David Boshier1
1. Introducción
Para poder adoptar decisiones correctas en materia de conservación genética y favorecer los progresos en la mejora genética a largo plazo, se requieren conocimientos detallados de la taxonomía, estructura de la población, biología reproductiva, sistemas de fecundación, etc. de las especies afectadas. Se dispone de poca información sobre muchas especies arbóreas de los bosques tropicales, y quienes se ocupan de los planes de ordenación se enfrentan a menudo con problemas para elaborar estrategias eficaces. Por ejemplo, las cuestiones a las que hay que dar respuesta son: ¿están muy emparentados entre sí los árboles de las masas naturales y existe endogamia?; ¿en caso de existir, cuál es el mecanismo de incompatibilidad que evita la endogamia?; ¿qué agentes realizan la polinización y cómo afectan al flujo de genes y al tamaño de la población?; ¿cuál es el grado aceptable de endogamia?
En el estudio monográfico que presentamos aquí se describe la metodología utilizada en la investigación en curso que se ha llevado a cabo para una determinada especie - Cordia alliodora. No se pretende que la metodología descrita aquí se utilice como receta para el estudio de cualquier especie arbórea tropical, sino que pueda proporcionar ideas sobre cómo plantear el problema. Las técnicas que se apliquen dependerán siempre del tipo de árbol, su distribución, tamaño de las flores, polinizadores, etc. El trabajo previo por lo que respecta a C. alliodora, importante para el estudio, es por lo general de naturaleza preliminar pero proporciona información útil.
La C. alliodora es un importante árbol neotropical, en el que se combinan una madera de alta calidad y valor con un crecimiento rápido en suelos de buenas características. Se utiliza de forma extensiva en su dominio natural y su copa poco espesa y su peculiaridad de autopoda le hacen particularmente idóneo para su uso en varios sistemas agrosilvícolas, proporcionando madera valiosa e ingresos económicos a los pequeños agricultores. La especie tiene una amplia distribución, ya que su hábitat se extiende desde el norte de México, a través de América Central y del Sur, hasta Bolivia, Paraguay, el sur del Brasil y el norte de la Argentina. En el Paraguay, norte de la Argentina y partes del sur del Brasil la íntimamente emparentada C. trichotoma (clasificada también como la C. alliodora var. tomentosa), predomina sobre la C. alliodora (Gibbs y Taroda 1983). C. alliodora se encuentra en la mayor parte de las islas del Caribe, desde Cuba a Trinidad, pero es casi seguro que no es nativa en Jamaica. A largo de esta extensión geográfica, la especie aparece en una amplia gama de condiciones ecológicas que varían desde las muy húmedas (de hasta los 6 000 mm al año) hasta las estacionalmente secas (de hasta sólo 600 mm al año); y desde el nivel del mar hasta una altura de 1 200 m s.n.m. en América Central y 2 000 m s.n.m. en latitudes más bajas en Colombia. En las regiones de tierras bajas húmedas tropicales es generalmente un árbol alto, delgado, de copa poco espesa, que alcanza alturas superiores a los 40 m y un diámetro normal de hasta 1 m en los árboles maduros, a pesar de que es más frecuente en torno a los 50 cm de diámetro. En zonas estacionalmente secas es más pequeño y peor formado, alcanzando raramente más de 20 m de altura.
El objetivo general del presente estudio era lograr un conocimiento de la biología de la reproducción de C. alliodora que proporcionara una base adecuada para tomar acertadas decisiones a largo plazo sobre la conservación in situ/ex situ y la mejora de la especie.
1 Oxford Forestry Institute, South Parks Road, Oxford, OX1 3RB, UK.
Los objetivos específicos eran:
2. Floración y fenología de las semillas
Las flores son hermafroditas, no especializadas, de cerca de 1 cm de longitud y aparecen en largos panículos. El tamaño de los panículos varía, desde unas pocas 50 flores hasta las 2 000. Los pétalos son blancos y persistentes, se vuelven pardos y actúan como paracaídas en la dispersión por el viento de las semillas. El objetivo de esta primera fase del estudio fenológico fue detectar cualquier pauta de floración que pudiera existir en el árbol, ramas e inflorescencias y proporcionar datos sobre la duración de los períodos de floración y fructificación y la proporción de semillas que alcanzan la maduración. Es importante conocer cómo florece un árbol y cómo podría esto influir en los movimientos de los polinizadores. Por ejemplo: una apertura secuencial de las flores de arriba abajo de la copa puede significar que las primeras flores se polinizan por un grupo de polinizadores y las más tardías por un grupo completamente diferente. Por el contrario, una floración al azar dentro de la copa podría estimular un movimiento mayor de los polinizadores entre panículos y árboles diferentes.
2.1 Dentro de las inflorescencias: se identificaron grupos particulares de flores y se observaba el estado de la floración cada tres días, desde la aparición de la flor hasta la caída de la semilla. La clasificación de los estadios de la floración se basó en Mendoza (1965), distinguiéndose:
1 - comienzo de la formación de yemas florales
2 - las distintas yemas florales son visibles pero no están abiertas
3 - las distintas yemas florales llenas
4 - emergen pétalos blancos de las yemas florales sin abrir
5a- se abren los pétalos, estigma receptivo
5b- pétalos aún blancos, estigma marchito
6 - los pétalos se vuelven pardos
7 - el embrión comienza a hincharse.
Fue posible observar así en qué estado de la floración ocurrían la mayor parte de las pérdidas, la duración de cada etapa, cualquier modelo secuencial de la floración o las pérdidas dentro de un panículo y el efecto que podrían tener ciertas condiciones climatológicas sobre la floración y la fructificación.
2.2 En ramas y árboles: se observaron periódicamente, desde la floración hasta la producción de semilla, inflorescencias o ramas individuales en un cierto número de ramas o árboles. Se utilizaron las mismas categorías de floración que en 2.1 (las categorías 5a y 5b se combinaron) y cada panículo o rama se clasificó según la categoría predominante de las flores.
2.3 En las poblaciones: la fenología de la floración dentro de una población de árboles de la misma especie es de importancia fundamental para conocer el flujo genético, la estructura genética y la producción de semilla, y existen todavía pocos estudios de especies arbóreas tropicales concretas basadas en grandes muestras. Igualmente, pocos estudios se han centrado en la floración de una misma población durante más de un año. Es importante conocer la periodicidad de la floración en las especies y cómo una determinada especie florece con respecto a otra de año en año. Por ejemplo, a causa de la asincronía de la floración, dos árboles adyacentes pueden ser incapaces de fecundarse, y éste puede ser el caso en un año pero no en el siguiente. Igualmente, algunos árboles pueden llevar gran cantidad de flores un año y ser totalmente estériles el siguiente.
Para observar la floración en las poblaciones naturales, se cartografiaron y etiquetaron todos los árboles (216) en edad o tamaño de florecer, en una parcela de 26 hectáreas, alrededor de tres árboles seleccionados de C. alliodora, hasta un radio de 500 m aproximadamente. El rodal, que se utilizó también para el estudio del sistema de fecundación y el flujo genético (ver 5), fue elegido teniendo en cuenta varios factores: (a) la presencia de árboles “excepcionales” elegidos que pueda proporcionar información directa sobre el grado de diversidad muestreado al recoger semilla procedente de polinización abierta de estos árboles, que forman parte de una población de mejora (Boshier y Mesen, 1989); (b) la posibilidad de definir fácilmente una población al existir una interrupción natural entre los árboles estudiados y los árboles más próximos de la misma especie; (c) facilidad de acceso para permitir visitas frecuentes.
Se observaba cada tres días la copa de cada árbol para determinar el comienzo, el punto máximo y el final de la floración y el porcentaje sobre el total del número de flores abiertas en esa fecha. Se hicieron también evaluaciones subjetivas de la flor (escala de 0–5) y de la producción de semilla (escala de 0–3). Las mismas observaciones se hicieron durante tres épocas de floración sucesivas (enero-abril) para estudiar la variación de año. Se calculó un índice para la sincronía de la floración para el rodal entero y también para los árboles “excepcionales” en relación con los árboles de alrededor (Augsberger, 1983). Para observar el efecto que la subestructura de la población puede tener sobre la sincronía de la floración en cada árbol y en el rodal, el índice se volvió a calcular basándose en el tamaño creciente de la población a partir de un árbol base (un árbol “excepcional”). Se hicieron otras dos mediciones de la sincronía de la población: (1) sincronía en el primer día de la floración, calculada como una desviación típica alrededor de la media de ese día; y (2) sincronía del día de floración correspondiente a la mediana, calculada como una desviación típica alrededor de la media del día de floración correspondiente a la mediana. Se realizaron observaciones fenológicas análogas durante una época de floración en la región del Pacífico con estación seca para poder comparar la floración bajo climas diferentes.
2.4 Entre poblaciones
Gran parte de la información sobre la fenología general de una especie se puede lograr a partir del examen de los especímenes de un herbario. Incluso para especies para las que no existen colecciones completas disponibles, el estudio de los especímenes existentes puede revelar mucho acerca de su fenología, distribución y las regiones en las que la especie pueda aparecer con probabilidad. Se estudiaron las colecciones de herbarios de C. alliodora y C. trichotoma se estudiaron, y se anotaron todos los detalles de los especímenes etiquetados, así como de su estado de floración. Fue posible clasificar especímenes bien conservados en una de las categorías de floración utilizadas en 2.2. El aprovechamiento de la información de la base de datos BRAHMS sobre el herbario de la OFI (Filer, 1991), permite cartografiar la distribución de las especies, así como estudiar la variación total durante el tiempo de floración sobre esta gama.
3. Sistema de fecundación
Muchas especies de Cordia son heterostilos; en realidad, hubo un caso en que no reconocer esta circunstancia llevó originalmente a clasificar una sola especie en dos (C. thaisiana y C. apurensis, Agostini, 1983). Gibbs y Taroda (1983) estudiaron el complejo C. alliodora-C. trichotoma basados en especímenes de herbario de América del Sur y distinguieron las dos especies según el modelo de diferencias de estilos. En C. alliodora la diferencia de estilos parece no existir ya, a pesar de que se registra alguna variación en sus longitudes. Opler et al (1975) estudiaron la biología de la polinización de unas cuantas especies de Cordia y observaron diferentes grados de autoincompatibilidad en los árboles de C. alliodora que muestrearon.
Se combinó el trabajo de campo con el de microscopio para estudiar los modelos de estilo, dentro y entre familias y su relación con el mecanismo de incompatibilidad. En inflorescencias recién cortadas, procedentes de un ensayo de progenie con polinización abierta, las flores eran emasculadas al abrirse y antes de que apareciera la dehiscencia de las anteras. Se llevaron a cabo polinizaciones cruzadas, autopolinizaciones y polinizaciones próximas controladas entre semifratias y se fijaron las flores en diferentes tiempos después de la polinización para poder estudiar el desarrollo del tubo polínico sobre el estigma y a través del estilo.
Se realizaron los mismos cruzamientos controlados en el campo para permitir la comparación con los resultados del estudio microscópico, comprobando que los cruzamientos juzgados compatibles producían semilla y los incompatibles dejaban de hacerlo. Las flores de cualquier panículo se abren durante un período de 4 a 6 días. Se contó el número de semillas producidas por cruzamiento y las flores vacías para comparar la fertilidad de los cruzamientos emparentados y no emparentados. Se utilizó semilla para montar un ensayo de vivero con objeto de observar los efectos de la endogamia en los crecimientos iniciales. También se llevaron a cabo polinizaciones controladas en el campo para estudiar la duración de la receptividad del estigma y excluir cualquier posibilidad de partenocarpos. Se pudo observar que en la zona seca el estigma era receptivo durante un sólo día, al final del cual se marchitaba, mientras que en la zona húmeda el estigma podría ser receptivo hasta tres días, poniendo de relieve la importancia de la precaución que hay que tener al extrapolar los resultados de una región a otra climatológicamente diferente.
4. Polinizadores
Opler et al (1975) observaron los polinizadores potenciales y concluyeron que las mariposas noctuidas y geométridas y las abejas antotoridas eran los polinizadores más probables. Su trabajo, sin embargo, se limitaba a la región árida de Guanacaste, en Costa Rica, y es probable que en las regiones de tierras bajas húmedas sean importantes otros polinizadores. Al ser muchos de los insectos estacionales, probablemente diferentes insectos actúan como polinizadores en diversos momentos de una época de floración prolongada. Se hicieron recolecciones de insectos que visitaban las flores durante el día y la noche en varios momentos de la época de floración. Los insectos se disecaron, se identificó el género y se almacenaron para utilizarlos en el futuro como colección de referencia. Se hicieron observaciones en varias ocasiones del número y tipo de insectos que visitaban las flores, para ver cuáles eran los más importantes. También se podrían realizar otros estudios como los de la eficacia de diferentes polinizadores al depositar el polen sobre el estigma, o el marcado y nueva captura para comprobar la fidelidad a la fuente alimenticia (Frankie et al 1976).
Se recolectaron flores procedentes de un cierto número de árboles y se fijaron en diferentes momentos del día siguiente a la antesis (al amanecer, a mediodía y al crepúsculo). La observación microscópica de estas flores para determinar la cantidad de polen sobre el estigma y el crecimiento del tubo polínico, puede aportar datos para establecer el tiempo de polinización y la importancia relativa de ciertos polinizadores. Se hicieron recolecciones análogas en la región del Pacífico para comparar la polinización de la especie en diferentes climas.
Es importante estudiar la variación del flujo de néctar con el tiempo, ya que ello puede proporcionar las claves para saber qué vectores son activos en la polinización y cuándo. Se debe estudiar una cierta cantidad de árboles, ya que puede haber variación de árbol a árbol en el tiempo de producción, la cantidad y la calidad (concentración de azúcar). Incluso dentro de una inflorescencia pueden existir pautas de producción de néctar que tiendan a mover en ciertas direcciones a los polinizadores. Para caracterizar la disponibilidad de recompensas para los polinizadores, se estudió la variación del néctar en un cierto número de árboles a intervalos durante un período de tres días después de la apertura floral. Se repitió el proceso varias veces durante la época de floración.
5. Sistema de fecundación, flujo genético y área de influencia
Las isozimas se pueden utilizar como marcadores genéticos para recabar estimaciones del sistema de fecundación, flujo genético, área de influencia y paternidad. La interpretación de estos datos es más importante cuando se pueden combinar con observaciones de campo de la distribución espacial de los árboles y la fenología de la floración. Por esta razón, se eligió la misma población dentro de la cual se hizo el estudio de fenología, para estudiar el sistema de fecundación. Se recolectó semilla durante la estación de 1989 de los árboles que estaban alrededor de dos árboles “excepcionales”; durante 1990 y 1991 la semilla se recolectó de los árboles “excepcionales” para observar la variación de año en año de los porcentajes de cruzamiento externo y la paternidad de estos dos árboles. Aunque se hubiera podido recoger suficiente semilla de un solo panículo, se recolectó de toda la copa para asegurar que la muestra no estuviera desviada por acontecimientos particulares en la polinización. Para observar la variación de la polinización dentro de un árbol, al mismo tiempo de hacer la recolección, la semilla de un árbol excepcional se dividió en tres lotes que representaban las partes superior, media e inferior de la copa. Se separó también en lotes la semilla procedente de tres panículos en una misma rama de dicho árbol.
Había en total 163 árboles dentro de un radio de 250 m alrededor de los árboles excepcionales, un número excesivamente grande para permitir que todos se pudieran estudiar con las isozimas. Por tanto, se seleccionó una muestra secundaria de 52 árboles basada en la distancia con respecto al árbol “excepcional” y a los datos fenológicos obtenidos durante el trabajo de campo (ver 2.3). Se eliminaron de la muestra los siguientes árboles : (a) los que no presentaban flores (36 árboles); (b) árboles que habían florecido completamente antes o después del árbol “excepcional” (5); (c) árboles clasificados como categoría 1 por la cantidad de su floración (p.ej., 6 panículos o menos) (12); (d) árboles en los cuales se observó una sincronía en su floración menor de 6 días (13); (e) árboles con floración escasa (categoría 2) (21); (f) árboles de la categoría 3 por floración y separados más de 200 m del árbol “excepcional” (24). Para ayudar a determinar la paternidad en las series de la progenie de árboles específicos, se asignaron genotipos a árboles no muestreados estudiando el material foliar. Se recogió el material foliar y se congeló inmediatamente en el campo con nitrógeno líquido.
Para completar las estimaciones del flujo polínico a partir del trabajo con isozimas y permitir la estimación del tamaño y el área de influencia, se estudió la dispersión de las semillas en 4 árboles de la misma población utilizada para los estudios fenológicos y de isozimas. Se utilizó un colorante fluorescente UV para pulverizar la semilla sobre el dosel de copas y permitir así trazar la distancia de la dispersión entre árboles. La semilla se recogió en trampas de 1 m2, colocadas a intervalos a lo largo de transeptos trazados en la misma dirección y en dirección inversa a la de los vientos dominantes. El colorante era todavía fácilmente visible en la semilla después de 6 semanas y probablemente persistirá por más tiempo.
6. Variación entre poblaciones
Hay dos métodos complementarios para estudiar la variación genética entre poblaciones. El primero, el ensayo de procedencias, se emplea generalmente en el campo forestal y se estudian los rendimientos en condiciones medioambientales uniformes, en uno o más lugares plantados con árboles que han nacido de la semilla recolectada en diferentes poblaciones. Los rasgos estudiados son generalmente de naturaleza constantemente variable y la variación observada se divide en componentes genéticos y medioambientales. La variación de las procedencias para Cordia alliodora se ha estudiado en un ensayo internacional coordinado por el Oxford Forestry Institute basado en colecciones formadas a finales de los años setenta principalmente en Centroamérica, con la asistencia de la FAO y la ODA (Stead, 1980). En un amplio conjunto de zonas, las procedencias de la región atlántica húmeda de Centroamérica, y en particular las de Honduras y Costa Rica, se observaron crecimientos y formas superiores a las de la región del Pacífico, incluso cuando crecían en áreas estacionales áridas (McCarter 1988). Por tanto, el estudio sugería una diferenciación de ecotipos entre las poblaciones del Pacífico y del Atlántico, pero también indicaba que, dentro de estas amplias bandas, era mayor la variación dentro de las procedencias que entre ellas. Parece existir un gran potencial en la mejora genética mediante la selección de árboles individuales, ya que las evaluaciones muestran diferencias del 200 al 300 por ciento dentro de las procedencias entre el 10 por ciento de los mejores árboles y la media.
El segundo método consiste en estudiar la diversidad genética que aparece como una variación en las enzimas (y más recientemente en el DNA) para loci específicos de genes. El análisis de enzimas llevado a cabo anteriormente (5) mostró diferencias en el número de loci coloreados; y también la variabilidad dentro de los loci, entre la población estudiada y una población de una zona del Pacífico estudiada previamente. Estudios posteriores de la variación en isoenzimas en las colecciones originales de procedencias OFI de C. alliodora, que se llevaron a cabo en la Universidad de Massachusetts, Boston (EE.UU.), indican interesantes diferencias entre procedencias.
7. Número de cromosomas
Algunas veces, la observación de la variación de los cromosomas puede revelar más información sobre la variación dentro de especies emparentadas íntimamente y entre ellas, en términos de número y cantidades globales de DNA. Los dos informes existentes del número de cromosomas en C. alliodora: n=15 (Bawa 1973) y 2n=72 (Britton 1951), difieren considerablemente. La posibilidad de una duplicación de genes para un cierto número de sistemas de enzimas en la población atlántica, sugiere también que se pueden obtener algunos beneficios de la observación del número de cromosomas para ver si existe una variación intraespecífica en esta característica y si esto comporta alguna relación con las diferencias entre procedencias del Pacífico y del Atlántico halladas en los ensayos internacionales.
Agradecimientos
Este estudio ha sido financiado por la Administración para el Desarrollo de Ultramar del Reino Unido (R4484 y R4724). El autor agradece a las siguientes personas: Ing.F.Mesen, CATIE; Ing. F. Lega, de Scott Paper, por haber facilitado el trabajo de campo en Costa Rica; al Dr. K.S. Bawa y el Sr. M. Chase, Univ. Mass., Boston, por su colaboración en el trabajo con isozimas y al Dr. G. Frankie, Univ. California, Berkeley, por su asesoramiento en entomología.
