Recolección de semilla

La semilla se recolectó en siete poblaciones localizadas en el área centro de distribución natural de la especie en México (Cuadro 1). La recolecta se realizó en árboles sanos, de fuste recto, con altura y diámetro superior al promedio del rodal. Se seleccionaron de cinco a ocho árboles en cada localidad, con un total de 49 individuos en las siete poblaciones. Los árboles estuvieron a distancias mayores de 100 m para evitar recolectar árboles emparentados. A través de escalado se obtuvieron conos de polinización abierta de cada uno de los árboles en mayo y junio del 2018. Las muestras se identificaron y transportaron al Laboratorio de Semillas y Germoplasma del Instituto de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, en Tulancingo, Hidalgo, México. En este lugar se llevó a cabo el beneficio y almacenamiento de la semilla hasta su uso en el ensayo de germinación y crecimiento de las plantas.

En lo sucesivo, el término “procedencia” se utilizará para referirse a la localidad de origen y “población” para referirse a la progenie derivada del conjunto de individuos de cada procedencia.

Siembra

La mezcla de sustratos para la siembra estuvo compuesta por 60 % aserrín, 15 % turba de musgo, 15 % tezontle y 10 % vermiculita, más 8 g L^-1 de fertilizante de liberación controlada de ocho meses (12-09-16). Las semillas se sembraron en tubos rígidos de polietileno negro de 310 cm³ en diciembre de 2019, en condiciones de invernadero. La profundidad de siembra fue de aproximadamente un cm, para lo que se utilizó una vareta marcada que se sumergió en cada uno de los tubos. En los días subsecuentes a la siembra el riego fue diario y al emerger las plantas se regó cada tercer día.

Diseño experimental

El ensayo se estableció en invernadero, bajo un diseño de bloques completos al azar con tres repeticiones. Después de emerger, las plántulas se llevaron a una casa sombra, con el mismo diseño de bloques completos al azar, con tres repeticiones y parcelas experimentales de 15 plantas por familia.

Variables evaluadas

Se consideró plántula emergida cuando los cotiledones fueron visibles por encima de la superficie ^{(Mukherjee Roy et al., 2004)}. El conteo de las plántulas que emergieron se hizo cada tres días, comenzando desde el día 30 (a partir de la siembra), que fue cuando emergieron las primeras plántulas. El porcentaje de plantas emergidas se definió como la proporción de plantas que emergió con respecto al total de semilla sembrada en cada parcela. La variable “tiempo medio de emerger” (T₅₀) se definió como el día en que se alcanzó 50 % de plantas emergidas del total de semilla sembrada, como una medida de la velocidad de aparición de las plántulas. A los seis meses de edad (a partir de que emergieron las plántulas) se midió la altura de la parte aérea y el diámetro en la base del tallo. La altura se midió en cm con una regla graduada y el diámetro en milímetros con un vernier (Mitutoyo^®, Kanagawa, Japón). El número de plantas que se midió por población varió de 225 a 360, dependiendo del número de familias que se incluyó en cada una de ellas (Cuadro 1). Para las variables de crecimiento se obtuvieron valores promedio por parcela para cada procedencia, previo al análisis estadístico.

Análisis estadístico

Para determinar las diferencias entre las procedencias se realizó un análisis de varianza (ANOVA) con el procedimiento GLM del programa estadístico SAS (Statistical Analysis System) Ver. 9.0 ^{(SAS Institute, 2002)}. En todas las variables se utilizó el modelo estadístico siguiente, con los valores promedio por parcela:

Donde: Y _ij es el valor de la característica de la j-ésima población en el i-ésimo bloque, µ es la media poblacional, B_i es el efecto del i-ésimo bloque, P _j es el efecto fijo de la j-ésima procedencia y E _ij es el error experimental.

Para identificar el patrón altitudinal de variación del porcentaje y velocidad de emergencia de las plantas, así como de la altura y diámetro de las plantas a los seis meses de edad con respecto a la altitud del sitio de origen, se realizó un análisis de regresión lineal con el procedimiento REG de SAS ^{(SAS Institute, 2002)} de los valores medios de las poblaciones con respecto a la altitud de origen, con el siguiente modelo:

Donde: Y _i es el valor medio de la i-ésima población, β ₀ es el intercepto, B ₁ es el coeficiente de regresión, X_i es la altitud de la i-ésima procedencia y ε_i es el error aleatorio.

La variable porcentaje de plántulas emergidas se transformó con la función arcoseno de la raíz cuadrada de los datos originales divididos entre 100 porque no cumplía con el supuesto de normalidad.

Diferencias en emergencia y crecimiento

Se encontraron diferencias significativas (P ≤ 0.05) entre las poblaciones en las características de emergencia de las plántulas (Cuadro 2). Para otras especies como Nothofagus glauca (Phil.) ^{(Santelices et al., 2017)} y Pinus greggii Engelm ^{(Mendizábal-Hernández et al., 2015)} también se han reportado diferencias tanto en porcentaje como en velocidad de emergencia de las plántulas.

Las plántulas empezaron a emerger a los 30 días después de la siembra (Figura 1), con excepción de las semillas de La Cruz Verde, El Reparo y La Selva, que iniciaron a los 33 días. Las plantas de Xonocuautla, Ojo de Agua, Cumbre de Muridores y Ejido Beristain emergieron más uniforme, ya que completaron, en promedio, 62 % de plantas emergidas a los 45 días después de la siembra; por el contrario, las semillas de La Cruz Verde, El Reparo y La Selva alcanzaron 38.3 % de plantas emergidas en esta fecha. A partir del día 48, la curva para cada una de las poblaciones comenzó a estabilizarse, con excepción de las de La Selva.

Figura 1 Curva acumulativa de plantas emergidas de semillas de siete poblaciones naturales de P. patula. 

El promedio de plántulas emergidas fue 67.9 % (Cuadro 2). ^{Fuentes-Amaro et al. (2020)} evaluaron las plantas emergidas en las poblaciones de Ojo de Agua y Cumbre de Muridores y encontraron 86.1 % en promedio. Si se consideraran únicamente estas dos poblaciones en el presente estudio, el promedio sería similar (83.3 %).

En condiciones naturales del bosque, las plántulas emergen de la semilla en respuesta al aumento de la temperatura y humedad ^{(Ramírez et al., 2015)} y el momento en que se presenta es crucial porque puede tener efectos en la supervivencia y crecimiento inicial de las plantas ^{(Verdú y Traveset, 2005)}.

El tiempo promedio para obtener 50 % de plantas emergidas fue de 39.3 días, valor alto en comparación con el obtenido por ^{Fuentes-Amaro et al. (2020)} en poblaciones de P. patula. Entre estos dos experimentos hubo una diferencia de 15 días en el inicio de aparición de las plantas. Considerando que el método utilizado fue similar, tales diferencias se explican por las condiciones ambientales prevalecientes en los días subsecuentes a la siembra. En el presente estudio la siembra se realizó en el mes de diciembre de 2018, en el que predominan temperaturas bajas, por lo que las plántulas comenzaron a emerger hasta que aumentó la temperatura, a finales de enero del siguiente año.

Se identificó un patrón altitudinal lineal para el porcentaje de plantas emergidas (R² = 0.44, P = 0.1) y su velocidad, evaluada en términos de T₅₀ (R² = 0.93, P = 0.0004) (Figura 2), donde las poblaciones de mayor altitud producen semillas con mayor porcentaje y velocidad de germinación en comparación con las poblaciones de menor elevación. En Betula papyrifera Marsh. ^{(Benowicz et al., 2001)} se encontró un patrón semejante, en el que las poblaciones de mayor elevación produjeron semilla con mayor capacidad y velocidad germinativa.

Figura 2 Relación de A) porcentaje y velocidad (T₅₀) de plantas emergidas, y B) altura y diámetro del tallo a los seis meses de edad en plantas de siete poblaciones naturales de P. patula con la altitud del sitio de origen. 

De acuerdo con las condiciones del sitio de origen de las poblaciones, la velocidad con la que emergen puede tener beneficios para el establecimiento y crecimiento inicial de las plántulas ^{(Baskin y Baskin, 2001)}; por ejemplo, la aparición lenta de las plantas debido a una baja velocidad de germinación (como es el caso de las poblaciones de La Cruz Verde, El Reparo y La Selva) podría reducir la exposición de las plántulas a eventos de mortalidad aleatorios como una helada ^{(Mercer et al., 2011)}.

La altura promedio de las plantas fue 26.8 cm. La diferencia entre los valores extremos (El Reparo y Ojo de Agua) fue de 8 %. El diámetro promedio fue 3.5 mm y la diferencia entre el mayor y el menor valor fue de sólo 5 %. En algunos casos, la aparición rápida de las plantas se relaciona con mayor crecimiento inicial ^{(Parker et al., 2006}; ^{Xu et al., 2016)}, como sucedió con las plántulas de Ojo de Agua; sin embargo, las plantas de otras poblaciones que también emergieron con mayor velocidad no mostraron crecimiento sobresaliente (Xonocuautla); por el contrario, las plantas de La Cruz Verde, que emergieron más lento, mostraron mayor tamaño al final del estudio. Factores como el tamaño de la semilla también puede repercutir en el desarrollo inicial de las plántulas ^{(Xu et al., 2016)}; no obstante, dado que en este estudio no se consideró dicha variable, no se puede estimar la relación entre estas características.

En las variables altura (R² = 0.12, P = 0.43) y diámetro (R² = 0.02, P = 0.75) del tallo a los seis meses de edad no se identificó un patrón de diferenciación con respecto a la altitud del sitio de origen. Aunque en algunas especies se han reportado diferencias en crecimiento inicial (en vivero) relacionadas con la altitud de origen ^{(Castellanos-Acuña et al., 2013)}; en otros casos, el crecimiento inicial está relacionado en mayor medida con el tamaño de la semilla ^{(Xu et al., 2016)}; por ejemplo, en poblaciones de P. patula de Ixtlán, Oaxaca, México tampoco se encontró un patrón definido entre el crecimiento en altura y la altitud en plantas de seis meses de edad en vivero ^{(Sáenz-Romero et al., 2011)}. No obstante, ^{Ruiz-Talonia et al. (2014)} encontraron a los 18 meses de edad, en campo, un patrón definido de diferenciación con respecto a la altitud.