Recolección del material biológico

Se recolectaron conos maduros y sanos de 70 árboles de P. patula seleccionados fenotípicamente en ocho poblaciones de la Sierra de Huayacocotla, Veracruz, México, en un intervalo altitudinal de 1860 m a 2730 m snm (Tabla 1, Fig. 1), las poblaciones estuvieron separadas en promedio por 5.5 km y 145 m altitudinales. En cada población se seleccionaron en promedio de nueve a ocho árboles, con base en los criterios del ^{Programa Internacional para la Conservación y Domesticación de Árboles [Camcore] (2007a)}, selección de individuos libres de plagas y enfermedades, con buena rectitud de fuste y de condición dominante o codominante. Para evitar en lo posible relaciones de parentesco se mantuvo una distancia superior de 100 m entre cada árbol seleccionado y se generó un código de identificación con la finalidad de conservar el pedigrí del material recolectado (^{Camcore, 2007b}, ²⁰⁰⁸). La calidad de los árboles con respecto a la rectitud del fuste y poda natural se clasificó de manera subjetiva en una escala de uno, dos y tres, en la que tres indica las mejores calidades en la región de Huayacocotla, durante la selección se aceptaron únicamente ejemplares con una rectitud del fuste dos y tres. De cada árbol, se recolectaron de 70 a 200 conos maduros libres de ataques visibles de plagas y enfermedades, de acuerdo con la producción de conos que presentó cada árbol, en la recolección de conos no se consideró la rama de la que provenían, ni la exposición, tampoco se seccionó la copa del árbol para realizarla; los conos de cada árbol se mantuvieron por separado e identificados en costales de yute, para su posterior evaluación y se trasladaron al Banco Central de Germoplasma Forestal Los Molinos, Perote, Veracruz.

Figura 1 Localización geográfica de ocho poblaciones de Pinus patula en la región de Huayacocotla, Veracruz, México 

Mediciones morfológicas

Se determinó la longitud (0.1 cm) y el diámetro (0.1 cm) de una muestra aleatoria de 25 conos cerrados de cada árbol. La longitud del cono se midió desde la incisión del pedúnculo hasta el ápice del cono y el diámetro en la parte media del mismo con un vernier digital. Así mismo, de una muestra aleatoria de 50 semillas por árbol, se determinó el largo (0.1 mm) y ancho (0.1 mm) de cada una. La longitud se midió desde la base hasta la punta de la semilla y el ancho en la parte más amplia de la misma.

Análisis estadístico

Para determinar la existencia de variación significativa entre poblaciones de las características morfológicas de conos y semillas, se realizó un análisis de la varianza mediante el procedimiento Glm del paquete de análisis estadístico SAS (^{SAS Institute, 2004}). Se consideró como una población al conjunto de árboles seleccionados en cada sitio de muestreo. El modelo utilizado para las características evaluadas fue (ver ^{Viveros-Viveros et al., 2013}):

Donde:

Y _ij = valor de la ij-ésima observación

( = media general

Población _i = efecto de la i-ésima población

Árbol(Población) _ij = efecto del j-ésimo árbol anidado en la i-ésima población

( _ijk = error experimental

Se estimaron los componentes de varianza asociados a cada fuente de variación y su contribución a la varianza total, mediante el procedimiento Varcomp, opción Reml de SAS (^{SAS Institute, 2004}).

La asociación entre las variables morfológicas evaluadas se estimó mediante el procedimiento Corr de SAS (^{SAS Institute, 2004}).

Para determinar la existencia de un patrón de variación morfológica, expresado como la asociación entre los valores medios por población de cada característica evaluada con las variables geográficas (altitud, latitud Norte y longitud Oeste) de cada población, se utilizó el procedimiento Reg de SAS (^{SAS Institute, 2004}) con el siguiente modelo estadístico (ver ^{Viveros-Viveros et al., 2013}):

Donde: Y _i = valor de la i-ésima observación, μ = media general, β₀ = interceptada, β₁= parámetro de regresión, X _i = variable geográfica de la i-ésima población, ε _i = error experimental.

Zonificación altitudinal

Posterior a los análisis, para definir la zonificación altitudinal, del total de las variables evaluadas se tomaron las tres que mostraron diferencias significativas entre poblaciones y además un patrón altitudinal significativo (longitud y diámetro de conos y ancho de semilla), el cual se detectó a partir de la correlación positiva existente entre las variables y la altitud de origen de las poblaciones. Se estimaron las diferencias mínimas significativas (Dms) entre po blaciones de cada una de las tres variables antes mencionadas, con un α = 0.20, para obtener los intervalos altitudinales; cabe mencionar que el α = 0.20 implica reglas más conservadoras para el movimiento de semillas, debido a que los intervalos altitudinales resultantes (que hacen a dos poblaciones significativamente diferentes) son menores y, por tanto, habrá más restricciones para el movimiento de la semilla (^{Sáenz-Romero, Gúzman-Reyna y Rehfeldt, 2006}). Estos valores de α se han usado previamente para establecer límites de las zonas altitudinales resultantes tanto de evaluar caracteres cuantitativos (^{Sáenz-Romero et al., 2006} y ²⁰¹²; ^{Sáenz-Romero y Tapia-Olivares, 2008}; ^{Viveros-Viveros et al., 2009}) como morfológicos (^{Uribe-Salas et al., 2008}; ^{Viveros-Viveros et al., 2013}).

Variación morfológica

Todas las variables evaluadas mostraron variación significativa tanto entre poblaciones como entre árboles dentro de poblaciones (P < 0.0001, Tabla 2).

La contribución de las poblaciones a la varianza total varió de 0.1% a 12.2%, mientras que la de los árboles dentro de poblaciones fue de 31.7% a 50.2% (Tabla 2). La variable morfológica que presentó mayor variación atribuible a las poblaciones fue la longitud del cono, mientras que la de menor aporte fue el largo de semilla. Por otra parte, las características de longitud y diámetro del cono fueron las que presentaron mayor variación atribuida a árboles dentro de poblaciones y la variable con menor aporte fue el ancho de semilla (Tabla 2). En todas las variables, la contribución a la varianza total fue mayor por parte de los árboles dentro de poblaciones que entre poblaciones (Tabla 2).

Asociación entre caracteres morfológicos de conos y semillas

En casi todas las variables evaluadas se encontraron correlaciones positivas y significativas, excepto entre la longitud de cono y el ancho de semilla (Tabla 3). Las correlaciones más altas fueron entre el largo de cono y el diámetro de cono (0.57) lo que indica que entre más largo sean los conos, éstos tendrán un diámetro mayor; también entre el largo y ancho de semilla (0.48), lo que indica que entre más larga sea una semilla, ésta será también más ancha.

Patrones altitudinales de variación morfológica

No se encontró asociación significativa de los caracteres evaluados con la latitud y la longitud. Por otra parte, los caracteres de conos y el ancho de semilla mostraron asociación positiva significativa (0.52 para el largo y 0.55 para el diámetro de cono) con la altitud de origen de las poblaciones (Fig. 2 A, B y C). Es decir, las poblaciones de mayor altitud (a partir de 2331 m snm) presentaron conos con mayor diámetro y longitud, así como semillas más anchas; mientras que en las poblaciones de menor altitud los conos mostraron menor diámetro y longitud y semillas menos anchas (Fig. 2 B y C).

Las barras verticales representan el intervalo de confianza al 95%.

Figura 2 Relación entre el diámetro del cono (A), largo del cono (B) y ancho de la semilla (C) con la altitud de origen de ocho poblaciones de Pinus patula en la región de Huayacocotla, Veracruz, México. 

Zonificación altitudinal provisional

Utilizando la diferencia mínima significativa para el largo de cono (Dms_{α = 0.2} = 0.7603 cm) se estimó una amplitud de las zonas altitudinales de 500 m, mientras que la diferencia mínima significativa para el diámetro de cono (Dms_{α = 0.2} = 0.2469 cm) y para el ancho de la semilla (Dms_{α = 0.2} = 0.1841 mm) dan una amplitud de 525 m. Por lo anterior, se decidió delimitar la amplitud de las zonas altitudinales obteniendo un promedio de las tres amplitudes de las zonas altitudinales; obteniendo aproximadamente 517 m snm de diferencia altitudinal, que se redondeó a 500 m para fines prácticos. Con esta amplitud se establecieron y delimitaron dos zonas altitudinales para el movimiento de semillas, que cubren la totalidad del área de distribución altitudinal de P. patula en la región. La primera zona (parte baja de la distribución natural) se ubicó entre 1850 m y 2350 m snm y la segunda zona entre 2350 m y 2850 m snm (parte alta de la distribución natural).

Transferencia de semillas

Con base en las zonas altitudinales delimitadas, se sugiere que la semilla recolectada en áreas cercanas al centro de cada zona altitudinal se utilice de manera provisional en reforestaciones dentro del intervalo altitudinal de cada zona altitudinal, es decir 250 m hacia arriba o hacia bajo de la parte central de cada zona altitudinal, 250 m hacia arriba y hacia abajo dan la amplitud de cada zona altitudinal (500 m); sin embargo si se recolecta semilla en áreas cercanas a los límites altitudinales (inferior o superior), cabe la pregunta ¿se puede mover semilla fuera de la zona altitudinal de recolección?, la respuesta es sí, siempre y cuando el movimiento se mantenga en ± 250 m altitudinales a partir del lugar de recolección (mitad de la amplitud de cada zona altitudinal), no importando si existe traslape entre zonas altitudinales.

Variación morfológica

Los valores promedio de los caracteres de conos y semillas encontrados en el presente trabajo están incluidos en los valores de variación reportados por ^{Niembro et al. (2010)} para la especie, de 4 cm a 10 cm para la longitud del cono, de 3 cm a 5 cm para el diámetro de cono, de 5 mm a 6 mm para el largo de la semilla y de 2 mm a 3 mm para el ancho de la semilla.

Considerando que la variación morfológica es el resultado de la expresión fenotípica, que a su vez es producto de la variación genética, la ambiental y la interacción entre ambos, es muy probable que la existencia de variación morfológica sea un indicador de la existencia de la variación genética (^{Ipinza-Carmona, 1998}). En este caso, la variación fenotípica clinal entre poblaciones, es un indicador de la posible variación genética entre poblaciones, a lo largo de un gradiente altitudinal.

Sin embargo, la variación encontrada a nivel de poblaciones y árboles dentro de la población indica que estas características están influenciadas tanto por el ambiente como por el componente genético, sin embargo, para poder separar el efecto ambiental del genético se requiere del establecimiento de ensayos de procedencias, siendo otra alternativa de estimación de la contribución de ambos factores, pero teniendo un mayor control en la aportación genética (^{Ipinza-Carmona, 1998}). La variación a nivel de poblaciones y árboles dentro de la población encontradas indican la capacidad adaptativa de las poblaciones (^{Rawat y Bakshi, 2011}). La elevada contribución a la varianza total aportada por los árboles dentro de poblaciones coincide con trabajos similares para la misma especie (^{Alba-Landa et al., 1998}; ^{Viveros-Viveros et al., 2013}), y resultados similares en conos y semillas de Pinus oocarpa Schiede (^{Nepamuceno-Martínez y Sánchez-Alpizar, 1987}) y Pinus hartwegii Lindl. (^{Iglesias, Solís-Ramos y Viveros-Viveros, 2012}) y reflejan la adaptación a la competencia o a ambientes locales muy diferenciados (^{Gil et al., 2002}). Además, la variabilidad en la morfología de conos y semillas es un importante indicador de la especialización ecológica de la especie (^{Donahue y López-Upton, 1996}; ^{Boulli, Baaziz y M’Hirit, 2001}; ^{Dangasuk y Panetsos, 2004}; ^{Wahid, González-Martínez, El Hadrami y Boulli, 2006}). La variabilidad encontrada se puede aprovechar para la conservación (in situ o ex situ) y el uso sustentable de P. patula en la región (^{Loha, Tigabu, Teketay, Lundkvist y Fries, 2006}).

Asociación entre los caracteres morfológicos de conos y semillas

En cuanto a la asociación entre las características de los conos y las semillas en pinos, se han observado asociaciones similares entre conos y semillas de Pinus sylvestris L. (^{Turna y Güney, 2009}) y solamente entre características de conos de Pinus arizonica Engelm. (^{Rodríguez-Laguna y Capo-Arteaga, 2005}). Lo que indica que en especies como P. patula y P. sylvestris el desarrollo y crecimiento del cono influye directamente en el desarrollo y crecimiento de la semilla (^{Turna y Güney, 2009}).

Patrones altitudinales de variación morfológica

La asociación positiva entre la altitud de origen de las poblaciones con los caracteres de conos y el ancho de semilla indica que la presencia de co nos de mayores dimensiones pudiera brindar una mayor protección de las semillas contra factores ambientales (^{Beaufait, 1960}; ^{Dawson, Vincent y Rocca, 1997}; ^{Linhart, 1978}), entre estos factores están las heladas, las cuales son más frecuentes en las mayores elevaciones (^{Viveros-Viveros et al., 2013}). Un patrón idéntico se reportó para el diámetro de cono en poblaciones de P. patula en la región de Ixtlán de Juárez en Oaxaca (^{Viveros-Viveros et al., 2013}). La asociación positiva del tamaño del cono y el ancho de la semilla con la altitud parece un patrón atribuible a la especie y, es un patrón opuesto a los reportado en otras especies, por ejemplo, se reporta que, a mayor altitud, usualmente se encuentran conos, acículas y semillas más pequeñas (^{Sáenz-Romero et al., 2012}). El patrón de variación encontrado para la especie en el presente trabajo es debido a que las estructuras que sirven como protección a partes vitales de los árboles, como las vainas para las acículas y los conos para las semillas, aumentan de tamaño conforme aumenta la altitud, lo anterior porque presentan mayor área para proteger a las acículas y las semillas, respectivamente de factores ambientales adversos (^{Niembro, 1986}; Silva-Sáenz et al., 1991; ^{Viveros-Viveros et al., 2013}).

Zonificación altitudinal provisional

^{Viveros-Viveros et al., (2013)}, basados en la longitud de acículas, proponen dos zonas provisionales (zona I: 2150 m - 2600 m snm y zona II: 2600 m - 3050 m snm) para el movimiento de semillas de P. patula, aunque dichas zonas altitudinales fueron para la región de Ixtlán, Oaxaca, cada zona con una amplitud de 450 m snm muy semejante a lo encontrado en el presente estudio para la especie en la zona de Huayacocotla, que fue de 500 m snm. En contraste, ambas zonificaciones, resultaron más amplias a la realizada por ^{Ruiz-Talonia et al., (2014)} para la especie en la misma zona de Ixtlán, pero basada en la variación genética altitudinal del crecimiento en altura de la planta a los 36 meses de edad, detectada en un ensa yo de procedencias en campo; en ese trabajo, se establecieron cuatro zonas (zona I: 2300 m - 2500 m snm, zona II: 2500 m - 2700 m snm, zona III: 2700 m - 2900 m snm y zona IV: 2900 m - 3100 m snm) cada una de ellas con una amplitud de 200 m snm. En Abies religiosa (Kunth) Schltdl. & Cham. se ha sugerido el establecimiento de tres zonas altitudinales provisionales (zona I: 2800 m - 3050 m snm, zona II: 3050 m - 3300 m snm y zona III: 3300 m - 3550 m snm) para el movimiento de semillas con base en la longitud de acícula y largo de cono, cada una de las zonas con una amplitud de 250 m altitudinales (^{Castellanos-Acuña, Lindig-Cisneros, Silva-Farias & Sáenz-Romero, 2014}).

Transferencia de semillas

El movimiento de semillas sugerido en el presente trabajo fue considerando las condiciones climáticas en las que se han desarrollado los individuos de cada población. La zonificación altitudinal permitió establecer reglas del movimiento de semillas más conservadoras, al sugerir realizar reforestaciones en cada zona altitudinal con planta originada de semillas recolectadas en la misma zona, con esto se corren riegos mínimos de no adaptación de las plantas a las condiciones climáticas de las zonas de reforestación; sin embargo cuando los objetivos son conservar las poblaciones fuera de su zona de distribución altitudinal, aumentar la productividad de la especie moviendo planta fuera de su área de distribución o contrarrestar el efecto del cambio climático, se tienen que tomar decisiones más arriesgas, ante esta situación es recomendable realizar el movimiento ± la mitad de ancho de las zonas altitudinales (250 m para el presente estudio) a partir del lugar de recolección de semillas (^{Sáenz-Romero et al., 2006}), el argumento de esto último es que la temperatura disminuye 0.5 °C por cada 100 m snm de movimiento altitudinal hacia arriba (^{Sáenz-Romero et al., 2010}), ante esta situación existe una mayor probabilidad de que las plantas resistan una disminución de la temperatura de 1.5 °C (movimiento de 250 m) a una de 2.5 °C (movimiento de 500 m) (^{Sáenz-Romero y Tapia-Olivares, 2008}). Ante el escenario de un aumento de la temperatura, se podría adoptar la siguiente regla: recolectar en la zona altitudinal I (de 1850 m a 2350 m snm), producir planta en vivero y reforestar la zona inmediata superior (zona II: de 2350 m y 2850 m snm). Esto representaría un movimiento altitudinal máximo de 500 m snm. Con ello, se acoplarían los genotipos al clima esperado para la década centrada en el año 2060, que se ha proyectado será 2.3 °C más cálido. Teniendo en cuenta la consideración antes mencionada de que la temperatura disminuye 0.5°C por cada 100 m snm de movimiento altitudinal hacia arriba (^{Sáenz-Romero et al., 2010}), un movimiento de 500 m altitudinalmente hacia arriba representa una compensación de 2.5 °C, muy cercano a los 2.3 °C. Este movimiento no está exento de riesgos. Es de esperarse que ocurrirán ciertos daños por heladas (^{Sáenz-Romero y Tapia-Olivares, 2008}). Un lineamiento menos arriesgado sería algo más cercano a lo sugerido por ^{Ruiz-Talonia et al. (2014)}, quien, con base en la magnitud de la diferenciación genética entre poblaciones para caracteres cuantitativos, recomiendan para la especie mover hacia arriba 200 m altitudinales a partir del sitio de recolección, para de manera aproximada reacoplarse al clima predicho para el año 2030, para dicho año se espera un aumento de temperatura de 1.5 °C. Por ello, sería posible mover altitudinalmente hacia arriba la mitad del ancho de zona altitudinal, 250 m, a partir de la zona de recolección.