a madurez. Se trata de una planta dioica con flores unisexuales estaminadas o pistiladas desarrolladas sobre individuos diferentes. A pesar de ser dioico, existen cultivares de cáñamo monoicos creados para la producción de fibra (De Meijer y Van Soest, 2012). Estos cultivares suelen componerse del 50 al 70% de plantas monoicas y del 30 al 50% de plantas hembra, con sólo un número escaso de plantas masculinas  (Forapani et al., 2001). El cáñamo es la planta más antigua que se cultivó para la obtención de fibra (Small et al., 2015).

La fibra obtenida a partir del periciclo del tallo de la planta, siendo de gran resistencia y durabilidad, constituye el producto de mayor importancia agronómica de este cultivo. Las fibras del cáñamo pueden superar los 4 metros de largo, principalmente en los pies masculinos, y muestran una alta calidad siendo compuestas de hasta más del 70% de celulosa, lo que les permite ser una excelente materia prima para la industria textil, así como para la producción de pulpa para papel. Las variedades de cáñamo que se utilizan para la producción de fibra a nivel mundial son la variedad del género Sativa, entre las más comunes se encuentran: Cáñamo común, Cáñamo de Piamonte, Cáñamo chino (De Meijer y Keizer, 2014).

Las investigadoras Hollen, Saddler y Langford (2004), afirman que es un producto biodegradable y de obtención sencilla, biológica y ambientalmente correcta. El cultivo de cáñamo no precisa de pesticidas ni herbicidas, tiene un rendimiento elevado y mejora la estructura del suelo,tambien  es planta ahogadora de malas hierbas, mejora la estructura del suelo, lo deja limpio, sano y estructurado en profundidad, debido a su raíz pivotante, No exige cuidados entre siembra y cosecha,etc. El cultivo de cáñamo industrial no existe en Ecuador, sin embargo, en los últimos 10 años se establecieron procedimientos que abren las puertas al desarrollo del cultivo. De la mano de las iniciativas gubernamentales que incentivan la producción agrícola y su procesamiento, para la reducción de la dependencia económica petrolera con la que cuenta el país desde hace más de 30 años, se busca que el cultivo pueda ingresar en el país como una potencial industria que por sus características puede resolver problemáticas sociales, ambientales y económicas.

Las características del cultivo, la situación económica del sector y el renacimiento de la industria en el mundo abren las puertas para que Ecuador genere innovación en la producción agrícola local y de la mano con el fomento productivo que se da a agricultores impulsar la creación de productos no tradicionales, la transformación del cáñamo industrial representa una oportunidad para el país, que con una organización adecuada puede llegar a cambiar la realidad social, económica y ambiental de muchas personas.

El sector o también conocida como la comuna de Llano Grande, se encuentra ubicada al norte de la ciudad de Quito, pertenece a la parroquia Calderón, Su clima templado seco se ha encargado de hacer de este un sitio que cuenta con tierras aptas para la actividad agrícola de diversos productos puros y endémicos como son: maíz, papas, frejol, limón, guaba, aguacate, etc.

2.       Objetivos:

General

Desarrollar el mejoramiento de producción de fibra en cáñamo (Cannabis sativa) a través del método recurrente simple.

Especifico

Seleccionar variedades de cáñamo que presenten rendimientos adecuados en la producción de fibra para ser utilizados en el programa de mejoramiento genético.

3.       Hipótesis:

H0: Las variedades del cultivo de cáñamo producidas se adaptan con facilidad en el Ecuador y presentan altos rendimientos para la producción de fibra.

H1: Las variedades del cultivo de cáñamo producidas no se adaptan con facilidad en el Ecuador y presentan bajos rendimientos para la producción de fibra.

4.       Revisión de literatura:

El cannabis o Cañamo es una hierba anual erecta y miembro de la familia Cannabaceae, es monotípico y se caracteriza por una única especie Cannabis sativa L. Las plantas son diploides (2n=20), se cree que el acervo genético existente está compuesto principalmente de poblaciones, cultivares y selecciones domesticadas o salvajes, sujeto a la selección de fenotipos de usos específicos, Canabisse se ha cultivado en Eurasia durante varios miles de años y desde entonces ha irradiado desde esta región y ha estado sujeto a prolongadas presiones selectivas artificiales en África, América del Norte y del Sur (Small & Marcus, 2002), y ahora se cultiva a nivel mundial. Las plantas son dieciosas y forzadas, aunque algunas formas de fibra son monetarias, esto ha contribuido a un alto nivel de hibridación entre poblaciones pre, post y desdomesticadas y, por lo tanto, se cree que existen pocas o ninguna población silvestre intacta (Small & Cronquist, 1976).

El cáñamo es la planta más versátil en el mundo con la que se obtienen desde alimentos hasta combustibles, pasando por tejidos, papeles, cemento y plásticos, es la materia prima de más de 25.000 productos biodegradables de obtención sencilla y ecológica, es de crecimiento rápido y abundante y de fácil manejo, no necesita de agroquímicos, absorbe 4 veces más dióxido de carbono que la mayoría de otras plantas, ayuda a mejorar las condiciones medioambientales ya que con este se puede obtener productos derivados como fibras, papel y plásticos, además mejora la estructura del suelo, lo deja limpio sano y sus semillas pueden revitalizar cualquier terreno erosionado, creciendo en condiciones que son desfavorables para otros cultivos entre otros beneficios. (Núñez Heredia, 2017).

Durante la Revolución Verde, la productividad de cultivos importantes como el trigo (Triticum spp), El arroz (Oryza sativa), el maíz (Zea mays), el sorgo (Sorghum bicolor) y el mijo (Pennisetum glaucum) aumentaron entre un 0,5% y un 1% anual entre 1960 y 2000, durante este periodo hubo intercambio de recursos genéticos, las transferencias adaptivas y el libre flujo de materiales y conocimientos entre las investigaciones (Evenson & Gollin, 2003), sin embargo el mejoramiento genético no fue para todos los cultivares, durante el siglo XX los tipos de cultivos legítimos de cannabis, comúnmente conocidos como cáñamo industrial, no solo no se beneficiaron de los avances en las tecnologías de reproducción y la utilización de los recursos genéticos, sino que también sufrieron pérdidas significativas en la conservación ex situ, con probable erosión genética significativa, como se ha documentado con la pérdida de parientes silvestres del arroz en China (Gao et al., 2014).

El principal factor que contribuye a la erosión de los recursos genéticos del cannabis y al mejoramiento genético limitado del cáñamo industrial ha sido el estado del cannabis como fuente de una de las drogas ilícitas más utilizadas, aunque en los últimos años su aceptación a aumentado en países de Europa y América por su uso industrial y medicinal (Hajjar & Hodgkin, 2007). Este deterioro en la conservación de los recursos genéticos del cáñamo industrial no es consistente con la funcionalidad intrínseca o el valor agrícola de la especie. Las fibras largas pericíclicas y del floema en la fracción de líber del culmo (tallo) tienen una alta resistencia a la tracción y se utilizaron durante milenios como la fuente predominante de fibra para la producción de cuerda. También se han utilizado en las industrias textil y papelera, así como en termoplásticos de estera de fibra para la fabricación de automóviles (Moray, Game, & Maxted, 2014).

La selección recurrente es un proceso sistemático de selección de individuos dentro de una población genéticamente heterogénea, seguido de la recombinación de los individuos selección a dos para formar una nueva población; ésta, a su vez, se puede utilizar para iniciar un nuevo ciclo de selección. Por lo tanto, la selección recurrente es un proceso dinámico y continuo, y se puede representar de manera esquemática.

Las principales ventajas de la selección recurrente son:

·         Obtención de mayor variabilidad genética por el intercruzamiento de múltiples progenitores.

·         Mayor oportunidad para la recombinación, debido a los cruzamientos sucesivos.

·         Mayor eficiencia en el aumento de la frecuencia de genes favorables, debido al proceso repetitivo y acumulación de selección.

·         Mayor facilidad para incorporar germoplasma exótico en la población.

 

5.       Materiales y métodos:

Ubicación del ensayo:

El ensayo se encuentra ubicado en Llano Grande en el km 13 de la panamericana norte al noreste de la capital ecuatoriana, pertenece a la parroquia de Calderón del cantón Quito. Presenta un clima templado con temperaturas que puede llegar de 18ºc y 22º C.

Material vegetal

En este estudio se utilizó 10 accesiones de cáñamo para analizar su respuesta a las condiciones de la zona de ubicación del ensayo, parte de las variedades escogidas son utilizadas para la extracción de fibra y otras presentan un buen rendimiento en la generación de semilla (Tabla 1).

Tabla 1. Variedades de cáñamo

Nombre	Aplicación	Origen
Delta 405	Producción de semilla	España
Fedora 17	Fibra	Francia
Felina 32	Fibra	Francia
Ferimon 12	Producción de semilla	Francia
Fibror 79	Fibra	Francia
Futura 75	Fibra	Francia
Santhica 27	Fibra	Francia
Santhica 70	Fibra	Francia
Orion 33	Producción de semilla	Francia
Villanova	Producción de semilla	España

 

Evaluación experimental

Se realizo la selección de las variedades que presentaron mejor adaptabilidad a las condiciones de fotoperiodo, clima y suelo de la zona de  L, el cultivo se implementó en lotes aislados con una densidad de siembra de 100 plantas, las características fenotípicas para realizar la selección fueron el tamaño de planta, diámetro de tallo y tiempo de duración del ciclo, las variedades seleccionadas fueron monitoreadas hasta la generación de semilla de autofecundación; la semilla generada se utilizó en el siguiente año para iniciar el programa de mejoramiento.

En el ciclo siguiente se realizó el mismo diseño de bloques colocando las variedades escogidas en columnas continuas, se realizaba la selección de los mejores individuos, estos eran utilizados como parentales para la polinización libre; también se aislaban ramas con inflorescencias para realizar la autofecundación.

El ciclo siguiente se realizaba siembras para la evaluación de la semilla generada en polinización libre, de acuerdo con los fenotipos antes mencionados se realizaba la selección de las mejores accesiones, posterior a eso se realizaba una mezcla equitativa de semilla de autofecundación en base a la información obtenida en el ciclo anterior.

El cuarto año del programa se realizaba el mismo diseño de bloques para la selección de las mejores accesiones y se continuaba con la polinización libre y control en la autofecundación.

 

6.       Esquema de mejoramiento

7.       Conclusiones

Se efectuó uno de los primeros estudios de mejoramiento de Cannabis sativa en el país con el fin de mejorar la producción de fibra en las condiciones ambientales presentes en la sierra ecuatoriana.

Se realizo la introducción de variedades de cáñamo que ayudaron a generar una población inicial para el programa de mejoramiento.

8.       Bibliografía:

De Meijer, E.P.M. y Van Soest, L.J.M. (2012). The CPRO Cannabis germplasm collection.            Euphytica 62: 201-211.

De Meijer E.P.M. y Keizer, L.C.P. (2014) Variation of Cannabis for phenological             d             evelopment and stem elongation in relation to stem production. Field Crops Res.              38: 37-46.

Evenson, R. E., & Gollin, D. (2003). Assessing the impact of the Green Revolution, 1960 to 2000. science, 300(5620), 758-762.

Forapani, S.; Carboni, A.; Paoletti, C.; Moliterni, V.M.C.; Ranalli, P. y Mandolino, G.     (              2001) Comparison of hemp varieties using random amplified polymorphic DNA                 markers. Crop Sci. 41: 1682-1689.

Gao, C., Xin, P., Cheng, C., Tang, Q., Chen, P., Wang, C., . . . Zhao, L. (2014). Diversity analysis in Cannabis sativa based on large-scale development of expressed sequence tag-derived simple sequence repeat markers. PloS one, 9(10), e110638.

Hajjar, R., & Hodgkin, T. (2007). The use of wild relatives in crop improvement: a survey of developments over the last 20 years. Euphytica, 156(1), 1-13.

Hollen, N.; Saddler, J; Langford, A. (2004) Introducción a los textiles. México: Limusa,                3             59p.

Moray, C., Game, E., & Maxted, N. (2014). Prioritising in situ conservation of crop resources: a case study of African cowpea (Vigna unguiculata). Sci. Rep. 4, 5247.

Núñez Heredia, N. A. (2017). Formulación del manual para el manejo integral de los residuos sólidos en el cultivo de cáñamo industrial.

Schultes, R.E. (2000) Ramdom thoughts y queries on the botany of Cannabis. In: Joyce,             C.R.B. y S.H. Curry, The Botany y Chemistry of Cannabis. J. & A. Churchill.    L             ondon, England. pp. 11-38.

Small, E., & Cronquist, A. (1976). A practical and natural taxonomy for Cannabis. Taxon, 405-435.

Small, E., & Marcus, D. (2002). Hemp: A new crop with new uses for North America: Trends in new crop and news uses, ASHS Press, Alexandria, VA, USA.