Caracterización del proceso de polinización a fecundación en níspero japonés

Transcripción

1 Caracterización del proceso de polinización a fecundación en níspero japonés L. Carrera y M. Herrero Departamento de Pomología, Estación Experimental de Aula Dei CSIC. Apdo. 202, Zaragoza, España Palabras clave: Eriobotrya japonica, fase progámica, cinética del tubo polínico, patrón de crecimiento, cuajado Resumen El níspero japonés (Eriobotrya japonica Lindl.) es un árbol frutal que está adquiriendo importancia en zonas con clima subtropical como cultivo alternativo. En el Levante español se cultiva esta especie con buenos resultados, como alternativa a otros cultivos ya establecidos como los cítricos y las hortícolas. Sin embargo, en los últimos años y debido a la intensificación del cultivo han aparecido mermas en los cuajados de algunas plantaciones. El desconocimiento de la biología reproductiva en esta especie parece ser el principal obstáculo para plantear soluciones a los problemas de cuajado acaecidos. Por ello se ha abordado el estudio del proceso que va de polinización a fecundación en níspero japonés. Se ha caracterizado la cinética del tubo polínico secuenciando los tiempos necesarios para acometer cada fase. Para ello se han realizado cruzamientos controlados en campo polinizando el cultivar Algerie con polen compatible procedente del cultivar Golden, llevando a cabo fijaciones secuenciales en las cinco semanas siguientes a la polinización. Paralelamente se ha controlado el peso de las flores/frutos. La cuantificación del crecimiento de los tubos polínicos a lo largo del estilo, así como su llegada al ovario y la penetración de los óvulos indican que la fecundación en níspero japonés ocurre entre la primera y segunda semana tras la polinización determinando, por lo tanto, el inicio de la fructificación. Este periodo es importante para asegurar un buen cuajado siendo clave para un manejo adecuado de las plantaciones de níspero japonés. INTRODUCCIÓN El níspero japonés (Eriobotrya japonica Lindl.) es un árbol frutal que está adquiriendo importancia en zonas con clima subtropical o templado cálido, como es el Levante español, como cultivo alternativo. En esta zona se cultiva esta especie con buenos resultados, como opción a otros cultivos ya establecidos como los cítricos y las hortícolas. Sin embargo, en los últimos años se ha producido una intensificación del cultivo apareciendo mermas en los cuajados de algunas plantaciones. El principal obstáculo para plantear soluciones a los problemas de cuajado es el desconocimiento de la biología reproductiva en esta especie. El níspero es una especie peculiar que presenta diferencias con respecto a otros pomos. Florece en otoño y las inflorescencias crecen en la madera del año. Si bien, el fruto del níspero presenta pocas semillas, como el resto de su grupo, estas son tan grandes como la de los frutales de hueso. Además, la polinización en níspero japonés apenas se ha considerado hasta la aparición de cuajados erráticos en la especie, denotando un desconocimiento en la biología reproductiva de la misma. Recientemente, la 293

2 secuenciación de los primeros alelos de incompatibilidad muestran que el níspero presenta un sistema de incompatibilidad gametofítico (Carrera et al., 2009). Sin embargo, en el proceso reproductivo de esta especie no se ha caracterizado la fase progámica, que es aquella que comprende desde que el grano de polen entra en contacto con el estigma hasta que se produce la doble fecundación del saco embrionario. El proceso que controla el crecimiento del tubo polínico tiene rasgos comunes entre las especies. Una vez que alcanza el grano de polen la superficie del estigma este se debe hidratar para iniciar el crecimiento del tubo polínico. Este crecimiento extracelular por el tejido transmisor se mantiene a lo largo del estilo y se va nutriendo de los contenidos que encuentra en este espacio intercelular (Herrero, 1992). Una vez en el ovario los tubos polínicos crecen en la superficie del obturador, buscan la superficie de la pared interior del ovario para alcanzar el óvulo a través del micropilo creciendo en la nucela y alcanzando el saco embrionario dónde tiene lugar la doble fecundación. La fecundación va a depender de factores que influyan en el crecimiento del tubo polínico por los diferentes tejidos que encuentre en su recorrido y de una correcta sincronía polen-pistilo (Herrero, 2003). En este trabajo se caracteriza la fase reproductiva que va de polinización a fecundación en níspero, tratando de definir cuando arranca el crecimiento de la flor fecundada, dando importancia al comienzo del cuajado del níspero. MATERIAL Y MÉTODO Se han utilizado flores de níspero cv. Algerie y polen compatible del cultivar Golden. Los árboles están localizados en el término municipal de Callosa d en Sarrià (Alicante, España) en la parcela de experimentación que tiene la Cooperativa Ruchey para este fin. Ambos cultivares Algerie y Golden son autoincompatibles e intercompatibles entre sí (Carrera et al., 2009). Obtención de polen El polen se ha obtenido de flores de níspero en estado globoso cv. Golden. Para la obtención de polen las anteras se han dejado secar en papel a temperatura ambiente, hasta provocar su dehiscencia transcurridas 24 horas. El polen se recogió con una malla de 0,26 mm y se empleó para realizar las polinizaciones mediante la ayuda de un pincel fino. Caracterización de la cinética del tubo polínico Se han elegido ramas al azar de 6 árboles de níspero japonés cv. Algerie. Se han emasculado todas las flores de cada rama en el estado de botón globoso. Para el ensayo se han distinguido dos poblaciones de flores vírgenes y de flores polinizadas al día siguiente, que corresponde al día de antesis. Se han llevado a cabo fijaciones secuenciales en las 5 semanas siguientes a la polinización, tanto para las poblaciones polinizadas como las flores vírgenes en FAA (Formaldehído-Ácido Acético-Etanol 70%) (1:1:18) (Johansen, 1940). Posteriormente se incluyó en bloques de parafina y se realizaron secciones de 10 µm paralelas al eje longitudinal del ovario. Las secciones se han teñido con azul de anilina para la callosa (Currier, 1957) que muestra el camino del tubo polínico en su recorrido progámico, siguiendo una metodología descrita para otras especies (Herrero y Arbeloa, 1989). 294

3 Control de peso de las flores/frutos Para el establecimiento del patrón de crecimiento de las flores de níspero se han caracterizado flores polinizadas con polen compatible y flores vírgenes no polinizadas durante 7 semanas el primer año y 6 semanas el siguiente año. El primer año del ensayo de cada flor se eliminó el borde del receptáculo con la ayuda de un escalpelo. El segundo año del estudio las flores de níspero fueron peladas, es decir, se les eliminó con bisturí el recubrimiento peloso que rodea al ovario, ya que se había visto que daba problemas a la hora de realizar los cortes en el microtomo. Los datos de peso se realizaron en una balanza electrónica, pesando una media de 10 flores por semana. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se ha caracterizado la fase progámica en níspero japonés. Posteriormente se ha secuenciado el proceso reproductivo determinando los tiempos necesarios para acometer cada fase desde la polinización a la fecundación, siguiendo el crecimiento de los tubos polínicos a lo largo del estilo, así como su llegada al ovario y la penetración en los óvulos. Paralelamente se determinó el inicio de la fructificación mediante el patrón de crecimiento de las flores/frutos. Cinética del tubo polínico El crecimiento del tubo polínico comienza en el estigma receptivo y continúa entre las células del tejido transmisor del estilo hacia los óvulos. En el receptáculo floral, los tubos polínicos descienden por el canal estilar que conecta con cada carpelo. Posteriormente los tubos polínicos rodean el obturador que guía la entrada al micropilo. Una vez en el saco embrionario el tubo polínico descargará los gametos masculinos y se producirá la doble fecundación. La cuantificación de la cinética de los tubos polínicos a lo largo del estilo, así como su llegada al ovario y la penetración de los óvulos indican que los tubos polínicos comienzan a llegar al óvulo en la primera semana, ya que se han observado tubos polínicos en la nucela de algunas de las flores examinadas. Sin embargo, es a partir de la segunda semana tras la polinización, cuando se observan tubos polínicos en alguno de los óvulos de cada flor, es decir, el 100% de las flores presentan tubos polínicos en la nucela y en un porcentaje superior o cercano al 50% de los óvulos (Tabla 1). Los pétalos de las flores comienzan a marchitarse a partir de la 1ª y 2ª semana tras polinización y entre la 3ª y 4ª semana algunas flores cierran los sépalos, denominándose localmente estado de morro cerrado. En este momento se observa una diferencia de tamaño entre los óvulos fecundados y los no fecundados al microcospio. Control de peso de las flores/frutos El patrón de crecimiento de las flores de níspero indica el momento en el que se produce la inducción del crecimiento del ovario, marcando el inicio de la fructificación. El primer año el ensayo se hizo para flores completas (Tabla 2) y el segundo año para flores peladas (Tabla 3). El porcentaje sobre el peso que equivale la caperuza lanuda de la flor es, como media 70,24% (valores entre 63,43% a 82,49%). Establecer el crecimiento en las primeras semanas a partir de que la flor es fecundada indica el momento en el que se produce la inducción del desarrollo del ovario. En níspero se determinan dos posibles periodos de crecimiento del fruto. En una primera fase sería de antesis a la séptima semana en el que las flores polinizadas experimentan un lento crecimiento y el segundo periodo se produciría a partir de la séptima semana, con un 295

4 rápido crecimiento del fruto. Las flores vírgenes apenas se apreciaron cambios significativos de crecimiento (Tabla 2 y 3). El inicio de la fructificación en níspero japonés se determina, a partir de la llegada de los tubos polínicos al óvulo que marca el inicio del crecimiento del frutos. Se puede decir que la fecundación en níspero comienza a partir de la primera semana, siendo completa en la segunda y este comportamiento es paralelo al patrón de crecimiento observado. Por lo tanto, se puede definir el inicio de la fructificación para el níspero japonés en este periodo, entre la primera y segunda semana, manifestándose como periodo clave en el manejo adecuado de las plantaciones comerciales y del cuajado de las mismas. Agradecimientos Los autores agradecen a E. Soler por la aportación del material vegetal de la Coop. Ruchey (Callosa d en Sarrià, España). Esta investigación ha sido financiada por los proyectos CICYT AGL C02-02 y AGL /AGR, GIC-Aragón 43 y un contrato con la Coop. Ruchey (Callosa d en Sarrià). Referencias Carrera, L., Sanzol, J., Herrero, M., and Hormaza, J. I. 2009: Genomic characterization of self-incompatibility ribonucleases (S-RNases) in loquat (Eriobotrya japonica Lindl.) (Rosaceae, Pyrinae). Molecular Breeding. DOI: /s Currier, H. B. 1957: Callose substance in plant cells. American Journal of Botany 44: Herrero, M. 1992: From pollination to fertilization in fruit-trees. Plant Growth Regulation 11: Herrero, M. 2003: Male and female synchrony and the regulation of mating in flowering plants. Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series B Biological Sciences 358: Herrero, M., and Arbeloa, A. 1989: Influence of the pistil on pollen-tube kinetics in peach (Prunus persica). American Journal of Botany 76: Johansen, D. A. 1940: Plant microtechnique, New York. 296

5 Tabla 1. Llegada del tubo polínico al óvulo. Evolución semanal del porcentaje de flores y de óvulos con presencia de tubos polínicos en la nucela después de la polinización a partir de antesis. (%) Flores Óvulos Tabla 2. Crecimiento de flores polinizadas y flores vírgenes. Crecimiento de flores y error estándar durante las 7 semanas después de antesis en la floración para primer año de estudio. Peso (mg) Polinizadas 1 35,4 ± 1,4 Vírgenes 1 35,4 ± 1,4 53,0 ± 3,0 44,3 ± 3,1 62,3 ± 3,6 38,6 ± 3,5 93,2 ± 6,8 53,1 ± 3,2 81,0 ± 7,4 39,2 ± 4,2 107,7 ± 19,5 29,0 ± 2,1 111,7 ± 16,7 32,6 ± 2,6 251,4 ± 28,6 42,6 ± 5,1 1 Los valores son medias ± ES (Error estándar). Tabla 3. Crecimiento de flores polinizadas y flores vírgenes. Crecimiento de flores y error estándar durante las primeras 6 semanas después de antesis en la floración para el segundo año de estudio, para flores peladas en la que ha sido eliminada la cubierta externa del cáliz. Peso (mg) Polinizadas 1 15,5 ± 1,7 Vírgenes 1 14,4 ± 0,8 16,4 ± 0,7 12,5 ± 0,9 23,0 ± 1,0 15,3 ± 0,9 23,9 ± 1,7 17,6 ± 1,3 n.e. 27,3 ± 4,6 n.e. 16,7 ± 2,1 28,9 ± 6,6 7,9 ± 1,0 n.e. n.e. 1 Los valores son medias ± ES (Error estándar). n.e. = Dato no evaluado. 297