Introducción

De todo el planeta, México es el país con la mayor riqueza de especies del género Quercus, con 157 de ellas (^{Zavala, 2001}). Se trata de un género con gran relevancia ecológica, debido a su amplia extensión en las zonas montañosas del país, y también a que con frecuencia precede tanto altitudinalmente como en la sucesión ecológica al género Pinus, con el que además forma frecuentes asociaciones (^{Rzedowski, 1978}).

Quercus deserticola Trel. es una especie endémica de México, que se halla en doce estados, entre 2000 m y 3000 m snm, conformando principalmente bosques de encino y asociándose con matorrales. Es un árbol de 2.5 m a 10 m de altura y diámetro normal de 12 cm a 70 cm; su corteza es café oscura, con surcos muy marcados; hojas oblongo-oblanceoladas a lanceoladas u ovaladas, con 3 cm a 16 cm de longitud 1.2 cm a 5.0 cm de anchura, el haz verde oscuro, algo brillante y rugoso, el envés claro con abundantes tomentos (^{Zavala, 2003}; ^{Arizaga, Martínez-Cruz, Salcedo-Cabrales y Bello-Gonzáles, 2009}). Esta especie es empleada para obtención de leña y carbón, fabricación de postes, horcones, cabos, arados, así como en el curtido de pieles y para la obtención de celulosa para papel (^{Arizaga et al., 2009}).

Existe variabilidad en el tamaño de la semilla de cualquier especie, si bien en algunas esto es más marcado que en otras. Las semillas grandes de diversos géneros, tienden a germinar más pronto y a desarrollar plántulas de mayor tamaño. También el color de la semilla puede variar en una misma especie, representando ventajas ante diferentes condiciones ambientales (^{Baskin y Baskin, 2001}). Por ejemplo, las semillas de Cecropia obtusifolia Bertol. de color café claro tienen mayor capacidad germinativa a mayor temperatura que las semillas color café oscuro y estas últimas germinan mejor que las primeras a bajas temperaturas (^{Tenorio-Galindo, Rodríguez-Trejo y López-Ríos, 2008}).

Las especies pioneras tienden a ser intolerantes a la sombra, mientras que las de etapas sucesionales más avanzadas normalmente son tolerantes a dicho factor. En el caso de la especie bajo estudio, se considera que es inicial o intermedia (^{Zavala, 2007}), por lo cual podría ser intolerante o indiferente a la presencia o ausencia de sombra.

La vulnerabilidad de los ecosistemas ante las variaciones climáticas y efectos antropogénicos propician una oportunidad para mejorar el entendimiento de los mecanismos ecológicos que enfrentan las especies (^{Dawson, Jackson., House, Prentice y Mace 2011}). Este conocimiento puede resultar fundamental en potenciar el uso y propagación de Q. deserticola. Esta especie ha recibido poca atención por parte de los investigadores, a pesar del gran potencial que tiene para ser utilizada en programas de reforestación y restauración ecológica de bosques de encino y matorrales donde también se le encuentra.

Objetivos e hipótesis

El objetivo del presente trabajo fue realizar el análisis de la semilla de Q. deserticola y probar el efecto del tamaño y color de la nuez, así como el de la sombra en la capacidad y energía germinativa de la semilla. La hipótesis es que la semilla grande, color café oscuro y bajo sombra, tendrá mejor: capacidad germinativa, probabilidad de germinación y energía germinativa.

Materiales y métodos

En octubre de 2015 fueron recolectados 4 kg de nueces maduras de Q. deserticola de diez árboles con 20 cm a 40 cm de diámetro normal y 6 m a 10 m de altura, sanos y sin daños evidentes, cerca del poblado de San Nicolás Tlaminca, Municipio de Texcoco, Estado de México. Las coordenadas de la zona de recolección son: 19°29'47.97"N, 98°48'51.98"O; 19°29'48.81"N, 98°48' 57.87"O; 19°29'49.12"N, 98°48'52.60"O y 19°29'50. 11"N, 98°48'57.85"O. Aproximadamente la mitad del germoplasma fue obtenido de las copas de los árboles y la mayoría tenía un color café oscuro. La otra mitad fue recogida del suelo evitando la que ya mostraba signos de deterioro, pudrición o perforaciones por salida de larvas de coleópteros, el color de la mayor parte era café claro. De las nueces recolectadas, 1.5 kg se utilizaron como muestra de trabajo para el presente experimento.

Para la estimación del peso, se contaron y pesaron 100 nueces color café oscuro, pues tal color es el del fruto que recientemente ha madurado. El peso fue convertido a número de unidades por kilogramo y como el peso de 1000 semillas. Con el propósito de obtener el contenido de humedad, una submuestra de 72.9 g (34 nueces) fue puesta en horno de secado a 75 °C, hasta obtener el peso anhidro (peso constante). Esta variable se obtuvo tanto con base en peso anhidro (CH_o) como con base en peso verde (CH_v), de acuerdo con los modelos 1 y 2.

CH _o = (P _v - P _o) / P _o (1)

CH _v = (P _v- P _o) / P _v (2)

Donde: P _v es el peso en verde y P _o el peso anhidro (g)

Fue instalado un experimento en cámaras de ambiente controlado, con un régimen día/noche de 25 °C/20 °C y un fotoperiodo de 10 h, con luz fluorescente (radiación fotosintéticamente activa media = 134.7 µmol m² s^-1). Las siembras se hicieron en cajas de plástico de 3.5 L con tapa y como sustrato se utilizó tela de paño. El paño quedó sobre una retícula de plástico con soportes y un extremo de la tela se dejó en contacto con el fondo de la caja y el agua, por lo cual no fue necesario regar más que inicialmente las semillas, con 250 mL de una solución de agua destilada con el fungicida Captán (2 g L^-1).

La nuez fue clasificada en chica (≤ 1.70 cm de longitud de bellota) y grande (> 1.70 cm), así como por su color en café oscuro y café claro. Parte de las nueces fueron sembradas bajo una sombra de 40%, la cual se aplicó forrando las cajas correspondientes con tela de tul verde a doble capa. La semilla fue considerada germinada cuando la radícula igualó la longitud de la nuez. Las semillas sembradas en la condición sombreada siempre fueron mantenidas en tal condición, incluso el registro de su germinación se hizo en cuarto con luz tenue. El experimento duró 41 días: fue instalado el 30 de octubre y finalizado el 10 de diciembre de 2015. La germinación fue evaluada diariamente. También se evaluó la energía germinativa, como el número de días para alcanzar 70% de la capacidad germinativa.

El diseño experimental fue en bloques completamente al azar, con seis repeticiones y con los bloques anidados dentro del factor sombra, de acuerdo con el modelo 3. Cada repetición constó de 12 nueces y cada bloque de 48 de ellas.

y_ijkl = μ + α_i + β_j +γ_k + γ_k (ζ)_l + (αβ)_ij + (αγ)_ik + α_i γ_k (ζ)_l + (βγ)_jk + β_jγ_k(ζ)_l + (αβγ)_ijk + α_iβ_jγ_k(ζ)_l + ε_ijkl (3)

Donde: μ=media general, α_i = efecto del i-ésimo nivel del factor tamaño de la nuez, β_j = efecto del j-ésimo nivel del factor color de la nuez, γ_k = efecto del k-ésimo nivel del factor sombra, γ_k(ζ)_l = efecto del l-ésimo bloque, anidado dentro del k-ésimo nivel del factor sombra, (αβ)_ij = interacción entre el i-ésimo nivel del factor tamaño de nuez con el j-ésimo nivel del factor color de nuez, (αγ)_ik = interacción entre el i-ésimo nivel del factor tamaño de nuez y el k-ésimo nivel del factor sombra, α_i γ_k (ζ)_l = interacción entre el i-ésimo nivel del factor tamaño de nuez y el l-ésimo bloque anidado dentro del k-ésimo nivel del factor sombra, (βγ)_jk = interacción entre el j-ésimo nivel del factor color de la nuez y el k-ésimo nivel del factor sombra, β_jγ_k(ζ)_l = interacción entre j-ésimo nivel del factor tamaño de nuez y el l-ésimo bloque anidado dentro del k-ésimo nivel del factor sombra, (αβγ)_ijk = efecto de la interacción entre el i-ésimo nivel del factor tamaño de la nuez con el j-ésimo nivel del factor color de la nuez y el k-ésimo nivel de sombra, α_iβ_jγ_k(ζ)_l = efecto de la interacción entre el i-ésimo nivel del factor tamaño de la nuez, el j-ésimo nivel del factor color de la nuez y el l-ésimo bloque, anidado dentro del k-ésimo nivel del factor sombra, ε_ijkl = error experimental (0, σ²⁾. Los efectos de los factores tamaño y color de nuez, así como sombra, son fijos, los bloques y todas sus interacciones y anidaciones con efectos aleatorios.

Con el propósito de obtener la probabilidad de germinación de las semillas (P), se utilizó un modelo logístico (4).

P = 1 / (1 + e ^{- (α + βX} ₁ ^{+ βX} ₂ ^{+ βX} ₃ ⁾⁾ (4)

Donde: e = base de los logaritmos naturales, α = ordenada al origen, β = parámetro asociado a la variable independiente X₁ (tamaño de la nuez, grande = 1, chica = 0),β₂ = constante asociada a la variable independiente X₂ (color de la nuez, café oscuro = 1, café claro = 0), y β₃ = constante asociada a la variable independiente X₃(sombra, con sombra = 1, sin sombra = 0).

Para el análisis estadístico se utilizó el procedimiento mixto (Proc Mixed) de SAS para microcomputadoras, v. 9.0. Los grados de libertad se calcularon con el método Satterthwaite. También se llevó a cabo una prueba de comparación de medias de Tukey, utilizando el procedimiento ANOVA de SAS. En los análisis anteriores, por ser binomial la variable germinación fue transformada con la función (5):

G _t = arcsen(G)^0.5 (5)

Donde: G _t = germinación transformada, arcsen = arco seno, G = germinación (en tanto por uno). Para facilitar la comprensión de los resultados de la comparación de medias, se utilizaron los valores de germinación final sin transformar.

En el caso del análisis de probabilidad de germinación, fue empleado el procedimiento logistic (Proc Logistic), también de SAS. A este modelo se le aplicó la prueba de bondad de ajuste de Hosmer-Lemeshow. Además se verificó que el intervalo de confianza no contuviera el valor 1 y que la concordancia fuera alta, mayor a 60%. Para el análisis mixto, la prueba de comparación de medias de Tukey y la significancia del modelo mixto y sus variables, fue considerada p ≤ 0.05.

Resultados

Descripción de la semilla

Las nueces mostraron una importante variación en tamaño, entre 1.36 cm y 2.30 cm de longitud, aunque ^{Vázquez (1992)} refiere nueces más pequeñas para esta especie, de hasta 0.8 cm. Las partes principales de nuez y semilla se muestran en la Figura 1.

Figura 1 Principales partes de fruto y semilla de Quercus deserticola. A) Vista exterior de la nuez. B) Corte longitudinal de fruto y semilla. 

Germinación

Los factores tamaño de nuez (p = 0.0067), color de nuez (< 0.0001) y sombra (p = 0.0078) resultaron estadísticamente significativos para la capacidad germinativa. La prueba de comparación de medias mostró que las semillas grandes, color café oscuro y con sombra, germinaron mejor que sus contrapartes pequeñas, color café claro y sin sombra (Tabla 1). Las curvas de germinación acumulada se muestran en la Figura 2.

Tabla 1: Resultados de la prueba de comparación de medias de Tukey, para capacidad germinativa, en relación con los tres factores bajo estudio.  

Pares de niveles de factores con letra distinta tuvieron diferencias significativas (p < 0.05) entre sí.

Figura 2 Curvas de germinación acumulada en Quercus deserticola, para los diferentes tratamientos. CH = nuez chica, G = nuez grande, CC = color café claro, CO = color café oscuro, S = con sombra. 

También se hizo un análisis considerando las combinaciones de los diferentes niveles de los factores como tratamientos independientes y resultó significativo (p < 0.0001). El tratamiento nueces grandes, color café oscuro y con sombra, alcanzó 100% de capacidad germinativa; en tanto que el tratamiento con semillas pequeñas, color café claro y sin sombra, solo tuvo 50% (Tabla 2).

Tabla 2 Comparación de medias para capacidad germinativa de Q. deserticola, considerando combinaciones de niveles de factores como tratamientos. 

G = nuez grande, CH = nuez chica, CO = café oscuro, CC = café claro, S = con sombra, N = sin sombra.

Energía germinativa

La energía germinativa tuvo diferencias significativas en los factores color (p < 0.0001) y para la interacción tamaño*color (p = 0.0267). La prueba de comparación de medias de Tukey arrojó diferencias entre colores (p < 0.05), con promedios iguales a 14.5 días para la nuez café oscuro y 34.2 días para la nuez color café claro. Se halló la mayor energía germinativa en las nueces grandes y color café oscuro, con 11.5 días para alcanzar 70% de la capacidad germinativa. La interacción tamaño*color se muestra en la Figura 3.

Figura 3 Interacción tamaño y color de la nuez para la energía germinativa de la semilla de Q. deserticola. Tamaño: CH = chica, G = grande. Color: 0 = café claro, 1 = café oscuro. 

Probabilidad de germinación

En relación con la probabilidad de germinación, los factores individuales fueron significativos. No así la totalidad de las interacciones (p > 0.05), por lo cual fueron eliminadas del modelo, volviendo a realizar al análisis, cuyos resultados se muestran a continuación. La significancia de las variables se muestra en la Tabla 3. La prueba de bondad de ajuste de Hosmer-Lemeshow arrojó una p = 0.3309, lo cual significa que el modelo está correctamente especificado.

Tabla 3 Significancia de intercepto y variables para el modelo logístico. 

El modelo obtenido fue (6):

P = 1 / (1 + e ^{- ( 1.3719 + 0.2326X} ₁ ^{+ 1.1582X} ₂ ^{+ 0.1886X} ₃ ⁾⁾ (6)

De esta forma, la probabilidad de germinación para semillas grandes, café oscuras, con el nivel de sombra y condiciones planteadas para este experimento, alcanza 55.2%; en cambio para semillas pequeñas, color café oscuro y sin sombra, tal valor es 20.2% (Tabla 4).

Tabla 4 Probabilidad de germinación para semillas de Q. deserticola, en función del tamaño de semilla, su color y sombra. 

Discusión

El contenido de humedad letal de la semilla en muchos Quercus de Estados Unidos va de 15% a 20% en encinos rojos y negros, y de 25% a 30% en los blancos (^{Bonner, 2008}). La semilla del encino estudiado, que es del subgénero de los blancos, tuvo un contenido de humedad mayor (51.2%), cifra dentro del intervalo de 40% a 50%, considerado como seguro por Bonner (2008) y con potencial para almacenar a 1 °C - 3 °C semillas de encinos blancos, por 0.5 a 3 años. ^{Zavala (2004)} señala que aunque el contenido de humedad de la semilla de Q. deserticola sea reducido a poco menos de 50%, germinará bien. Además, puntualiza que se puede almacenar en temperaturas de 3 °C a 7 °C por más de seis meses, luego de los cuales su viabilidad será de por lo menos 50%.

La variación en tamaño de la semilla, dada por la relación de tamaño de la mayor semilla hallada entre el tamaño de la más pequeña encontrada, fue igual a 1.69, de modo que según ^{Leishman, Wright, Moles y Westoby (2000)} tal relación es menor a un orden de magnitud y variación intraespecífica típica. No obstante, ^{Vázquez (1992)} refiere semillas tan pequeñas como 0.8 cm de longitud, con lo cual a nivel de especie la relación mencionada alcanza 2.87, cifra que rebasa un orden de magnitud (valor = 2).

Dicha variabilidad de tamaño es común en el género, tanto entre especies como entre poblaciones y dentro de un mismo árbol. Por ejemplo, ^{Márquez, Mendizábal-Hernández y Flores (2005)} hallaron variabilidad significativa en largo, ancho y peso de las semillas de Q. oleoides Schltdl. & Cham. del centro de Veracruz, tanto entre diferentes sitios como entre árboles.

La mayor germinación de semillas grandes de Q. deserticola corresponde con lo que ^{Bonner (2008)} documenta para varias semillas del género en Estados Unidos y con los resultados de ^{Huerta y Rodríguez (2011)} para Quercus rugosa de México central. Esto se debe a que las plántulas de semillas grandes son más capaces de emerger desde mayores profundidades que las de semillas pequeñas (^{Baskin y Baskin, 2001}). Además, las semillas grandes de encinos producen un sistema radical más extenso y profundo que los de semillas más pequeñas, lo cual les permite obtener agua más eficientemente en ambientes con limitaciones de humedad (^{Zavala y García, 1996}). De forma similar al presente trabajo, las semillas pesadas de Quercus dealbata L. y Q. griffithii Hk. f. & Th., de un bosque tropical seco de la India, germinan más rápido que las ligeras, si bien no necesariamente las semillas más pesadas eran las más grandes (^{Tripathi y Khan, 1990}).

Respecto a que las semillas de nueces color café oscuro germinaron mejor que las de color café claro, la variación en color hallada en la especie estudiada se relaciona con el nivel de madurez. Al madurar, las nueces pasan del color verde al café oscuro y después lo van perdiendo, se van haciendo más pálidas. La especie estudiada comienza la producción de bellotas en octubre y la recolección se hizo a fines de ese mes, por lo cual se estima que la edad de las nueces color café claro que estaban en el piso forestal, no excedía de tres a cuatro semanas. El nivel de palidez puede estar relacionado con la pérdida de viabilidad en estas semillas recalcitrantes, la cual es del orden de seis meses.

Debido a que la semilla de Q. deserticola bajo sombra germinó más que la expuesta, se evidencia una ligera fotoinhibición. De acuerdo con ^{Pons (2000)}, en algunas especies cuya semilla yace en la superficie del suelo se evita la germinación en sitios expuestos, donde las condiciones no son adecuadas para el establecimiento, en particular por limitaciones de humedad, aunque esta relación entre luz y humedad no está esclarecida del todo. De la misma forma, ^{Zavala (2001)} señala que los encinos crecen en zonas con sequías estivales y las plántulas se establecen a la sombra de ellos o de plantas del sotobosque, por lo cual las plántulas de encinos compiten con las plantas que lo componen. El producir pocas semillas grandes les ha conferido ventaja adaptativa sobre las especies que producen semilla pequeña. Por otra parte, las especies con semilla pequeña tienen mayor mortalidad en condiciones de sombra (^{Leishman et al., 2000}).

Q. deserticola se halla normalmente en terrenos rocosos de colinas secas o semisecas, rocosas. La especie es común en bosques de encino y de oyamel, en áreas abiertas o perturbadas (^{Zavala, 2007}). En esas localidades, la sombra de la misma copa del árbol madre puede generar un microclima favorable, que prevenga la deshidratación, favoreciendo la germinación de la semilla.

Hay evidencia de que la germinación de especies de Quercus con semilla grande se ve favorecida por la sombra, mientras que en las especies con semilla pequeña favorece la exposición a la radiación solar directa (^{Zavala y García, 1996}). Esta tendencia se halló en San Luis Potosí, al comparar Q. coccolobifolia Trel., que tiene semilla pequeña (0.8 cm a 1.0 cm) y que se regenera más a plena luz con Q. affinis Scheidw., el cual tiene semilla más grande (0.9 cm a 1.3 cm) y cuya regeneración se da mejor bajo sombra (^{Castillo, Flores, Aguirre y Yeaton, 2008}). Sin embargo, a nivel intraespecífico en la población aquí estudiada de Q. deserticola no se observó esa tendencia para la capacidad germinativa.

A una procedencia de Q. deserticola de la Mixteca Alta, Oaxaca, se le registró germinación de 53% a 18 °C y con un fotoperiodo de 12 h (^{Martínez-Pérez, Orozco-Segovia y Martorell, 2006}). Comparativamente los resultados del presente trabajo fueron superiores bajo las condiciones del mejor tratamiento: 25 °C/20 °C, fotoperiodo de 10 h y semillas grandes, color café oscuro y bajo sombra. Incluso los tratamientos con menor germinación prácticamente igualaron los de la referencia señalada.

La interacción entre tamaño de la semilla y su color, incide en la energía germinativa de la especie bajo estudio y, de acuerdo con ^{Huerta y Rodríguez (2011)}, el primer factor, en interacción con la temperatura, influye en la de Q. rugosa. En ambos estudios la semilla grande tuvo mayor energía germinativa, es decir, requirió de menos tiempo para alcanzar 70% de la capacidad germinativa. De manera similar a la capacidad germinativa, después de la maduración, conforme la nuez pierde intensidad en su color, la energía germinativa también se reduce, es decir, requiere más días para alcanzar 70% de la capacidad germinativa y esto es más evidente en las semillas pequeñas.

Conclusiones

Como en otras especies de encinos, las semillas de mayor tamaño de Q. deserticola exhibieron una capacidad germinativa superior. Las nueces color café claro son una etapa de madurez posterior a las de color café oscuro, y tuvieron semillas con una menor germinación. Por ello, es mejor utilizar nueces oscuras en los viveros forestales. Si bien este encino es considerado de etapas sucesionales iniciales, mostró una ligera fotoinhibición a la germinación, ya que una sombra ligera (de 40%) promovió la germinación. Las semillas grandes, de nueces oscuras y bajo sombra ligera alcanzaron la máxima capacidad germinativa (100%), mientras que las semillas pequeñas, de nueces color café claro y sin sombra, solamente alcanzaron la mitad de dicha germinación. También con las nueces grandes, color café oscuro y bajo sombra ligera se tuvo la mayor probabilidad de germinación, en tanto que la mejor energía germinativa se logró con nueces grandes, color café oscuro.