1. Programa de Doctorado en Recursos Fitogenéticos para Zonas Áridas. 2. Depto. de Fitomejoramiento, Depto. de Horticultura. 3. Depto. de Botánica. Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Calzada Antonio Narro 1923, Buenavista, 25315 Saltillo, Coahuila, México.

*godramf@gmail.com

Citar este artículo

G o n z a l e z - C o r t é s, A ., F. Ramírez-Godina, M. H. Reyes- Valdés, V. Robledo-Torres,

M.Á. Pérez-Rodríguez, J. A. Villarreal-Quintanilla & A. López-Benítez. 2019. Morfología de semillas de siete especies del género Opuntia (Cactaceae) del sureste de Coahuila (México). Bol. Soc. Argent. Bot. 54: 493-507.

DOI: http://dx.doi. org/10.31055/1851.2372.v54. n4.23572

Recibido: 26 Febrero 2019

Aceptado: 12 Septiembre 2019

Publicado: 15 Diciembre 2019

Editora: Ana Calviño

ISSN versión impresa 0373-580X ISSN versión on-line 1851-2372

SUMMARY

Background and aims: Opuntia’s natural distribution encompasses from Canada to Argentina and it is part of the landscape in some regions of the world. There are between 191 and 215 Opuntia species. The ex situ conservation of this phytogenetic resource has gained relevance, but the species identification using the seeds is a limitation when there is a lack of reliable morphological traits. The purpose of this research work was to characterize the seed morphology of seven Opuntia species and identify their own morphological traits, in order to establish the species’ identification criteria when seeds are the only source of preserved plant material.

M&M: We used the attrition and image analysis technique to measure: seed coat thickness (GT), ventral funicular coat thickness (GCFV), embryo’s length, embryo’s surface area, major axis length and minor axis length. The most outstanding traits were detected through exploratory ANDEVA and main components methods. The species classification and forecasting were based on a supervised multivariate analysis.

Results: Differences in all the variables among species were significant. Opuntia ficus-indica had the largest seeds. GCFV and GT were the most helpful variables in terms of discrimination. The main component analysis explained 92% of the total variation. K- Nearest Neighbor method was able to forecast correctly 83% of the species classification cases.

Conclusions: The assessed seed traits, mainly GCFV and GT, can help in the morphological description of prickly pear species and in the Opuntia species identification, when there are only seeds.

KEY WORDS

Cactaceae, traits, embryo, morphology, Opuntia, seed coat.

RESUMEN

Introducción y Objetivos: Opuntia se distribuye naturalmente desde Canadá hasta Argentina, actualmente forma parte del paisaje en algunas regiones del mundo, comprende entre 191 y 215 especies; la conservación ex situ de este recurso fitogenético ha adquirido relevancia, pero la identificación de especies por semilla es una limitante cuando no existen caracteres morfológicos confiables. El objetivo del estudio fue caracterizar la morfología de semillas de siete especies de Opuntia e identificar caracteres morfológicos propios, para tener un criterio en la identificación de especies cuando el material vegetal conservado es semilla.

M&M: Mediante la técnica de desgaste y análisis de imágenes se evaluó: grosor de testa (GT), grosor de la cubierta funicular ventral (GCFV), longitud del embrión, área del embrión, longitud del eje mayor y eje menor. Con ANDEVA exploratorios y componentes principales se detectaron los caracteres más sobresalientes. Para la clasificación y predicción de especies se realizó un análisis supervisado con los métodos K-NN y LDA.

Resultados: Las diferencias en todas las variables entre especies fueron significativas. Opuntia ficus-indica presentó semillas de mayor tamaño. Las variables que más ayudan a discriminar son GCFV y GT. El análisis de componentes principales explicó el 92% de la variación total. El método K-NN, fue capaz de predecir correctamente el 83% de los casos en la clasificación de las especies.

Conclusiones: Los caracteres de semillas evaluados, principalmente el GCFV y GT, pueden coadyuvar en la descripción morfológica de las especies de nopal o en identificación de especies de Opuntia cuando sólo se tiene semilla.

PALABRAS CLAVE

Cactaceae, caracteres, embrión, morfología, Opuntia, testa.

Bol. Soc. Argent. Bot. 54 (4) 2019

INTRODUCCIÓN

Los nopales, como se les conoce comúnmente a las cactáceas con cladodios planos de los géneros Opuntia y Nopalea, son un recurso biológico, cultural, económico y social; actualmente se reportan más de 20 usos entre los que sobresalen alimenticio, medicinal, forrajero, ornato, combustible y control de desertificación (Mandujano et al., 2001; Reyes- Agüero et al., 2005; Sáenz, 2006). Sus especies son parte del paisaje natural y de sistemas agrícolas de diferentes regiones del mundo, en América se distribuyen desde Canadá hasta Argentina (Anderson, 2001). México tiene la mayor diversidad de opuntias, por ello se considera un área de endemismo y centro de diversificación (Scheinvar et al., 2010).

En el género Opuntia, actualmente se reconocen entre 191 y 215 especies (Anderson, 2001; Hunt, 2002), de las cuales 83 se distribuyen en México (Guzmán et al., 2003) principalmente en las zonas áridas y semiáridas del país, aunque algunos autores reportan más de 93 especies silvestres (Mandujano et al., 2002; Guzmán et al., 2007; Scheinvar, 2010), y se han documentado alrededor de 144 variantes adicionales (Reyes-Agüero, 2005). Se cree que la diferencia en el número es por los problemas de identificación y delimitación de especies existentes en el género, debido a la variación morfológica continua, falta de descriptores claros para cada especie, alta plasticidad fenotípica, diferentes niveles de ploidía (Reyes-Agüero et al., 2005), y a que las especies de Opuntia continúan en proceso de diferenciación, evolución y domesticación (Pinkava, 2002; Reyes

&Aguirre, 2006); Actualmente la conservación ex situ de diferentes especies de Opuntia, tiene como objetivo preservar el germoplasma de este género, mejorar la semilla y elaborar guías de descripción; sin embargo, se pueden cometer errores de clasificación en los distintos procesos, desde la adquisición hasta el almacenamiento y la distribución (FAO, 2014), principalmente cuando sólo se tiene la semilla y varias accesiones, y las técnicas utilizadas en la clasificación de especies o variedades se vuelven una limitante, pues la identificación de variedades y especies de Opuntia se basan en características morfológicas de la planta como frutos, cladodios, espinas, areolas y flores (Valdez-Cepeda et al., 2003; Reyes-Agüero et al., 2005; Peña-Valdivia et al., 2008; Gallegos-Vázquez et al., 2011; Gallegos- Vázquez et al., 2012; Espinoza-Sánchez et al., 2014;

Samah & Valadez-Moctezuma, 2014). A pesar de que existe información acerca de la familia Cactaceae, las características morfológicas de las semillas se conocen poco (Prieto-García et al., 2008), pues no se cuenta con caracteres recientes y confiables para la identificación de especies por medio de semillas, sumado a que los estudios morfológicos se restringen principalmente en especies comerciales. El análisis morfológico de las semillas de Opuntia puede ofrecer información adicional en los bancos de germoplasma (conservación ex situ) y en las descripciones morfológicas para identificación de especies (Johri, 1984), ya que las características de las semillas son fijadas genéticamente (Corner, 1976; Guerrero-Muñoz et al., 2006), y tienen características distintivas, pues están completamente cubiertas por un tejido esclerificado derivado del funículo y presentan un grueso funículo blanco que las rodea, así como polispermo bien desarrollado y embriones curvos (resultado de la curvatura campilotrópica del óvulo; Stuppy, 2002) y una cubierta dura (Orozco- Segovia et al., 2007), que para romperla se requieren presiones entre 0,2 y 4,6 kN (López-Palacios et al., 2015; Aguilar-Estrada et al., 2003; Reyes-Agüero et al., 2005).

La importancia de la morfología de las semillas ha sido reconocida en otros grupos de plantas (Davitashvili & Karree, 2010; Liu et al., 2013), y uno de los caracteres relevantes es el tamaño ya que presenta variaciones considerables en la testa y el embrión, dicho carácter puede ayudar a la identificación en el proceso de conservación ex situ de las especies, además se puede combinar con análisis moleculares (Hoogendijk & Williams, 2001).

La importancia de la conservación ex situ de Opuntia, y considerando a la caracterización morfológica de semillas como el conjunto de características para formar un criterio para identificar especies, en el presente estudio se estableció como objetivo evaluar las características morfológicas externas e internas de semillas de siete especies del género Opuntia (Opuntia durangensis Britton & Rose, Opuntia engelmannii Salm-Dyck ex Engelm, Opuntia ficus-indica (L.) Mill, Opuntia megacantha Salm-Dyck, Opuntia microdasys (Lehm.) Pfeiff, Opuntia rastrera F. A. C. Weber y Opuntia stenopetala Engelm.), se localizan en diferentes localidades del noreste de México, con el fin de encontrar caracteres morfológicos confiables que permitan su identificación.

MATERIALES Y MÉTODOS

Sitios de recolecta

Durante el 2016 y 2017 se recolectaron frutos maduros de siete especies del género Opuntia de importancia económica: tres semi-domesticadas (recolectadas en solares) que se cultivan para producir fruta y cladodios que se consumen como verdura (O. durangensis, O. ficus-indica, y O. megacantha), y cuatro silvestres (recolectadas en ambientes silvestres), de las cuales tres se utilizan como forraje (O. engelmannii, O. rastrera y O. stenopetala) y una se considera de tipo ornamental (O. microdasys). Las recolectas fueron en cinco municipios ubicados en el sureste del estado de Coahuila, México (Arteaga, General Cepeda, Parras de la Fuente, Ramos Arizpe y Saltillo, entre 25° 02,406’ a 25° 50,657’ N y 100° 00,646’ a 101° 57,720’ O), en altitudes ente 930 y 2464 m (Tabla 1, Fig. 1A-B, Fig. 2A-G). Los ejemplares de referencia se encuentran resguardados en el herbario del Departamento de Botánica, de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, en Saltillo Coahuila, México (González 101564, 101565, 101566, 101567, 101568, 101569, 101570, ANSM).

Recolecta y limpieza de semilla

Se eliminaron las gloquidias y la cubierta carpelar o cascara de los frutos; cada fruto se colocó en una licuadora con las aspas cubiertas con cinta para evitar que se dañara la semilla, se licuaron por un lapso de cinco segundos con la finalidad de separar la pulpa de las semillas, para recuperarlas se filtró el líquido a través de un colador o cernedor de mano; y se realizaron varios lavados con agua corriente para eliminar los restos de pulpa y dejar completamente limpias las semillas. Estas se deshidrataron en papel filtro por 72 h a temperatura ambiente promedio de 25°C; para evitar el crecimiento de hongos, se almacenaron en bolsas de papel kraft debidamente etiquetadas con el nombre de la especie, sitio de recolecta, número de fruto y planta, a una temperatura de 25°C hasta su utilización. Las semillas pequeñas de color claro, abortivas y con malformaciones se eliminaron; dejando para el análisis las que estaban completamente desarrolladas y sin daño aparente (López-Palacios et al., 2015).

Caracterización externa de la semilla

De cada especie se tomó una muestra aleatoria de 51 semillas provenientes de tres plantas por localidad, de acuerdo a Laynez et al. (2007). Por la dureza, tamaño y por ser campilótropas, para el estudio y análisis de las semillas se aplicó la técnica de desgaste sugerida por Guerrero-Muñoz et al. (2006). Cada semilla limpia, seca y viable se fijó a un portaobjetos con un adhesivo de cianocrilato, orientadas paralelamente a la sección mediana, se dejaron secar con el adhesivo durante 5 min; se fotografiaron para evaluar los caracteres externos: longitud (mm) del eje mayor (LEMA) o longitud de la línea más larga que se puede dibujar a través del objeto y longitud en mm del eje menor (LEME) o longitud de la línea más larga que se puede dibujar sobre el objeto perpendicular al eje mayor. Las fotografías fueron tomadas con una cámara digital Dino-Lite USB y el análisis de imágenes se realizó con el software Dino-Capture 2,0 (Fig. 2H).

Caracterización interna de la semilla

Después de medir los caracteres externos, las semillas se desgastaron simétricamente con una lija de agua (180 granos por unidad de superficie) hasta exponer el embrión y el endospermo, de acuerdo con lo propuesto por Guerrero-Muñoz et al. (2006); la superficie de cada semilla desgastada se limpió con un pincel y se le colocó una solución de IKI (0,5 % de yoduro de potasio en agua + yodo elemental hasta saturación) para teñir el almidón (Jensen, 1962) y diferenciar el área de la semilla: embrión, perispermo y testa (Guerrero-Muñoz et al., 2006). La tinción se dejó reposar por 15 min., posteriormente se tomaron fotografías individuales para evaluar los caracteres internos de la semilla: grosor (mm) de testa (GT), grosor (mm) de la cubierta funicular ventral (GCFV), área (mm2) del embrión (AEM) y longitud (mm) del embrión (LE). La captura de imágenes también se realizó con la cámara digital Dino-Lite y se evaluaron con el software Dino-Capture 2,0 (Fig. 2I).

Diseño experimental y Análisis estadístico

El diseño experimental fue completamente al azar, con tres repeticiones (51 semillas por repetición). Se evaluaron seis variables cuantitativas: dos externas y cuatro internas de la semilla. El análisis incluyó, una distribución de las frecuencias ANDEVA, cuando el valor de F fue

496

Tabla 1. Sitios de recolecta, series y váucher de herbario de siete especies del género Opuntia distribuidas en el sureste del estado de Coahuila, México.

Soc .Bol

Num.

Especie

Serie

Grado de

domesticación

Herbario y

No. váucher

	Sitio de colecta	Latitud norte	Longitud	Altitud
			oeste	(m)

.

1

2

3

4

5

6

7

Opuntia durangensis

Britton & Rose.

Opuntia engelmannii

Salm-Dyck ex

Engelm.

Opuntia ficus- indica (L.) Mill.

Opuntia megacantha

Salm-Dyck.

Opuntia microdasys

(Lehm.) Pfeiff.

Opuntia rastrera F. A. C. Weber.

Opuntia stenopetala

Engelm.

Macdougalianae

Phaeacanthae

Ficus-indicae

Streptacanthae

Basilares

Phaeacanthae

Stenopetalae

Medianamente

cultivada

Silvestre

Medianamente

cultivada

Medianamente

cultivada

Silvestre

Silvestre

Silvestre

ANSM-101564

ANSM-101565

ANSM-101566

ANSM-101567

ANSM-101568

ANSM-101569

ANSM-101570

Rincón de los pastores, Saltillo.	25° 23,452	101° 06,465	2016
Jaralito, General Cepeda.	25° 20,297	101° 26,600	1576
Cañada Ancha, Ramos Arizpe.	25° 32,612	101° 02,708	1499
San Martín, Ramos Arizpe.	25° 34,420	101° 11,360	1793
Palma Gorda, Saltillo.	25° 23,713	101° 06,143	1982
San Martín, Ramos Arizpe.	25° 34,433	101° 11,341	1790
Piedra Blanca, Arteaga.	25° 27,793	100° 36,553	2304
El Tunal, Arteaga.	25° 25,070	100° 38,150	2266
La India, Saltillo.	25° 02,833	101° 16,304	1947
Ramos Arizpe.	25° 31,831	101° 09,944	1714
Cañada Ancha, Ramos Arizpe.	25° 32,612	101° 02,708	1499
San Martin, Ramos Arizpe.	25° 34,433	101° 11,341	1790
El Tunal, Arteaga.	25° 26,470	100° 36,596	2464
Piedra Blanca, Arteaga.	25° 27,780	100° 36,580	2296
Palma Gorda, Saltillo.	25° 23,713	101° 06,143	1982
La Angostura, Saltillo.	25° 19,641	101° 03,615	1803
Jaralito, General Cepeda.	25° 20,297	101° 26,600	1576
El Clavel, General Cepeda.	25° 39,601	101° 43,194	1178
La India, Saltillo.	25° 02,931	101° 15,965	1950
Cañada Ancha, Ramos Arizpe.	25° 32,626	101° 02,644	1499
La Paila, Parras de la Fuente.	25° 29,994	102° 11,327	1403
Cañada Ancha, Ramos Arizpe.	25° 32,612	101° 02,708	1499
El Clavel, Ramos Arizpe.	25° 39,601	101° 43,194	1178
Palma Gorda, Saltillo.	25° 23,713	101° 06,143	1982
Rincón de los Pastores, Saltillo.	25° 22,544	101° 06,568	2029
Santa Fe de los linderos, Saltillo.	25° 11,534	101°02,499	2068
Agua Nueva, Saltillo.	25° 08,467	101° 06,635	2073
Jame, Arteaga.	25° 15,830	100° 36,670	2056
Cuauhtémoc, Saltillo.	25° 16,753	101° 55,175	2396

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significativo se realizó una comparación de medias con la prueba de Tukey (P ≤ 0,05).

Un análisis de componentes principales (CP) para identificar agrupación de las especies, respecto a las variables morfológicas confiables y discriminantes. Además, se llevó a cabo un análisis supervisado de

predicción para la clasificación de especies, y para este, se probaron dos métodos K-NN (K-Nearest- Nelghbor) y LDA (Linear Discrimiant Analysis) para ver cuál era mejor predictor. Los análisis se realizaron utilizando el software estadístico R (R Core Team, 2017).

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RESULTADOS

Existen diferencias entre especies con respecto a las seis variables evaluadas. O. ficus-indica mostró los valores de los caracteres externos (Fig. 3A, B) e internos (Fig. 4A-D) mayores. En contraste O. engelmannii y O. microdasys presentaron valores menores en los seis caracteres (Fig. 3A-B y Fig. 4A-D).

Caracterización externa de las semillas

Las semillas con mayor tamaño de LEMA

yLEME se presentaron en O. ficus-indica; sin embargo, O. rastrera y O. megacantha mostraron una longitud similar con un tamaño de LEMA por encima de los 4 mm; en O. durangensis y O. stenopetala se observó que el tamaño de semilla es menor a las especies antes mencionadas, con una LEMA y LEME promedio de 3 mm, pero las especies O. engelmannii y O. microdasys son las que presentaron semillas más pequeñas con longitudes promedio de 2,5 mm (Tabla 2).

Caracterización interna de las semillas

GT no presentó diferencias significativas entre O. durangensis y O. engelmannii. Además, GCFV y AEM en O. durangensis y O. stenopetala tampoco mostraron diferencias significativas, generando

así un GCFV promedio de 0,99 mm, y un AEM promedio de 4 mm2; por otro lado, al analizar el carácter LE, O. ficus-indica y O. rastrera tuvieron valores similares, con un valor promedio mayor (10,99 mm). En GT también las semillas de O. ficus-indica presentaron una testa más gruesa con 0,80 mm, seguido de O. rastrera y O. megacantha con más de 0,60 mm de grosor, mientras que las especies O. durangensis, O. engelmannii, O. microdasys y O. stenopetala evidenciaron un GT menor a 0,55 mm. O. microdasys es la especie que mostró semillas con una testa más delgada menor a 0,4 mm. Para el GCFV, O. ficus-indica y O. megacantha expusieron una diferencia mayor llegando a tener semillas con un grosor por encima de 1,2 mm, en contraste O. durangensis, O. engelmannii y O. microdasys exhibieron un GCFV menor a 1 mm. El AEM también fue mayor en la especie O. ficus-indica con cerca de 7 mm2, seguido de las especies O. rastera con 1 mm2 menos y O. megacantha con 2 mm2 menos, mientras que O. stenopetala y O. durangensis mostraron un área del embrión similar (4 mm2), por ultimo las especies O. engelmannii y O. microdasys mantuvieron una área menor a 3 mm2. En cuanto a LE, las semillas de las especies O. ficus-indica y O. rastrera exteriorizaron valores mayores, con embriones mayores a 10 mm de longitud, mientras que en O. megacantha los

embriones tuvieron una logitud promedio de 9,8 mm; y en O. durangensis y O. stenopetala la LE fue similar con una longitud de 8 mm, y O. engelmannii y O. microdasys fueron las especies que ostentaron semillas con una longitud del embrión menor a 7 mm (Tabla 2).

Análisis de componentes principales (CP)

El diagramas de dispersión obtenido de la matriz de correlación, mostró que algunos de los caracteres analizados estaban asociados, dado que presentaron altos valores de correlación con información redundante, entre dicha correlación se observaron las variables: LEMA y LEME (0,974),

AEM y LE (0,945), AEM y LEMA (0,907), LEME y AEM (0,903) y LE y LEMA (0,901), mientras que GT y el GCFV (0,736) no presentaron una correlación alta en comparación con los caracteres antes mencionados (Fig. 5).

Debido a que la mayoría de los caracteres estaban correlacionados se utilizó un análisis de CP para reconocer los atributos de las semillas que diferencian a las especies. Los primeros tres componentes principales (CP) explicaron el 96% de toda la información que aportaron las variables. El valor propio del CP1 explicó el 87% de la variación; las variables correlacionadas con esté componente fueron LEMA, LEME, AEM y LE.

Para el CP2 el valor propio representó el 5% de la variación, y estuvo relacionado con la variable GCFV. Mientras que el CP3 explicó el 4% y estuvo relacionado con la variable GT. Por medio de un bi-plot se logró apreciar que las variables GCFV y GT son las que más discriminan, principalmente GCFV pues discriminó en los dos componentes (Fig. 6).

El diagrama de dispersión mostró que los primeros dos componentes (CP1 y CP2) explicaron

el 92% de la variación total. La proyección de las siete especies mostró una dispersión horizontal (Fig. 7), las especies que se ubicaron en el extremo izquierdo del CP1 fueron O. microdasys

yO. engelmannii, en contraste O. ficus-indica y

O. megacantha se situaron a la derecha del mismo componente, ya que tienen valores más altos en los caracteres evaluados. O. stenopetala, O. durangensis y O. rastrera, se mantuvieron más dispersas dentro de los componentes (Fig. 7).

Para poner de manifiesto si hay tendencias espaciales con respecto a la variabilidad de los rasgos analizados, se preparó el gráfico de puntos con los primeros dos componentes (CP1 y CP2) agregando municipios de recolecta, y se observó una aglomeración por especie, la cual no depende de las localidades (Fig. 7).

Análisis supervisado de predicción

Al probar los métodos K-NN y LDA, el modelo LDA obtuvo una tasa de error del 21%, mientras

que con K-NN el error fue de 17%, por lo tanto, se utilizó K-NN para la predicción de especies.

El método K-NN indicó que los individuos fueron clasificados correctamente en el 83% de los casos. En O. durangensis el 60% de las semillas fueron clasificados de manera correcta, mientras que el 40% como pertenecientes a O. megacantha. Un patrón similar ocurrió con O. rastrera ya que el 62% de las observaciones se clasificó de manera correcta, el 22% como O. megacantha y el 16% como O. ficus-indica. En O. engelmannii el 88% se

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Para poner de manifiesto si hay tendencias espaciales con respecto a la variabilidad de los rasgos analizados, se preparó el gráfico de puntos con los primeros dos componentes (CP1 y CP2) agregando municipios de recolecta, y se observó una aglomeración por especie, la cual no depende de las localidades (Fig. 7).

Análisis supervisado de predicción

Al probar los métodos K-NN y LDA, el modelo LDA obtuvo una tasa de error del 21%, mientras que con K-NN el error fue de 17%, por lo tanto, se utilizó K-NN para la predicción de especies.

El método K-NN indicó que los individuos fueron clasificados correctamente en el 83% de los casos. En O. durangensis el 60% de las semillas fueron clasificados de manera correcta, mientras que el 40% como pertenecientes a O. megacantha. Un patrón similar ocurrió con O. rastrera ya que el 62% de las observaciones se clasificó de manera correcta, el 22% como O. megacantha y el 16% como O. ficus-indica. En O. engelmannii el 88% se clasificó correctamente, un 9% se clasificó como O. microdasys y un 3% como O. durangensis. Para O. ficus-indica en el 86% de los casos las observaciones fueron correctamente predichas, aunque el 14% fue como O. rastrera. En O. megacantha el 87% de los individuos fueron clasificados de manera correcta, sin embargo, el 5% como O. rastrera y el 1.5% como O. ficus-indica y O. stenopetala. En contraste, para O. microdasys la predicción fue 100% correcta. Finalmente, en O. stenopetala el 82 % de las observaciones fueron clasificadas de manera correcta, el 5% como O. durangensis y O. megacantha, el 4% como O. engelmannii y el 2% con características de O. microdasys y O. rastrera.

DISCUSIÓN

Las especies en estudio pertenecen a series diferentes, por lo tanto, las diferencias morfológicas en las plantas son claras, sin embargo, cuando solamente se tiene semilla, la correcta identificación de especies se complica, aunado a que no se tienen caracteres morfológicos confiables de las semillas de Opuntia. En este trabajo el análisis de varianza presentó diferencias significativas (P<0,05) entre las siete especies de Opuntia para los caracteres externos e internos evaluados, lo que sugiere la

existencia de diversidad en los rasgos morfológicos de semillas.

Al aplicar CP como análisis exploratorio no supervisado, fue útil en la caracterización, permitiendo tener un criterio en la discriminación de especies. Esto se corrobora con Sassone et al. (2013), quienes señalan la importancia de los análisis multivariables para ver diferencias entre especies y la utilidad en la evaluación de entidades taxonómicas.

El CP1 se asoció más con el tamaño de la semilla, en cambio el CP2 y CP3 se relacionaron con características de grosor de las partes internas de la semilla. De esta forma las características cuantitativas internas y externas de la semilla, forman un criterio a la explicación de la diversidad de Opuntia.

Los caracteres que más ayudaron a diferencias entre especies fueron GCFV y GT al presentar coeficientes de variación más altos en él análisis de CP, principalmente con él GCFV ya que la dirección de la diferenciación es horizontal y discrimina en ambos componentes (CP1 y CP2); mientras que LEMA, LEME, estuvieron altamente relacionadas, mostrando un alto grado de dependencia entre sí, lo mismo ocurrió con el AEM y LE al presentar información redundante, sin embargo, la multicolinealidad puede atenuarse si se eliminan los caracteres LEMA y LE. Por otro lado, la ordenación de las especies en ambos componentes, indica que O. ficus-indica, O. megacantha y O. rastrera se caracterizan por presentar semillas de mayor tamaño, con testa y cubierta funicular ventral gruesa, y con embriones más grandes al agruparse en la parte positiva del eje; mientras que O. microdasys y O. engelmannii se diferencian por tener semillas más pequeñas, con testa y cubierta funicular ventral delgada y embriones pequeños, ya que se agrupan en la parte negativa del eje. O. stenopetala y O. durangensis exhibieron una mayor variación en el tamaño y grosor, ya que el agrupamiento se da en ambos ejes.

Pareciera que, el agrupamiento existente entre las especies está relacionado con el grado de domesticación, puesto que O. ficus-indica y O. megacantha son especies semi-domesticadas y presentaron semillas más grandes en comparación con O. microdasys y O. engelmannii, dichos resultados parecen coincidir con Aguilar-Estrada et al. (2003) pues al evaluar diferentes variantes

de Opuntia, determinaron que las semillas con dimensiones pequeñas prevalecían más en las variantes silvestres, sin embargo, también O. rastrera se agrupa con las especies de más grado de domesticación, de tal manera que la relación del tamaño de la semilla puede ser más bien un rasgo adaptativo asociado con la dimensión y el establecimiento de la especie, como lo mencionan Obeso et al. (2011). Pero Reyes-Agüero et al. (2004) al hacer un análisis de la variación morfológica de 38 variantes mexicanas de O. ficus-indica, consideradas como exclusivas de los ambientes más antropizados y con el mayor grado de domesticación (Reyes-Agüero et al., 2005), concluyeron que las presiones de selección bajo domesticación, generan una reducción en el número de semillas normales y en el tamaño de la semilla, caso contrario con lo observado, por López-Borja et al. (2017) al estudiar la variación morfológica de O. jaliscana en poblaciones silvestres obtuvieron diferencias estadísticas entre sitio en cuanto a la longitud de las semillas. Por otro lado, López-Palacios et al. (2019) al caracterizar frutos y semillas de diferentes especies de Opuntia observaron en O. albicarpa y O. ficus-indica que a mayor grado de domesticación mayor es el contenido de semillas abortadas y el tamaño es menor.

Por otro lado, se cree que el tamaño de la semilla está relacionado con el nivel de ploidía, Tiwari et al. (2010) determinaron que las semillas tetraploides de Arabidopsis thaliana fueron más grandes y pesadas que las semillas diploides y triploides. Cota- Sánchez (2004) observó que el tamaño de la semilla de Rhipsalis baccifera y las células de la testa aumentan con la ploidía, con máxima expresión en las poblaciones poliploides, esto coincide sólo con O. ficus-indica y O. megacantha al ser especies octaploides y con un tamaño de semilla mayor y con O. microdasys por ser diploide y haber presentado semillas pequeñas (González, 2019), pero está tendencia no se mantiene con las demás especies, ya que O. rastrera tetraploide presentó semillas de mayor tamaño, mientras que O. engelmannii es octaploide (González, 2019) y sus semillas fueron más pequeñas. En contraste Adewale et al. (2012), mencionan que la variabilidad de las características físicas, como la longitud, el ancho, el grosor de las semillas del género Opuntia es un atributo con un valor taxonómico, y ecológico dentro del género. Baloch et al. (2001), observaron que la

variación en el tamaño de la semilla muestra una relación en la germinación y establecimiento de las plántulas, y esto coincide con lo encontrado en este estudio, ya que en O. ficus-indica, O. megacantha y O. rastrera que presentaron semillas de mayor tamaño en comparación con las demás especies, se han reportado porcentajes de germinación mayores al 80%, mientras que en O. microdasys, O. engelmannii, O. durangensis , O. stenopetala y O. durangensis los porcentajes de germinación son de 0 al 60% (González et al., 2018), lo que nos indica que las semillas de Opuntia de mayor tamaño almacenan más reservas y en consecuencia puede producir una plántula con mayor porcentaje de germinación (Linkies et al., 2010), también se ha relacionado al grosor de testa con la germinación, al jugar un papel importante en el proceso de absorción de agua (Domínguez–Domínguez et al., 2007). Al respecto Stuppy (2002) señala que la semilla de Opuntia tiene un tamaño pequeño, ovalado, y el embrión tiene forma de espiral alrededor de un perispermo plegado fuertemente reducido, ya que, si la longitud del embrión aumenta, la capacidad de almacenamiento también se incrementa, esto explicaría la relación con el porcentaje de germinación encontrado por González et al. (2018). Y Baskin & Baskin (2014) y Romero-Saritama (2015) mencionan que los rasgos internos de las semillas generalmente han sido relacionados con el comportamiento germinativo y el tipo de dormición en las semillas, factores a tomar en cuenta en la conservación ex situ.

El análisis morfológico de semillas de diferentes especies del género Opuntia funcionaría en la conservación ex situ como un criterio en la diferenciación de especies, cuando lo que se tiene es semilla, en especial entre especies cercanas taxonómicamente, ya que el potencial de un banco de germoplasma radica en las introducciones que permitan evitar duplicados e identificar accesiones para procesos de selección y conservación (Fischer et al., 2000), los caracteres con potencial discriminante como GT y GCFV podrían ser de utilidad en la clasificación taxonómica del género Opuntia, pues son caracteres que no se han tomado en cuenta, también se podrían adicionar caracteres morfológicos confiables en la descripción de las especies (Caruso et al., 2010; Valadez-Moctezuma et al., 2014; Helsen et al., 2009), por la variación morfológica que presentan (Bravo-Hollis, 1978;

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Pimienta-Barrios & Muñoz-Urías, 1995; Scheinvar, 1995; Muñoz-Urías et al., 2008).

Con respecto a la aglomeración interespecífica, Solís-Neffa (2010) y Nooryazdan et al. (2010) han hecho hincapié en que el origen geográfico puede afectar la variación morfológica, pero al realizar el análisis de CP con las diferentes rutas de colecta notamos que las diferencias interespecíficas existentes se deben a la especie y no a las localidades, sin embargo, el área de recolecta para este estudio, comparativamente con el área de distribución de estas especies en el norte de México, es reducida. No obstante, cabe hacer mención que la identificación de especies del género está enfocada a caracteres de la altura de las plantas, los cladodios, el fruto y la flor, los cuales se usan de forma tradicional en la taxonomía de los nopales (Scheinvar, 1995; Scheinvar et al., 2010). Esto ocurre a pesar de que tales descriptores se ven considerablemente afectados por las condiciones geográficas del entorno. Del mismo modo, y aunque los atributos de las flores se consideran estables, Fuentes-Pérez et al. (2009) informaron que las características anatómicas florales de cinco especies del género Opuntia no fueron decisivas en la separación taxonómica entre especies. Las semillas están poco influenciadas por la presión ambiental, y esto debido principalmente a su estructura genética, dureza, efecto protector ofrecido por la pulpa, la testa y al corto periodo de exposición de los frutos a factores ambientales (Haridasan & Mukherjee, 1988; Samah & Valadez-Moctezuma, 2014), por lo tanto el análisis morfológico de semillas puede ayudar a los estudios taxonómicos, sistemáticos, arqueológicos, de paleobotánica y tiene utilidad para agricultores y horticultores que pueden disponer de dicha información para mejorar el cultivo e identificar las especies por medio de semillas (Johri, 1984).

Por otro lado, como parte del análisis para la predicción de especies, el método de K-vecinos más cercanos (K-NN), por medio de datos de entrenamiento generados mediante 500 repeticiones logró hacer una predicción por arriba del 80% en la clasificación de las especies, lo que indicá que los caracteres morfológicos evaluados son confiables para clasificar especies de Opuntia. En O. microdasys al hacer la predicción el método obtuvo una precisión de clasificación del 100%.

CONCLUSIONES

La utilización de métodos multivariables en el análisis morfológico de semillas de diferentes especies de Opuntia ayudó a distinguir caracteres de importancia, que pueden establecer un criterio en la identificación de especies de Opuntia. El grosor de testa (GT) y de la cubierta funicular ventral (GCFV), fueron los caracteres que más discriminaron, estos se pueden tomar en cuenta como descriptores potenciales para la asignación de especies o variedades del género Opuntia.

CONTRIBUCIÓN DE LOS AUTORES

Todos los autores han realizado conjuntamente y a partes iguales la colecta de datos, su interpretación y redacción del manuscrito.

AGRADECIMIENTOS

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por el otorgamiento de una beca de investigación de postgrado (230972) y a la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro por el financiamiento del proyecto (UAAAN-38111-4251-05001-2237).

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