"BIOLOGÍA Y PRODUCTIVIDAD DE CACTÁCEAS DE IMPORTANCIA ECONÓMICA DE LA REGIÓN CENTRAL DE MÉXICO"

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1 Nombre: Andrea Zoraya Ortiz Arcos Matricula: Teléfono: Licenciatura: Biología División: Ciencias Biológicas y de la Salud Unidad: Iztapalapa Trimestre lectivo: 06-O Título del proyecto de Investigación: "BIOLOGÍA Y PRODUCTIVIDAD DE CACTÁCEAS DE IMPORTANCIA ECONÓMICA DE LA REGIÓN CENTRAL DE MÉXICO" Título del trabajo de Servicio Social: GERMINACIÓN Y ESTABLECIMIENTO DE PLÁNTULAS DE Pachycereus weberi (J.M. Coult) Backeb Nombre del asesor interno: M. en C. Cecilia Jiménez Sierra Nombre del asesor Externo: Biól. Ma. Loraine Matias Palafox Lugar de realización: Universidad Autónoma Metropolitana. Lab AS

2 GERMINACIÓN Y ESTABLECIMIENTO DE PLÁNTULAS DE Pachycereus weberi (J.M. Coult) Backeb INTRODUCCIÒN La familia de las cactáceas es endémica de América y se encuentra principalmente en las zonas áridas y semiáridas pero también crece en las zonas subtropicales y en las tropicales húmedas, en donde algunas de sus especies viven como epifitas. Las cactáceas viven en todos estos tipos de vegetación: bosques tropical perenifolio, tropical subcaducifolio, tropical caducifolio, bosque espinoso, pastizales, matorral xerófilo y en el bosque mesófilo de montaña; alcanzan su máximo desarrollo en los matorrales xerófilos y en los bosques tropicales caducifolios, en donde existen condiciones climáticas de aridez mas o menos extremas. Los matorrales de zonas áridas y semiáridas están integrados, en general, por arbustos que crecen distanciados entre si, miden entre 1 y 4m de altura o mas, tienen hojas pequeñas en ocasiones coriáceas y resinosas y con frecuencia las ramas son espinosas. Estos matorrales crecen en condiciones de gran sequía, la precipitación es muy escasa, con promedio anual de lluvia de menos de 50mm. La temperatura es muy alta durante el día y muy baja después de la puesta del sol. (Bravo-Hollis y Scheinvar, 1995). Las cactáceas presentan adaptaciones morfofisiológicas para sobrevivir en ambientes áridos. Algunas de estas adaptaciones son: la transformación de hojas a espinas, la suculencia, la extensión mayor de las raíces que de brotes y el metabolismo fotosintético CAM. Además de su amplio uso como ornamentales, las cactáceas han sido utilizadas de diversas maneras desde tiempos remotos. Algunas especies tienen propiedades medicinales (Carnegiea gigantea), algunas son comestibles, como los cladodios de las opuntias (nopales) y los frutos de Opuntioa ficus-indica y Myrtillocactus geometrizans, han sido utilizadas para el control de la erosión debido a las características de su sistema radicular, como forraje y en ritos ceremoniales por sus efectos alucinógenos (Lophophora williamsii). (Rojas-Aréchiga M. 1995) 2

3 México se considera un país con una gran biodiversidad constituida en gran parte por sus zonas áridas y semiáridas, los principales elementos de estos ecosistemas son las plantas suculentas, entre ellas las cactáceas, las cuales están representadas por cerca de 66 géneros y 850 especies de las cuales el 78% son endémicas (Bravo-Hollis y Sánchez-Mejorada, 1991a; 1991b). GERMINACIÓN Una vez que los frutos de las cactáceas maduran, si no son comidos por los depredadores, se abren y dejan en libertad a las semillas. Estas son dispersadas por el viento (anemocoria), por acción del agua de lluvia (hidrocoria) y por los insectos o por otros animales como las aves y los murciélagos (zoocoria). Las semillas poseen diversos mecanismos que les permiten detectar cambios ambientales, (temperatura, luz y humedad) para así poder asegurar su germinación y satisfacer las necesidades para el posterior establecimiento y crecimiento de las plántulas. (Rojas-Aréchiga M. 1995). Se entiende por germinación, al proceso que llevan acabo las semillas bajo condiciones favorables para que se desarrolle una plántula. El tiempo medio de germinación se determina con la siguiente formula: (Ellis y Roberts 1978, Sánchez Soto et al 2005) S G1i t 50 = S G 1 Donde i= día de germinación, G1= numero de semillas germinadas en la unidad experimental al día i. El porcentaje final de germinación se estimo en relación al número de semillas en cada unidad experimental. La germinación es un conjunto de fenómenos que implican el desarrollo del embrión, esta depende de ciertos factores ambientales tales como la temperatura, humedad, luz, etc. 3

4 Para las semillas de cactáceas es un proceso difícil en su medio natural, pues, aun cuando los frutos producen generalmente numerosas semillas, solo unas cuantas logran este proceso. Las semillas que logran germinar en zonas áridas, son aquellas que no son depredadas y que por acción del viento o de las corrientes de agua de lluvia son arrastradas a grietas del suelo o bajo arbustos que les proporciona un microclima adecuado para su desarrollo. Durante la germinación de las semillas, el agua con los nutrimientos disueltos en ella es absorbida a través del micrópilo por la ridícula del embrión, ocasionando que las células se multipliquen y produzcan una plántula, que en las condiciones adversas del desierto tendrán que desarrollarse para llegar a su etapa adulta. (Bravo-Hollis y Scheinvar, 1995). DESCRIPCIÓN DE LA ESPECIE Pachycereus weberi es una planta arborescente, candelabriforme, muy grande, como de 10m de alto. Su tronco esta bien definido, es leñoso hasta de 2m de alto. Presenta ramas muy numerosas, largas y verticales, de 20cm de diámetro de color verde glauco con cerca de 10 costillas separadas por senos profundos. Las aréolas son distantes entre sí 2 a 3cm, grandes, ovales, con fieltro blanco grisáceo. Sus espinas radiales 6 a 12, de 1 a 2cm de largo, son engrosadas en la base. Presenta una espina central hasta de 10cm de largo, algo aplanada, gruesa, al principio de color pardo rojizo casi negro, después grisácea, dirigida un poco hacia abajo. Sus flores diurnas son de color blanco en la parte interior y de color rojo oscuro en laparte exterior, miden de 8 a 10 cm de largo, forman un fruto globoso, de 6 a 7cm de diámetro, con abundantes espinas setosas amarillentas que ocultan el pericarpio (cáscara del fruto); al madurar revienta generalmente en cuatro partes, exponiendo la pulpa color rojo púrpura y las semillas negras que miden 3.57 mm de largo y 2.43 mm de ancho y pesan gr. Su nombre común es Candelabro o Cardón Espinoso, se encuentra tambien con los siguientes sinónimos: 4

5 Cereus weberi Coult., Cereus candelabrum Weber in Schumann, Lemaireocereus weberi (Coult.), Pachycereus grandis Rose var. gigas Backeberg, Ritterocereus weberi (Coult.) Backeberg, Pachycereus gigas (Backeberg) Backeberg y Stenocereus weberi. Esta cactácea fue elegida por el doctor Alt para adornar el telón de cristales del Palacio de Bellas Artes y también aparece en un óleo de José María Velasco expuesto en el Museo de las Culturas en la capital del país. (Bravo-Hollis y Scheinvar, 1995). La distribución de Pachycereus weberi esta reportada para los estados de Puebla, Oaxaca, Guerrero y Michoacán, no obstante este trabajo se realizó con semillas de frutos de plantas del estado de Hidalgo (Fig. 1). Figura 1. Espécimen de Pachycereus weberi en la barranca de Metztitlán en el estado de Hidalgo. 5

6 ANTECEDENTES Algunos experimentos relacionados con la germinación de las semillas de cactáceas se mencionan a continuación: Sánchez Soto, et al. (2005), realizaron un estudio sobre el efecto de la hidratación discontinua sobre la germinación de tres cactáceas del desierto costero de Topolobampo, Ahome, Sina loa, donde encontraron que la hidratación temporal parece activar los procesos metabólicos de las semillas ya que más del 87% de las semillas germinaron por el efecto de la hidratación. Flores, et al., (2005). Comparación de la germinación de semillas en especies de Turbinicarpus: un genero en peligro, en donde se realizaron experimentos de germinación con semillas del genero Turbinicarpus, recientes y de años pasados, ademas, determinaron que algunas especies pueden formar bancos de semillas para asegurar su sobrevivencia, tambien encontraron que las semillas jóvenes tiene mas capacidad de germinación en tiempo de lluvia que las semillas mas viejas. Ramírez-Padilla, et al. (2005). Quienes en su trabajo Respuestas de la germinación de tres especies de cactus congenericos (Neobuxbaumia) con diferente grado de rareza. Describen que los patrones de germinación de las semillas tienen un impacto directo en el nivel de rareza de las especies. En este estudio se analiza el comportamiento de germinación de tres especies diferentes del genero Neobuxbaumia los tratamientos de germinación incluyen diferentes temperaturas, inmersión en HCL, oscuridad y diferentes potenciales hídricos y se encontró que las especies mas raras muestran muy bajo porcentaje de germinación a comparación de la especie N. mezcalaensis (mas comun) que muestra respuesta fotoblastica y es afectada por el potencial hídrico. 6

7 De la Barrera et al. (2002). En donde utiliza las variables de: temperatura, potencial hídrico y tiempo post-cosecha para la especie Stenocereus queretaroensis encontrando que su germinación fue optima entre los 20º y 30ºC aunque el porcentaje de germinación decrece con un potencial hídrico bajo y la máxima germinación ocurrió en semillas que tenían de 11 a 18 meses de edad. Godínez-Alvarez, et al. (1998). En este trabajo se estudia el efecto de la inhibición, temperatura y escarificación mecánica y con soluciones acidas simulando la ingestión de las semillas por pájaros y murciélagos, se encontró que solo una especie Pachycereus hollianus incrementa se germinación después de que las semillas fueran sumergidas en soluciones acidas. Trejo-Hernández, et al. (1993).En este estudio se evaluó el efecto del tiempo de almacenamiento en refrigeración sobre el porcentaje de germinación en semillas de esta especie y se encontró que en las semillas almacenadas por dos y tres años presentan el mayor porcentaje de germinación en solo dos sustratos. JUSTIFICACIÒN Las suculentas son las plantas que por excelencia simbolizan a la flora mexicana. De las 800 a 1,500 especies con las que cuenta esta familia, más de un 68 % están representadas en México. Muchas de estas especies tiene importancia económica, y en el extranjero llegan a alcanzar un alto precio como ornamentales, pueden tener otros usos como por ejemplo, el aprovechamiento de los frutos como alimento, como forraje, como leña y pueden ser utilizados en la construcción de chozas y cercas vivas. 7

8 Actualmente la legislación mexicana contempla la protección de muchas especies silvestres consideradas como amenazadas. Los bancos de semillas y los jardines botánicos son los métodos más comunes para conservarla diversidad biológica vegetal ex situ. El propósito de la germinación de las semillas es conocer sus características fisiológicas y cuales son las condiciones que estas necesitan para su desarrollo y crecimiento para así poder determinar si estas especies pueden propagarse in situ y de esta manera conservarse ex situ. OBJETIVOS I.- Conocer las condiciones óptimas para la germinación de las semillas de la especie Pachycereus weberi y cual es su porcentaje. II.- Determinar factores que puedan impedir la germinación. III.-Establecer pequeñas poblaciones de esta especie en el campo para determinar la sobrevivencia de las plántulas y conocer su viabilidad para la conservación in situ. ÁREA DE ESTUDIO Al centro Este del estado de Hidalgo se localiza la Reserva de la Biosfera Barranca de Metztitlán que cuenta con una extensión de 96, ha, comprende la zona de barrancas de los municipios de Metepec, Acatlán, Huasca de Ocampo, Atotonilco el Grande, San Agustín Metztquititlán, Zacualtipán de Ángeles, Metztitlán y Eloxochitlán. Su clima es cálido y seco que contrasta con las zonas contiguas y húmedas, siendo el resultado del efecto denominado sombra de lluvia (Jiménez-Sierra y Reyes, 2003). 8

9 Su diversidad de ecosistemas esta representado por matorrales xerofilos, bosque tropical caducifolio, matorral submontano, bosque de confieras, pastizales y vegetación ribereña. La reserva cuenta con alrededor de 70 especies de cactáceas, la mas representativa del lugar es el viejito (Cephalocereus senilis) y el órgano (Neobuxbamia polylopha), las especies endémicas de esta reserva son el viejito, la liendrilla" (Astrophytum ornatum) y la globosa (Turbinicarpus horripilus). (Jiménez-Sierra y Reyes, 2003). METODOLOGIA Para realizar este experimento se trabajo con colectadas en mayo del 2004 en el área de la Reserva de la Biosfera Barranca de Metztitlán. Para la germinación de las semillas Las semillas fueron llevadas al laboratorio y separadas en lotes de 10 para obtener el peso medio por semilla. Fueron sometidas a un choque térmico sumergiendolas en agua a 50ºC hasta su enfriamiento, 24 horas después fueron enjuagadas. Posteriormente fueron desinfectadas con una solución de cloro al 10% y una solución fungicida (Captan al 1%). Para realizar la siembra de las semillas, se utilizó como sustrato una mezcla de tepojal y tierra de hoja. Dicho sustrato se coloco en frascos desinfectados y se humedeció. Las semillas fueron colocadas sobre la superficie una por una tratando de no encimarlas, cada frasco fue etiquetado con los siguientes datos: fecha, nombre de la especie, tratamiento y nombre del alumno responsable. Para el experimento se realizaron tres tratamientos, a) Temperatura ambiente, b) Temperatura alternante 15º /25º y oscuridad (en sustrato tierra y agar) para reconocer el fotoblástismo (respuesta de las semillas a la luz) que presentan estas semillas. 9

10 Para los tratamientos de temperatura ambiente y alternante fueron sembradas 50 semillas con seis repeticiones y para el tratamiento de oscuridad fueron sembradas 50 semillas con tres repeticiones en el sustrato tierra y cuatro repeticiones con 20 semillas cada frasco en el sustrato de agar al 10%. Para el tratamiento de temperatura ambiente, los frascos fueron colocados cerca de las ventanas del laboratorio, mientras que para el tratamiento de temperatura alternante, los frascos se colocaron dentro de una germinadora Lab-Line environette plant growth chamber (120 volt, 20 amps, 60 Hz). Los frascos del tratamiento de oscuridad fueron envueltos con pape aluminio y colocados dentro de un gabinete para evitar el paso de luz. El conteo de las semillas germinadas se inicio a los tres días después de la siembra continuándolo cada tercer día hasta la estabilización de la germinación. (día 43 para el tratamiento temperatura ambiente y día 21 para el de temperatura alternante). Se utilizó una hoja control donde se registro la germinación y mortalidad de las semillas. Para cada tratamiento se obtuvo el inicio, el tiempo medio y el porcentaje final de germinación. Sobrevivencia de plántulas en el campo Para reportar la supervivencia de esta especie en campo, se utilizaron 160 plántulas resultantes de la germinación, estas fueron llevadas a la población que ocupan dentro de la Barranca de Metztitlán. Para esto se realizaron dos tratamientos, a) sol con y sin exclusión de depredadores y b) sombra con y sin exclusión de depredadores. Para cada tratamiento se hicieron cuatro repeticiones con 20 plántulas cada una (cuatro frascos para sol y cuatro para sombra), estas se sembraron dentro de botes de plástico abiertos por ambos lados, se colocaron cuatro botes en un lugar soleado dos con una maya de tul para evitar la depredación y dos abiertos, y cuatro botes en un lugar sombreado de igual manera dos con maya de tul y dos abiertos. 10

11 RESULTADOS Las semillas de Pachycereus weberi presentan fotoblástismo negativo ya que germinaron en ausencia de luz, alcanzando un 31% de germinación. En el sustrato agar se obtuvo un porcentaje mas bajo, 1.3% de germinación, por lo que tal vez la edad de las semillas influyo en este resultado. En el tratamiento de temperatura ambiente la germinación inicio al tercer día y se estabilizó 43 días después de la siembra. El tiempo medio de germinación (t 50 ) fue de 6.13 días y e l porcentaje final de germinación de 79% (Fig. 2). 100 Germinación (%) Tiempo (días) Figura 2: Comportamiento de la germinación de semillas de P. weberi a temperatura ambiente. En este tratamiento se reporta una mortalidad del 2% (Fig 3) y un porcentaje de sobrevivencia de 94.9% en el laboratorio. plantulas muertas % de mortalidad Tiempo (dìas) Figura 3. Muestra el comportamiento de la mortalidad que presentan las plántulas a temperatura ambiente. 11

12 Para el tratamiento de temperatura alternante la germinación inicia al tercer día y se estabiliza 21 días. Después de la siembra. El tiempo medio de germinación (t 50 ) fue de 4.81 y el porcentaje final de germinación que se alcanzo en este tratamiento fue de 81% (Fig. 4). 100 Germinación (%) Tiempo (días) Figura 4: Comportamiento de la germinación de semillas de P. weberi a temperatura alternante. Se encontró una mortalidad del 8% para este tratamiento y un 78.8% de sobrevivencia en el laboratorio (Fig 5) % de mortalidad Tiempo (dìas) Figura 5: Comportamiento de la mortalidad de las plántulas en el tratamiento de temperatura alternante. Los datos de germinación fueron evaluados con una prueba de ANOVA de una vía, con la cual no se encontraron diferencias significativas entre tratamientos (F=0.51; P=0.49) (Fig 6 y 7). 12

13 100 Germinación (%) amb Tiempo (días) alt Figura 6: comportamiento de la germinación para los tratamientos de temperatura. 86,0 Germinación de Pachycereus weberi 83,5 (%) 81,0 78,5 76,0 amb alt Tratamiento de temperatura Figura 7: Nulidad de diferencias significativas entre los tratamientos de temperatura. Sobrevivencia en campo El porcentaje final de sobrevivencia de plántulas en el campo para los tratamientos de sol con y sin exclusión fue de 0%. 13

14 Mientras que para el tratamiento de sombra solo se registro sobrevivencia en el de exclusión con un 47.5%. se cree que la mortalidad de el resto de las plantas pudo ocurrir por deshidratación o depredación DISCUSIÓN Para esta especie la temperatura y la luz podrían ser factores que determinen su porcentaje de germinación. Sin embargo las respuestas que presentan las semillas en estos experimentos muestran que la germinación tiene un mayor porcentaje a temperatura alternante que a temperatura ambiente, la luz no es un factor necesario para que puedan germinar. CONCLUSIONES A partir de los resultados obtenidos en el experimento, podemos decir que las semillas de esta especie miden 3.57mm de largo y 2.43mm de ancho y tiene un peso de gr. Presentan fotoblástismo negativo, esto es que pueden germinar en ausencia de luz aunque este factor no es determinante para su germinación. La edad de las semillas puede influir en el proceso de la germinación ya que pueden perder viabilidad (capacidad de las semillas para germinar). La germinación de las semillas de esta especie es de 81% en alternante y de 79% a temperatura ambiente. La sobrevivencia que presenta esta especie alcanza un porcentaje del 94.9% a temperatura ambiente y un 78.7% en temperatura alternante (en laboratorio), en su hábitat natural alcanza un 47.5% en áreas sombreadas con exclusión de depredadores y 0% en áreas a cielo abierto, de acuerdo con esto, la propagación de esta especie ex situ es la mejor opción, ya que las semillas pasan por grandes adversidades que les impiden llegar a su etapa adulta en su hábitat natural, tal vez esta es la causa por la cual esta especie tiene una distribución restringida. 14

15 RECOMENDACIONES Para los experimentos de germinación es mas recomendable utilizar semillas que no tengan mucho tiempo de almacenamiento ya que a causa de esto puede perder viabilidad y no obtener buenos resultados, para reportar sobrevivencia en su hábitat natural es mejor hacerlo en épocas en las que la precipitación sea mayor para evitar la deshidratación de las plántulas resultantes del experimento. La maya de tul que se usa para la exclusión de depredadores debe ser un poca mas gruesa para evitar que sea comida. BIBLIOGRAFIA Bravo-Hollis H Las Cactáceas de México. Vol 1., Vol 2. Ed. UNAM. México. Bravo-Hollis H., Scheinvar L El interesante mundo de las cactáceas. Fondo de Cultura Económica. México. 233 Págs. De la Barrera, E. & S. Nobel, P Physiological ecology of seed germination for the columnar cactus Stenocereus queretaroensis. Journal of Arid Environments. 53: Flores, J., Arredondo, A. y Jurado, E Comparative Seed Germination in Species of Turbinicarpus: an Endangered Cacti. Natural Areas Journal 25: Godínez-Alvarez, H. & Valiente-Banuet, A Germination and early seedling growth of Tehuacan Valley cacti species: the role of soils and seed ingestion by dispersers on seedling growth. Journal of Arid Environments. 39:

16 Rojas-Aréchiga M Estudios sobre la germinación de cactáceas del Valle de Zapotitlán de las Salinas, Puebla. Tesis de Maestría en Ciencias. (Biología) UNAM. Facultad de ciencias. México. D.F. Ramírez-Padilla, C.A. y Valverde, T Germination responses of three congeneric cactus species (Neobuxbaumia) with differing degrees of rarity. Journal of Arid Environments. 61: Sánchez Mejorada H Manual de campo de las cactáceas y suculentas de la Barranca de Metztitlán. Sociedad Mexicano de Cactología. 132 Págs. Trejo-Padilla, L y Garza -Castillo, M.R Efecto del almacenamiento en la germinación de semillas de Mammillaria heyderi Muchl. en 4 sustratos. BIOTAM. Vol 5: (3)

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