CLASIFICACIÓN DE CULTIVARES DE AJO POR MÉTODOS DE ANÁLISIS MULTIVARIADO¹

 Adriana Pardo Roldán* y Carlos Marín R.**

 

¹ Trabajo financiado por el Consejo de Desarrollo Científico, Humanístico y
Tecnológico de la Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado (CDCHT-UCLA).

* Profesor Asistente UCLA. Decanato de Agronomía. 
Apdo. 400. Barquisimeto, estado Lara, Venezuela. Email: pardoadriana@yahoo.es

**  Ingeniero Agrónomo TAI-V. INIA. 
Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias.
Apdo. 4653. Maracay, estado Aragua. Venezuela. Email: carlmarinr@cantv.net

 

RESUMEN

Doce cultivares de ajo, Allium sativum L., colectados en diferentes zonas productoras de hortalizas del estado Lara fueron clasificados por dos métodos de análisis multivariado: análisis de componentes principales y análisis de clasificación jerárquica ascendente. Los ensayos fueron realizados en junio del 98. Se estableció un diseño de bloques al azar con 3 repeticiones y 12 tratamientos. Los cultivares fueron clasificados sobre la base de las siguientes características: altura de planta, número de hojas, Longitud y ancho de hojas, número de dientes aéreos, diámetro, peso del bulbo y rendimiento. El análisis de componentes principales, permitió clasificar a los cultivares por su variabilidad fenotípica para las nueve características evaluadas. Se visualizaron las relaciones existentes entre los cultivares y las características, pudiendo ser ambos explicados en los primeros ejes factoriales con una calidad de representación superior al 80%. El análisis de clasificación jerárquica ascendente permitió clasificar por su similitud fenotípica a los cultivares en cinco clases. La clase IV conformada por el cultivar Palenque sobresalió del resto de los cultivares evaluados por presentar altos valores para rendimiento y otras características de la planta. Se sugiere incluir este cultivar en futuros programas de mejoramiento del cultivo. Los cultivares de la clase 11 deben ser considerados, en general, por su buen comportamiento agronómico.

Palabras Clave: Allium sativum L.; clasificación; análisis multivariado; componentes principales; clasificación jerárquica ascendente.  

SUMMARY

Twelve garlic, Allium sativum L., cultivars, collected at diverse horticulture production zones of Lara State in Venezuela, were classified by principal component analysis (PCA) and cluster analysis. Data were obtained from an assay stablished at Cubiro, in June 1998, using a randomized block desing with three repetitions and twelve treatments. Cultivars were classified according to the following characteristics: plant height, nurnber of leaves, length and width of leaves, number of aerial cloves, diameter and weight of bulbs and yield. PCA allowed classification of cultivars by phenotypic variability. The first two PC explained over 80% of total variance. Cluster analysis classified cultivars, aecording to their phenotypic resemblance, into five groups. Group IV, made up of cultivar Palenque was outstanding for yield and other plant characteristics. This cultivar has potential agronomic attributes for future breeding programs. Cultivars of Group II, in general, had a good performance

Keys Words: Allium sativum L.; classification; cluster analysis; garlic; multivariate analysis; principal components.

Recibido: febrero 22, 2002 

INTRODUCCIÓN

El ajo, Allium sativum L., es una especie que en condiciones tropicales rara vez florece. Debido a esto, se multiplica principalmente en forma asexual o vegetativa, siendo los bulbos o dientes las unidades de siembra propiamente dichas (Brewster, 1994; García, 1990).

La condición estrictamente apomíxtica de esta especie ha dificultado su mejoramiento genético, por lo que se hace imperativo adelantar programas de mejoramiento genético que permitan solucionar la problemática que se presenta en el cultivo en cuanto a: carencia de semilla certificada para la siembra, disminución de los rendimientos y propagación de enfermedades y plagas (Meredith, 1976; Acevedo, 1989; FONAIAP, 1989; IBPGR, 1982; Martínez y Granada, 1993).

Un paso previo para la ejecución de un programa de mejoramiento, consiste en clasificar y caracterizar la población en estudio. El análisis multivariado constituye una herramienta poderosa a la hora de clasificar las colecciones de germoplasma de cualquier especie; entre sus aplicaciones están: medir la variabilidad entre diferentes especies o razas; establecer similitud entre grupos y semejanzas y/o diferencias entre individuos de una misma especie (Cuadras, 1991; Phillippeau, 1990). En cultivos de importancia económica como papa, maíz, arroz, cereza y otros, el análisis multivariado ha sido ampliamente usado para facilitar la interpretación estadística de los datos (Jensen et al., 1997; Siopongco et al., 1997; Alfaro y Segovia, 2000, 1997; Naredo, 1997, Milutinovic et al., 1996).

Kubec et aL (1996) utilizaron el análisis de componentes principales (ACP) para clasificar el A. sativum L. sobre la base de su contenido de aminoácidos esenciales (alliim). Este estudio permitió distinguir 34 muestras de ajo por similitudes en su composición química.

Por lo anteriormente señalado, la presente investigación se planteó como objetivo clasificar 12 cultivares de ajo colectados en diferentes zonas del municipio Jiménez del estado Lara.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se utilizaron 12 cultivares de ajo colectados en diferentes zonas productoras del municipio Jiménez del estado Lara (Cuadro 1). Los cultivares fueron seleccionados durante el período 97-98. La caracterización de cada uno de los cultivares fue señalada en una investigación previa (Pardo, 1999).

El diseño del experimental se estableció a través de bloques completos al azar con 3 repeticiones y 12 tratamientos (12 cultivares), para un total de 36 unidades experimentales. La unidad experimental consistió en parcelas de 3 hileras de 1 metro de largo separadas entre sí a 0,5 m con 0,05 m entre plantas y la unidad de muestreo consistió de 10 plantas seleccionadas al azar en cada unidad experimental.

Las prácticas de campo consistieron de 12 cultivares los cuales fueron sembrados el 23 de marzo de 1998 en la finca "Bismiche" localidad de Cubiro, estado Lara. Debido a diferencias del cielo vegetativo entre los cultivares, la cosecha manual fue realizada en dos épocas diferentes, a saber: el 21-07-98 y el 12-08-98.

Los cultivares fueron clasificados sobre la base de las siguientes características:

• Altura de la planta (AP): expresada como la longitud (cm) desde la superficie del suelo hasta el ápice de la hoja más alta.

• Número de dientes aéreos presentes en el tallo (DA).

• Número de dientes presentes en el bulbo (DB).

• Diámetro del bulbo (DIA): circunferencia del bulbo (cm) medida en la parte media.

• Peso del bulbo (g) de cada planta (PB).

• Longitud de la hoja (LH): medida en cm desde la lígula hasta el ápice de la hoja.

• Ancho de hoja (AH): medida en cm de la parte media de la hoja.

• Rendimiento (REN): peso total (t ha-1) de los bulbos cosechados en la parcela

• Análisis estadístico para la clasificación de los cultivares, los datos fueron analizados mediante análisis multivariado con el paquete estadístico CSTAT (versión 1,0; 1981).

1.  Análisis de Componentes Principales (ACP).

Para el ACP, los datos originales fueron trasformados a valores normales "Z", para luego generarse una matriz de correlación de Pearson para variables cuantitativas (Cuadras, 1991).  

Posteriormente, a través del ACP se obtuvieron nuevas variables producto de la trasformación lineal de las variables originales. Estas variables se caracterizan por no estar correlacionadas entre sí (Phillippeau, 1990).

2.  Clasificación Jerárquica Ascendente. 

Una vez efectuado el ACP, se aplicó para el análisis de similitud, el modelo de clasificación jerárquica ascendente. Esto se hizo con el fin de formar grupos y así poder estimar con precisión las diferencias y similitudes fenotípicas entre los materiales estudiados. Como medida de distancia se utilizó la Distancia Euclidiana y como criterio de segregación los promedios no ponderados (UPGMA). Se representó gráficamente la semejanza fenotípica entre los cultivares a través de un dendograma (Cuadras, 1991).

  RESULTADOS Y DISCUSIÓN

1.    Análisis de Componentes Principales

  Los coeficientes de correlación (r) de las características evaluadas en 12 cultivares de ajo se presentan en el Cuadro 2.

CUADRO 2. Coeficientes de correlación entre las características evaluadas en 12 cultivares de ajo. Localidad de cubiro, 1998.
Variables	Altura de planta (AP)	Dientes Aéreos (DA)	Dientes aéreos (DB)	Diámetro de bulbo (DIÁ)	Peso de bulbo (PB)	Longitud de hojas (LH)	Ancho de Hojas (AH)
DA	-0,12
DB	0,89**	-0,04
DIÁ	0,36	0,38**	0,63**
PB	0,42	0,49**	0,64**	0,94**
LH	0,82**	-0,31	0,83**	0,48	0,38
AH	0,69**	-0,26	0,77**	0,50**	0,33	0,92**
Rend	0,15	0,76**	0,22	0,72**	0,32	0,08	0,07

 Se observaron correlaciones positivas y significativas a un nivel de (P<0,0 1) entre: DB y AP, PB con número de DA y entre número de DB y DIÁ. El AH presentó un coeficiente de correlación altamente significativo con AP, número de DB, DIÁ y LH; mientras que el REN mostró una estrecha asociación con DIÁ y número de DA. De acuerdo a estos resultados, reviste importancia para futuros programas de mejoramiento, la estrecha asociación entre DIA y PB como caracteres determinantes del REN y entre LH y AH para caracteres relacionados con la morfología de la planta, respectivamente.

Los valores propios asociados a cada variable y la proporción de la variación entre los individuos explicados por cada componente se presenta en el Cuadro 3. En él se observa el cumplimiento de los supuestos requeridos para el ACP donde: l₁>l₂>l₃>...>l₈ y Sl_i>70% de la variabilidad total, según lo sugerido por Cuadras (1991).  

CUADRO 3. Valores propios de la matriz XX' de los datos estandarizados, obtenidos a través del análisis de componentes principales. Localidad Cubiro, 1998.
Componentes principales (l)	Valores propios	%	% Acumulado	Histograma
1	4,40	55,02	55,02	*******************
2	2,48	31,05	86,07	***************
3	0,49	6,13	92,20	*********
4	0,35	4,35	96,75	****
5	0,19	2,34	98,89	***
6	0,75	0,68	99,57	**
7	0,02	0,32	99,90	*
8	0,00	0,10	S100,0	*
Total	8,00

En el estudio realizado en maíz, por Alfaro y Segovia (2000) y Segovia (1997) el ACP reveló que el 85% y el 79% de la variabilidad total, respectivamente, era explicada en los 4 primeros componentes, mientras que en este estudio las 8 características evaluadas pudieron ser explicadas en los 2 primeros ejes, con un 80% de variabilidad significativo para los 12 cultivares y las 8 variables a un nivel de P<0,05.

La calidad de representación y las coordenadas de las características según el ACP se presentan en el Cuadro4. Según Cuadras(1991) las características que tienen los más altos coeficientes (en valor absoluto) son aquellas que más contribuyen a la formación de ese eje; de acuerdo a ésto, se observa en el Cuadro 4 que las características: número de DB, DIÁ, LH y AH, PB y AP son las que más contribuyen a la formación del eje 1 o factor 1; mientras que en el segundo factor, las características de mayor peso son número de DA y REN.

CUADRO 4. Calidad de representación y coordenadas factoriales de las características analizadas en los primeros ejes factoriales, según análisis de componentes principales. Localidad de Cubiro, 1998)
Características	Calidad(*)	Factor 1		Factor 2
		Coordenada	Calidad	Coordenada	Calidad
Altura de planta	97,2	-0,8079	65,28	-0,3586	12,86
Dientes aéreos	91,1	-0,1349	1,82	0,9894	80,90
Dientes por bulbo	93,1	-0,9287	86,23	-0,2267	5,14
Diámetro de bulbo	98,9	-0,8200	67,24	0,4201	17,65
Peso de bulbo	92,5	-0,7903	62,46	0,5255	27,62
Longitud de hoja	93,3	-0,8379	70,21	-0,4794	22,99
Ancho de hoja	85,88	-0,7970	63,52	-0,4486	20,13
Rendimiento	86,8	-0,4840	23,43	0,7817	61,11
Total	100		4,40	2,48
(*): La calidad de representación corresponde a la sumatoria de los primeros cuatros factores, de los cuales se muestran en el cuadro sólo los factores 1 y 2.

En cuanto a la calidad de representación, se observa en el Cuadro 4 que todas las características presentaron un porcentaje mayor a 80%, lo cual sugiere que el análisis tiene un alto grado de exactitud, permitiendo estudiar las relaciones existentes entre las características (Cuadras, 1991 ).

La AP es mostrada principalmente en el eje 1 con una calidad de representación de 65%, estos resultados indican que un solo eje es suficiente para explicar un poco más de la mitad de la información sobre esta característica; de igual manera, número de DB, DIÁ y PB, LH y AH se consideran bien representadas en el eje 1. Por otra parte, el REN y número de DA contribuyeron a la formación del eje 2.

Lo anteriormente señalado permite afirmar que las características estudiadas están bien configuradas en los 2 primeros ejes; es decir, que la mayor información posible sobre estas características es explicada por los 2 primeros ejes factoriales, lo cual corresponde a una buena representación para este tipo de análisis (Cuadras, 1991).

La representación gráfica de las coordenadas se presenta en la Figura 1; en esta figura se observó en un plano cartesiano, la ubicación de las 8 características y los 12 cultivares utilizando los 2 primeros factores o ACP como ejes de abscisas y ordenadas. Las características que son mejor explicadas por el eje 1 están concentradas hacia la parte horizontal o eje 1 del plano.

En el segundo cuadrante se concentraron las características: DIÁ, PB, REN y número de DA, las tres primeras muy próximas entre sí debido principalmente a la estrecha asociación entre ellas. Por su parte, los cultivares ubicados en la clase 11, a saber: SAL-1 (3), AN-1 (6), AN-2(7) y PAL-1(9) se concentraron cercanas al REN y sus componentes.

Estos resultados sugieren seleccionar al cultivar PAL- 1 por su estrecha asociación con el REN y características del bulbo corno DIÁ y PB.

En el tercer cuadrante se ubicaron las características LH y AH, AP y número de DB, destacando la proximidad entre LH y AH como consecuencia de la asociación altamente significativa entre ambas. El cultivar BO-4 (1 0) ubicado en la clase IV, se relaciona con las características AP, número de DB, LH y AH, por lo que se sugiere su selección para programas de mejoramiento donde las características morfológicas de la planta sean un criterio de interés.

FIGURA 1. Representación de las variables y de los individuos en los ejes factoriales 1 y 2.

En cuanto a la ubicación cercana de las características al circulo de correlación o circunferencia, los resultados del trabajo se corresponden a lo esperado según Phillippeau (1990) y Cuadras (1991).

En la representación gráfica de los cultivares destaca la ubicación opuesta del cultivar PAL-2 (clase Y) y los cultivares BO-1, BO-2 y AN-3 con el REN, DIÁ y PB. En la clase III, el cultivar BO-3 se relacionó con número de DA.

De manera semejante a los resultados aquí obtenidos, el ACP, le permitió a Kubec et al. (1 996) distinguir cuatro diferentes grupos de ajo por similitudes en su composición química; de igual manera en otros estudios realizados por Messiaen et al. (1994), Kevresan et al. (1997) y Hersi (1996) se logró clasificar ecotipos o cultivares de ajo de diferentes procedencias sobre la base de características morfológicas como: número de DB, tamaño y PB, número de hojas por planta, altura, LH y AH.

Luego de las consideraciones anteriormente señaladas, se deduce que el ACP, permitió clasificar los cultivares de ajo por su variabilidad fenotípica para las 8 características evaluadas.

2.  Análisis de clasificación jerárquica ascendente

para el análisis de la clasificación jerárquica ascendente, los resultados se presentan en la figura 2 y en los cuadros 5,6,7,8,9,10,11.

Los valores obtenidos en la matriz de distancia Euclidiana permitieron construir el dendograma, utilizando para ello el criterio de agregación o agrupación UPGMA de promedios no ponderados por grupos-par (cuadras 1991).

Partiendo del criterio de observar las similitudes genotípicas entre cultivares, el análisis de clasificación jerárquica permitió la separación de éstos en cinco diferentes clases, conformada de la siguiente manera: la clase I agrupo a los BO-1, BO-2 y AN-3 proveniente de los caseríos “Bojo” y “Aguas Negras”, respectivamente. Los BO-1 y BO-2, ambos proveniente del caseríos “Bojo” fueron agrupado junto al AN-3, único cultivar de túnica blanca en la clase I, por su similitud en cuanto al comportamiento. Agronómico los cultivares mencionados, mostraron en común un ciclo precoz, siendo cosechados en la misma época, en julio del 98 en el cuadro 6 se presenta el promedio y la desviación estándar para cada una de las características de la clase I.

FIGURA 2. Representación jerárquica a escala logarítmica de 12 cultivares de ajo.

 

CUADRO 5. Descripción de las clases obtenidas según el sistema de clasificación jerárquica ascendente en 12 cultivares de ajo.
Clase	Número de individuos	Identificador
Clase I	3	BO-1(1);BO-2(2);AN-3(8)
Clase II	4	AN-1(6);AN-2(7);SAL-1(3);PAL-1(9)
Clase III	3	BO-3(4);CUB-1(12);SAL-2(5)
Clase IV	1	BO-4(10)
Clase V	1	PAL-2(11)

 

CUADRO 6. Promedio y desviación estándar para la clase I según análisis de clasificación jerárquica ascendente.

 

CUADRO 7. Descripción general de las características evaluadas en 12 cultivares de ajo.
Características	Promedio	Desviación estándar
AP	50,525	6,272
DA	1,183	0,343
DB	28,430	12,292
DIÁ	3,047	0,253
PB	10,569	1,932
LH	23,011	3,745
AH	1,039	0,227
REN	3,273	0,774

En el Cuadro 6 se observa que los cultivares presentaron un promedio por debajo del promedio general para todas las características evaluadas (Cuadro 7), por tal motivo, en el Cuadro 6 los valores se representan ubicados hacia la izquierda.

Debido al comportamiento agronómico, los bajos rendimientos y en general valores por debajo de la media general para las características estudiadas, no se recomienda el uso de los BO-1, BO-2 y AN-3 para programas de mejoramiento genético con fines de rendimiento.

En la clase II se incluyeron los cultivares SAL-1, AN-1, AN-2 y PAL-1. Los AN-1 y AN-2 fueron colectados en la finca "La Fila", localidad de Aguas Negras, San Miguel. Durante la colecta, el agricultor manifestó que seleccionaba las semillas o bulbos de ciclos anteriores de siembra, tomando como criterio de selección el tamaño y calidad del bulbo. Los SAL-1 y PAL-1 se colectaron en localidades geográficamente distantes como "El Salvaje" y "El Palenque", respectivamente; no se logró durante la colecta obtener mayor información sobre el origen o procedencia de estos cultivares.

El promedio y la desviación para cada una de las características en la clase II se presenta en el Cuadro 8. En esta clase todos los cultivares poseen coloración morada en la túnica y un ciclo vegetativo intermedio. En cuanto a sus características, éstas presentaron una tendencia superior al promedio general. De acuerdo con los resultados obtenidos, se sugiere la selección de los SAL-1, AN-1, AN-2 y PAL-1 a la hora de ejecutar un programa de mejoramiento genético en el cultivo, debido principalmente a que poseen buen REN y en general características agronómicas deseables.

En referencia a lo antes mencionado, los resultados obtenidos por el análisis multivariado sólo permiten señalar que los cultivares agrupados en la clase II mostraron similitud en cuanto a su comportamiento agronómico.

Futuras investigaciones deben conducirse con la finalidad de detectar, mediante técnicas apropiadas, si en efecto los cultivares incluidos en esta clase están o no genéticamente relacionados. En este mismo orden de idea, las investigaciones realizadas en ajo por Bradley et al. (1996); Patena et al. (1996) y Kevresan et al. (1997) se plantearon clasificar ecotipos de ajo por medio de estas técnicas.  

CUADRO 8. Promedio y desviación estándar para la clase II según análisis de clasificación jerárquica ascendente.

La clase III se conformó por los cultivares BO-3, SAL-2 y CUB-1. El promedio y la desviación para esta clase se presenta en el Cuadro 9. Durante la colecta, los agricultores de los BO-3 y SAL-2 manifestaron haber adquirido los bulbos para la siembra en el mercado mayorista de Barquisimeto y el CUB-1 de ciclos anteriores de siembra. No obstante, el análisis empleado agrupó estos cultivares en una misma clase debido a su similitud para las características evaluadas.

El Cuadro 9 destaca el REN con un promedio ligeramente superior al promedio general; mientras que para el resto de las características los promedios se presentan inferiores al promedio. En tal sentido, los cultivares de la clase III no presentan, para las características evaluadas, ningún atributo en especial como para formar parte en programas de mejoramiento donde se requiera el rendimiento como principal criterio de selección.  

CUADR0 9. Promedio y desviación estándar para la clase III, según análisis de clasificación jerárquica ascendente.

La clase IV se conformó por un solo individuo, el cultivar BO-4 de procedencia desconocida. El promedio para cada una de las características en la clase IV se presenta en el Cuadro 10. Tal como se observa, este cultivar arrojó un REN por debajo del promedio general y valores superiores para las restantes Características evaluadas. Estos resultados sugieren que el BO-4, presentó en general buen comportamiento para las características de la planta y el follaje, lo cual sugiere su uso para programas de mejoramiento donde estas características sean el criterio de selección.  

CUADR0 10. Promedio y desviación estándar para la clase IV, según análisis de clasificación jerárquica ascendente.

La clase V estuvo conformada por el cultivar PAL-2. El promedio de cada una de las características de esta clase se presenta en el Cuadro 11. Este cultivar fue colectado en la localidad "El Palenque". En general, resultó con promedios inferiores para la mayoría de las características evaluadas.

En el Cuadro 11 se observa, con respecto al promedio general (Cuadro 7), que el PAL-2 presentó, los menores valores en las características número de DA, DIÁ, PB y REN. No obstante, arrojó valores superiores al promedio general para las características AP, LH y AH. De acuerdo a estos resultados, este cultivar debe ser descartado en programas de mejoramiento donde el REN sea el principal criterio de selección. Dichos datos concuerdan con los obtenidos en el APC, en donde se ubicó gráficamente a este cultivar en oposición a las características REN, DIA y PB.  

CUADR0 11. Promedio y desviación estándar para la clase V, según análisis de clasificación jerárquica ascendente.

El estudio permitió establecer diferencias y similitudes "fenotípicas" entre los cultivares evaluados, no así, clasificar genéticamente los ecotipos de ajo, tal como lo hacen otras técnicas más sofisticadas como las técnicas de electroforesis, uso de marcadores isoenzimáticos, RFLP, RAPD y otras (Maas y Klass, 1995; Bradley et al., 1996; Al-Zahiri et al., 1997; Etoh y Hong, 1997; Peiwen et al., 1997).

CONCLUSIÓN

• A través de esta investigación, se pudieron clasificar 12 cultivares de ajo por su variabilidad fenotípica y similitud u homogeneidad fenotípica. Estos cultivares pudieron ser agrupados en 5 diferentes clases o conglomerados.

• Se recomienda la selección de los cultivares SAL-1, AN-1, AN-2 y PAL-1 para futuros programas de mejoramiento genético, debido principalmente a que poseen buen rendimiento y características agronómicas deseables.

• el BO-4, puede ser utilizado para programas de mejoramiento donde las características morfológicas sean el principal criterio de  selección, ya que se presento buen comportamiento para las características de la planta y el follaje,

AGRADECIMIENTO

A Paúl Azuaje pardo por su cooperación y apoyo para la realización de este trabajo.

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