INTRODUCCIÓN

El lulo (Solanum quitoense Lam.) es una especie de la familia Solanaceae, originario de los Andes, cuyo centro de diversidad se ubica en Colombia, en donde se cultiva desde los 1300 a 2200 m.s.n.m, a una temperatura de 14 a 18 °C y con una precipitación entre los 1500 y 2000 mm y en Ecuador, siendo éstos los principales países productores; es un frutal promisorio debido a su sabor agridulce, aroma, color de la pulpa, contenido nutricional, propiedades antioxidantes, medicinales y agroindustriales que lo hace atractivo en el mercado nacional e internacional (Álvarez et al., 2016; ^{Ramírez et al., 2018}). En Colombia, existen dos tipos de variedades de lulo que se cultivan en el país: S. quitoense var. quitoense, que es dulce y sin espinas, y S. quitoense var. Septentrionale, que es ácida y con espinas, a la primera se recomienda sembrarla entre 1600 a 2000 m.s.n.m y la otra se desarrolla mejor entre 1900 y 2500 m.s.n.m. (Ochoa et al., 2016).

La producción de lulo en el país en los últimos diez años se ha incrementado, pasando de un rendimiento de 8,89 Ton/ha a 9,63 Ton/ha (Agronet, 2018) siendo un renglón importante para los agricultores del municipio de Pachavita, por hacer parte de la economía familiar campesina y por su potencial agroindustrial, lo cual muestra la importancia económica que ha adquirido este frutal en el país (^{González et al., 2014}).

A pesar de que Colombia cuenta con las condiciones edafoclimáticas óptimas, clima frío moderado, terrenos pendientes y ondulados, con alta humedad y baja luminosidad, suelos preferiblemente francos, con buen contenido de materia orgánica que han permitido el buen desarrollo del cultivo (^{Casierra et al., 2013}) son escasos los trabajos de colecta, caracterización y bancos de germoplasma, que son necesarios para la obtención de nuevos materiales de siembra. De hecho, la mayor parte de la producción del país se realiza en un esquema carente de tecnología avanzada, y son cultivos de peñas áreas, por ejemplo, en Pachavita, Boyacá (^{Almanza et al., 2016}). Además, es una especie en proceso de domesticación ya que presenta características como: alogamia, adaptación ecológica estrecha, presencia de espinas, latencia, gran cantidad de semillas, antocianinas en diferentes órganos, frutos recubiertos por tricomas (^{Lobo, 2002}). Por lo cual, requiere de bases genéticas caracterizadas y evaluadas que nos permitan entender la dinámica a la que están sujetos estos materiales en el ambiente y por parte del agricultor lo cual está influenciando los procesos de variabilidad genética y de productividad de la especie (Lobo et al., 2007; ^{Medina et al., 2009}; ^{Fory et al., 2010}).

El potencial de utilización de los recursos fitogenéticos de una especie determinada depende del conocimiento que se tenga de él; en Colombia se han llevado a cabo, colectas de lulo y taxas relacionadas en los principales departamentos productores, parte de este material actualmente, se conserva en el Sistema de Bancos de Germoplasma de la Nación Colombiana para la Alimentación y la Agricultura, a cargo de Corpoica (actualmente Agrosavia), el cual comprende 77 accesiones de S. quitoense, ocho de S. hirtum, 17 de S. pseudolulo, cinco de S. vestissimum, dos de S. pectinatum, dos de S. sessiliflorum, uno de S. stramonifolium y dos de S. ferox, todos ellos de la sección Lasiocarpa (^{Lobo, 2002}; Lobo et al., 2007; ^{Medina et al., 2009}; ^{Valencia et al., 2010}).

Para estimar la diversidad genética de las plantas de lulo, pueden ser utilizados métodos como los marcadores morfológicos, bioquímicos y moleculares. En una primera aproximación hacia el conocimiento de la diversidad genética del lulo colombiano y especies relacionadas, se han realizado estudios fisiológicos para evaluar su respuesta en diferentes ambientes (García et al., 2002; ^{Almanza et al., 2016}; Álvarez et al., 2016; ^{Cardona et al., 2016}) así como su resistencia a factores bióticos y abióticos (Polanco et al., 2018). Se han realizado caracterizaciones morfológicas dando como resultado la existencia de polimorfismo tanto en caracteres cualitativos como cuantitativos y revelando propiedades sobresalientes a nivel del fruto (^{Fory et al., 2010}; ^{Diggle y Miller, 2013}; ^{Messinger et al., 2016}; Ochoa et al., 2016; ^{Ramírez et al., 2018}).

Por otra parte, se han realizado estudios de caracterización de la diversidad genética en germoplasma colombiano usando diferentes técnicas moleculares, en los cuales se ha encontrado que existe una variabilidad genética importante y que debe ser conservada y usada en programas de mejoramiento que conduzcan a la identificación de material élite de lulo (^{Bedoya-Reina et al., 2010}; Enciso et al., 2010; ^{Fory et al., 2010}).

El avance en los programas de mejoramiento genético de frutales se hace más eficiente y se acortan los períodos para la obtención de nuevos y mejores materiales cuando se tiene una población básica bien caracterizada, por lo cual, el uso de descriptores morfológicos apropiados permitirá mejorar los procesos de selección y hacer un acercamiento al conocimiento de la base genética de las características de importancia agronómica. Dentro de este contexto, el presente trabajo de investigación tuvo como objetivo principal caracterizar morfológicamente los materiales de lulo (S. quitoense) en el municipio de Pachavita, departamento de Boyacá, con miras a contribuir al mejoramiento genético de esta especie dada su importancia económica en la zona de estudio.

MATERIALES Y MÉTODOS

Colecta y establecimiento en campo

Se colectaron 21 muestras de lulo tanto cultivado (Solanum quitoense var. quitoense) como silvestre, mediante recorridos planeados a las veredas Soaquira (a una altura de 1985 m.s.n.m, precipitación media anual de 864,3 mm, humedad relativa 75 %, con una temperatura promedio de 16 °C) y Sacaneca (a una altura de 2148 m.s.n.m, precipitación media anual de 759,4 mm, humedad relativa del 60 % y con 17 °C de temperatura promedio), ubicadas en la provincia de Neira, en el municipio de Pachavita, departamento de Boyacá, Colombia. En esta región el relieve es inclinado y accidentado y los cultivos de lulo están ubicados en sotobosque, clima premontano bajo (Tabla 1).

Tabla 1 Sitios de colecta de los materiales de lulo evaluados. 

Caracterización morfológica

Para la caracterización morfológica se utilizaron cuatro plantas de cada uno los materiales de lulo colectados y se evaluaron con los descriptores desarrollados por ^{Lobo et al., (2007)}. Para la evaluación de variables cualitativas como el color del episperma (FcEpi), color de la pulpa (FcMeso) y color de la semilla (Csem). Se utilizó un colorímetro digital marca Minolta, donde se determinaron los parámetros del sistema CIELab "L", "a" y "b", a cada fruto se le hicieron tres lecturas en el diámetro ecuatorial, donde L indica la luminosidad, tomando valores de 0 que es negro y 100 es blanco; para los valores de "a" donde menor a 0 es verde y mayor a 0 es rojo, para "b" los valores menores de 0 indican azul y mayores de 0, amarillo.

Para las variables cuantitativas como lo es la longitud del tallo (LT), la cual fue tomada desde la base hasta la primera rama verdadera; longitud de espinas del tallo (TET), longitud de las hojas (LH), longitud del peciolo (LP) y ancho de las hojas (AH), se tomaron en campo con una cinta métrica. De igual manera, se midió el número de lóbulos de las hojas (NLH), el número total de lóbulos por hoja y número de flores por planta (NFINF) de cada material. Para los análisis del fruto se tomaron cuatro por cada material en igual estado de desarrollo y se llevaron al Laboratorio de Fisiología Vegetal de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia en Tunja. En el laboratorio, se determinó el eje polar del fruto (EJE-vertical) y eje ecuatorial (EJE-horizontal) los cuales fueron medidos con un calibrador al igual que el grosor de la cascara (DEPI). También se midió la longitud del pedúnculo del fruto (LPF). Para la medición del peso de los frutos (PF) y de las semillas (PCS) se utilizó una balanza de precisión con una aproximación de 0,001 g calculando el peso de semillas por fruto (PSF). El pH se midió con un potenciómetro previamente calibrado con soluciones buffer de pH 7,0 y 4,0; los grados Brix (°Brix) con un refractómetro digital marca Hanna de rango 0 a 85 % con precisión 0,1 °Brix, el volumen de jugo de cinco frutos (VJF) y la acidez titulable (ATT) en la cual se utilizó la siguiente fórmula.

En donde,

A = Volumen de NaOH gastado

B = Normalidad del NaOH (0,097)

C = peso equivalente expresado en g de ácido predominante en el fruto (ácido cítrico 0,064 g meq-1)

D = peso en gramos de la muestra utilizada (5 g)

C = peso equivalente expresado en g de ácido predominante en el fruto (ácido cítrico 0,064 g meq-1)

D = peso en gramos de la muestra utilizada (5 g)

Análisis de la información

Con los datos obtenidos de la caracterización morfológica se determinó la estadística descriptiva, un análisis multivariado usando el programa estadístico InfoStat (Statiscal Analysis System Ver 2015). Para el análisis de clasificación los descriptores multiestado, se codificaron en la escala presencia (1) o ausencia (0) (^{Crisci y López, 1983}). El análisis de clasificación se realizó mediante la distancia ^{Nei y Li, (1979)} que genera un dendrograma que agrupa los individuos de acuerdo con las características evaluadas. Para la clasificación de los materiales en grupos se obtuvo el promedio de cada variable, la media para las variables continuas y la media para la discreta mediante el programa SAS versión 9.0. Para el análisis multivariado, las correlaciones parciales establecieron las variables relacionadas (valor cercano a "0" significa independencia de las variables); la probabilidad de correlación se calculó con la siguiente fórmula:

Donde Tc= T calculada (probabilidad)

n= Número de observaciones

k= Parámetros evaluados

rij= Valor de correlación de cada variable

Se omitieron las correlaciones parciales con coeficiente de variación menor al 15 %.

El análisis de componentes principales se realizó usando la matriz de correlaciones entre los caracteres. Los componentes principales se graficaron en un plano bidimensional, para agrupar las accesiones caracterizadas.

RESULTADOS

El análisis de componentes principales mostró que los tres primeros componentes explican más del 70 % de la variación fenotípica observada. En el componente principal 1 (CP1) las variables que más aportan a la variación observada son: el eje ecuatorial del fruto (EJE), peso del fruto (PF), volumen de jugo (VJF), eje polar del fruto (EJP) y longitud del tallo (LT). Para el CP2 fueron: color de la pulpa (FcMeso) y grosor de la cáscara (DEPI) y finalmente para el CP3 la longitud de espinas en el tallo (TET) (Tabla 2).

Tabla 2 Componentes principales obtenidos para cada una de las variables evaluadas. 

Se demuestra así, que estas características son las más discriminantes a la hora de evaluar morfológicamente fenotipos de lulo (Solanum quitoense Lam.) lo cual se puede corroborar en el gráfico Biplot para los componentes principales 1 y 2 que separaron a los individuos en cuatro grupos de acuerdo con las características relacionadas a cada uno de los componentes mencionados anteriormente (Figura 1).

Figura 1 Distribución de las variables morfo-agronómicas analizadas de los materiales de lulo colectados en el municipio de Pachavita- Boyacá. 

En el dendrograma de la distribución de las variables morfoagronómicas (Figura 2), queda reflejada la conformación de las agrupaciones entre los diferentes individuos evaluados, así como la distancia entre ellos, el valor del coeficiente de correlación cofenético fue de 0,992, indicando que las variables son más correlacionadas debido a que están cerca a cero de lo contrario las variables lejanas a cero serán más débiles.

Figura 2 Dendrograma final del análisis de clasificación de16 genotipos de Solanum quitoense lam., con relación en el análisis de componentes principales. 

El dendrograma generado a partir de ACP (Figura 2) de las 16 introducciones de lulo, muestra tres grupos a una distancia de 4,45. En el primer grupo se encuentran ocho fenotipos (1A1, 1A3, 1A2, 1A4 (Silvestre), 3C1 (Silvestre), 3C2, 3C3, 3C4), que corresponde al 50 % del total de las introducciones. El segundo grupo representado por cinco fenotipos (2B1, 2B3, 2B3, 2B2, 2B4 (Silvestre)) siendo 43,77 % de la colección. En el tercer grupo se encuentran cuatro fenotipos (4D1 (Silvestre), 4D2, 4D3, 4D4) que corresponde al 25 % de la población.

El Dendrograma muestra dos grandes conglomerados (A y B), lo que se explica por las diferencias y similitudes de los caracteres cualitativos y cuantitativos evaluados en cada grupo, presentando una agrupación en el conglomerado A de 25 % y B con el 75 % para el total de variedades caracterizadas.

DISCUSIÓN

La caracterización morfológica de los materiales de lulo usando los descriptores morfológicos propuestos por ^{Lobo et al., (2007)}, en sus diferentes análisis permitió observar que los caracteres cualitativos y/o cuantitativos relacionados con el fruto, seguido por las características de hoja, tallo y finalmente flores, fueron los más discriminantes. Estos resultados concuerdan con los reportados por ^{Riascos et al., (2012)}, quienes caracterizaron morfológicamente 39 genotipos de la colección de lulo (S. quitoense) de la Universidad de Nariño, procedentes de los departamentos de Cauca, Nariño, Valle del Cauca, Risaralda y Antioquia, encontrando que las variables relacionadas con el fruto, espinas, tallo y flor son las que más aportan a la variación total. Además, los agrupamientos mostraron baja coincidencia a nivel de taxa, lo cual se puede atribuir a los patrones evolutivos que son diferentes para los dos tipos de atributos. Mientras los caracteres cuantitativos son afectados por el ambiente y de herencia poligénica los cualitativos no muestran interacción con el ambiente y son altamente heredables (Lobo et al., 2007; ^{Fory, et al., 2010}).

En el presente estudio, en el análisis de componentes principales se puede observar que los cinco primeros valores propios son mayores a uno, siendo de mayor importancia en el estudio, con una representación del 84 % de la variación total, coincidiendo con ^{Riascos et al., (2012)} con 80,39 % de la variación total evaluándola en cinco componentes. Además, ^{Lobo et al., (2007)} exhibieron valores del 79,2 % de la variabilidad total cuantitativa y con contribución de un conjunto amplio de atributos registrados, a la diversidad de la colección de lulo. Para los caracteres cuantitativos hay una alta contribución por las variables relacionadas con fruto en gran medida a la variabilidad total. La presencia de alto número de flores por inflorescencia es un carácter dominante y por lo tanto, genotipos de este y otros grupos con alto número de flores, no son deseables, puesto que afecta la formación de frutos siendo la gran limitante del grupo uno en el dendrograma.

Las gráficas de dispersión construidas a partir de los componentes principales muestran las observaciones y las variables en el mismo gráfico, dando a conocer las relaciones conjuntas entre ellas. Los ángulos representados por los vectores nos indican la correlación entre las variables (Figura 1), ya que ángulos de 90° presentes entre dos variables indican que no están en correlacionadas, como se puede ver en Ancho de las hojas (AH), pH, Acidez titulable (AT), color de la pulpa (FcMeso) y, por tanto, son menos discriminatorias. Por otra parte, las variables cercanas a cero son representativas y están correlacionadas en una forma positiva como sucede con el volumen de jugo de cinco frutos (VJF), peso de cinco frutos (PF), numero de flores (NFINF), color de la epidermis (FcEpi), eje ecuatorial del fruto (EJE), longitud de espinas tallo (TET) y las que están relacionadas de manera negativa son NFINF y VJF debido a que están ubicados a una distancia de 180°.

De acuerdo con los CP1 y CP2 la dispersión de las 16 introducciones de lulo (Solanum quitoense) permitió la formación de cuatro grupos (Figura 1). El primer grupo (cuadrante 1), lo integran tres fenotipos (1A1, 1A3, 1A4) que representan el 25 % de la colección, caracterizados por presentar volumen del jugo (VJF), el peso de 100 semillas (PCS), la longitud de las hojas (LH), el peso de semillas/ fruto (PSF) y el ancho de la hoja (AH), eje ecuatorial del fruto (EJE), longitud del tallo (LT), eje polar del fruto (EJP), grosor de la cascara (DEPI), longitud del pedúnculo del fruto (LPF). El segundo grupo (cuadrante 2) se encuentran dos fenotipos (1A2, 3C1) representando el 6,25 % de la población, que se caracterizan por el número de flores/ inflorescencia (NFINF), el color de la epidermis (FcEpi), longitud de espinas del tallo (TET) y el color de la pulpa (FcMeso). En el tercer grupo (cuadrante 3) pertenecen cinco genotipos (2B1,2B2,2B3,2B4, 3C2) sin presencia de variables y en el cuarto grupo (cuadrante 4), se presentaron cinco genotipos (3C3,3C4,4D2,4D3,4D4) que corresponde al 25 % de la población, caracterizándose por el peso del fruto (PF), potencial de hidrogeno de la pulpa (pH), la acidez titulable (AT), el color de la semilla (Csem) y la concentración de solidos solubles (SS).

El mayor porcentaje de concentración de variables se encuentra en el cuadrante número 1 (grupo uno), debido a que se presenta mayor homogeneidad entre estas variables; seguido por el cuadrante cuatro y en menor proporción el cuadrante número dos como resultado de la menor homogeneidad entre dichas variables. Según ^{Almanza et al., (2016)}, el peso, longitud, curvatura y pugencia del fruto son caracteres ampliamente usados en el proceso de selección para el mejoramiento genético de especies debido a la variación que estos muestran.

Entre las características físico-químicas utilizados para la evaluación de la calidad del fruto, se estimó el contenido de sólidos solubles (SS), el cual tuvo un promedio de 13,6 °Brix con valores de pH que oscilaron entre 2,4 y 3,5 con un promedio general de 3,3, indicando así que los frutos colectados en la provincia de Neira, en su gran mayoría son agridulces, lo cual es una característica deseable debido a esta tienen un mejor aceptación en el mercado (^{Riascos et al., 2012}; ^{Almanza et al., 2016}; Ochoa et al., 2016).

Los resultados encontrados en este estudio son congruentes con lo encontrado por ^{Lobo et al., (2007)} en el cual evaluaron la variabilidad morfológica de la colección colombiana de lulo Solanum quitoense Lam especies relacionadas de la sección Lasiocarpa y entidades biológicas Solanaceae de otras secciones como grupo externo. Se encontró amplia variabilidad morfológica cualitativa y cuantitativa en las dos variedades botánicas del lulo y las otras entidades biológicas de Lasiocarpa. Los 58 atributos morfológicos cualitativos fueron polimórficos en este conjunto, con presencia de 73,9 % del total de estados incluidos en los descriptores y 4,2 morfoalelos por variable. Igualmente, a lo que se encontró en este estudio, el análisis de componentes principales de los caracteres cuantitativos reveló una alta contribución de las variables de fruto.

El Dendrograma muestra dos grandes conglomerados (A y B), lo que se explica por las diferencias y similitudes de los caracteres cualitativos y cuantitativos evaluados en cada grupo, presentando una agrupación en el conglomerado A por variables representativas de longitud del tallo (LT), grosor de la cascara (DEPI) con un 25 %, y en B por variables como acidez titulable (AT), solidos solubles (SS), eje polar del fruto (EJP) con el 75 % para el total de variedades caracterizadas. Estudios realizados por ^{Riascos et al., (2012)}, encontraron resultados contrarios a lo reportado en este estudio, en el cual el germoplasma evaluado se caracterizó con el 45,45 % por presentar color de la pulpa (Fc- Meso) verde, siendo esta característica exclusiva del grupo con mayor homogeneidad.

El grupo que presento mayor uniformidad respecto a los demás es el número uno, con una distancia euclidiana de 9,4 cm presentando características semejantes en la variedad 1 y 3 (grupo 1), ya que tienen longitudes más largas en las hojas, mayor ancho de las hojas, mayor valor en el eje ecuatorial del fruto y mayor grosor de la cascara. El grupo dos presentó una distancia euclidiana de 11,02 cm, conformado por individuos los cuales presentaron los valores más bajos en las características evaluadas como longitud de tallo, longitud de peciolo, el eje polar del fruto, longitud de pedúnculo del fruto, peso de frutos, menor peso de semillas, menor volumen del jugo y una proporción alta en el número de flores.

La variedad cuatro (grupo 3) con una distancia euclidiana de 17 cm se diferencia de las demás por tener altos valores en las variables como la longitud del tallo, longitud del peciolo, eje ecuatorial y polar del fruto, pH, °Brix, peso de cinco frutos, peso de 100 semillas, peso de semillas/fruto, volumen del jugo de cinco frutos, acidez titulable, tonalidad del color naranja en el epicarpio y tonalidad del color amarillo en las semillas. Estos promedios superiores en fruto son una característica favorable para la comercialización (^{Almanza et al., 2016}; Ochoa et al., 2016). No obstante, esta variedad presenta el menor número de flores/inflorescencia. La presencia de alto número de flores por inflorescencia es un carácter dominante y por lo tanto, fenotipos de este y otros grupos con alto número de flores, no son deseables, puesto que afecta la formación de frutos (Almanza et al., 2016; Ochoa et al., 2016). Esta variedad puede ser una buena alternativa para la selección y mejoramiento de este cultivo, destinados a estudios de mejoramiento con características agronómicas y organolépticas como tamaño, peso, y sabor del fruto.

Se encontraron fenotipos con valores deseables para las características como la longitud del tallo, longitud del peciolo, eje ecuatorial y polar del fruto, pH, °Brix, peso de cinco frutos, peso de 100 semillas, peso de semillas/ fruto, volumen del jugo de cinco frutos, acidez titulable, tonalidad del color naranja en el epicarpio y tonalidad del color amarillo en las semillas. Valores promedios superiores para las características del fruto son favorables para la comercialización, ya que uno de los principales problemas de los programas de mejoramiento de lulo en Colombia es el reducido tamaño y peso del fruto, por lo cual estos materiales pueden ser una buena alternativa para los procesos de selección encaminados hacia la obtención de materiales élite que suplan las necesidades del mercado (^{Fory et al., 2010}; ^{Morillo et al., 2017}).

CONCLUSIONES

Se realizó la colecta de materiales de lulo (Solanum quitoense) tanto sembrado o cultivado y silvestre del municipio de Pachavita, Boyacá, Colombia, logrando el establecimiento de un banco de germoplasma con cuatro variedades de semillas de lulo diferentes en la finca de un agricultor para posteriores investigaciones.

Las variables más representativas en la caracterización morfológica fueron eje ecuatorial del fruto (EJE), eje polar del fruto (EJP), grosor de la cascara (DEPI), peso de cinco frutos (PF), peso de 100 semillas (PCS), volumen de jugo de cinco frutos (VJF) y color de la pulpa (FcMeso), por su alta variabilidad, servirán de referencia para estudios a mayor profundidad en mejoramiento genético de lulo (Solanum quitoense).

La presencia del alto número de flores por inflorescencia es un carácter dominante y, por lo tanto, genotipos de este y otros grupos con alto número de flores, no son deseables, puesto que afecta la formación de frutos siendo la gran limitante en el grupo uno. Siendo la variedad cuatro la mejor alternativa por sus características organolépticas, sabor y apariencia.