Germoplasma de Yuca

INTRODUCCIÓN

La yuca (Manihot esculenta Crantz) es un arbusto perenne de cuyo tamaño varìa de 1 a 5 metros de altura, perteneciente a la familia Euphorbiaceae. Es una de las principales plantas alimenticias del mundo, con una producción mundial que alcanza las 160 millones de toneladas por año. Es cultivada principalmente en tres regiones: Africa, en la zona tropical de Sur América y en el Sur y Sureste de Asia. Se siembra en más de 60 países, siendo para éstos, una de las principales fuentes energéticas. Históricamente ha sido un cultivo de agricultores de pequeña escala y en años recientes en plantaciones de mayor área.

Es una especie de origen americano conocida también con los nombres comunes de tapioca, casava, manioca y mandioca, entre otros (Buitrago, 1990). Se desarrolla en una gran diversidad de condiciones tropicales, desde tierras bajas y calientes de los trópicos americanos que va del Noreste de Suramérica (Venezuela y Colombia), hasta el Noreste de Brasil. Se adapta bien a las condiciones marginales que predominan en los trópicos, pero no tolera encharcamientos en el suelo ni condiciones salinas (Montaldo, 1979 y Buitrago, 1990).


IMPORTANCIA EN VENEZUELA Y EL MUNDO

Por su adaptabilidad a las condiciones marginales, la yuca se ha diseminado en toda la zona tropical del mundo y la producción mundial se ha mantenido estable, a un nivel aproximado de 178 y 184 millones de toneladas en los últimos años (FAO, 2005); cerca de 40% de se produce en Africa, otro 40% en Asia y la cantidad restante se produce en América Latina y El Caribe. En esta región, Brasil, Paraguay, Colombia y Perú representan 90% de la producción, aportando Venezuela sólo 1,44% (Polanco, 2000).

La yuca es el cultivo que produce mayor cantidad de energía, seguido de maíz, arroz, ocumo, sorgo y papa (Montaldo, 1989). Es una de las raíces comestibles y comerciales más usadas en el mundo, principalmente como fuente de carbohidratos, especialmente por su contenido de almidón, que después de la celulosa es la materia orgánica de mayor disponibilidad. El almidón es un recurso renovable que le permite competir con el petróleo y sus derivados en aplicaciones que van desde generador de energía (alcohol etílico), en la industria textil, en la fabricación de papeles adhesivos y puede tener potencial en la producción de dextrosa (Montaldo, 1989; Quintero, 1985; Buitrago, 1990).

El valor de la producción de este rubro en el trópico está dentro de los 10 cultivos más importantes. Es producido por agricultores de pocos recursos económicos, en suelos de baja fertilidad natural e inapropiados para otras plantas alimenticias, siendo una de las principales fuentes de carbohidratos, lo que le otorga una significación social importante. Por otra parte, también se ha convertido en un cultivo agroindustrial de muy amplio desarrollo, siendo relevante su producción en el Sureste asiático, algunos países de África, Brasil y Paraguay (Montaldo, 1996).

En el país, la yuca es uno de los principales cultivos en la economía campesina, caracterizada por un alto uso de mano de obra familiar. Ocupa un lugar destacado dentro de los cultivos adaptados a una agricultura sustentable, ya que es posible que produzca adecuadamente en suelos de baja fertilidad (Mantilla y Villafañe, 2000) y su rendimiento potencial excede los de otros cultivos en condiciones subóptimas. Sin embargo como todas las plantas, se desarrolla mejor en suelos fértiles, bien drenados, neutros, de buena retención de humedad, pero compite satisfactoriamente en condiciones extremas de suelos y, para obtener buenos rendimientos, es necesario el suministro de fertilizantes, principalmente fósforo. (Adams y Contreras, 1996).

Los productores plantan la yuca con bajos niveles de tecnología y toman de cualquier parte de la planta las estacas para la próxima siembra, por lo que la "semilla" comercial es un subproducto que no ha sido manejado para este fin; en consecuencia, se puede señalar que en general la semilla utilizada por los agricultores no siempre es la más adecuada (Mantilla, 1996).

En los últimos años, se evidencia una reducción de la superficie de siembra en el país, pasando de 45.411 ha sembradas en el año 2000 a 40.000 ha en el año 2004, e igualmente ha ocurrido una disminución en la producción, donde para el año 2000 fueron reportadas 570.564 t y 490.000 t en el 2004. Los rendimientos se han mantenido constantes. (Cuadro 1).

El consumo de yuca per cápita en el país, está en el orden de 18,1 g/día, lo cual contrasta con los consumos de trigo, arveja, lenteja, garbanzo y otros productos originarios de países de clima templado (Mantilla y Villafañe, 2000).


Cuadro 1. Superficie (ha), rendimiento (t/ha) y producción (t) de yuca en Venezuela. 2000-2004

Fuente: FAO/FAOSTAT Agricultura. 2005


VALOR NUTRICIONAL

La raíz de yuca contiene menores cantidades de grasa y proteína que el arroz, maíz u otros cereales. Dado que las dietas, tanto para alimentación humana como para los animales, se componen de combinaciones de nutrientes o mezclas de éstos, la yuca representa un gran aporte en el mejoramiento de la alimentación de las zonas tropicales, donde el rendimiento por hectárea es superior al de los cereales (Montaldo, 1979).

La raíz y el follaje del cultivo de la yuca son dos subproductos, que balanceados con otros componentes de la dieta, son de alto valor nutritivo. La raíz es fundamentalmente rica en carbohidratos y el follaje es uno de los materiales vegetales verdes con mayor concentración proteica, y contiene más grasa y fibra que las raíces. Normalmente las hojas contienen más del doble de proteínas que los tallos, y también son más ricas en caroteno, calcio y fósforo. En el caso de la yuca la concentración de fósforo es mayor en la raíz, mientras la de calcio es mayor en el follaje (Cuadro 2 y 3) (Buitrago, 1990; Montaldo, 1979).

La producción de follaje de yuca por hectárea, cuando el cultivo se destina exclusivamente a la producción de este material, es de aproximadamente 150 toneladas por año. El contenido proteico del material es de alrededor de 20%, lo que indica que es factible obtener 35 toneladas de harina de follaje (hojas y tallos) con 12% de humedad, que contiene a su vez unas 6 toneladas de proteína.


Cuadro 2. Contenido de materia seca (%) y proteínas total en diferentes productos utilizados en alimentación animal

Fuente: Buitrago, 1990



Cuadro 3. Composición química de la raíz y del follaje de la yuca (base húmeda y base seca)

Nota: Follaje = hojas y tallos tiernos. Los tallos representan menos del 20% del peso del follaje.
Fuente: Buitrago, 1990


El contenido de vitaminas y minerales en las raíces de yuca es bajo, especialmente cuando se compara con otras materias primas de uso común en la alimentación animal. En el Cuadro 4 se presentan las vitaminas más importantes en las raíces y hojas de yuca y en el Cuadro 5 se pueden observar los minerales menores mas importantes.


Cuadro 4. Presencia de vitaminas en las raíces y hojas de yuca fresca (Base húmeda) y secas (Base seca)

Fuente: Buitrago, 1990



Cuadro 5. Principales minerales en las raíces y hojas de yuca

Fuente: Buitrago, 1990


En el cuadro 6 se presenta la comparación de las necesidades de aminoácidos estimadas por la Organización Mundial de la Salud y la composición de los aminoácidos aportados por el cultivo de la yuca, observándose los aportes favorables para cubrir las necesidades de aminoácidos para el niño en las etapas de lactante y edades preescolar y escolar y muy especialmente para el adulto.


Cuadro 6. Comparación de las necesidades de aminoácidos estimadas con la composición de aminoácidos presente en la yuca

Cómputo químico =(mg de aminoácido en proteína de ensayo / mg de aminoácido en cuadro de necesidades) x100
AAA = aminoácidos aromáticos (fenilalanina – tirosina)
Fuente: Datos de la Organización Mundial de la Salud, citado por Ortega (1998)


USOS PRINCIPALES

Se estima que más o menos 65% de la producción mundial de raíces se destina a la alimentación humana (Buitrago, 1990). En la mayoría de las zonas productoras las raíces se utilizan en forma fresca, como elemento básico de la alimentación humana diaria y una proporción aproximadamente igual se procesa de diferentes maneras para su consumo.

Tanto las raíces como el follaje (hojas, pecíolos y tallos tiernos) son productos primarios de la planta que se pueden utilizar como alimento para animales. En ciertos lugares de África las hojas de yuca también se usan en la alimentación humana, como verduras frescas. Además de estos productos primarios de la yuca, existen otros derivados que tienen también buen potencial como alimento para animales, especialmente los subproductos de los procesos de industrialización (el bagazo o ripio, la cáscara o corteza) (Buitrago, 1990).

Es importante señalar que existen diferencias entre las variedades de yuca dependiendo de la concentración de ácido cianhídrico (HCN); así, una variedad de yuca puede ser amarga y altamente tóxica si el contenido es alto (mas de 100 m g de HCN/100 g de peso), o puede ser dulce si éste es bajo (menos de 50 m g de HCN/100 g de peso). Sin embargo, la diferenciación entre variedades amargas y dulces no siempre es exacta, ya que el contenido de ácido cianhídrico no es constante y depende de la variedad, el ambiente, la sequía, la fertilidad del suelo y la deficiencia en potasio, pudiéndose encontrar variedades dulces que en ciertas condiciones se comportan como amargas y viceversa (Montaldo, 1979). Dependiendo de este carácter se determina su uso final, las amargas mediante un procesamiento adecuado puede ser de uso industrial o procesamiento tradicional, mientras que las dulces se usan para consumo fresco, aunque en algunas casaberas la usan para la producción del casabe cuando no existe en el mercado suficiente yuca amarga.

En Venezuela la yuca también tiene otros usos los cuales heredamos de nuestros indígenas, unos en la actualidad han sido tecnificados y otros son mantenidos por algunas etnias (Madriz, 2000; Montaldo, et al. 1996):

REPRODUCCIÓN

La propagación del cultivo de la yuca se hace por métodos asexuales, utilizando trozos de tallos llamados estacas. De esta forma, un clon conservará su estabilidad genética y, por lo tanto, todos sus caracteres hereditarios. Es importante resaltar que en esta planta a través del tiempo se ha producido una selección natural, formándose de esta manera una gran variedad de ecotipos (Luciani, 1996). Por otra parte, las estacas usadas para la plantación provienen de siembras repetidas que los agricultores han perpetuado, originando diversas identidades para los clones existentes, los cuales en algunos casos es probable que se conozcan con diferentes nombres según el sitio donde se planten o donde se haya adquirido el material.


CARACTERIZACIÓN DEL BANCO DE GERMOPLASMA

Toda esta gran variedad de ecotipos y de denominaciones hace necesario la recolección o formación de colecciones de clones de yuca o Bancos de Germoplasma, y la necesidad de evaluarlos y caracterizarlos, utilizando para tal fin descriptores definidos, que permiten así la sistematización de los caracteres estudiados en todos los clones.

Es importante señalar que las colecciones de variedades y clones de yuca existentes en los bancos de germoplasma constituyen la base de los programas de mejoramiento genético de este rubro. Así, en vista de la importancia de colectar, conservar, caracterizar y evaluar el germoplasma el Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas mantiene actualmente cinco bancos de germoplasma de yuca, ubicados en: INIA-Anzoátegui, INIA-Barinas, INIA-CENIAP (Aragua), INIA-Monagas e INIA-Zulia (Figura 1). En la actualidad en el banco de germoplasma del CENIAP se mantienen 191 clones en campo, y de estos 34 clones en el banco de germoplasma in vitro, los cuales están siendo caracterizados a través de descriptores bioquímicos, moleculares y morfológicos. Dentro de estos últimos, EMBRAPA-Centro Nacional de Pesquisa de Mandioca y Fruticultura (Fukuda y Guevara, 1998) recomiendan 75 descriptores, los cuales se agrupan en las siguientes categorías:

Figura 1. Ubicación de los bancos de germoplasma de yuca del INIA. (Zulia, Aragua, Barinas, Anzoátegui y Monagas)


La interacción de los descriptotes morfológicos con los descriptores bioquímicos y moleculares, conjuntamente con los datos de pasaporte, constituyen una herramienta importante para la identificación de duplicados en las colecciones.

Para mantener y caracterizar los clones de yuca del Banco de Germoplasma del CENIAP, se plantan en el campo experimental del CENIAP – Maracay, en clima seco tropical, Latitud 10° 15´N, Longitud 67° 36 W, altura 450 msnm, precipitación promedio anual 1179,2 mm. Los clones se mantienen mediante plantaciones en campo, repetidas anualmente, utilizando el material vegetativo del año anterior (Figura 2).



Figura 2. Vista general del  Banco de Germoplasma de yuca del CENIAP


Para la plantación se seleccionan tallos sanos, vigorosos y maduros de plantas que posean entre 8 y 14 meses de edad. Las estacas seleccionadas de esta manera garantizaran una buena nutrición de los brotes y resistencia a períodos de sequía. La longitud de las estacas puede variar entre 15 a 20 cm, para garantizar un número óptimo de yemas (Figura 3). Los clones de yuca son plantados a un metro entre planta sobre un surco de 10 metros de largo, con una separación de 1 metro entre surcos. Para seleccionar las mejores estacas se sugiere chequear el cilindro central de la misma, y se deben utilizar aquellas donde la proporción de tejido corchoso sea similar a la proporción de tejido leñoso de la raíz (Figura 4).




Figura 3. Tamaño del tallo y estacas recomendados para la siembra de yuca




Figura 4. Estacas de yuca mostrado el cilindro central: zona corchosa (→)   y zona leñosa (→)


ACTIVIDADES REALIZADAS EN EL BANCO DE GERMOPLASMA

1.- Caracterización morfológica, molecular e isoenzimática

La caracterización morfológica realizada en tallos y raíces sobre los clones existentes ha permitido generar una base de datos, donde se dispone de información de 21 características cualitativas y 21 cuantitativas, con la finalidad de identificar cada clon, detectar posibles duplicaciones en el material colectado y poder seleccionar clones de interés agronómico. Adicionalmente de los 191 clones existentes en el banco, 65 clones fueron caracterizados conjuntamente a través de marcadores morfológicos, moleculares e isoenzimáticos (bioquímicos) (Cuadro 6), obteniéndose como resultado que entre estos 65 clones no existen duplicados en el banco de germoplasma de yuca del CENIAP.

Cuadro 6. Clones de yuca del banco de germoplasma caracterizados a través de marcadores morfológicos, bioquímicos y moleculares.

2.- Conservación y multiplicación de clones de yuca a través del cultivo de tejidos in vitro

En Venezuela existe la necesidad de producir semillas que garanticen el suministro de variedades o cultivares de alta calidad y rendimiento a los productores y adaptados a las diferentes zonas productoras de yuca del país. Existe además, un interés por cultivar la yuca con grandes proyecciones hacia la agroindustria y se plantea la necesidad de satisfacer una demanda de semilla que sobrepasa la oferta tradicional de este rubro.

En este sentido, el Laboratorio de Biotecnología del INIA-CENIAP desarrolló una metodología de propagación y de conservación in vitro de clones de yuca a partir del cultivo de microestacas. Realiza además, el saneamiento de clones mediante el cultivo de meristemas con la finalidad de obtener plantas libres de virus es decir, en buenas condiciones fitosanitarias, con alto potencial de propagación para convertirse en semilla de alta calidad para los productores agrícolas. (Figura 5).

El cultivo de segmentos nodales del tallo o microestacas en un medio de cultivo rico en nutrimentos y bajo condiciones controladas de luz, temperatura y humedad, permite la multiplicación rápida de plantas (4-5 meses), fácilmente aclimatables y con altos porcentajes de sobrevivencia tanto en condiciones de umbráculo como de campo. De está manera se está multiplicando a partir del cultivo de microestacas 24 clones de yuca (Figura 6), con la finalidad de evaluarlos en las diferentes zonas productoras y seleccionar aquellos con las mejores características agronómicas.

La conservación in vitro se realiza inicialmente mediante el cultivo de meristemas y posteriormente el mantenimiento del banco de germoplasma se realiza mediante el cultivo de microestacas en un medio de cultivo de mínimo crecimiento. El banco de germoplasma se debe renovar cada 4-5 meses a través de nuevos ciclos de cultivo de microestacas. Las plantas conservadas in vitro permanecen en cuartos climáticos bajo fotoperiodo de 12 horas diarias de iluminación y 12 de oscuridad, y temperatura de 27 ºC.

El empleo de esta metodología de conservación por tiempo indefinido y en un espacio limitado disminuye los riesgos de exposición del material vegetal a los desastres naturales que se pueden presentar en el campo y permite regenerar fácilmente plantas cuando se requiera (Albarrán et al, 2003). La conservación in vitro de especies vegetales facilita el intercambio internacional de germoplasma, pues bajo estas condiciones se garantiza en un alto porcentaje de sanidad y disminución de los riesgos de diseminación de patógenos.

En la Unidad de Biotecnología del CENIAP se mantienen conservados in vitro 34 clones de yuca, 21 de ellos provenientes del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), Colombia y 13 clones locales.



Figura 5. Planta de yuca in vitro en tubo de ensayo




Figura 6. Plantas de yuca de 8 semanas de edad propagadas in vitro en medio de cultivo sólido


PERSPECTIVAS

Las perspectivas futuras en lo que respecta a la actividades relacionadas con el banco de germoplasma de yuca es continuar evaluando los clones en las diferentes zonas productoras, aplicando metodologías biotecnológicas para la conservación in vitro y caracterización del mismo. Igualmente seguir colaborando con los diferentes organismos, instituciones y asociaciones de productores que están relacionados con el desarrollo de este cultivo.


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS