Resumen: En el estado de Hidalgo se distribuyen, naturalmente, 12 especies de pinos, de las cuales, Pinus pinceana y P. greggii están clasificados en categorías de riesgo. En este contexto es necesario generar información para la identificación taxonómica de Pinus, únicamente con base en caracteres anatómicos de acículas en individuos jóvenes que carecen de estróbilos femeninos. El objetivo del presente estudio fue establecer una clave dicotómica para la identificación de pinos de Hidalgo, a partir de su anatomía foliar. Se recolectaron ejemplares en diversas localidades, se obtuvieron cortes transversales de las acículas, con ellos se codificó una matriz de caracteres, la cual fue sometida a un análisis de similitud UPGMA; y se elaboró una clave taxonómica. Se logran diferenciar 10 de los 12 taxones, que incluyen a Pinus greggii, especie bajo categoría de riesgo. Pinus cembroides se diferencia de P. pinceana, solo cuando la forma de la acícula, en corte transversal, es semicircular. Los canales resiníferos externos se observaron solamente en individuos del subgénero Strobus; y los septales en P. oocarpa. El número de canales resiníferos es utilizado de manera complementaria para identificar, debido a su alta variación. El análisis UPGMA resultó en dos agrupaciones principales, en la primera se recuperaron dos subgrupos correspondientes a las especies del subgénero Strobus y del subgénero Pinus; en la segunda pertenecen al subgénero Pinus. Se concluye que la clave es robusta para la identificación de especies de pinos a escala local, exclusivamente mediante caracteres anatómicos foliares.
Palabras clave: AcículasAcículas,anatomía foliaranatomía foliar,canales resiníferoscanales resiníferos,hipodermishipodermis,Pinus greggii Engelm. ex Parl.Pinus greggii Engelm. ex Parl.,Pinus pinceana GordonPinus pinceana Gordon.
Abstract: Twelve pine species naturally occur in the state of Hidalgo, of which, Pinus pinceana and P. greggii are listed as threatened. In this context it is necessary to generate information for Pinus species identification specially for immature individuals without seed cones. In this study we establish an identification key based on leaf anatomy for the identification of pine species occurring in the state of Hidalgo. Specimens from different localities were collected from which, permanent slides were prepared from transverse leaf sections and a character matrix was codified from leaf anatomy features and analyzed with UPGMA. The matrix was used to construct an identification key. The key allow for the identification of 10 out of the 12 species, including Pinus greggii a species under risk category. Pinus cembroides can only be differentiated from P. pinceana when it exhibits a semicircular shape in transverse section. External resin canals were only observed in Pinus subgenus Strobus and septal resin canals were only recorded for P. oocarpa. The number of resin canals may only be used as complementary for identification because of its high variation. UPGMA analysis generated two principal clusters, the first group included two interior clusters corresponding with subgenus Strobus species and subgenus Pinus species, the second principal cluster included only species from subgenus Pinus. This study contributes with a robust identification key for pine species at a local scale exclusively using secondary leaf anatomy characters.
Keywords: Needles, leaf anatomy, resin canals, hypodermis, Pinus greggii Engelm. ex Parl., Pinus pinceana Gordon.
Artículo
Clave de identificación taxonómica con caracteres anatómicos foliares para especies de Pinus L. en Hidalgo
Taxonomic identification key with leaf anatomical characters for Pinus L. species in Hidalgo
Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias
Recepción: 13 Diciembre 2017
Aprobación: 30 Marzo 2018
Fuente: CONACyT
Nº de contrato: 271108
Los pinos son importantes ecológicamente en los bosques tropicales cercanos al nivel del mar, en zonas desérticas y bosques de las tierras altas de México (Farjon et al., 1997); país considerado como el centro secundario de diversificación del género Pinus, con 50 (41.3 %) de las 121 especies citadas en el mundo (Gernandt y Pérez-De La Rosa, 2014; Pérez-De La Rosa y Gernandt, 2017). En el estado de Hidalgo se distribuyen de manera natural 12 taxa: Pinus ayacahuite Ehrenb. ex Schltdl., P. cembroides Zucc., P. devoniana Lindl., P. greggii Engelm. ex Parl., P. hartwegii Lindl., P. leiophylla Schiede. ex Schltdl. & Cham., P. montezumae Lamb., P. oocarpa Schiede., P. patula Schiede. ex Schltdl. & Cham., P. pinceana Gordon., P. pseudostrobus Lindl. y Pinus teocote Schiede. ex Schltdl. & Cham. De estas especies, Pinus greggii, P. patula, P. pinceana y P. teocote son endémicas de México. Pinus pinceana está en el listado de especies de la Norma Oficial Mexicana 059-SEMARNAT-2010, en la categoría de Riesgo de Extinción (P) (Semarnat, 2010); y Pinus greggii en la categoría de Vulnerable en la lista roja de especies de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (IUCN, por sus siglas en inglés)) (Farjon, 2013).
Los pinos presentan cuatro tipos de hojas durante sus etapas de desarrollo: cotiledonares, primarias, catafilos y secundarias. Estas últimas, también conocidas como acículas, comienzan a aparecer hacia el final de la primera estación de crecimiento temprano o en algunas especies hasta la segunda estación de crecimiento. Son siempre verdes y metabólicamente activas, se desarrollan en brotes (terminales o laterales) enanos axilares a los catafilos, los fascículos están agrupados de 1-8 acículas (Farjon y Styles, 1997). El número de hojas por fascículo varía según las especies, debido a las condiciones del medio en el que se desarrollan, de tres y cinco son los más comunes (Martínez, 1945).
La anatomía de las acículas comprende tres tejidos que están definidos por su función: la dermis, el mesófilo, y el tejido vascular (Hernández-León, 2011). La dermis está constituida por la cutícula, epidermis e hipodermis; el tejido del mesófilo está estructurado por largas células de pared delgada que llenan el espacio entre la hipodermis y la endodermis,y en él se desarrollan los conductos resiníferos que se encuentran en diferentes posiciones, en función a la variación de las especies; el tejido vascular está conformado por la endodermis (capa de células ovales que rodean al tejido vascular), y contiene a los haces vasculares (xilema y floema) (Farjon y Styles, 1997).
Los caracteres anatómicos foliares son importantes fuentes de información para la identificación de especies. La clave dicotómica es un método para identificar taxa, mediante breves descripciones, consiste en la selección de uno de dos enunciados alternos. Las claves de identificación son de dos tipos: regional o por grupo morfológico (Farjon et al., 1997).
En relación a la identificación taxonómica de pinos, es importante generar información para identificar taxones con base en la anatomía de acículas, particularmente, en individuos jóvenes que carecen de estróbilos femeninos. Por esta razón, el objetivo de la presente investigación fue desarrollar una clave dicotómica para la identificación de los pinos con distribución natural en el estado de Hidalgo, a partir de la anatomía de las acículas.
El estado de Hidalgo cuenta con aproximadamente 20 905 km2, lo que representa 1.1 % del territorio nacional, se ubica dentro de la zona de transición mexicana, incluye las provincias biogeográficas de la Sierra Madre Oriental, Altiplano Mexicano, Golfo de México y la Faja Volcánica Transmexicana (Rzedowski, 1978; Conabio, 1997; Morrone, 2005; INEGI, 2016). Gernandt y Pérez-de la Rosa (2014) proponen que la Sierra Madre Oriental es una de las regiones con mayor diversidad de coníferas.
La colecta de ejemplares de Pinus se realizó en diversas localidades del estado de Hidalgo (Cuadro 1).
Datos detallados de colecta de especies de Pinus del estado de Hidalgo.
Datos detallados de colecta de especies de Pinus del estado de Hidalgo.
Las acículas se fijaron en FAA (Formaldehido: Ácido acético glacial: Alcohol etílico al 50 %, en proporción 5: 5: 90) por tiempo indefinido. Se obtuvieron cortes transversales de forma manual, con una navaja de un solo filo; de ellos se seleccionaron los mejores para la tinción histológica, mediante el procedimiento utilizado por Hernández-León(2011): Citrisolv 2 (15 min); EtOH 100 % (5 min); EtOH 96 % (5 min); EtOH 70 % (5 min), EtOH 50 % (5 min); ddH2O (5 min); Alcian blue (30 min); ddH2O (5 min); EtOH 50 % (3 min); Safranina (2 hr); 50 % EtOH (3 min); 70 % EtOH (3 min); 96 % EtOH (3 min); 100 % EtOH (3 min); Citrisolv (15 min). Una vez teñidos los cortes, se montaron en preparaciones permanentes con la resina sintética Entellan (Merk Co., Alemania) para ser observados a diferentes aumentos en un microscopio óptico.
Mediante una revisión de la literatura y la observación de las preparaciones permanentes se establecieron nueve caracteres foliares y sus correspondientes estados de carácter, como se muestra en el Cuadro 2 (Coulter y Rose, 1886; Shaw, 1914; Martínez, 1945; Lanyon, 1966; Mirov, 1967; Farjon y Styles, 1997; Ortiz, 1999). Los caracteres y estados de carácter fueron descritos con observación de las preparaciones permanentes a diferentes aumentos, en un microscopio óptico Axioscope 40 (Carl Zeiss). Los cortes foliares se fotografiaron con un sistema de cámara digital acoplado al microscopio, y las imágenes se editaron en Adobe ® Photoshop ® CS6 Extended, versión 13.0.1 x32 (2017), para destacar los rasgos anatómicos foliares relevantes. Se construyó una matriz de datos morfoanatómicos a partir de las observaciones.
Caracteres y estados de carácter utilizados para la descripcion anatómica foliar de las especies de Pinus del estado de Hidalgo.
Los datos anatómicos foliares de las 12 especies fueron analizados con el método de Agrupamiento por Pares no Ponderados con Media Aritmética (UPGMA) (Sokal y Michener, 1958); con una matriz de presencia/ausencia (Cuadro 3). El análisis empleó el coeficiente de similitud de Jaccard utilizando la herramienta en línea DendroUPGMA (Garcia-Vallvé et al., 1999).
En total se colectaron 30 ejemplares, los que fueron procesados y depositados en la colección del Herbario del Área Académica de Ciencias Agrícolas y Forestales del Instituto de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo campus Tulancingo y en el Herbario Nacional de México (MEXU). Los ejemplares corresponden de 1 - 3 individuos de las 12 especies de pinos de Hidalgo (Cuadro 1).
Las treinta preparaciones permanentes (30) de cortes transversales de acículas se incorporaron a la colección del Herbario del Área Académica de Ciencias Agrícolas y Forestales del Instituto de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo y están disponibles para consultas posteriores.
La matriz de datos de los caracteres y estados de carácter se presentan en el Cuadro 3. La forma de las células de la epidermis presentó variación intraespecífica e interespecífica, lo cual es consistente con registros previos (Farjon et al., 1997).
Matriz de datos morfoanatómicos de acículas para las especies de Pinus naturalmente distribuidas en el estado de Hidalgo.
Matriz de datos morfoanatómicos de acículas para las especies de Pinus naturalmente distribuidas en el estado de Hidalgo.
De las especies estudiadas, ocho presentaron la vaina basal del fascículo permanente. Los taxa con la vaina basal de fascículo decidua fueron Pinus ayacahuite, P. cembroides, P. leiophylla y P. pinceana, con la excepción de P. leiophylla, estos taxones pertenecen a los pinos blandos o subgénero Strobus. Pinus leiophylla es una de las pocas especies de pinos duros o subgénero Pinus con la vaina basal de los fascículos decidua (Gernandtet al., 2005). El estado de carácter de la vaina basal del fascículo es de utilidad para la asignación de ejemplares a grupos, pero en combinación con otras características puede ser efectiva para la identificación de algunos taxa (Farjon et al., 1997).
Las especies tuvieron dos, tres y hasta cinco acículas por fascículo. El número de acículas por fascículo ha sido muy utilizado para la identificación de las especies de pinos, generalmente, en combinación con otros rasgos (Farjon y Styles, 1997; Farjon et al., 1997; Eckenwalder, 2009). Las acículas de un fascículo forman un cilindro, el número de acículas por fascículo determina su forma transversal, que corresponde a una sección del cilindro; por ejemplo, en fascículos con una acícula la forma transversal será circular; en fascículos con dos acículas es semicircular (Figura 1B); en fascículos de tres será transversalmente triangular (Figura 1 D, G, I, J, L); y en fascículos con cuatro o más presentará un forma ampliamente triangular (Figura 1A, C, E, F, H, K) (Martínez, 1953; Farjon y Styles, 1997).
Figura 1.
Secciones transversales de acículas de especies de Pinus del estado de Hidalgo.
A = Pinus ayacahuite; B = P. cembroides; C = P. devoniana; D = P. greggii; E = P. hartwegii; F = P. leiophylla; G = P. montezumae; H = P. oocarpa; I = P. patula; J = P. pinceana; K = P. pseudostrobus; L = P. teocote; * = Indica la posición de los estomas; Cr = Canal resinífero; End = Endodermis; Epi = pidermis; Escl = Esclerénquima; Flo = Floema; Hip = Hipodermis; Mes = Mesófilo; Tt = Tejido de transfusión; Xil = Xilema.
Pinus cembroides fue la única especie con dos formas de la hoja en corte transversal. Por su forma semicircular puede diferenciarse del resto de las especies (Figura 1B); sin embargo, cuando presenta forma transversalmente triangular resulta imposible su separación de P. pinceana (Figura 1J). Pinus ayacahuite fue la única especie en presentar la disposición de las estomas epistomática (Figura 1A), mientras que en el resto de los taxa la disposición fue anfistomática.
Para el carácter espesor de las paredes de las células de la hipodermis, se registró con mayor frecuencia el estado de carácter "espesor uniformemente delgado de las paredes de las células de la hipodermis" (P. ayacahuite, P. greggii y P. leiophylla; Figura 2C), mientras que el "grosor de las paredes de las células de la hipodermis aumentando gradualmente hacia el interior" fue observado con menor frecuencia (P. devoniana y P. pseudostrobus; Figura 2A). Pinus patula y P. pinceana exhibieron variación intraespecífica para este carácter (Cuadro 3). Farjon y Styles (1997) proponen que las hojas largas, con estratos de células de paredes delgadas en la hipodermis están restringidas principalmente a climas templados o subtropicales mésicos (P. ayacahuite, P. greggii, P. patula).
Figura 2.
Secciones transversales de acículas de especies de Pinus del estado de Hidalgo.
A = Pinus devoniana; B, E, I = P. teocote; C-D = P. greggii; F, H = P. cembroides; G = P. oocarpa; Cre = Canal resinífero externo; Cri = Canal resinífero interno; Crm = Canal resinífero medio; Crs = Canal resinífero septal; End = Endodermis; Epi = Epidermis; Flo = Floema; Hip = Hipodermis; Hv = Haz vascular; Mes = Mesófilo; Tt = Tejido de transfusión; Xil = Xilema.
Se ha observado la existencia de diferentes grados de intrusiones hipodermales en el mesófilo (Martínez, 1945). De las especies incluidas en esta investigación, Pinus devoniana y P. pseudostrobus presentaron intrusiones hipodermales (Cuadro 3, figuras 1C, K y 2A); el resto de los taxa carecen de intrusiones (P. greggii; Figura 2C). Hay concentraciones de tejido hipodermal en áreas marginales; mientras que, en el resto de la hoja, la hipodermis persiste en dos estratos celulares (Farjon y Styles, 1997).
En algunas especies, como Pinus oocarpa, el número de canales resiníferos fue altamente variable, de 1-6; mientras que en P. pinceana, por ejemplo, se observaron dos canales resiníferos de manera constante (Figura 1J). En este último caso, el carácter puede ser de utilidad para la identificación de la especie a nivel de estado (Cuadro 3) (Perry, 1991; Farjon y Styles 1997; Cole et al., 2008). Estudios previos indican un intervalo de 1-12 canales resiníferos en las hojas de especies de pinos en América Latina, y para el caso de Hidalgo, se registraron de 1-6 canales resiníferos por acícula (Farjon y Styles, 1997).
Pinus oocarpa y P. ayacahuite mostraron el mayor número de canales resiníferos (6), mientras que en cortes de acículas de P. oocarpa se observó el menor número de canales resiníferos (1). De acuerdo con Helmers (1943), el número de canales resiníferos tiene una estrecha relación con el medio ambiente. Eventualmente, algunas acículas pueden no tener canales resiníferos, pero dicha condición no está asociada con ninguna especie en particular. P. donnell-smithii, puede ser la excepción de ser reconocido a nivel específico, ya que muchas acículas carecen de canales de resina; Perry, (1991). Algunos autores consideran que el número de canales resiníferos, por ser altamente variable, no puede tomarse como elemento sistemático (Martínez, 1945).
La posición de los canales resiníferos constituye un carácter comúnmente utilizado para la clasificación e identificación de especies, desde Engelmann (1880) y Coulter y Rose (1886), debido a que la mayoría de las especies se caracterizan por presentar una sola posición, aunque existen combinaciones como las citadas en este estudio para Pinus devoniana y P. montezumae (Figura 1C, G). Pero nunca se han consignado combinaciones de más de dos posiciones (Farjon y Styles, 1997). La posición y el número de los canales resiníferos usados en combinación son muy útiles para la identificación de muchos taxa (Perry, 1991). En especies con número variable de canales resiníferos se consideran primarios los de mayor tamaño y posición fija, y subsidiarios a los de menor tamaño (Farjon y Styles, 1997). Su posición al ser menos variable que su número resulta de mayor utilidad para fines de identificación (Martínez, 1945). La posición media de los canales resiníferos fue predominante para las especies de pinos del estado de Hidalgo (Pinus leiophylla, P. montezumae, P. pseudostrobus) (Martínez, 1945; Farjon y Styles, 1997) (Figura 1F, G, K), mientras que la posición septal solo se observó en P. oocarpa, por lo que este estado de caracteres es diagnóstico para esa especie, al menos dentro del estado de Hidalgo (figuras 1H, 2G).
El engrosamiento externo de la pared de las células de la endodermis (Figura 2I) ha sido utilizado como carácter diagnóstico (Farjon y Styles, 1997). Sin embargo, en las especies con múltiples individuos, como las incluidas en el presente estudio, existe polimorfismo intraespecífico e interespecífico, por lo que no es adecuado para la identificación taxonómica.
La presencia de uno (Figura 2H) o dos (Figura 2I) haces vasculares sustenta la propuesta de Koehne (1893) de dividir en dos secciones al género Pinus, sección Haploxilon y Diploxilon, que corresponden con los subgéneros Strobus y Pinus (Gernandt et al., 2005), lo cual fue consistente con los resultados de esta investigación.
El esclerénquima que en la región vascular rodea y en algunas ocasiones divide los haces vasculares (Farjon y Styles, 1997), se observa en algunos taxones: Pinus oocarpa y P. teocote (Figura 1L). Sin embargo, no es un carácter diagnóstico, debido a su variación.
El análisis de similitud de los caracteres morfoanatómicos de las acículas resultó en dos grupos principales (Figura 3). En el grupo uno se asocian Pinus ayacahuite, P. cembroides y P. pinceana del subgénero Strobus más relacionados que con otras especies; y por otro lado P. greggii, P. patula y P. teocote del subgénero Pinus. El segundo grupo principal está formado por taxa del subgénero Pinus: P. devoniana, P. hartwegii, P. leiophylla, P. montezumae, P. oocarpa y P. pseudostrobus; P. oocarpa se separó del resto de las especies al interior del grupo. En las terminales se forman grupos por taxón excepto para una muestra de Pinus cembroides que se agrupa con P. pinceana. De acuerdo con Eckenwalder (2009), la convergencia en las características de las hojas entre especies no relacionadas está provocada por la fuerte asociación entre los rasgos foliares con las condiciones ambientales, de tal manera que los rasgos de la hojas pueden reflejar los mecanismos de adaptación de las plantas a su ambiente (Tian et al., 2015).
Figura 3.
Dendrograma obtenido por análisis de agrupamiento UPGMA, con el uso del coeficiente de similitud de Jaccard en 12 especies de Pinus distribuidas en el estado de Hidalgo.
Coeficiente de correlación cofenético = 0.847018494508054. El número en cada terminal indica el número de ejemplares por especie.
Clave de identificación
A partir de la clave dicotómica producto de la investigación que se documenta es posible diferenciar 10 de las 12 especies de pinos del estado de Hidalgo. P. cembroides y P. pinceana, únicamente, se separan cuando la forma del corte transversal es semicircular en la primera especie.
Se contribuye a la generación de datos anatómicos foliares para especies del género Pinus. La generación de herramientas de identificación taxonómica con base en caracteres anatómicos foliares es de suma importancia para la identificación de especies, si no se cuenta con otra fuente de identificación, como son plantas producidas en vivero, individuos jóvenes, plantaciones comerciales, reforestaciones con fines de restauración en etapa de brinzal y árboles sin presencia de estróbilos femeninos. Los resultados permitieron diferenciar a las especies y generar una clave de identificación robusta. Por lo que la aproximación metodológica usada es una alternativa para la identificación de especies de pinos distribuidos en otros estados o regiones del país.
Ramón Escárcega Vargas, Perla Barrón Hernández, Shamed Popoca Paredes y Edith Jiménez Muñoz por su apoyo durante el trabajo de campo. Red Temática Código de Barras de la Vida (Continuidad de Redes Temáticas) No. CONACyT: 271108 por el financiamiento para el trabajo de campo.
*Autor por correspondencia; correo-e: sergio_hernandez@uaeh.edu.mx
Datos detallados de colecta de especies de Pinus del estado de Hidalgo.
Datos detallados de colecta de especies de Pinus del estado de Hidalgo.
Caracteres y estados de carácter utilizados para la descripcion anatómica foliar de las especies de Pinus del estado de Hidalgo.
Matriz de datos morfoanatómicos de acículas para las especies de Pinus naturalmente distribuidas en el estado de Hidalgo.
Matriz de datos morfoanatómicos de acículas para las especies de Pinus naturalmente distribuidas en el estado de Hidalgo.
Figura 1.
Secciones transversales de acículas de especies de Pinus del estado de Hidalgo.
A = Pinus ayacahuite; B = P. cembroides; C = P. devoniana; D = P. greggii; E = P. hartwegii; F = P. leiophylla; G = P. montezumae; H = P. oocarpa; I = P. patula; J = P. pinceana; K = P. pseudostrobus; L = P. teocote; * = Indica la posición de los estomas; Cr = Canal resinífero; End = Endodermis; Epi = pidermis; Escl = Esclerénquima; Flo = Floema; Hip = Hipodermis; Mes = Mesófilo; Tt = Tejido de transfusión; Xil = Xilema.
Figura 2.
Secciones transversales de acículas de especies de Pinus del estado de Hidalgo.
A = Pinus devoniana; B, E, I = P. teocote; C-D = P. greggii; F, H = P. cembroides; G = P. oocarpa; Cre = Canal resinífero externo; Cri = Canal resinífero interno; Crm = Canal resinífero medio; Crs = Canal resinífero septal; End = Endodermis; Epi = Epidermis; Flo = Floema; Hip = Hipodermis; Hv = Haz vascular; Mes = Mesófilo; Tt = Tejido de transfusión; Xil = Xilema.
Figura 3.
Dendrograma obtenido por análisis de agrupamiento UPGMA, con el uso del coeficiente de similitud de Jaccard en 12 especies de Pinus distribuidas en el estado de Hidalgo.
Coeficiente de correlación cofenético = 0.847018494508054. El número en cada terminal indica el número de ejemplares por especie.
Clave de identificación
A partir de la clave dicotómica producto de la investigación que se documenta es posible diferenciar 10 de las 12 especies de pinos del estado de Hidalgo. P. cembroides y P. pinceana, únicamente, se separan cuando la forma del corte transversal es semicircular en la primera especie.
