El cruzamiento es una instancia muy importante en los trabajos orientados al estudio de la herencia y en el mejoramiento genético. El cruzamiento es la vía más rápida para combinar los caracteres favorables presentes en progenitores diferentes y generar la variabilidad. El cruzamiento de la quinua se puede realizar en invernadero o en campo. El cruzamiento en invernadero se realiza en plantas en maceta y en campo se realiza en el bloque de cruzamientos (crossing block) que es un sitio especialmente acondicionado para efectuar esta labor. El método de cruzamiento para la quinua ha sido desarrollado gradualmente con la participación de investigadores que ha dedicado sus esfuerzos para promover la investigación en los campos de la genética y mejoramiento de la quinua. Los trabajos relacionados con el desarrollo de la técnica de cruzamiento se encuentran reportados por reportes de investigadores en los que han participado Rea (1948), Gandarillas (1967 y 1979), Lescano y Palomino (1976), Bonifacio (1990 y 1995). En la presente sección se presenta la técnica de emásculación y polinización artificial consecutiva que incluye los procedimiento descritos por los autores citados y la experiencia lograda en los años de trabajo en el mejoramiento genético de la quinua.
El cruzamiento de la quinua es un procedimiento muy sencillo, pero por las características de la inflorescencia y el tamaño reducido de la flor, el trabajo se convierte en laborioso y a veces aburridor. El procedimiento consiste en varios pasos que son similares a los aplicados en arroz y sorgo, entre ellos la elección de los progenitores del cruce, preparación de la planta madre, emásculación, recolección de polen, polinización y aislamiento.
La selección de los progenitores se realiza en función a los objetivos del cruzamiento. El cruzamiento se realiza para estudios de la forma de herencia de caracteres y para el mejoramiento genético. El cruzamiento puede ser simple (A x B) o recíproco (A x B y B x A), requiriéndose en todos los casos de uno o más marcadores morfológicos presentes en los progenitores. Los marcadores morfológicos son aquellos caracteres de herencia simple, siendo condición requerida para la planta madre llevar el carácter atribuible a alelos recesivo y para el progenitor paterno el carácter expresado por alelos dominantes. Los marcadores morfológicos útiles son los caracteres cualitativos expresados en la planta y también en el grano, siendo los más favorables los de la planta porque se pueden distinguir antes de la floración (Bonifacio, 1988). Para la elección de las plantas, también es necesario considerar el vigor de los progenitores. El vigor de la planta madre debe ser adecuado para soportar la manipulación durante la emásculación y polinización consecutiva (10 a 14 días) y el vigor del progenitor paterno debe ser apropiado para soportar el manipuleo durante las colectas consecutivas de polen y proporcionar polen suficiente durante el período de cruzamiento. El vigor de las plantas progenitoras se puede determinar fácilmente mediante el grosor del tallo y la conformación robusta de la planta.
El acondicionamiento de la planta madre consiste en la remoción o decapitación de la mayor parte de la inflorescencia y dejar solamente dos a tres glomérulos simétricamente localizados en la base de la panoja. En este proceso, se deben eliminar las hojas interglomerulares dejando solamente tres hojas distribuidas equidistantemente en la base de los dos o tres glomérulos elegidos. Una vez acondicionada la planta madre y antes de la emásculación, remover o eliminar las flores que han ingresado a la antesis o en proceso de apertura de las flores para reducir al mínimo la autofecundación o polinización cruzada no deseada. El acondicionamiento de la planta madre tiene la finalidad de proporcionar las condiciones apropiadas para las operaciones de emásculación, polinización y el aislamiento de la planta involucrada en el cruzamiento. Cada planta preparada de esta forma debe llevar prendida el marbete con las anotaciones que identifiquen el cruzamiento, se debe especificar el orden cronológico del cruzamiento, los progenitores paterno y materno (registro, genotipo, ubicación en el bloque de cruzamiento, propósito de la cruza, la fecha y las iniciales del operador).
La emásculación es el proceso de remoción de las anteras que son los órganos masculinos de quinua, la remoción de anteras, no debe causar lesiones en el gineceo ni roturas en los sacos polínicos. Esto se consigue presionando con la punta de la aguja en la base de las tecas y removiendo las mismas de uno en uno y siguiendo la dirección en sentido circular, es decir en una dirección periférica al ovario. La emásculación consiste de varias sesiones, una por día y durante 10 a 14 días. En cada sesión se castran solamente las flores muy próximás a la antesis, lo cual deriva en la emásculación consecutiva mientras dure el período de floración de los glomérulos elegidos para el proceso. Las estructuras del gineceo y androceo si bien son pequeñas, estas son visibles a la vista y la emásculación puede ser efectuada sin mayores dificultades. La utilización de lentes de aumento frontales facilitan la emásculación sin causar mayores daños al estigma, al ovario y a la flor.
La recolección de polen se realiza en la planta padre elegida previamente y que necesariamente debe presentar algunas flores en antesis. La antesis en la quinua ocurre a partir de las 10 a 11 de la mañana y cuando la temperatura alcanza más o menos los 24o C. En condiciones de alta humedad relativa, días nublados temperaturas próximás a 15o C, la antesis es mínima o nula. Cuando la planta se encuentre en estado adecuado, se procede a recolectar el polen inclinando la panoja sobre el vidrio de reloj y haciendo golpes suaves con los dedos, de esa forma se logra liberación de abundante polen sobre el vidrio de reloj. Posteriormente, el vidrio de reloj es llevado hasta la planta madre tomando precauciones para no perder el polen por efecto del viento. En este proceso, tanto el vidrio de reloj como las manos del operador deben estar desinfectados con algodón empapado en alcohol.
La polinización se realiza pasando varias veces el pincel impregnado con polen sobre las flores emásculadas y receptivas de la planta elegida como madre. La polinización se repite mientras dure la viabilidad de estigmas en los glomérulos en proceso de cruzamiento, esto puede ser cada día como dice Gandarillas (1979) o cada dos o tres en el período de receptividad de estigmas que es aproximadamente de 10 a 14 días para los tres glomérulos. Las flores femeninas receptivas se distinguen por los filamentos estigmáticos lozanos y ligeramente encrespadas, en cambio las prematuras tiene los filamentos poco elongados y gruesas en la base, las que presentan la receptividad pasada muestran filamentos delgados, muy encrespados y de apariencia marchitada. Por otra parte, la viabilidad del polen se distingue por la apariencia de polvo fino de color amarillento y que no presenta aglutinación, al contrario, el polen viejo se reconoce por la aglutinación del polen y la caída de los sacos polínicos junto con el polen, estos indicios muestran que los granos de polen han perdido la viabilidad.
El aislamiento se realiza utilizando sobre de papel delgado preferiblemente el tipo glassine que tiene una buena resistencia al manipuleo y a prueba de agua. A falta de sobres de este tipo se pueden utilizar bolsas de papel bond con pegamento insoluble en agua. El sobre de aislamiento se fija doblando la abertura de la bolsa circundante al tallo o eje de la inflorescencia y fijándolo con un clip para papel. Las plantas emásculadas deben permanecer aisladas durante todo el periodo que dure el trabajo de emásculación y los sobres deben llevar anotado los números de registro de la cruza
Considerando la dedicación de mayor tiempo a esta labor, Bonifacio (1988), ha probado diferentes materiales de aislamiento orientados a evitar o reducir al mínimo la antesis, encontrando que las bolsas de papel color oscuro aceleran la floración acortando el período de cruzamiento y las bolsas impermeables (polietileno) retardan o inhiben la antesis. Particularmente el empleo de bolsas de polietileno resulta más ventajoso porque la alta humedad y mayor temperatura en el interior de la bolsa evitan la antesis y la elongación de los filamentos, lo cual facilita la emásculación que consiste en sacudir vigorosamente los glomérulos y luego polinizarlas, el proceso se repite día por medio mientras dure la floración de los glomérulos.
La emásculación utilizando agua caliente (42oC) como en el caso del sorgo (Leland, 1982), no ha dado resultados satisfactorios en la quinua. El empleo de la bomba de succión recomendado para el arroz (Jennings, et al. 1981), no ha sido probado en quinua, sin embargo, se presume que no sería apropiado por las características del cáliz sepaloide que envuelve fuertemente a las anteras.
Finalmente, el cruzamiento aprovechando la androesterilidad genético o genético citoplásmico constituye una opción más sencilla. Sin embargo, este método requiere previamente el desarrollo de líneas androestériles y sus mantenedores, como también la incorporación del carácter a progenitores potenciales. En la medida en que sea posible encontrar material androestéril con características favorables para el mejoramiento, este carácter puede ser aprovechado en el cruzamiento. El cruzamiento de la quinua con empleo de la androesterilidad consiste más o menos de los mismos pasos descritos anteriormente con excepción de la emásculación que no es necesario en este tipo de plantas. El proceso se inicia con la identificación de plantas androestériles, lo que es distinguible por las flores pequeñas y elongación de los filamentos estigmáticos, una vez identificada la planta, se procede a la preparación que consiste en remover las partes apicales de la inflorescencia que supuestamente ya están polinizadas por polen extraño, luego se aísla por un período de una semana, se revisa el estado de las flores y se retira las flores que están iniciando la formación de grano y finalmente se poliniza con polen recolectado del progenitor masculino. La polinización puede ser repetida por una segunda vez para asegurar la obtención de mayor cantidad de semilla. Ward y Johnson (1993), realizaron cruzamientos aprovechando la androesterilidad, el método consistió en ponerlas juntas la planta androestéril y la planta elegida como padre. Este método que es sencillo puede ser aplicable para trabajos en invernadero y para una o pocas cruzas donde la contaminación de polen extraño puede ser controlado fácilmente.
El cruzamiento de la quinua es un procedimiento muy sencillo, pero por las características de la inflorescencia y el tamaño reducido de la flor, el trabajo se convierte en laborioso y a veces aburridor. El procedimiento consiste en varios pasos que son similares a los aplicados en arroz y sorgo, entre ellos la elección de los progenitores del cruce, preparación de la planta madre, emásculación, recolección de polen, polinización y aislamiento.
La selección de los progenitores se realiza en función a los objetivos del cruzamiento. El cruzamiento se realiza para estudios de la forma de herencia de caracteres y para el mejoramiento genético. El cruzamiento puede ser simple (A x B) o recíproco (A x B y B x A), requiriéndose en todos los casos de uno o más marcadores morfológicos presentes en los progenitores. Los marcadores morfológicos son aquellos caracteres de herencia simple, siendo condición requerida para la planta madre llevar el carácter atribuible a alelos recesivo y para el progenitor paterno el carácter expresado por alelos dominantes. Los marcadores morfológicos útiles son los caracteres cualitativos expresados en la planta y también en el grano, siendo los más favorables los de la planta porque se pueden distinguir antes de la floración (Bonifacio, 1988). Para la elección de las plantas, también es necesario considerar el vigor de los progenitores. El vigor de la planta madre debe ser adecuado para soportar la manipulación durante la emásculación y polinización consecutiva (10 a 14 días) y el vigor del progenitor paterno debe ser apropiado para soportar el manipuleo durante las colectas consecutivas de polen y proporcionar polen suficiente durante el período de cruzamiento. El vigor de las plantas progenitoras se puede determinar fácilmente mediante el grosor del tallo y la conformación robusta de la planta.
El acondicionamiento de la planta madre consiste en la remoción o decapitación de la mayor parte de la inflorescencia y dejar solamente dos a tres glomérulos simétricamente localizados en la base de la panoja. En este proceso, se deben eliminar las hojas interglomerulares dejando solamente tres hojas distribuidas equidistantemente en la base de los dos o tres glomérulos elegidos. Una vez acondicionada la planta madre y antes de la emásculación, remover o eliminar las flores que han ingresado a la antesis o en proceso de apertura de las flores para reducir al mínimo la autofecundación o polinización cruzada no deseada. El acondicionamiento de la planta madre tiene la finalidad de proporcionar las condiciones apropiadas para las operaciones de emásculación, polinización y el aislamiento de la planta involucrada en el cruzamiento. Cada planta preparada de esta forma debe llevar prendida el marbete con las anotaciones que identifiquen el cruzamiento, se debe especificar el orden cronológico del cruzamiento, los progenitores paterno y materno (registro, genotipo, ubicación en el bloque de cruzamiento, propósito de la cruza, la fecha y las iniciales del operador).
La emásculación es el proceso de remoción de las anteras que son los órganos masculinos de quinua, la remoción de anteras, no debe causar lesiones en el gineceo ni roturas en los sacos polínicos. Esto se consigue presionando con la punta de la aguja en la base de las tecas y removiendo las mismas de uno en uno y siguiendo la dirección en sentido circular, es decir en una dirección periférica al ovario. La emásculación consiste de varias sesiones, una por día y durante 10 a 14 días. En cada sesión se castran solamente las flores muy próximás a la antesis, lo cual deriva en la emásculación consecutiva mientras dure el período de floración de los glomérulos elegidos para el proceso. Las estructuras del gineceo y androceo si bien son pequeñas, estas son visibles a la vista y la emásculación puede ser efectuada sin mayores dificultades. La utilización de lentes de aumento frontales facilitan la emásculación sin causar mayores daños al estigma, al ovario y a la flor.
La recolección de polen se realiza en la planta padre elegida previamente y que necesariamente debe presentar algunas flores en antesis. La antesis en la quinua ocurre a partir de las 10 a 11 de la mañana y cuando la temperatura alcanza más o menos los 24o C. En condiciones de alta humedad relativa, días nublados temperaturas próximás a 15o C, la antesis es mínima o nula. Cuando la planta se encuentre en estado adecuado, se procede a recolectar el polen inclinando la panoja sobre el vidrio de reloj y haciendo golpes suaves con los dedos, de esa forma se logra liberación de abundante polen sobre el vidrio de reloj. Posteriormente, el vidrio de reloj es llevado hasta la planta madre tomando precauciones para no perder el polen por efecto del viento. En este proceso, tanto el vidrio de reloj como las manos del operador deben estar desinfectados con algodón empapado en alcohol.
La polinización se realiza pasando varias veces el pincel impregnado con polen sobre las flores emásculadas y receptivas de la planta elegida como madre. La polinización se repite mientras dure la viabilidad de estigmas en los glomérulos en proceso de cruzamiento, esto puede ser cada día como dice Gandarillas (1979) o cada dos o tres en el período de receptividad de estigmas que es aproximadamente de 10 a 14 días para los tres glomérulos. Las flores femeninas receptivas se distinguen por los filamentos estigmáticos lozanos y ligeramente encrespadas, en cambio las prematuras tiene los filamentos poco elongados y gruesas en la base, las que presentan la receptividad pasada muestran filamentos delgados, muy encrespados y de apariencia marchitada. Por otra parte, la viabilidad del polen se distingue por la apariencia de polvo fino de color amarillento y que no presenta aglutinación, al contrario, el polen viejo se reconoce por la aglutinación del polen y la caída de los sacos polínicos junto con el polen, estos indicios muestran que los granos de polen han perdido la viabilidad.
El aislamiento se realiza utilizando sobre de papel delgado preferiblemente el tipo glassine que tiene una buena resistencia al manipuleo y a prueba de agua. A falta de sobres de este tipo se pueden utilizar bolsas de papel bond con pegamento insoluble en agua. El sobre de aislamiento se fija doblando la abertura de la bolsa circundante al tallo o eje de la inflorescencia y fijándolo con un clip para papel. Las plantas emásculadas deben permanecer aisladas durante todo el periodo que dure el trabajo de emásculación y los sobres deben llevar anotado los números de registro de la cruza
Considerando la dedicación de mayor tiempo a esta labor, Bonifacio (1988), ha probado diferentes materiales de aislamiento orientados a evitar o reducir al mínimo la antesis, encontrando que las bolsas de papel color oscuro aceleran la floración acortando el período de cruzamiento y las bolsas impermeables (polietileno) retardan o inhiben la antesis. Particularmente el empleo de bolsas de polietileno resulta más ventajoso porque la alta humedad y mayor temperatura en el interior de la bolsa evitan la antesis y la elongación de los filamentos, lo cual facilita la emásculación que consiste en sacudir vigorosamente los glomérulos y luego polinizarlas, el proceso se repite día por medio mientras dure la floración de los glomérulos.
La emásculación utilizando agua caliente (42oC) como en el caso del sorgo (Leland, 1982), no ha dado resultados satisfactorios en la quinua. El empleo de la bomba de succión recomendado para el arroz (Jennings, et al. 1981), no ha sido probado en quinua, sin embargo, se presume que no sería apropiado por las características del cáliz sepaloide que envuelve fuertemente a las anteras.
Finalmente, el cruzamiento aprovechando la androesterilidad genético o genético citoplásmico constituye una opción más sencilla. Sin embargo, este método requiere previamente el desarrollo de líneas androestériles y sus mantenedores, como también la incorporación del carácter a progenitores potenciales. En la medida en que sea posible encontrar material androestéril con características favorables para el mejoramiento, este carácter puede ser aprovechado en el cruzamiento. El cruzamiento de la quinua con empleo de la androesterilidad consiste más o menos de los mismos pasos descritos anteriormente con excepción de la emásculación que no es necesario en este tipo de plantas. El proceso se inicia con la identificación de plantas androestériles, lo que es distinguible por las flores pequeñas y elongación de los filamentos estigmáticos, una vez identificada la planta, se procede a la preparación que consiste en remover las partes apicales de la inflorescencia que supuestamente ya están polinizadas por polen extraño, luego se aísla por un período de una semana, se revisa el estado de las flores y se retira las flores que están iniciando la formación de grano y finalmente se poliniza con polen recolectado del progenitor masculino. La polinización puede ser repetida por una segunda vez para asegurar la obtención de mayor cantidad de semilla. Ward y Johnson (1993), realizaron cruzamientos aprovechando la androesterilidad, el método consistió en ponerlas juntas la planta androestéril y la planta elegida como padre. Este método que es sencillo puede ser aplicable para trabajos en invernadero y para una o pocas cruzas donde la contaminación de polen extraño puede ser controlado fácilmente.
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