El cacao (Theobroma cacao L.) es una especie vegetal originaria de los bosques húmedos tropicales de Sudamérica (Motamayor et al.2002), que produce semillas de gran demanda para la industria del chocolate, y con potencial adicional para otras industrias como la cosmética y farmacéutica (Mejia & Arguello 2000, Carr & Lockwood 2011, Wickramasuriya & Dunwell 2018). Para el 2019, el cacao alcanzó una producción mundial de 5.5 millones de toneladas, de las cuales Sur y Centroamérica produjeron 811,454 toneladas, proyectándose un importante incremento en la demanda de materia prima y subproductos en las próximas décadas para el sector cacaotero (Voora et al. 2019, FAOSTAT 2021).
En Colombia y otros países productores, el cultivo de cacao se constituye como un importante medio de subsistencia para los pequeños agricultores, garantizando una fuente de ingresos rentable y estable, por lo que ha sido priorizado como fundamental en los programas de sustitución de cultivos ilícitos y de desarrollo rural sostenible (Osorio-Guarín et al. 2017, Rodriguez-Medina et al. 2019). Así, entre los retos de esta cadena productiva están incrementar el área de siembra en las zonas de producción y el rendimiento, así como renovar los cacaotales existentes y optimizar prácticas de siembra (arreglos agroforestales) y manejo sostenible del cultivo, utilizando materiales regionales e introducidos mejorados o seleccionados (Osorio-Guarín et al. 2017, Rodriguez-Medina et al. 2019). Sin embargo, los materiales de cacao seleccionados y recomendados para la siembra en zonas de producción de Colombia no han sido caracterizados suficientemente en cuanto a su comportamiento fisiológico y respuesta fotosintética bajo condiciones edafo-climáticas locales. Por ejemplo, las condiciones de intensidad de luz, que son determinantes para que los materiales de cacao sembrados expresen su potencial genético y puedan alcanzar tasas de fotosíntesis máxima (Schroth et al. 2016, Medina & Laliberte 2017, Lahive et al. 2019). Esta falta de conocimiento en las respuestas fisiológicas puede conllevar a no identificar el estrés en las plantas de cacao, el cual se presenta cuando la intensidad lumínica no es óptima debido a que limita la fotosíntesis y la ganancia de carbono requerida para el crecimiento y desarrollo de órganos vegetativos y reproductivos, afectando el rendimiento (Taiz et al. 2014, Lambers & Oliveira 2019).
Tradicionalmente, Theobroma cacao es considerada una especie vegetal adaptada a condiciones de sombra (sotobosque), que no tolera altas intensidades de luz, y en cuyo ecosistema de origen, el bosque amazónico, las plantas crecen debajo de especies arbóreas de mayor altura (Motamayor et al. 2000, Almeida & Valle 2007, Jaimez et al. 2018, Suarez Salazar et al. 2018, Tezara et al. 2020a). Es por esto por lo que, en países productores de América es frecuente cultivar el cacao en sistemas agroforestales, asociado con otras especies como plátano u otras especies frutales y maderables que permiten generar condiciones de sombra (Schwendenmann et al. 2010, Abdulai et al. 2018, Suarez Salazar et al. 2018). Consecuentemente, la distribución y arreglo de siembra de las plantas en estos sistemas agroforestales modifican las condiciones microclimáticas de luz, humedad relativa, temperatura y déficit de presión de vapor, lo cual conlleva a cambios en la respuesta y comportamiento de rasgos fisiológicos relacionados con la fotosíntesis (Jaimez et al. 2018, Suarez Salazar et al. 2018).
No obstante, en Colombia, Brasil, Ecuador, así como en los principales países africanos productores de cacao, también se ha informado de materiales (clones) con capacidad de aclimatación a altos niveles de radiación solar, lo que permite alcanzar mayores tasas fotosintéticas y por lo tanto incrementar el rendimiento (Galyuon et al. 1996, Miyaji et al. 1997, Uribe et al. 2000, Acheampong et al. 2013, Tezara et al. 2015, Jaimez et al. 2018, Suarez Salazar et al. 2018, De Almeida et al. 2019, Tezara et al. 2020b).
De esta forma, se propone que la plasticidad fenotípica del cacao en respuesta a la DFF está relacionada con el comportamiento de los parámetros fisiológicos y bioquímicos, más que con parámetros morfo-anatómicos, confiriendo a las plantas la capacidad para absorber y utilizar eficientemente las diferentes intensidades de radiación solar (Almeida et al. 2014, De Almeida et al. 2019). En este sentido, es relevante adelantar investigaciones orientadas a caracterizar la respuesta y comportamiento fotosintético de plantas de cacao empleadas comercialmente, a diferentes intensidades lumínicas, debido a que, a pesar de la importancia de estos rasgos, este conocimiento es escaso, específicamente para la mayoría de los clones objeto de este estudio (Baligar et al. 2008, Tezara et al. 2016).
Así, se planteó la pregunta: ¿Existen diferencias en la capacidad fotosintética de los clones de cacao ICS60, TSH565, FEAR5, CCN51 y EET8 frente a diferentes niveles de DFF? La hipótesis planteada considera que los clones evaluados tienen diferentes niveles de eficiencia en la utilización de la luz y que, contrariamente a lo esperado para cultivos de sombra, algunos de estos podrían tolerar altos niveles de DFF.
Materiales y Métodos
Zona de estudio. Las plantas de cacao evaluadas permanecieron en condiciones de invernadero durante un año en la Estación productiva Bambusa, de la empresa Geoambiente SAS, localizada en Pacho (Cundinamarca-Colombia); posteriormente, las plantas fueron trasladadas fuera del invernadero y se sometieron a condiciones de exposición solar plena (907 ± 122 µmol m-2 s-1 en promedio; Figuras 1D y 1E) durante un año, previo al período de evaluación. La localidad se ubica en las coordenadas geográficas 5° 07′ 50″ N y 74° 09′ 30″ W, a una altitud de 1,350 m snm y corresponde a un clima de bosque seco premontano, con una temperatura media anual de 24 °C y humedad relativa de 60 %.
Material vegetal. Se evaluaron plantas de T. cacao de dos años, en estado de desarrollo de elongación de ramas dispuestas en forma de horqueta, de acuerdo con la escala de clasificación BBCH (Niemenak et al. 2010). Estas plantas fueron obtenidas convencionalmente para la implementación generalizada de cultivos de cacao, mediante propagación vegetativa a partir de esquejes e injertadas, utilizando como patrón el genotipo Caucasia 43 (CAU-43), empleado por Geoambiente SAS para la producción en masa y como copa, los clones híbridos: EET8, ICS60, FEAR5, CCN51 y TSH565 (Tabla 1). El cacao producido por estos clones es considerado como de sabor fino, con un leve aroma floral y frutal y, debido a sus cualidades agronómicas en cuanto a rendimiento (kg/ha/año), frutos por árbol, nivel de afectación por Monilia (Tabla 2) y caracterización físico-química y organoléptica de las semillas, estos clones han sido recomendados por el Consejo Nacional Cacaotero para la siembra y comercialización en Colombia (Cardona 2010).
Clon (Nomenclatura) | Identidad | Grupo Genético | Origen | Características | Referencia |
---|---|---|---|---|---|
EET8 | Estación experimental tropical | Trinitario | Ecuador | Alto índice de grano y mazorca, susceptible a monilia | (Perea-Villamil et al. 2017) |
ICS60 | Imperial College Selection | Híbrido Trinitario x criollo | Trinidad, Nicaragua y Venezuela | Alto índice de grano y mazorca, resistencia media a moniliasis y escoba de bruja | (Bekele et al. 2006, García Lozano 2014, Johnson et al. 2009, Perea-Villamil et al. 2017) |
TSH565 | Trinidad Selection Hybrid | Híbrido ICS1 x SCA 6 | Trinidad | Alta producción y resistencia a moniliasis | (Johnson et al. 2009, Perea-Villamil et al. 2017) |
FEAR5 | Fedecacao Arauquita 5 RC ICA 4179 | Híbrido trinitario | Arauquita (Arauca, Colombia) | Alta calidad y rendimiento | (Perea-Villamil et al. 2017) |
CCN51 | Colección Castro Naranjal | Híbrido trinitario - Amazónico | Ecuador | Alta Productividad, fructificación temprana, resistente a enfermedades | (Boza et al. 2014, García Lozano 2014, Jaimez et al. 2022, Perea-Villamil et al. 2017) |
Característica agronómica | EET8 | ICS60 | TSH565 | FEAR5 | CCN51 |
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Frutos árbol/año | 22 | 22 | 27 | 28 | 26 |
Rendimiento (kg/ha/año) | 1,235 | 1,076 | 1,212 | 1,689 | 1,441 |
I.G | 2.2 | 2.1 | 1.4 | 1.4 | 1.6 |
I.M | 14 | 15 | 18 | 18 | 15 |
Reacción a Monilia | S | S | S | M.S | M.R |
Índices y límites de selección: Reacción a Monilia: S: Susceptible, R: Resistente, M.S: Moderadamente susceptible, M.R: Moderadamente resistente; I.M: 16-20 normal, < 15 bueno; I.G: 1.4-1.6 medio, ≥ 1.7 alto; Frutos árbol: < 70 regular. (Fuente: Cardona 2010, Perea-Villamil et al. 2017)
Condiciones experimentales. Para el establecimiento del experimento en condiciones de invernadero; 10 plantas de cinco meses de edad por clon se sembraron en bolsas de plástico negro que contenían 20 kg de suelo franco limoso (pH 6.5). Acorde con los resultados del análisis del suelo, se aplicó fertilización con 15 ml de Agroplus® y fertilizante 15-15-15 (N-P-K) en relación 5:5 v/p por litro de agua dos veces después del injerto cada 20 días, repitiendo el esquema de fertilización al año para garantizar el aporte de elementos minerales requeridos por las plantas de cacao para su crecimiento y desarrollo óptimos. Durante el período de crecimiento de las plantas, se aplicó riego a capacidad de campo tres veces por semana. La temperatura y la humedad relativa fueron registradas cada media hora durante los seis días de las mediciones, empleando un registrador de datos HOBO® U12 (Onset) instalado a 2 m del suelo. En promedio la temperatura del aire fue de 23 ± 0.79 °C, con una temperatura mínima de 15 ± 0.37 °C y máxima de 42 ± 1.47 °C (Figura 1A). Por otra parte, la humedad relativa promedio fue de 79 ± 2.64 % (Figura 1C). Con los datos de temperatura y humedad relativa se calculó el déficit de presión de vapor (DPV) empleando el método propuesto por Allen et al. (2006) y dos Santos et al. (2013) así el DPV promedio fue de 0.75 ± 0.04 kPa (Figura 1B). La DFF se registró diariamente entre las 7:00 am y las 6:00 pm empleando el medidor portátil LI-250 (Li-Cor Inc., Lincoln, NE, Estados Unidos de América). Durante la semana de mediciones la DFF mínima promedio fue 295 ± 9.04 µmol m-2 s-1 y la máxima 1,382 ± 100 µmol m-2 s-1 (Figura 1E); presentándose la DFF más alta durante el día entre las 10:00 y las 11:00 am (Figura 1D).
Curvas de respuesta fotosintética a la densidad de flujo fotónico (A/DFF). Los registros de la fotosíntesis neta (A) se realizaron entre las 9:00 am a las 12 m en la tercera o cuarta hoja completamente expandida correspondiente al tercio superior del follaje, en seis plantas (n = 6) para CCN51 y ocho plantas (n = 8) para los clones EET8, ICS60, FEAR5 y TSH565, usando un sistema portátil de fotosíntesis (LI - 6400, Li-Cor Inc., Lincoln, NE, Estado Unidos de América) manteniendo la concentración de CO2 de referencia constante a 400 μmol CO2m-2 s-1. Las hojas fueron expuestas a una secuencia de ocho niveles de DFF (10, 25, 50, 100, 200, 500, 800, 1,000 µmol m-2 s-1) (Coe & Lin 2018, Suarez Salazar et al. 2018) y la fotosíntesis neta para cada nivel de DFF, se registró cuando el tiempo a ñuz solar plena permitió alcanzar valores de estabilidad, considerando coeficiente de variación permitido de 0.1 %. Para obtener el mejor ajuste de la curva de respuesta fotosintética a la DFF (A/DFF) para cada uno de los clones de T. cacao, se aplicaron varios modelos matemáticos propuestos por Lobo et al. (2013), usando la función Solver en Microsoft Excel. El modelo elegido corresponde al de base exponencial (Ecuación 9), con el que se obtuvo un mejor ajuste para las curvas de respuesta A/DFF aplicando el criterio del valor mínimo en la suma de los cuadrados de los errores (SCE) y el coeficiente de determinación (R 2) (Tabla 3). El modelo elegido corresponde a la ecuación 1 de base exponencial:
en donde: PN representa la tasa de fotosíntesis neta expresada en µmol CO2 m-2 s-1, Pgmax corresponde a la tasa de fotosíntesis máxima a saturación por luz (Amax) expresada en µmol CO2 m-2 s-1 , la I (luz) corresponde a la DFF expresada en µmol m-2 s-1, Icomp representa el punto de compensación lumínico (PCL) expresado en µmol m-2 s-1, y la RD es la tasa de respiración mitocondrial expresada en µmol CO2 m-2 s-1. Además, a partir de la ecuación también se calcularon otros parámetros que describen la eficiencia y capacidad fotosintética de las plantas como el rendimiento cuántico de la fotosíntesis (Φ) expresado en µmol CO2 µmol fotones-1 y el punto de saturación lumínico (PSL) expresado en µmol m-2 s-1.
Parámetro | Unidades | EET8 | CCN51 | FEAR 5 | ICS60 | TSH565 |
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Amax | µmol CO2m-2 s-1 | 2.93 ± 0.33 a | 3.31 ± 0.38 a | 3.23 ± 0.31 a | 2.98 ± 0.33 a | 3.32 ± 0.33 a |
PCL | µmol fotones m-2 s-1 | 18.2 ± 4.91 b | 36.3 ± 5.67 a | 25.8 ± 4.63 ab | 26.4 ± 4.91 ab | 15.6 ± 4.91 b |
PSL | µmol fotones m-2 s-1 | 262 ± 43.4 ab | 380 ± 50.1 ab | 276 ± 40.93 ab | 234 ± 43.41 b | 228 ± 43.41 b |
Φ | µmol CO2 µmol foton-1 | 0.065 ± 0.008 a | 0.041 ± 0.009 c | 0.060 ± 0.008 bc | 0.066 ± 0.008 bc | 0.070 ± 0.008 ab |
RD | µmol CO2 m-2 s-1 | -0.26 ± 0.17 a | -0.66 ± 0.19 ab | -0.77 ± 0.16 b | -0.17 ± 0.17 a | -0.66 ± 0.17 ab |
SCE | 0.23 | 0.61 | 0.27 | 0.28 | 0.64 | |
R2 | 0.98 | 0.96 | 0.98 | 0.98 | 0.95 |
Parámetros de la fluorescencia de la clorofila a del fotosistema II. Para obtener información acerca de la eficiencia del PSII, entre los días 2 al 5 se registraron las variables de la fluorescencia de la clorofila a, en las mismas hojas y plantas en las que se registró la A, en los 5 clones, utilizando el fluorómetro Junior-PAM (Walz®, Effeltrich, Alemania), con un soporte de pinza para las hojas. El equipo emplea la técnica de pulso de amplitud modulada (PAM) en la que un haz de luz incide sobre la hoja para medir la luz reemitida por esta y registrar la actividad fotosintética, además de varios mecanismos y reguladores que controlan el proceso fotosintético (Suarez Salazar et al. 2018, Tounekti et al. 2018). La eficiencia cuántica máxima del PSII (Fv/Fm), se determinó antes del amanecer entre las 5:00 y 6:00 am. Para esto, las moléculas de clorofila se excitaron durante 0.8 s con 1,500 μmol m-2 s-1 de luz actínica; posteriormente, se expuso la hoja a una serie de pulsos de luz saturada para obtener el máximo rendimiento de la fluorescencia en un estado aclimatado a la luz (Gallé & Flexas 2010, Osorio-Zambrano et al. 2021). Para determinar la proporción de luz transferida para el proceso fotoquímico y absorbida por las antenas colectoras de luz, se calculó el rendimiento cuántico del PSII (ΦPSII) en hojas aclimatadas a luz entre las 10:00 y 11:00 am. Así mismo, la tasa de transferencia de electrones (TTE) como indicador de la capacidad fotosintética, el “quenching” fotoquímico (qP) que registra la proporción de centros de reacción del PSII que están abiertos y el “quenching” no fotoquímico (NPQ) indica la eficiencia de disipación por como calor (Gallé & Flexas 2010). Todos estos parámetros fueron calculados a partir de los resultados de fluorescencia, utilizando el software WinControl-3 (Heinz Walz GmbH Inc. Effeltrich, Alemania) (González-González et al. 2020, Issa et al. 2018).
Análisis. Las diferencias entre las medias de los clones para los parámetros obtenidos a partir de las curvas de respuesta A/DFF y de la fluorescencia de la clorofila a del fotosistema II se analizaron con la prueba de la diferencia mínima significativa de Fisher (LSD) a un nivel de significancia P ≤ 0.05, luego de realizar el análisis de varianza (ANOVA) con el software Statistix® v. 9 (Analyical software, USA) y de haber verificado los supuestos de normalidad y homocedasticidad.
Resultados
Curvas de respuesta A/DFF. El valor de la SCE obtenido (Tabla 3) con el modelo de base exponencial aplicado a las curvas A/DFF en el presente estudio, refleja en alto grado la varianza y comportamiento de los valores de A registrados para cada uno de los niveles de DFF (Figura 2). En estas curvas A/DFF, la tasa de respiración (RD) fue negativa para los cinco clones de cacao evaluados, mostrando emisión de CO2 correspondiente a la respiración mitocondrial con diferencias significativas entre los clones (P = 0.0009; F = 5.69), siendo menor (- 0.17 ± 0.17 µmol CO2 m-2 s-1) para el clon ICS 60 y más alta en FEAR 5 (- 0.77 ± 0.16 µmol CO2 m-2 s-1) (Tabla 3).
Posteriormente, al inicio de las curvas de cada clon de cacao, A aumentó rápido y el aumento de la DFF (10-50 µmol m-2 s-1) conllevó a un incremento asintótico de la tasa de asimilación neta de CO2 hasta que se alcanzó el PCL, el cual corresponde a la DFF en la que el intercambio de CO2 es nulo, es decir, que se compensa la emisión de CO2 debido a la respiración (Figura 2) y por encima de este punto se produce asimilación neta de CO2 (Azcón-Bieto & Talón 2013, Taiz et al. 2014, Lambers & Oliveira 2019). El PCL de estos clones osciló entre 15.66 ± 4.91 µmol m-2 s-1 (TSH565) y 36.35 ± 5.67 µmol m-2 s-1 (CCN51) con diferencias significativas (P = 0.033, F = 2.86) entre ellos; siendo TSH565 y EET8 (18.21 ± 4.91 µmol m-2 s-1) los que presentaron el PCL más bajo, mientras que CCN51, FEAR5 e ICS60 mostraron los PCL más altos (36.35 ± 5.67 µmol m-2 s-1 , 25.86 ± 4.63 µmol m-2 s-1 y 26.46 ± 4.91 µmol m-2 s-1, respectivamente) (Tabla 3).
En la dinámica de la curva A/DFF, cuando cada clon alcanzó la DFF correspondiente al PCL (Tabla 3), se inició la fijación neta de CO2, que aumentó a medida que la DFF incrementó, debido a que en esta zona la fotosíntesis es limitada por luz; así, con el incremento de DFF la A mostró una relación lineal, que corresponde a la eficiencia de los cloroplastos en el uso de la luz o rendimiento cuántico de la fotosíntesis (Φ). Se encontraron diferencias significativas en Φ entre los clones evaluados (P = 0.014, F = 3.48; Tabla 3), principalmente entre CCN51 y los clones EET8 y TSH565 en los cuales el rendimiento fotosintético fue de 0.041 ± 0.009, 0.065 ± 0.008 y 0.070 ± 0.008 µmoles de CO2 fijados por µmol de fotón absorbido, respectivamente.
De acuerdo con el análisis de las curvas de respuesta A/DFF y siguiendo la asimilación neta de CO2 a mayores valores de DFF, se observó que ésta alcanza sus niveles máximos, permitiendo identificar el PSL. Una vez se supera el PSL, la A es limitada por los procesos enzimáticos y la disponibilidad de CO2. El PSL más alto lo mostró CCN51 (380 ± 50.1 µmol m-2 s-1) y el más bajo TSH565 (228 ± 43.4 µmol m-2 s-1), sin diferencias significativas entre ellos y los demás clones (P = 0.23, F = 1.44; Tabla 3). Con respecto a la Amax, no se encontraron diferencias significativas (P = 0.23, F = 1.46; Tabla 3) entre los clones, con valores que variaron entre 2.93 ± 0.33 y 3.32 ± 0.33 µmol CO2m-2 s-1.
Eficiencia Fotoquímica. Los valores de la Fv/Fm no fueron significativamente diferentes entre los clones (P = 0.23, F = 1.42, Tabla 4). En promedio la Fv/Fm fue de 0.749. No obstante, el rendimiento cuántico del PSII (ΦPSII) presentó diferencias significativas (P = 0.007, F = 3.60, Tabla 4) entre los clones EET8 y CCN51 con los clones ICS60 y TSH 565 al igual que para la tasa de transporte de electrones (TTE) ( P = 0.005, F = 3.79, Tabla 4), en donde consecuentemente los valores de ambos parámetros fueron más altos para ICS60 (0.522 ± 0.006 y 27.3 ± 0.35) y TSH565 ( 0.523 ± 0.006 y 27.4 ± 0.35) y más bajos para EET8 ( 0.502 ± 0.003 y 26.2 ± 0.35) y CCN51 ( 0.491 ± 0.008 y 25.8 ± 0.41). Para el qP, no se encontraron diferencias significativas (P = 0.11, F = 1.88) entre los clones, siendo el valor promedio de 0.827; mientras que, el NPQ sí presentó diferencias significativas (P = 0.000, F = 10.28) entre los clones, principalmente entre los dos que presentaron los valores más altos: CCN51 (0.492 ± 0.033) y TSH565 (0.421 ± 0.028), y los que mostraron valores más bajos: EET8 (0.242 ± 0.028), FEAR 5 (0.310 ± 0.028) e ICS60 (0.329 ± 0.028).
Parámetro | Unidades | EET8 | CCN51 | FEAR 5 | ICS60 | TSH565 |
---|---|---|---|---|---|---|
Fv/Fm | - | 0.754 ± 0.008 ab | 0.749 ± 0.009 ab | 0.751 ± 0.008 ab | 0.734 ± 0.008 b | 0.757 ± 0.008 a |
ΦPSII | µmol e. µmol foton-1 | 0.502 ± 0.003 b | 0.491 ± 0.008 b | 0.506 ± 0.006 ab | 0.522 ± 0.006 a | 0.523 ± 0.006 a |
TTE | µmol e- m-2 s-1 | 26.2 ± 0.35 b | 25.8 ± 0.41b | 26.5 ± 0.35 ab | 27.3 ± 0.35 a | 27.4 ± 0.35 a |
qP | - | 0.818 ± 0.010 b | 0.824 ± 0.013 ab | 0.849 ± 0.010 a | 0.811 ± 0.010 b | 0.834 ± 0.010 ab |
NPQ | - | 0.242 ± 0.028 c | 0.492 ± 0.033 a | 0.310 ± 0.028 bc | 0.329 ± 0.028 b | 0.421 ± 0.028 a |
Discusión
El comportamiento de las variables fisiológicas derivadas de las curvas de respuesta fotosintética a la DFF como PCL, RD, PSL y Amax, al igual que de las variables de la eficiencia fotoquímica del PSII como Fv/Fm, ΦPSII, TTE, qP y NPQ sugieren que los clones de cacao evaluados han desarrollado la capacidad de aclimatación a altas DFF, contrario a lo esperado para plantas tolerantes a la sombra. Estos clones mostraron comportamiento fotosintético de plantas C3 de sol, presentando tolerancia y eficiencia fotosintética optima a mayor intensidad de luz que la propuesta para genotipos de cacao de sombra, ya que los datos asociados con eficiencia del fotosistema II sugieren que no presentaron fotoinhibición.
En este sentido, el PCL obtenido en los clones, es congruente con los valores reportados para otros genotipos de T. cacao bajo distintas condiciones, al situarse entre 5-57 µmol m-2 s-1 (Daymond et al. 2011, Avila-Lovera et al. 2016, Tezara et al. 2016, De Almeida et al. 2019); de estos valores, los más altos (˃ 10 µmol m-2 s-1) se han encontrado en genotipos que crecieron en condiciones naturales o en altas DFF, como los evaluados en el presente estudio (Tezara et al. 2016, Suarez Salazar et al. 2018, De Almeida et al. 2019).
Consecuentemente, los valores de la tasa de respiración mitocondrial para cada uno de los clones de cacao evaluados concuerdan con las RD reportados en otros estudios para T. cacao y para plantas C3 (Almeida & Valle 2007, Bertolde et al. 2012, Rivera-Méndez & Romero 2017, De Almeida et al. 2019). Se afirma que valores bajos de RD contribuyen en la reducción del PCL puesto que la RD es compensada por una fotosíntesis poco elevada (Taiz et al. 2014), permitiendo a las plantas un balance de carbono positivo cuando están expuestas a baja DFF.
Igualmente, el rendimiento cuántico de la fotosíntesis para los cinco clones estuvo dentro de los rangos descritos para plantas de T. cacao (0.01 - 0.09 µmol CO2 µmol foton-1) (Daymond et al. 2011, Bertolde et al. 2012, Almeida et al. 2014, Avila-Lovera et al. 2016, Tezara et al. 2016, De Almeida et al. 2017, Lahive et al. 2018, Kumar & Jegadeeswari 2019). El rendimiento cuántico observado en los clones de cacao es comparable con el observado en otras plantas C3 en condiciones no estresantes (0.05 µmol CO2 µmol foton-1) (Apshara et al. 2013, Azcón-Bieto & Talón, 2013, Avila-Lovera et al. 2016, Rivera-Méndez & Romero 2017), sugiriendo que la Amax fue soportada por la luz disponible, y que los clones tuvieron la capacidad de utilizar eficientemente la luz absorbida, manteniendo un balance en la ganancia de carbono (Baligar et al. 2008, Matos et al. 2009, Almeida et al. 2014).
Adicionalmente, en relación con la Amax, se propone que cuando las plantas alcanzan el punto de saturación por luz, la A no aumenta en respuesta al incremento de la DFF debido a que la A es ahora limitada por la disponibilidad de CO2, la capacidad de carboxilación de la RUBISCO o el metabolismo de las triosas fosfato, debido a que, tanto la tasa de transferencia de electrones, como las enzimas involucradas en el ciclo de Calvin, no logran funcionar a la misma velocidad en la que los fotones son absorbidos (Taiz et al. 2014). Una de las características fisiológicas por las que T. cacao es considerada una especie tolerante a la sombra, es la baja Amax que oscila entre 1 y 8 µmoles de CO2m-2 s-1 (Almeida et al. 2014, Avila-Lovera et al. 2016, Tezara et al. 2016), reportándose los valores más altos de Amax (5 - 8 µmoles de CO2m-2 s-1) en plantas expuestas a alta DFF (750 - 1,000 µmoles m-2 s-1) (Miyaji et al. 1997, De Almeida et al. 2017, Jaimez et al. 2018, Suarez Salazar et al. 2018). En los clones de cacao evaluados, se encontró que la Amax estuvo en el rango reportado para esta especie, sin embargo, en comparación con otras investigaciones, no se observaron valores más altos de Amax pese a los altos niveles de luz a los que estuvieron expuestas las plantas; lo que podría sugerir que si bien estos clones tienen capacidad de asimilación de CO2 y eficiencia en la utilización de la luz disponible, las máximas tasas de A dependen de otros factores como una mayor demanda nutricional, y factores genéticos, y no solo de la DFF (Almeida & Valle 2007, De Almeida et al. 2017, Jaimez et al. 2018). En De Almeida et al. (2019) se evidenciaron mayores valores de Amax en clones de Criollo Moderno expuestos a alta DFF (760 ± 107 µmoles m-2 s-1) en invernadero, no obstante, después de seis meses de exposición a esta DFF, la Amax, se redujo mostrando ser una respuesta de aclimatación a la alta DFF.
Por su parte, para diferentes genotipos de T. cacao evaluados en condiciones de campo e invernadero, se encontraron valores de PSL situados en el rango entre 90 - 750 µmoles m-2 s-1 (Almeida & Valle 2007, Baligar et al. 2008, Avila-Lovera et al. 2016, De Almeida et al. 2016, Medina & Laliberte 2017, Lahive et al. 2018, Almeida et al. 2019). Dentro de este rango de valores de saturación lumínica, se encuentran aquellos característicos tanto para plantas C3 de sol (400 - 600 µmoles m-2 s-1) como de sombra (60 - 200 µmoles m-2 s-1) (Azcón-Bieto & Talón 2013, Rivera-Méndez & Romero 2017). Esto confirma la alta variación genética y plasticidad fisiológica propuesta para esta especie frente a este rasgo, las cuales confieren a los genotipos la capacidad fotosintética para responder eficientemente a altos valores de DFF previo a experimentar saturación (Daymond et al. 2011, De Almeida et al. 2019). Así, los genotipos de cacao capaces de crecer a alta DFF (pleno sol) pueden presentar mayores tasas fotosintéticas que los cultivados en condiciones de sombra con el consecuente incremento de la fertilización, mayor tecnificación y mejor manejo agronómico del cultivo (Alvim 1958, Galyuon et al. 1996, Miyaji et al. 1997, Almeida & Valle 2007). Por ejemplo, se ha registrado que plantas de cuatro años de edad, de clones trinitarios de cacao cultivados a plena exposición solar en las condiciones climáticas del municipio Landázuri, en Santander (Colombia), presentaron un incremento en el rendimiento de 51 %, garantizándoles una adecuada fertilización, en comparación con el rendimiento de cultivos convencionales en sombra (Uribe et al. 2000). Así mismo, se propone que plantas de cacao, bajo las condiciones de la Amazonía colombiana, pueden crecer en monocultivo en altas condiciones de luz con una mejor asimilación de carbono (Suarez Salazar et al. 2018). Se sugiere que lo anterior se debe a que T. cacao posee plasticidad fenotípica relacionada con algunas características fisiológicas y bioquímicas que le permiten crecer en condiciones de DFF contrastantes (De Almeida et al. 2019). Actualmente se está implementando como práctica de manejo cultural, el arreglo espacial del sistema de cultivo a plena exposición solar en las principales regiones productoras de África Occidental (Abdulai et al. 2018), sistema que también suscita interés en regiones de producción de cacao de Latinoamérica (Jaimez et al. 2018, Suarez Salazar et al. 2018, Uribe et al. 2000).
De esta forma, la búsqueda y selección de clones con capacidad de tolerancia y respuesta al incremento de la luz, como fenómeno asociado al cambio climático global, se enmarca dentro de las estrategias para conseguir rendimientos óptimos en cuanto a cantidad y características de calidad para la comercialización del cacao (Jaimez et al. 2018, Suarez Salazar et al. 2018, De Almeida et al. 2019, Fraga Junior et al. 2020), por lo que caracterizaciones como las realizadas en este estudio se vuelven necesarias para contribuir con ese fin.
En relación al comportamiento observado al inicio de las curvas de respuesta A/DFF de los clones de cacao, las reacciones fotoquímicas de la fotosíntesis son determinantes para la utilización y aprovechamiento de la luz, mientras que al final de la curva, cuando ocurre la saturación de la fotosíntesis, son determinantes las reacciones asociadas con la reducción del CO2 a carbohidratos (Azcón-Bieto & Talón 2013). Los resultados de la fluorescencia de la clorofila a del fotosistema II sugieren que los cinco clones tienen capacidad para aclimatarse a alta DFF, manteniendo su actividad fotosintética aprovechando la luz disponible (Almeida et al. 2014, Taiz et al. 2014).
Una variable fisiológica que se asocia con el funcionamiento de los centros de reacción del PSII es el rendimiento cuántico máximo o eficiencia fotoquímica del PSII (Fv/Fm), el cual tiene un valor típico de 0.80 para plantas que tienen un adecuado funcionamiento del aparato fotosintético (Maxwell & Johnson 2000) y para plantas sin fotoinhibición crónica tiene una escala de valores entre 0.71 a 0.83 (Baker 2008). Todos los clones de cacao evaluados presentaron valores de Fv/Fm por encima de 0.73, demostrando la conservación de la integridad del PSII a alta DFF y tolerancia a altos niveles de intensidad lumínica. Igualmente, la tasa de transporte de electrones a través del PSII (TTE) y la proporción de luz absorbida por el complejo antena que impulsa el proceso fotoquímico en el PSII (ΦPSII) observadas en los cinco clones concuerdan con la Fv/Fm presentado y sugieren una actividad fotoquímica y uso de la luz óptimos (De Almeida et al. 2017, Tezara et al. 2020b). Así mismo, los valores altos de qP observados en los clones, confirman el adecuado funcionamiento del aparato fotosintético. Además, los valores de NPQ obtenidos y diferencias observadas entre clones, reflejan la baja disipación de la energía como calor y pueden asociarse con un mecanismo plástico para equilibrar el balance entre la absorción de la luz presente, y una mejor aclimatación de las plantas a mayores niveles de DFF (Gallé & Flexas 2010).
En conclusión, los clones comerciales de cacao evaluados mostraron comportamientos similares en la capacidad y respuesta fotosintética en relación con el incremento de la DFF, por lo que podrían tener la capacidad fisiológica para aclimatarse y crecer en condiciones de alta intensidad lumínica; sin embargo, el clon TSH565 mostró mayor capacidad de utilización de los fotones de luz a bajos niveles de DFF (menor PCL), requiriendo una mayor disipación de la energía lumínica como calor, sin que la eficiencia fotosintética sea afectada; por lo que se podría proponer para sembrar bajo condiciones de sombra. Por otra parte, el clon CCN51 presentó mayor capacidad de aclimatación a la alta DFF, por lo que podría ser utilizado en sistemas de producción de monocultivo con mayor exposición solar.
Aunque se ha indicado que T. cacao requiere baja luz, las evidencias de su exitosa siembra y obtención de mayores rendimientos de cosecha en sistemas a libre exposición, soportan que esta especie ha desarrollado mecanismos fisiológicos que le permiten aclimatarse a ambientes con mayores intensidades lumínicas. Se recomienda realizar estudios orientados a definir si la capacidad de estos clones de cacao para aclimatarse a alta DFF representa una respuesta corta asociada a un rasgo de sobrevivencia o si este rasgo fisiológico puede mantenerse cuando las plantas son sometidas a niveles de alta luz por períodos largos de tiempo en las zonas de producción de cacao.