Cultivos Tropicales Vol. 46, No. 2, abril-junio 2025, ISSN: 1819-4087
Código QR
Cu-ID: https://cu-id.com/2050/v46n2e02
Artículo original

Análisis de rasgos fenotípicos para la diferenciación de clones de Mussa sp. y su asociación con variables ambientales

 

iDMaría Victoria Vega*✉:mavivega@yahoo.es

iDJuana Cáceres

iDGraciela María Castillo


Facultad de Recursos Naturales, Universidad Nacional de Formosa, Av. Dr. Luis Gutnisky 3200, Formosa, Argentina. CP 3600

 

*Autor para correspondencia: mavivega@yahoo.es

Resumen

Para determinar las características morfológicas de clones de Musa sp recolectados en Riacho He He, Laguna Blanca, Clorinda, y Laguna Naick-Neck, se utilizaron los descriptores estandarizados de banano del IPGRI - INIBAP/CIRAD y la Red Internacional para el Mejoramiento del Banano y el Plátano, considerándose 9 descriptores correspondientes a caracteres cuantitativos de la planta, hojas, pseudotallo, flores, frutos, etc. Se hizo énfasis en los descriptores altamente sobresalientes.

Los datos fueron analizados estadísticamente mediante un Análisis de Varianza Multivariado, Análisis en Componentes Principales y Árboles de Regresión. Las comparaciones entre procedencias fueron altamente significativas para todos los caracteres analizados. Las características fenotípicas evaluadas estuvieron relacionadas con el ambiente, según el análisis basado en los árboles de regresión. El análisis en Componentes Principales explicó el 87 % de la varianza fenotípica existente en las dos primeras componentes. De tal manera, es muy importante el desarrollo de un programa de mejoramiento genético a través de descriptores morfológicos para obtener nuevos y mejores clones, ya que los rasgos analizados pueden ser altamente heredables.

Palabras clave: 
variabilidad fenotípica, fitomejoramiento, variables ambientales

Recibido: 12/6/2023; Aceptado: 08/8/2024

Conflicto de intereses: Los autores declaran no tener conflicto de intereses

Contribución de los autores: Conceptualización: Graciela Castillo. Investigación: Juana Cáceres, María Victoria Vega. Metodología: María Victoria Vega, Juana Cáceres, Graciela Castillo. Supervisión: Graciela Castillo. Escritura del borrador inicial: María Victoria Vega. Escritura y edición final: María Victoria Vega, Graciela Castillo. Curación de datos: María Victoria Vega, Juana Cáceres.

CONTENIDO

Introducción

 

Al género Musa pertenece el banano siendo uno de los cultivos más desarrollados en el mundo. La mayoría de los cultivares proceden de Musa acuminata (genoma A) y Musa balbisiana (genoma B), diploides comestibles que se cruzan con sus progenitores silvestres, dando origen a una progenie estéril, conformando los genomas diploides (AB), triploides (AAA, AAB), y tetraploides (ABBB y AAAB). La sección Eumusa comprende al sub-grupo Cavendish con once especies, distinguiéndose en ella los cultivares triploides (11. Ermini J, Tenaglia G, Pratta G. Molecular Diversity in Selected Banana clones (Mussa AAA Cavendish) Adapted to the Subtropical Enviroment of Formosa Province (Argentina). American Journal of Plant Sciences. 2018. https://doi.org/10.4236/ajps.2018.912181 ).

En la provincia de Formosa, Argentina, el área bananera se localiza en los Departamentos Pilcomayo y Pilagás, encontrándose el 90% de las fincas en la localidad de Laguna Naik-Neck (Departamento Pilcomayo) (http://www.formosa.gob.ar). El comportamiento de las plantas está asociado a las condiciones agroclimáticas, manifestándose a través de la variabilidad y la magnitud de los procesos de crecimiento.

Uno de los principales problemas que presenta el banano son los bajos rendimientos, debido a problemas ocasionados por Sigatoka negra, picudo negro y virosis. En cuanto al material local, se hace indispensable la caracterización tanto morfológica como de zonas agroecológicas aptas para su cultivo, ya que desde la década del cincuenta, se introduce material de diversos orígenes (presumiblemente de Brasil y Paraguay) de los cuales, en muchos casos, solo se conoce sus datos de pasaporte.

Una alternativa, que puede mejorar la producción comercial a mediano y largo plazo, es el desarrollo de nuevos cultivares a través de programas de mejoramiento genético, basado en la caracterización de descriptores morfológicos (hojas, altura de planta y perímetro de tallo) y agronómicos (número de frutos, peso neto y bruto del plátano), que permiten diferenciar taxonómicamente a las plantas (33. Cedeño Vera, J., y Puerta Napa, A. Caracterización morfoagrómica de 51 selecciones élites de plátano CV. Barraganete (Musa AAB Simmonds) en el valle del Río Carrizal. Proyecto de investigación. Escuela de Ingeniería Agrícola. Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí Manuel Félix López.2023.). Estos caracteres pueden ser altamente heredables, fácilmente observables, expresándose en la misma forma en cualquier ambiente (22. Bustamante Intriago E. Selección de material genético de banano cv. Williams (Musa AAA) resistente a sigatoka negra (Mycosphaerella fijiensis Morelet), mutados con radiación gamma. Quevedo. 2019. UTEQ. p 63. http://repositorio.uteq.edu.ec/handle/43000/3842 ), y una vez identificadas las plantas, es fundamental seleccionar las mejores que presenten una buena aptitud productiva o de tolerancia a ciertas enfermedades. Aunque, lo esfuerzos por lograr un mejoramiento en los últimos 50 años, han determinado que a mayores niveles de productividad se detecten altos niveles de vulnerabilidad genética, lo esencial y fundamental es la valorización genética del germoplasma como respuesta para lograr la estabilidad y productividad de los métodos para ampliar su base genética (33. Cedeño Vera, J., y Puerta Napa, A. Caracterización morfoagrómica de 51 selecciones élites de plátano CV. Barraganete (Musa AAB Simmonds) en el valle del Río Carrizal. Proyecto de investigación. Escuela de Ingeniería Agrícola. Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí Manuel Félix López.2023.).

El objetivo del trabajo fue evaluar la diversidad fenotípica en clones de Mussa sp en cuatro localidades de la provincia Formosa, Argentina, atendiendo a caracteres morfológicos.

Materiales y métodos

 

Los sitios muestreados correspondieron a fincas de productores bananeros, localizados en los paralelos 25°17′10″ de Latitud Sur y 57°43′21″ de Longitud Oeste, en el Departamento Pilcomayo; distantes aproximadamente a 110 - 141 Km de la ciudad capital de la Provincia de Formosa, Argentina. Se muestrearon plantas madres del Sub - Grupo: Cavendish, Variedad: Nanika, en cuatro procedencias (Riacho He He, Laguna Blanca, Clorinda, y Laguna Naick-Neck), y en cada una de ellas 2 fincas bananeras (Figura 1).

Las plantas madres seleccionadas presentaron antecedentes en cuanto a su comportamiento, tanto ante condiciones climáticas adversas (bajas temperaturas -5 ºC y temperaturas extremas: 45 ºC) y enfermedades (Sigatoka amarilla) como a su potencial de productividad. Las mismas presentaron un diseño de plantación de 2 x 3 m (2 m entre plantas y 3 m entre hileras) en algunos casos, y en otros el diseño fue de 1 x 4 (1 m entre plantas y 4 m entre hileras), siendo georeferenciadas con GPS (Garmin Etrex 10), y registrándose datos de pasaporte (Fig. 1).

Las zonas se caracterizaron por poseer suelos con drenaje natural y su mayor representatividad fue el suelo franco con abundante materia orgánica, registrándose precipitaciones medias anuales que variaron de 60 a 61 mm y temperaturas medias de 27.9 ºC durante el estudio.

Figura 1.  Localización de los sitios de muestreo

La caracterización morfológica, se llevó a cabo sobre la base de descriptores morfológicos utilizados por el IPGRI (55. IPGRI. Descriptores para el Banano (Musa sp.). INIBAP, Montpellier.1996. ISBN: 92- 9043-307-8.) y la Red Internacional para el Mejoramiento del Banano y el Plátano. Los caracteres cuantitativos evaluados fueron altura de la planta (m) (medida desde la base hasta la inserción en forma de V de las últimas hojas emitidas), diámetro del pseudotallo (cm) (medido desde la base hasta 1 m de altura), longitud y ancho de hojas (cm), longitud del pecíolo (cm), longitud del dedo central de la segunda mano (cm) medidos con cinta métrica, mientras que el diámetro del fruto de la segunda mano (cm) fue medido con un calibre Vernier (Mitutoyo 530-122, graduación 0.02 mm, campo de medida hasta 150 mm).

Se aplicó un muestreo probabilístico aleatorio simple, donde cada uno de los fenotipos tuvo la probabilidad conocida de ser seleccionado. El tamaño de la muestra fue de n = 40 fenotipos por procedencia, evaluándose un total de 320 plantas.

El sistema de variables aplicado consistió en: Variable Independiente (X): Procedencias, Variables dependientes (Y):

  1. altura del pseudotallo (AP) (m)

  2. diámetro del pseudotallo (DP) (cm)

  3. longitud de la hoja (LH) (cm)

  4. ancho de la hoja (AH) (cm)

  5. número de hojas (NH)

  6. longitud del pecíolo (LP) (cm)

  7. número de manos

  8. longitud del dedo central de la segunda mano (LDCM2ª) (cm)

  9. diámetro del dedo de la segunda mano (DDM2ª) (cm).

La variación entre procedencias se caracterizó a través de un análisis de varianza multivariado (MANOVA) en base al modelo lineal: “ecuación (I) Z i j = μ + P i + e i j ”.

Z i j = μ + P i + e i j
 (I)

Donde: Zij : observación del rasgo para el individuo j de la procedencia i; μ: media general, Pi: efecto de la procedencia; eij: componente residual.

Se aplicó la Prueba de Hotelling para los promedios de tratamientos a un nivel de confianza del 95 %.

Para determinar cuáles fueron los descriptores que mostraron mayor variabilidad, se empleó un Análisis de Componentes Principales a partir de la matriz de correlaciones de Spearman. La variación genética de rasgos fenotípicos y variables ambientales, se estableció mediante árboles de regresión, para estimar la regresión mediante una partición recursiva de la muestra de modo binario dividiendo el conjunto de datos a partir de las variables ambientales. Para cada sitio muestreado se registró la precipitación y temperatura media anual. Los datos se obtuvieron de las estaciones meteorológicas situadas en Laguna Naick-Neck, Laguna Blanca y Riacho He He (Departamento Pilcomayo), Provincia de Formosa, Argentina.

Todos los datos se analizaron, a través del programa estadístico InfoStat versión 2017 sobre Windows. Las pruebas se efectuaron con un nivel de significación del 5 % (44. Di Rienzo J, Casanoves F, Balzarini M, González L, Tablada M, Robledo C. InfoStat Software Estadístico2017.).

Resultados

 

La varianza mostró diferencias altamente significativas entre procedencias (Wilkis p < 0,0001) para todos los rasgos evaluados, es decir que los fenotipos se comportaron de manera distinta en las diferentes localidades (Tabla 1). También, existieron diferencias significativas (< 0,01*) y altamente significativas (< 0,0001**) para las variables ambientales de las distintas procedencias analizadas. En la prueba de Hotelling, se observó que las medias obtenidas entre grupos fueron significativamente diferentes entre procedencias. Las procedencias de Laguna Blanca y Riacho He He se diferenciaron entre sí, y también de Laguna Naick-Neck y Clorinda (Tabla 2). En la Tabla 3 se observaron los descriptores evaluados que contribuyeron a la caracterización del germoplasma.

Tabla 1.  Análisis de la Varianza de los caracteres fenotípicos evaluados (Wilkis)
F.V. Estadístico F gL (num) gL (den) p
Procedencias 3,0 27 1143 < 0,0001**
PPMA 0,4 54,6 9 391 < 0,0001**
TMA 0,9 2,3 9 391 < 0,01*

*significativa (p > 0,05), ** altamente significativa (p > 0,05).

PPMA= Precipitación Media Anual, TMA= Temperatura Media Anual

Tabla 2.  Test de Comparaciones múltiples: Prueba Hotelling
Proc AP DP LH AH NH LP NM DDM2ª LDCM2ª
RH 3,0 0,7 2,0 0,8 9,4 0,3 16,8 0,03 0,18 A
LB 2,9 0,6 2,1 0,8 8,1 0,3 15,5 0,03 0,18 B
Cl 2,8 0,6 2,0 0,7 8,4 0,3 15,3 0,03 0,17 C
LN 2,9 0,6 2,0 0,8 8,3 0,3 16,2 0,03 0,17 C

Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p > 0,05).

AP = altura del pseudotallo, DP = diámetro del pseudotallo, LH = longitud de la hoja, AH = ancho de la hoja, NH = número de hojas, LP = longitud del pecíolo, NM = número de manos (tomados en la mano media del racimo), DDM 2ª = diámetro del dedo de la segunda mano, LDCM2ª = longitud del dedo central de la segunda mano

El Análisis en Componentes Principales explicó el 87 % de la variancia fenotípica existente en las dos primeras componentes extraídas. La primera componente contempló la característica AP que contribuyó aproximadamente con el 65 % de la variabilidad observada. La segunda componente estuvo compuesta por la variable DP que aportó el 87 % (Tabla 3). En la componente 1, las variables que contribuyeron medianamente a la caracterización fueron: AP, DP, LH y NM. Para la componente 2, sobresalieron las variables: DFM2ª, y AH (Tabla 3).

Tabla 3.  Análisis de Componentes Principales para variables cuantitativas analizadas
Componente C1 C2
Autovalores 5,87 1,97
Proporción 0,65 0,22
Prop. Acum 0,65 0,87
Autovectores
AP 0,39 -0,20
DP 0,40 0,16
LH 0,38 0,14
AH 0,28 -0,50
NH 0,38 0,20
LP 0,17 0,45
NM 0,41 0,03
DDM2a -0,11 0,65
LDCM2a 0,34 0,02

AP = altura del pseudotallo, DP = diámetro del pseudotallo, LH = longitud de la hoja, AH = ancho de la hoja, NH = número de hojas, LP = longitud del pecíolo, NM = número de manos (tomados en la mano media del racimo), DFM 2ª = diámetro de dedo de la segunda mano, LDCM2ª = longitud del dedo central de la segunda mano

Los árboles de regresión (Figuras 2 y 3) mostraron que, todos los rasgos estaban asociados de modo significativo o altamente significativo con al menos una variable ambiental. Tanto en la Figura 2 como en la Figura 3, los árboles presentaron nodos terminales, los que estuvieron determinados por las diferencias en precipitaciones y temperaturas medias anuales. Un umbral de TMA y PPMA de aproximadamente 28,2 ºC y 61,9 mm, se mostró vinculado con los rasgos AH, AP, DP, LH, y NM (Figura 2).

PPMA=Precipitaciones Medias anuales; TMA=Temperaturas Medias anualesAP= Altura del Pseudotallo, DP=Diámetro del Pseudotallo, LH=Longitud de la Hoja, AH=Ancho de la Hoja, NM=Número de Manos
Figura 2.  Árboles de regresión para los rasgos altura, y diámetro del pseudotallo, longitud, y ancho de la hoja, número de manos dependiendo de las precipitaciones y temperaturas medias anuales

El 64 % de los individuos muestreados fueron asignados a la partición con valores de TMA y PPMA por debajo o igual al umbral mencionado en el párrafo de arriba. Tanto las PPMA y TMA presentaron varianzas bajas que oscilaron de 0,01 a 0,2 para casi todos los rasgos fenotípicos, a excepción de NM cuya varianza fue mayor 11,2 -12,9. Las medias oscilaron entre 0,6 y 16,7 dependiendo del rasgo analizado.

En la Figura 3, se observaron tres nodos terminales para los rasgos LP, NH, LDCM2a y DFM2a con un umbral de TMA y PPMA de aproximadamente 27,6 ºC y 60,2 mm. El 27 % de los individuos muestreados se asignaron a la partición con valores de TMA y PPMA por debajo o igual al umbral mencionado en el párrafo de arriba.

PPMA = Precipitaciones Medias anuales; TMA = Temperaturas Medias anuales.LP=Longitud del Pecíolo, NH=número de hojas, LDCM2a= Longitud del Dedo Central de la segunda Mano), y DDM 2ª (Diámetro del dedo de la segunda Mano)
Figura 3.  Árboles de regresión para los rasgos longitud del pecíolo, número de hojas, longitud del dedo central de la segunda mano, y diámetro del dedo de la segunda mano, dependiendo de las precipitaciones y de las temperaturas medias anuales

Discusión

 

Los estudios llevados a cabo en el género Musa demuestran que la caracterización morfológica, basada en caracteres de crecimiento, permitieron obtener grupos de individuos con características fenotípicas comunes en un grado de detalle mucho mayor que el alcanzado mediante la sistemática clásica (66. Mera C. Caracterización agronómica y sanitaria de mutantes de banano cv. Williams en la Estación Experimental Tropical Pichilingue, Provincia de Los Ríos. Tesis de Grado. Guayaquil, Guayas, Ecuador: Universidad de Guayaquil. 2019. p 78. http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/39405 -1010. Gerónimo F, Ibarra Q, Navia M, Aguirre G. Caracterización morfológica de plátano (Musa paradisíaca L.) en la Provincia NorYungas de la Paz y Provincia Chapare de Cochabamba, Bolivia. Agrociencias Amazonia. 2013;1(2):35-41. https://es.scribd.com/document/307843358/Caracterizacion-Morfologica-de-Platano-Musa-Paradisiaca-l-en-La-Provincia#download ).

El análisis estadístico de las muestras de los fenotipos recolectados, determinaron la presencia de material heterogéneo, con elevada variabilidad entre procedencias. Datos estadísticamente similares han sido informados por otros investigadores (88. Navia M. Caracterización morfológica de cultivares recolectados de banano y plátano. Lima, Perú: PIA. 2019. http://repositorio.uteq.edu.ec/handle/43000/6089 -1414. Torres Cabrera D, García Águila L, Bermúdez Caraballoso I, Sarría Z, Hurtado Ribalta O, Delgado E, Pérez A, Fernández Martínez O. Respuesta morfo-agronómica y organoléptica de cinco cultivares de banano (Musa sp.) en condiciones de campo. Biotecnología Vegetal. 2020; 20 (1): 43 - 50. ISSN 2074-8647, RNPS: 2154. https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/654/pdf ).

La altura y el diámetro del pseudotallo conformaron la primera componente, constituyendo una fuente de variabilidad fenotípica entre los clones con valores similares reportados en otros estudios (88. Navia M. Caracterización morfológica de cultivares recolectados de banano y plátano. Lima, Perú: PIA. 2019. http://repositorio.uteq.edu.ec/handle/43000/6089 ). En cuanto al rasgo NM que aportó también, mayor variabilidad en la primera componente; los valores por racimos fueron menores a los obtenidos en la variedad Tafetán Rojo (banano de postre), Cachaco sin bellota, y Cachaco espermo (plátanos de cocción) (1414. Torres Cabrera D, García Águila L, Bermúdez Caraballoso I, Sarría Z, Hurtado Ribalta O, Delgado E, Pérez A, Fernández Martínez O. Respuesta morfo-agronómica y organoléptica de cinco cultivares de banano (Musa sp.) en condiciones de campo. Biotecnología Vegetal. 2020; 20 (1): 43 - 50. ISSN 2074-8647, RNPS: 2154. https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/654/pdf ).

El análisis de árboles de regresión, demostró que la variabilidad de la mayor parte de los caracteres cuantitativos estuvo asociada con el ambiente. En este sentido, diversos autores (1515. Roser, L. Genética del paisaje en poblaciones de Prosopis alba de la provincia de Santiago del Estero. (info:eu-repo/semantics/doctoralThesis). Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2017. https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5874_Roser -1818. Vega, M.V. (2023). Instalación de un huerto experimental y evaluación fenotípica de Neltuma alba (Fabaceae) para la estimación ex situ de parámetros genéticos: heredabilidad y diferenciación entre procedencias. Tesis para optar el título de Doctor en Recursos Naturales. Facultad de Ciencias Agrarias. Universidad Nacional del Nordeste. Corrientes. Argentina.) comprobaron la existencia de asociaciones significativas entre variables morfológicas y algunos factores climáticos, sugiriendo un control de las precipitaciones sobre el crecimiento en Faidherbia albida, y Neltuma alba (1515. Roser, L. Genética del paisaje en poblaciones de Prosopis alba de la provincia de Santiago del Estero. (info:eu-repo/semantics/doctoralThesis). Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2017. https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5874_Roser ). La dependencia observada con respecto a precipitaciones y temperaturas medias anuales, permitió agrupar individuos cuyos progenitores se desarrollaron en ambientes con diferentes precipitaciones y temperaturas.

Conclusiones

 

La evaluación y análisis de los descriptores morfológicos de las cuatro procedencias de Musa sp, permitió una diferenciación en base a las características fenotípicas de los clones. Para la caracterización morfológica, se analizaron nueve descriptores cuantitativos, siendo la altura y diámetro del pseudotallo, longitud de la hoja, número de hojas, longitud del pecíolo, y el diámetro de dedo de la segunda mano, las variables que más aportaron a la diferenciación de los clones. También, se observó que el análisis basado en árboles de regresión determinó una asociación significativa o altamente significativa con al menos una variable ambiental.

Bibliografía

 

1. Ermini J, Tenaglia G, Pratta G. Molecular Diversity in Selected Banana clones (Mussa AAA Cavendish) Adapted to the Subtropical Enviroment of Formosa Province (Argentina). American Journal of Plant Sciences. 2018. https://doi.org/10.4236/ajps.2018.912181

2. Bustamante Intriago E. Selección de material genético de banano cv. Williams (Musa AAA) resistente a sigatoka negra (Mycosphaerella fijiensis Morelet), mutados con radiación gamma. Quevedo. 2019. UTEQ. p 63. http://repositorio.uteq.edu.ec/handle/43000/3842

3. Cedeño Vera, J., y Puerta Napa, A. Caracterización morfoagrómica de 51 selecciones élites de plátano CV. Barraganete (Musa AAB Simmonds) en el valle del Río Carrizal. Proyecto de investigación. Escuela de Ingeniería Agrícola. Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí Manuel Félix López.2023.

4. Di Rienzo J, Casanoves F, Balzarini M, González L, Tablada M, Robledo C. InfoStat Software Estadístico2017.

5. IPGRI. Descriptores para el Banano (Musa sp.). INIBAP, Montpellier.1996. ISBN: 92- 9043-307-8.

6. Mera C. Caracterización agronómica y sanitaria de mutantes de banano cv. Williams en la Estación Experimental Tropical Pichilingue, Provincia de Los Ríos. Tesis de Grado. Guayaquil, Guayas, Ecuador: Universidad de Guayaquil. 2019. p 78. http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/39405

7. Mozombite Tello M. Caracterización botánica y evaluación preliminar del rendimiento en tres ecotipos de Musa paradisiaca L. Tesis para optar el título profesional de Ingeniero Agrónomo. Facultad de Ciencias Agrarias. Universidad Nacional de San Martín- Tarapoto. 2019. p 54. http://hdl.handle.net/11458/3601

8. Navia M. Caracterización morfológica de cultivares recolectados de banano y plátano. Lima, Perú: PIA. 2019. http://repositorio.uteq.edu.ec/handle/43000/6089

9. Zambrano Saltos C. Caracterización morfológica de un banco de germoplasma de banano cv. Williams proveniente de mutagénesis física en la Estación Experimental Tropical Pichilingue. Proyecto de Investigación previo a la obtención del título de Ingeniero Agrónomo. Facultad de Ciencias Agrarias. Universidad Técnica Estatal de Quevedo. 2020. p 77. http://repositorio.uteq.edu.ec/handle/43000/6089

10. Gerónimo F, Ibarra Q, Navia M, Aguirre G. Caracterización morfológica de plátano (Musa paradisíaca L.) en la Provincia NorYungas de la Paz y Provincia Chapare de Cochabamba, Bolivia. Agrociencias Amazonia. 2013;1(2):35-41. https://es.scribd.com/document/307843358/Caracterizacion-Morfologica-de-Platano-Musa-Paradisiaca-l-en-La-Provincia#download

11. Buitrago Bitar, M., Enrique Valencia, A., Londoño Caicedo, J., Muñoz Flores, J., Villegas Estrada, B., & Santana Fonseca, G. Molecular and morphological characterization of Musa spp. (Zingiberales: musaceae) cultivars. Bol. Cient. Mus. Hist. Nat. Univ. Caldas. 2020; 24(1). ISSN 0123-3068. https://doi.org/10.17151/bccm.2020.24.1.2

12. Mera C. Caracterización agronómica y sanitaria de mutantes de banano cv. Williams en la Estación Experimental Tropical Pichilingue, Provincia de Los Ríos. Tesis de Grado. Guayaquil, Guayas, Ecuador: Universidad de Guayaquil; 2019. 78 p. https://repositorio.uteq.edu.ec/server/api/core/bitstreams/cc8e8ff2-4881-4a52-ac70-df45316aa8ad/content

13. Navia Montaño M. Caracterización morfológica de cultivares recolectados de banano y plátano. Lima, Perú: PIA ACC-UMSS08. 2019. https://docplayer.es/140038862-Pia-acc-umss-o8-caracterizacion-morfologica-de-cultivares-recolectados.html

14. Torres Cabrera D, García Águila L, Bermúdez Caraballoso I, Sarría Z, Hurtado Ribalta O, Delgado E, Pérez A, Fernández Martínez O. Respuesta morfo-agronómica y organoléptica de cinco cultivares de banano (Musa sp.) en condiciones de campo. Biotecnología Vegetal. 2020; 20 (1): 43 - 50. ISSN 2074-8647, RNPS: 2154. https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/654/pdf

15. Roser, L. Genética del paisaje en poblaciones de Prosopis alba de la provincia de Santiago del Estero. (info:eu-repo/semantics/doctoralThesis). Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2017. https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5874_Roser

16. Fontana, L., Pérez, V. y Luna .C. Efecto del origen geográfico sobre la calidad morfológica de plantas de Prosopis alba (Fabaceae). 2018. Rev. Biol. Trop, 66;(2), 593-604. Inst. J. Trop. Biol. ISSN 0034-7744. http://dx.doi.org/10.15517/rbt.v66i2.33383

17. Fredrick, C., Muthuri, C., Ngamau, K. & Sinclair, F. (2015). Provenance variation in seed morphological characteristics. germination and early seedling growth of Faidherbia albida. Journal of Horticulture and Forestry, 7 (5), 127-140. https://doi.org.10.5897/JHF2015.0392

18. Vega, M.V. (2023). Instalación de un huerto experimental y evaluación fenotípica de Neltuma alba (Fabaceae) para la estimación ex situ de parámetros genéticos: heredabilidad y diferenciación entre procedencias. Tesis para optar el título de Doctor en Recursos Naturales. Facultad de Ciencias Agrarias. Universidad Nacional del Nordeste. Corrientes. Argentina.

Cultivos Tropicales Vol. 46, No. 2, abril-junio 2025, ISSN: 1819-4087
 
Original article

Analysis of phenotypic traits for the differentiation of Mussa sp. clones and their association with environmental variables

 

iDMaría Victoria Vega*✉:mavivega@yahoo.es

iDJuana Cáceres

iDGraciela María Castillo


Facultad de Recursos Naturales, Universidad Nacional de Formosa, Av. Dr. Luis Gutnisky 3200, Formosa, Argentina. CP 3600

 

*Author for correspondence: mavivega@yahoo.es

Abstract

In order to determine morphological characteristics of Musa sp´ clones collected in Riacho He He, Laguna Blanca, Clorinda, and Laguna Naick-Neck, Formosa province, banana standard descriptor from IPGRI-INIBAP/CIRAD and Banana and Plantain Breeding International Network, were used. Nine quantitative descriptors related to the plant, to the leaves, and to the fruits were studied. Outstanding descriptors were observed in detail. Data was analyzed through Multivariate Variance Analyses, Components Principal Analysis and Regression Trees. The comparisons between provenances were highly significant and phenotypic characteristics were associated with one environmental variable. The Principal Component Analysis explained 87 % of the phenotypic variance in two extracted components. A genetic improvement program is very important to obtain new clones due to traits can be highly heritable.

Key words: 
phenotypic variability, plant breeding, environmental variables

Introduction

 

Banana belongs to the Musa genus and is one of the most developed crops in the world. Most of the cultivars come from Musa acuminata (genome A) and Musa balbisiana (genome B), edible diploids that are crossed with their wild progenitors, giving rise to sterile progeny, forming diploid (AB), triploid (AAA, AAB), and tetraploid (ABBB and AAAB) genomes. Section Eumusa comprises the Cavendish subgroup with eleven species, distinguishing triploid cultivars (11. Ermini J, Tenaglia G, Pratta G. Molecular Diversity in Selected Banana clones (Mussa AAA Cavendish) Adapted to the Subtropical Enviroment of Formosa Province (Argentina). American Journal of Plant Sciences. 2018. https://doi.org/10.4236/ajps.2018.912181 ).

In Formosa province, Argentina, the banana-growing area is located in the Pilcomayo and Pilagás Departments, with 90 % of the farms in the locality of Laguna Naik-Neck (Pilcomayo Department). The behavior of plants is associated with the agroclimatic conditions, manifesting itself through the variability and magnitude of the growth processes.

One of the main problems of banana is low yields, due to problems caused by black Sigatoka, black weevil and virosis. As for local material, it is essential to characterize both morphological and agroecological zones suitable for cultivation, since the 1950s, material from different origins (presumably from Brazil and Paraguay) has been introduced, of which, in many cases, only their passport data are known.

An alternative that can improve commercial production in the medium and long term is the development of new cultivars through genetic improvement programs, based on the characterization of morphological descriptors (leaves, plant height and stem perimeter) and agronomic descriptors (number of fruits, net and gross weight of banana), which allow taxonomic differentiation of plants (33. Cedeño Vera, J., y Puerta Napa, A. Caracterización morfoagrómica de 51 selecciones élites de plátano CV. Barraganete (Musa AAB Simmonds) en el valle del Río Carrizal. Proyecto de investigación. Escuela de Ingeniería Agrícola. Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí Manuel Félix López.2023.). These characters can be highly heritable, easily observable, expressing themselves in the same way in any environment (22. Bustamante Intriago E. Selección de material genético de banano cv. Williams (Musa AAA) resistente a sigatoka negra (Mycosphaerella fijiensis Morelet), mutados con radiación gamma. Quevedo. 2019. UTEQ. p 63. http://repositorio.uteq.edu.ec/handle/43000/3842 ), and once the plants are identified, it is essential to select the best ones that present a good productive aptitude or tolerance to certain diseases. Although, the efforts to achieve improvement in the last 50 years have determined that at higher productivity levels, high levels of genetic vulnerability are detected, the essential and fundamental is the genetic valorization of germplasm as a response to achieve stability and productivity of the methods to extend its genetic base (33. Cedeño Vera, J., y Puerta Napa, A. Caracterización morfoagrómica de 51 selecciones élites de plátano CV. Barraganete (Musa AAB Simmonds) en el valle del Río Carrizal. Proyecto de investigación. Escuela de Ingeniería Agrícola. Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí Manuel Félix López.2023.).

The objective of this work was to evaluate the phenotypic diversity in clones of Mussa sp in four localities of Formosa province, Argentina, based on morphological characters.

Materials and methods

 

The sites sampled corresponded to banana growers' farms, located at parallels 25°17′10″ South Latitude and 57°43′21″ West Longitude, in the Pilcomayo Department, approximately 110-141 km from the capital city of Formosa Province, Argentina. Mother plants of the Sub - Group: Cavendish, Variety: Nanika, were sampled in four origins (Riacho He He, Laguna Blanca, Clorinda, and Laguna Naick-Neck), and in each of them two banana farms (Figure 1).

The selected mother plants had a history of performance under adverse climatic conditions (low temperatures -5 ºC and extreme temperatures: 45 ºC) and diseases (yellow Sigatoka), as well as their productivity potential. The plantation design was 2 x 3 m (2 m between plants and 3 m between rows) in some cases, and in others the design was 1 x 4 (1 m between plants and 4 m between rows), being geo-referenced with GPS (Garmin Etrex 10), and passport data were recorded (Figure. 1).

The zones were characterized by soils with natural drainage and the most representative was the loam soil with abundant organic matter, with average annual rainfall ranging from 60 to 61 mm and average temperatures of 27.9 ºC during the study.

Figure 1.  Location of the sampling sites

Morphological characterization was carried out based on morphological descriptors used by IPGRI (55. IPGRI. Descriptores para el Banano (Musa sp.). INIBAP, Montpellier.1996. ISBN: 92- 9043-307-8.) and the International Banana and Plantain Improvement Network. Quantitative characters evaluated were plant height (m) (measured from the base to the V-shaped insertion of the last emitted leaves), pseudostem diameter (cm) (measured from the base to 1 m height), leaf length and width (cm). In addition, petiole length (cm), second hand central finger length (cm) measured with tape measure, while second hand fruit diameter (cm) was measured with a Vernier caliper (Mitutoyo 530-122, graduation 0. 02 mm, measuring range up to 150 mm) were evaluated.

Simple random probability sampling was applied, where each of the phenotypes had a known probability of being selected. The sample size was n = 40 phenotypes per origin, evaluating 320 plants.

The variable system applied consisted of Independent Variable (X): provenances, Dependent Variables (Y):

  1. pseudostem height (PH) (m)

  2. pseudostem diameter (PD) (cm)

  3. leaf length (LL) (cm)

  4. leaf width (LW) (cm)

  5. number of leaves (NL)

  6. petiole length (LP) (cm)

  7. number of hands

  8. second hand central finger length (SHCFL2nd) (cm),

  9. second hand finger diameter (SHFD2nd) (cm).

Variation between provenances was characterized through a multivariate analysis of variance (MANOVA) based on the linear model: "equation (I) Z i j = μ + P i + e i j ".

Z i j = μ + P i + e i j
 (I)

Where: Zij : trait observation for individual j of provenance i; μ: overall mean; Pi : effect of provenance; eij: residual component.

The Hotelling test was applied for the treatment averages at a confidence level of 95 %.

To determine which descriptors showed the greatest variability, a Principal Component Analysis was used based on Spearman's correlation matrix. The genetic variation of phenotypic traits and environmental variables was established using regression trees, to estimate the regression by a recursive partitioning of the sample in binary mode dividing the data set from the environmental variables. For each sampled site, mean annual precipitation and temperature were recorded. Data were obtained from meteorological stations located in Laguna Naick-Neck, Laguna Blanca and Riacho He He (Pilcomayo Department), Formosa Province, Argentina.

All data were analyzed, through the statistical program InfoStat version 2017 on Windows. Tests were performed with a significance level of 5 % (44. Di Rienzo J, Casanoves F, Balzarini M, González L, Tablada M, Robledo C. InfoStat Software Estadístico2017.).

Todos los datos se analizaron, a través del programa estadístico InfoStat versión 2017 sobre Windows. Las pruebas se efectuaron con un nivel de significación del 5 % (44. Di Rienzo J, Casanoves F, Balzarini M, González L, Tablada M, Robledo C. InfoStat Software Estadístico2017.).

Results

 

The variance showed highly significant differences between provenances (Wilkis p < 0.0001) for all the traits evaluated, i.e. the phenotypes behaved differently in the different locations (Table 1). In addition, there were significant (< 0.01*) and highly significant (< 0.0001**) differences for the environmental variables of the different provenances analyzed. In the Hotelling test, it was observed that the means obtained between groups were significantly different between provenances. The provenances of Laguna Blanca and Riacho He He differed from each other, and from Laguna Naick-Neck and Clorinda (Table 2). Table 3 shows the descriptors evaluated that contributed to the characterization of the germplasm.

Table 1.  Analysis of Variance of the phenotypic traits evaluated (Wilkis)
F.V. Statistical F gL (num) gL (den) p
Sources 3.0 27 1143 < 0.0001**
MAR 0.4 54.6 9 391 < 0.0001**
MAT 0.9 2.3 9 391 < 0.01*

*significant (p > 0.05), ** highly significant (p > 0.05)

MAR= Mean Annual Rainfall, MAT= Mean Annual Temperature

Table 2.  Multiple Comparisons Test: Hotelling Test
Source PH PD LL LW NL PL NH SHFD2nd SHCFL2nd
RH 3.0 0.7 2.0 0.8 9.4 0.3 16.8 0.03 0.18 A
LB 2.9 0.6 2.1 0.8 8.1 0.3 15.5 0.03 0.18 B
Cl 2.8 0.6 2.0 0.7 8.4 0.3 15.3 0.03 0.17 C
LN 2.9 0.6 2.0 0.8 8.3 0.3 16.2 0.03 0.17 C

Means with a common letter are not significantly different (p > 0.05).

PH = pseudostem height, PD = pseudostem diameter, LL = leaf length, LW = leaf width, NL = number of leaves, PL = petiole length, NH = number of hands (taken in the middle hand of the bunch), SHFD2nd = second hand finger diameter, SHCFL2nd = second hand central finger length

The Principal Component Analysis explained 87 % of the phenotypic variance in the first two extracted components. The first component contemplated the AP characteristic that contributed approximately 65 % of the observed variability. The second component was composed of the PD variable that contributed 87 % (Table 3). In component 1, the variables that contributed moderately to the characterization were PH, PD, LL and NH. For component 2, the variables that stood out were SHFD2th, and WL (Table 3).

Tabla 3.  Análisis de Componentes Principales para variables cuantitativas analizadas
Component C1 C2
Eigenvalues 5.87 1.97
Ratio 0.65 0.22
Prop. Acum 0.65 0.87
Autovectors
PH 0.39 -0.20
PD 0.40 0.16
LL 0.38 0.14
LW 0.28 -0.50
NL 0.38 0.20
PL 0.17 0.45
NH 0.41 0.03
SHFD2nd -0.11 0.65
SHCFL2nd 0.34 0.02

PH = pseudostem height, PD = pseudostem diameter, LL = leaf length, LW = leaf width, NL = number of leaves, PL = petiole length, NH = number of hands (taken in the middle hand of the bunch), SHFD2nd = finger diameter of second hand, SHCFL2nd = length of central finger of second hand

The regression trees (Figures 2 and 3) showed that all traits were significantly or highly significantly associated with at least one environmental variable. In both Figure 2 and Figure 3, the trees presented terminal nodes, which were determined by differences in mean annual precipitation and temperature. A MAT and MAR threshold of approximately 28.2 ºC and 61.9 mm was shown to be linked to the traits LW, PH, PD, LL, and NH (Figure 2).

MAR=Mean annual rainfall; MAT=Mean annual temperatures.PH=Pseudostem height, PD=Pseudostem diameter, LL=Leaf length, LW=Leaf width, NH=Number of hands.
Figure 2.  Regression trees for the traits pseudostem height, pseudostem diameter, leaf length, leaf width, number of hands depending on rainfall and mean annual temperatures

Sixty-four percent of the sampled individuals were assigned to the partition with MAT and MAR values below or equal to the threshold mentioned in the paragraph above. Both MAR and MAT presented low variances ranging from 0.01 to 0.2 for almost all phenotypic traits, with the exception of NH whose variance was higher 11.2 -12.9. The means ranged from 0.6 to 16.7 depending on the trait analyzed.

In Figure 3, three terminal nodes were observed for the traits PL, NL, SHCFL2th and SHFD2th with a MAT and MAR threshold of approximately 27.6 °C and 60.2 mm. Twenty-seven percent of the sampled individuals were assigned to the partition with MAT and MAR values below or equal to the threshold mentioned in the paragraph above. 2th

MAR = Mean annual rainfall; MAT = Mean annual temperatures.PL= petiole length of, NL=number of leaves, SHCFL2nd = length of the central finger of the second hand), and SHFD2nd (diameter of the finger of the second hand).
Figure 3.  Regression trees for the traits petiole length, number of leaves, length of the central finger of the second hand, and diameter of the finger of the second hand, depending on rainfall and mean annual temperatures

Discussion

 

The studies carried out in the genus Musa show that morphological characterization, based on growth characters, made it possible to obtain groups of individuals with common phenotypic characteristics in a much greater degree of detail than that achieved by classical systematics (66. Mera C. Caracterización agronómica y sanitaria de mutantes de banano cv. Williams en la Estación Experimental Tropical Pichilingue, Provincia de Los Ríos. Tesis de Grado. Guayaquil, Guayas, Ecuador: Universidad de Guayaquil. 2019. p 78. http://repositorio.ug.edu.ec/handle/redug/39405 -1010. Gerónimo F, Ibarra Q, Navia M, Aguirre G. Caracterización morfológica de plátano (Musa paradisíaca L.) en la Provincia NorYungas de la Paz y Provincia Chapare de Cochabamba, Bolivia. Agrociencias Amazonia. 2013;1(2):35-41. https://es.scribd.com/document/307843358/Caracterizacion-Morfologica-de-Platano-Musa-Paradisiaca-l-en-La-Provincia#download ).

Statistical analysis of the collected phenotype samples determined the presence of heterogeneous material, with high variability among provenances. Other researchers have reported statistically similar data (88. Navia M. Caracterización morfológica de cultivares recolectados de banano y plátano. Lima, Perú: PIA. 2019. http://repositorio.uteq.edu.ec/handle/43000/6089 -1414. Torres Cabrera D, García Águila L, Bermúdez Caraballoso I, Sarría Z, Hurtado Ribalta O, Delgado E, Pérez A, Fernández Martínez O. Respuesta morfo-agronómica y organoléptica de cinco cultivares de banano (Musa sp.) en condiciones de campo. Biotecnología Vegetal. 2020; 20 (1): 43 - 50. ISSN 2074-8647, RNPS: 2154. https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/654/pdf ).

The height and diameter of the pseudostem formed the first component, constituting a source of phenotypic variability among clones with similar values reported in other studies (88. Navia M. Caracterización morfológica de cultivares recolectados de banano y plátano. Lima, Perú: PIA. 2019. http://repositorio.uteq.edu.ec/handle/43000/6089 ). As for the trait NH, which also contributed greater variability in the first component, the values per bunch were lower than those obtained in the varieties Tafetan Rojo (dessert banana), Cachaco sin bellota, and Cachaco espermo (cooking bananas) (1414. Torres Cabrera D, García Águila L, Bermúdez Caraballoso I, Sarría Z, Hurtado Ribalta O, Delgado E, Pérez A, Fernández Martínez O. Respuesta morfo-agronómica y organoléptica de cinco cultivares de banano (Musa sp.) en condiciones de campo. Biotecnología Vegetal. 2020; 20 (1): 43 - 50. ISSN 2074-8647, RNPS: 2154. https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/654/pdf ).

Regression tree analysis showed that the variability of most of the quantitative traits was associated with the environment. In this sense, several authors (1515. Roser, L. Genética del paisaje en poblaciones de Prosopis alba de la provincia de Santiago del Estero. (info:eu-repo/semantics/doctoralThesis). Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2017. https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5874_Roser -1818. Vega, M.V. (2023). Instalación de un huerto experimental y evaluación fenotípica de Neltuma alba (Fabaceae) para la estimación ex situ de parámetros genéticos: heredabilidad y diferenciación entre procedencias. Tesis para optar el título de Doctor en Recursos Naturales. Facultad de Ciencias Agrarias. Universidad Nacional del Nordeste. Corrientes. Argentina.) proved the existence of significant associations between morphological variables and some climatic factors, suggesting a control of rainfall on growth in Faidherbia albida and Neltuma alba (1515. Roser, L. Genética del paisaje en poblaciones de Prosopis alba de la provincia de Santiago del Estero. (info:eu-repo/semantics/doctoralThesis). Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 2017. https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5874_Roser ). The observed dependence on mean annual precipitation and temperatures allowed grouping individuals whose parents developed in environments with different precipitation and temperatures.

Conclusions

 

The evaluation and analysis of the morphological descriptors of the four Musa sp. provenances allowed a differentiation based on the phenotypic characteristics of the clones. For the morphological characterization, nine quantitative descriptors were analyzed, being the height and diameter of the pseudostem, leaf length, number of leaves, petiole length, and finger diameter of the second hand, the variables that most contributed to the differentiation of the clones. In addition, it was observed that the analysis based on regression trees determined a significant or highly significant association with at least one environmental variable.