Introducción

En México en 2013 se produjeron 3.3 millones de toneladas de trigo y se importaron 4.6 millones de toneladas para cubrir la demanda nacional. De tal modo que la producción de trigo harinero (Triticum aestivum L.) en México tuvo un déficit anual cercano a 70%, lo cual representa la importación de 4.6 millones de ton de EE. UU y Canadá. En este mismo año del total de la producción nacional 94.4% fue bajo condiciones de riego durante el ciclo otoño-invierno 2013-2014, en estas condiciones de producción el cultivo de trigo se enfrenta al desabasto de agua, y la reconversión a cultivos de mayor rentabilidad. Una alternativa para contrarrestar la dependencia del consumo de trigo es incrementar la producción de trigo harinero bajo condiciones de temporal, el cual se caracteriza por su cultivo en condiciones ambientales variables (^{Hortelano et al., 2013}) y por su volumen bajo de producción, el cual en 2014 fue de 5% respecto a la producción nacional (^{SIAP, 2015}). Adicionalmente presenta problemas de comercialización debido a la cosecha de lotes de producción heterogéneos y falta de centros de acopio.

Del total de las importaciones, durante 2013, 63% correspondió a trigo harinero (^{CANIMOLT, 2014}). Las características de calidad de los trigos duros importados son porcentajes de proteína de 12.6 a 15% asociado a fuerza de gluten de 350 a 500*10^-4 J y relación tenacidad/extensibilidad balanceada a extensible, de 1.2 a 0.9, respectivamente, lo cual se ve reflejado en la obtención de volúmenes de pan superiores a 800 cm³ (^{Maghirang et al., 2006}; ^{McCallum y DePauw, 2008}). Por lo que además de incrementar la superficie sembrada bajo condiciones de temporal se debe cosechar trigo harinero con la calidad industrial equiparable con el trigo importado y con su precio en el mercado. De acuerdo con ^{Villaseñor y Espitia (2000)}, existe potencial para siembra de trigo harinero de temporal, en más de 500 000 ha en el Estado de México y Tlaxcala, adicionalmente, la cercanía a los principales centros de molienda y consumo, como lo son la Ciudad de México y Estado de México, donde demandan más de 60% de grano molido (^{CANIMOLT, 2014}), incrementaría la rentabilidad debido a al ahorro por concepto de traslado.

Con base en lo anterior la producción de temporal, debe competir en calidad industrial, con el trigo importado. Por lo que se deben de evaluar fuentes genéticas que permitan mejorar las características de calidad física del grano y la calidad de la masa para incrementar la calidad panadera. De acuerdo con ^{Espitia et al. (2004)} existe la necesidad de incrementar la variabilidad genética en peso hectolítrico, proteína en grano y harina, volumen de sedimentación y volumen de pan. Lo anterior con el objetivo de mejorar la respuesta a la selección, la cual depende de la variabilidad genética y la heredabilidad. De acuerdo con ^{Ehdaie y Waines (1989)} el coeficiente de variación genética permite conocer la amplitud de su variabilidad a utilizar y valores altos de heredabilidad indican que la variación es debida a efectos genéticos y que su mejoramiento es fácil de realizar.

El volumen de pan es la variable determinante que expresa la funcionalidad de la masa; por lo que se busca mediante el fitomejoramiento seleccionar genotipos con mayor volumen de pan por cantidad de harina utilizada y adicionalmente mejorar su estabilidad a través de ambientes, la cual ha sido poco estudiado (^{Hristov et al., 2010}). Una limitante para la selección, en las etapas iniciales de segregación, con base en volumen de pan es el tamaño de muestra cosechado por lo que es necesario identificar variables que lo estimen en dichos tamaños de muestro (^{Seabourn et al., 2012}). Por lo que el objetivo de la presente investigación fue determinar, la variabilidad genética, su heredabilidad y su asociación de variables de calidad industrial que favorezcan el volumen de pan y su estabilidad a través de ambientes, en trigos harineros de EE.UU. y Canadá, cultivados en condiciones de temporal en los valles altos del centro de México.

Materiales y métodos

Se utilizaron 16 genotipos: Kulm, Keene, Waldron, SD3249, SD3195 y SD3236 son originarios de Estados Unidos de América y Blue Sky, Ac Vista, BW725, HY437, HY439, HY632 de Canadá; las líneas avanzadas GAVIA/ROM/3/PIRUL/GUI//TEMP/AGR/4/JUCH (línea 1) y PAMDOLY-PABG-Tardía-C4 (línea 2), así como las variedades Náhuatl F2000 y Kronstad F2004 como testigos, las cuales fueron liberadas por el programa de mejoramiento de trigo del INIFAP. Dichos genotipos se sembraron durante el mes de junio en condiciones de temporal en las localidades reconocidas como Santa Lucía 2009, Chapingo primera fecha 2009, Chapingo segunda fecha 2009, Coatepec 2009, Juchitepec 2009, Chapingo 2010, Coatepec 2010 y Juchitepec 2010, todas las localidades se localizan en el Estado de México, Santa Lucía de Prías y Chapingo se caracterizan por ser de clima templado subhúmedo C(Wo) (W)b(y)g. Chapingo se sitúa a 19° 13’latitud norte y 98° 51’ longitud oeste a 2 250 msnm y Santa Lucía de Prías se localiza a 19° 44’ latitud norte y 98° 87’ longitud oeste a 2 260 msnm. Juchitepec y Coatepec se clasifican como de clima húmedo, Juchitepec se ubica a 2 571 msnm entre los 19° 06’ latitud norte y 98° 53’ longitud oeste y Coatepec a 2 320 msnm (^{García, 1981}).

El diseño experimental fue de bloques completos al azar con dos repeticiones en cada localidad y la unidad experimental fue de cuatro surcos de 3 m de longitud con una separación de 30 cm. La densidad de siembra fue de 120 kg ha^-1, se fertilizó con la fórmula 40-20-00, todo el N y todo el P₂O₅ a la siembra. Como fuente de fertilización se utilizó urea (CO (NH₂)₂) con 46% de N y superfosfato de calcio triple (Ca (H₂PO₄)₂) con 46% de P₂O_5. Las malezas de hoja angosta se controlaron con Topik 24EC^® y las de hoja ancha con Esteron 47^®. Durante la etapa de embuche se aplicaron 500 mL ha^-1 de Folicur^®, para controlar la incidencia de enfermedades. Se cosechó con una mini combinada cuando la humedad del grano fue menor a 14%.

Los análisis de calidad industrial se realizaron en el Laboratorio de Farinología del CEVAMEX-INIFAP. El peso hectolítrico (kg hL^-1) se determinó en una muestra de 500 g de grano limpio en una balanza volumétrica (Seedburo Equipment CO., Chicago, IL.). A partir del grano se obtuvo la harina refinada usando un molino Brabender (Quadrumat Senior, C.W. Brabender OHG, Alemania) con un cernido a través de una malla de 129 µm de diámetro. El contenido de proteína en harina (%) se midió con el analizador NIR Infralyzer 300 (método 39-10; ^{AACC, 2005}). El volumen de sedimentación (mL) fue determinado en una muestra de 3.2 g de harina refinada mediante la presencia de ácido láctico y alcohol isopropílico (^{Zeleny, 1947}), que indica la capacidad de hidratación y expansión de la proteína; a mayor volumen mayor fuerza. Usando el método 54-30A de la ^{AACC (2005)}, en el Alveógrafo de Chopin (Tripette and Renaud, Francia) se obtuvo el alveograma, utilizando una muestra de 60 g de harina refinada, del cual se calculó la fuerza (W) y la relación de tenacidad/extensibilidad (PL) de la masa.

Las masas con base en su W y PL es posible clasificarlas por su W se agrupan en masas fuertes mayores de 300*10^-4 J, masas medias fuertes de 200*10^-4 J a 300*10^-4 J y masas débiles menores de 200*10^-4 J y por su PL en balanceadas (PL= 1.1), extensibles (PL< 1) y tenaces (PL> 1.2). El volumen de pan (mL) se obtuvo mediante el procedimiento de masa directa (^{AACC, 2005}) a partir de 100 g de harina refinada, 3 g de leche en polvo, 3 g de grasa vegetal, a la cual se le adicionó 25 mL de una solución de levadura a 24% y 25 mL de una solución azúcar-sal, a 20 y 4%, respectivamente; el proceso de fermentación fue de 3 h y 25 min, con una humedad relativa del 90% a 35 °C. La cocción se realizó en un horno Despatech Oven Co. (Minneapolis USA) a 220 °C durante un tiempo de 25 min, el volumen total se midió en un volutómetro por medio del desplazamiento de semilla de colza (Brassica campestris L.).

Se realizó el análisis de varianza conjunto para las ocho localidades para todas las variables evaluadas. Previo al análisis de varianza de contenido de proteína en harina se realizó una transformación logarítmica de los datos porcentuales. Los genotipos se consideraron como efectos fijos y ambientes se consideraron como efectos aleatorios, el análisis de varianza se realizó mediante el procedimiento GLM del SAS (^{SAS, 2002}), y las medias se compararon entre ellas mediante la diferencia mínima significativa honesta (p≤ 0.05) para identificar las diferencias entre genotipos y ambientes. En el Cuadro 1 se presenta la estructura del análisis de varianza y esperanzas de cuadrados medios.

Cuadro 1 Estructura del análisis de varianza combinado y esperanzas de cuadrados medios de 16 genotipos de trigo en ocho ambientes de temporal. Ciclo primavera-verano, 2009 y 2010. 

FV= fuentes de variación; GL= grados de libertad; SC= suma de cuadrados; CM= cuadrados medios; ECM= esperanzas de cuadrados medios; σ² _g= varianza de genotipos; σ² _ag= varianza de genotipos por ambiente; σ² _e= varianza del error.

El coeficiente de variación genética se calculó mediante el cociente de la desviación estándar genética entre la media. Coeficientes menores a 20 se clasifican como de variabilidad genética alta, de 12 a 20 variabilidad genética intermedia y mayores a 10 variabilidad baja. La heredabilidad se obtuvo al dividir la varianza genética entre la varianza fenotípica. Adicionalmente se obtuvieron las correlaciones de Pearson mediante el procedimiento CORR del SAS.

Resultados y discusión

Las variables fuerza de la masa y relación tenacidad/extensibilidad presentaron los coeficientes de variación genética más altos, con 24.3 y 21.7, respectivamente. Ambos valores para estas características de la masa son similares a los encontrados por ^{Espitia et al. (2004)} en un grupo de variedades mexicanas de trigo producidos bajo temporal. Su amplitud para fuerza de la masa fue de 661*10^-4 J y de 2.1 para la relación tenacidad/extensibilidad. Dichos valores altos indican alta variación genética lo cual permitirá seleccionar genotipos con características específicas de fuerza y extensibilidad, los cuales pueden ser utilizados como fuentes genéticas para estas características dentro del programa de mejoramiento.

Por otro lado las variables volumen de sedimentación, proteína en harina, volumen de pan y peso hectolítrico mostraron coeficientes de variación genética menores a 10 lo cual indica que los genotipos introducidos poseen una variación genética reducida para estas características (Cuadro 2) por lo que se complica seleccionar estos caracteres en este grupo de genotipos así como obtener fuentes genéticas. Sin embargo, es importante indicar que en los materiales introducidos el valor máximo para proteína en harina fue mayor a 15 mg g^-1 y el valor medio para volumen de pan fue mayor a 850 mL ambos valores son mayores respecto a los materiales mexicanos de acuerdo a lo reportado por ^{Espitia et al. (2004)} por lo que es posible identificar genotipos sobresalientes para estos características.

Cuadro 2 Parámetros genéticos estimados para variables de calidad industrial de genotipos de trigo harinero evaluados bajo temporal. Ciclo primavera-verano, 2009 y 2010. 

CVG= coeficiente de variación genética; h²= heredabilidad.

Los valores de heredabilidad más altos fueron para fuerza de la masa, proteína en harina y volumen de sedimentación con 0.37, 0.33 y 0.23 respectivamente, lo cual indica que estas características se deben esencialmente a efectos genéticos lo que favorecerá que estos caracteres pueden ser recombinados y heredados en la progenie. Comportamiento contrario fueron volumen de pan, proteína en harina y peso hectolítrico, quienes presentaron heredibilidades menores a 0.2, por lo que su fitomejoramiento es más complicado dado que estas características son influenciadas por el ambiente.

Dado que la calidad panadera se refiere a la capacidad de obtener mayor volumen de pan con la misma cantidad de harina utilizada y dicha característica debe de mantenerse a través de los ambientes es necesario utilizar en el proceso de mejoramiento variables correlacionadas que favorezcan el volumen de pan. El volumen de pan se correlacionó positivamente con el contenido de proteína en la harina lo que concuerda con lo encontrado por ^{Dowell et al. (2008)} y ^{Barak et al. (2013)}, esta relación positiva también se mostró con fuerza de la masa y volumen de sedimentación y se relacionó inversamente con la relación tenacidad/extensibilidad mismos resultados encontraron ^{Li et al. (2013)}.

Lo anterior, indica que para seleccionar genotipos con mayor volumen de pan, hay que incrementar el contenido de proteína en harina, la fuerza de la masa y la extensibilidad, lo cual coincide con ^{Nash et al. (2006)} quienes indicaron que debe existir un balance entre fuerza y extensibilidad para favorecer el volumen de pan y no solo incrementar la fuerza de la masa. Dado que la variable tenacidad/extensibilidad no se correlacionó con volumen de sedimentación la cual es una prueba predictiva (Cuadro 3) es necesario implementar en etapas tempranas de segregación una variable de selección que permita favorecer la extensibilidad de la masa lo cual indirectamente favorecerá el volumen de pan.

Cuadro 3 Correlaciones de Pearson entre variables de calidad de 16 genotipos de trigo harinero evaluados bajo temporal. Ciclo primavera-verano, 2009 y 2010. 

SVP= estabilidad de volumen de pan; ns, ^*, ^**= no significativo, significativo y significativo, respectivamente.

La correlación más alta fue entre la fuerza de la masa y volumen de sedimentación (Cuadro 3), lo anterior es similar a lo obtenido por ^{Axford et al. (1979)} y ^{Zečević et al. (2007)}, dado que valores altos de volumen de sedimentación se han usado como herramienta para seleccionar indirectamente en etapas segregantes del mejoramiento genético genotipos de mayor fuerza de masa así como valores bajos de sedimentación son propios de genotipos con masas con poca fuerza. También se encontraron correlaciones positivas entre proteína en harina y volumen de sedimentación, lo que es concuerda a lo señalado por ^{Espitia et al. (2004)}. La estabilidad del volumen de pan se relacionó positivamente con volumen de pan y proteína en harina e inversamente con peso hectolitrico y la relación tenacidad/extensibilidad, mientras que no hubo relación con volumen de sedimentación y fuerza de la masa.

En la Figura 1 se representan las correlaciones entre volumen de pan y su estabilidad. Los genotipos Náhuatl F2000, Waldron, Ac Vista, Línea 2, Kronstad F2004 y Kulm asociaron mayor estabilidad, dado por su valor menor en la escala numérica, con volúmenes de pan mayores a 800 mL.

Figura 1 Comparación del volumen de pan (DSH= 48.5) en relación con la estabilidad del volumen de pan de genotipos de trigo harinero evaluados bajo temporal. Ciclo primavera-verano, 2009 y 2010. 3= BW725; 4= HY437; 5= HY439; 6= HY632; 7= AC Vista; 8= Blue sky; 10= Keene; 11= Kulm; 14= Waldron; 15= SD3249; 16= SD3195; 17= SD3236; 20= Línea 1; 21= Línea 2; 24= Náhuatl F2000; y 25= Kronstad F2004.  

De este grupo de genotipos, los que asociaron mayor estabilidad y volúmenes de pan superiores a 840 mL fueron Náhuatl F2000 y Waldron. La variedad Náhuatl F2000 asocio masa fuerte (W > 500*10^-4 J) con una relación tenacidad/extensibilidad cercano a uno así como proteína en harina mayor a 11 mg g^-1 (Figura 2A). El genotipo introducido Waldron mostró mayor extensibilidad, por su PL menor a 0.9 y masa fuerte con un contenido de proteína en la harina similar a Náhuatl F2000.

Figura 2 Comparación del volumen de pan (DSH= 48.5) en función de proteína en harina (A), fuerza de la masa (B) y la relación tenacidad/extensibilidad (C) de genotipos de trigo harinero evaluados bajo temporal. Ciclo primavera verano, 2009 y 2010. 3= BW725; 4= HY437; 5= HY439; 6= HY632; 7= AC Vista; 8= Blue sky; 10= Keene; 11= Kulm; 14= Waldron; 15= SD3249; 16= SD3195; 17= SD3236; 20= Línea 1; 21= Línea 2; 24= Náhuatl F2000; y 25= Kronstad F2004. 

Los genotipos Línea 2 y Ac Vista, presentaron entre ellos estabilidad similar pero fue menor respecto a Náhuatl F2000 y Waldron, ambos presentaron volúmenes de pan cercanos a 820 mL. La línea 2 se caracterizó por ser de masa fuerte por su W próximo a 400*10^-4 J y extensible por su PL< 1.1 (Figura 2 B y C) lo cual le permitió alcanzar los volúmenes de pan indicados. Por otro lado Ac Vista se caracterizó por presentar los valores de proteína y fuerza de la masa más bajos con contenidos menores a 10.5 mg g^-1 y W< 250*10^-4 J, respectivamente, clasificándose por su fuerza como de masa media; sin embargo, debido a su excelente extensibilidad por su PL< 0.8, la cual fue la menor de todos los genotipos analizados, obtuvo volumen de pan aceptable, lo anterior concuerda con ^{Różyło y Laskowski, (2011)} quienes indicaron que volúmenes de pan altos son favorecidos por una extensibilidad mayor de la masa.

Los genotipos Kronstad F2004 y Kulm presentaron valores de estabilidad intermedia y se asociaron con volúmenes de pan mayores a 850 mL. Ambos genotipos presentaron masa fuerte por su W > 400*10^-4 J y por su PL cercano a uno se clasificaron como balanceados. Sin embargo, Kulm conjuntó estabilidad intermedia y 870 mL de volumen de pan valor mayor respecto a Kronstad F2004, lo cual se debe en parte a su contenido de proteína en harina mayor a 12 mg g^-1, lo cual concuerda con ^{Barak et al. (2013)} quienes indicaron que el contenido de proteína en la harina incrementa el volumen de pan.

Los genotipos Keene, SD3249, HY437, BW725 y Blue sky presentaron valores de volumen de pan superiores a 870 mL; sin embargo, mostraron baja estabilidad debido a su valor alto en la escala numérica (Figura 1). Las características de estos materiales fueron contenidos de proteína en la harina mayores a 11.5 mg g^-1. Sus fuerzas de las masas fueron mayores a 400*10^-4 J, con excepción de BW 725, asociadas con PL< 1.2. Por otro lado los materiales SD3195 y SD3236 presentaron valores buenos de estabilidad; sin embargo, se asociaron con los volúmenes de pan más bajos <800 mL, lo cual se debe a que sus masas se clasifican como tenaces, por su PL> 1.5, lo cual de acuerdo con ^{Li et al. (2013)} disminuye el volumen de pan.

Los genotipos Keene y SD3249 presentaron los valores mayores de volumen de pan los cuales fueron superiores a 900 mL; sin embargo, presentaron baja estabilidad. Estos genotipos se caracterizaron por sus contenidos de proteína en harina mayores a 12 mg g^-1 asociado con fuerza de la masa de 550*10^-4 J y con una relación tenacidad/extensibilidad menor de uno para Keene y cercana a 1.1 para SD3249. La combinación anterior de alto contenido de proteína en harina, masa fuerte con buena extensibilidad es decir con valores de PL menores a 1.2 favorece los volúmenes de pan lo cual también ha sido indicado por ^{Battenfield et al. (2016)}.

Con base en lo anterior, en los genotipos introducidos existe diversidad en su contenido de proteína así como también en la fuerza y extensibilidad de la masa lo que consecuentemente afecta el volumen de pan. De acuerdo con ^{Lemelin et al. (2005)} éstas variaciones en fuerza, extensibilidad y volumen de pan se deben también al tipo de variantes alélicas de gluteninas y gliadinas que intrínsecamente presenta cada genotipo lo cual es reconocido como calidad de la proteína y que también permitiría seleccionar que alelos asocian mayor volumen y mejor estabilidad a través de ambientes; sin embargo, dichas variantes no se consideraron en este estudio.

Conclusiones

En el germoplasma de trigo introducido la fuerza de la masa conjugó valores altos de variación genética y heredabilidad lo cual podrá ser aprovechado por el programa de fitomejoramiento del INIFAP, mientras que el volumen de pan y peso hectolítrico mostraron un comportamiento inverso.

Además de seleccionar por mayor contenido de proteína y mayor volumen de sedimentación en etapas tempranas del fitomejoramiento de trigo harinero es necesario realizarlo para favorecer su extensibilidad de la masa lo cual consecuentemente incrementará el volumen de pan.

Los genotipos introducidos Waldron, Ac Vista y Kulm asociaron volúmenes de pan buenos con estabilidad adecuada por lo que deben de ser usados como fuentes genéticas para mejorar la calidad panadera.