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CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA -CONCYT- SECRETARIA NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA -SENACYT-
FONDO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA -FONACYT- UNIVERSIDAD DEL VALLE DE GUATEMALA –UVG-
INFORME FINAL
ANALISIS Y CUANTIFICACION DE LA DIVERSIDAD GENETICA, DENTRO DE LA ESTRATEGIA Y CONSERVACION DEL PINO BLANCO (Pinus ayacahuite
Ehren.) EN LA REPUBLICA DE GUATEMALA
PROYECTO FODECYT No. 032-2008
Dra. Silvana Maselli de Sánchez Investigadora Principal
GUATEMALA, FEBRERO DEL 2011.
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i AGRADECIMIENTOS
La realización de este trabajo, ha sido posible gracias al apoyo financiero dentro del Fondo Nacional de Ciencia y Tecnología, -FONACYT-, otorgado por la Secretaría Nacional de Ciencia y Tecnología –SENACYT- y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología –CONCYT-.
ii OTROS AGRADECIMIENTOS
Agradecemos el aval y colaboración brindado por las oficinas del INAB en Guatemala, a través de la Licda. Nury Rojas y de las Oficinas del INAB, Quetzaltenango a través del Ing. Mynor Perez, Director Regional VI, por proporcionar el vehículo para la identificación de poblaciones. Así como al Ing. Augusto Recinos Rodas, quien participó en la identificación de las poblaciones de pino blanco en el Departamento de Quetzaltenango
Agradecemos al Alcalde de la Municipalidad de Cabricán, Señor Vitelio Pérez por el apoyo incondicional a la ejecución de este proyecto; así como a los Técnicos Forestales Esban Ramos y Tráncito López por participar en las visitas, muestreos y toma de datos de la población de pino blanco en el Cerro Ojo de Agua.
Agradecemos el aval y toda la colaboración que la Fundación Defensores de la Naturaleza brindó a los Investigadores y Asistentes de Laboratorio para viajar a la Reserva de Biósfera Sierra de las Minas, proporcionando vehículo para subir a la zona núcleo. De forma especial agradecemos al Ing. Oscar Nuñez, Director de la Fundación y Al Ing. Cesar Tot, Director de la RBSM, por coordinar las visitas y proporcionar la ayuda logística necesaria para ejecutar las actividades del proyecto en la zona núcleo. Agradecemos al Sr. Israel Alvizurez e Ing. Rudy del Cid por facilitarnos el transporte hacia la Reserva y a los Guardarecursos Mario Ramos y Ramos y Héctor Mejía Lima por su eficiente labor y colaboración para identificar los sitios de colecta, tomar muestras, realizar los transectos y toma de datos del estudio ecológico.
Agradecemos a la Oficina de Proyectos de la UVG por toda la colaboración brindada para la ejecución de este proyecto, y de manera especial a la Srita. Geidi Aguilar, por su apoyo incondicional. Así como al equipo de investigación del proyecto Licda. Mayra Maldonado, Lic. José Guillermo Juárez y Br. María José Larrave, por su esfuerzo y dedicación en la ejecución de cada una de las actividades de este proyecto. Agradezco a la Dra. Arancha Gómez-Garay de la Universidad Autónoma de Madrid por su ayuda para verificar los resultados de la varianza molecular entre poblaciones.
Y sobre todos agradecemos a Dios por darnos vida, salud, fuerzas y sabiduría para seguir trabajando por la conservación de la biodiversidad y de los recursos genéticos de Guatemala.
iii RESUMEN
El estudio y análisis molecular de la diversidad genética de las poblaciones del pino blanco (Pinus ayacahuite Ehren.) en los Bosques de Cerro Ojo de Agua, Cabricán Quetzaltenango y zona núcleo de la Reserva de Biósfera, Sierra de las Minas en El Progreso se realizó en geles de poliacrilamida (6%) y tinción de plata. Se emplearon seis microsatélites de cloroplastos (cpSSR) de Pinus thumbergii (Pt 30204, Pt 71936, Pt 15169 Pt 26081 Pt 63718, y Pt 87268). Bajo las condiciones en que se realizó el estudio, el análisis del número de haplotipos: 24 para la población del pino blanco en el Bosque de Cabricán Quetzaltenango y 20 para la de la Sierra de las Minas, junto al valor medio de la diversidad genética haploide para ambas poblaciones (H=0.97), indicaron una alta diversidad genética para estas poblaciones en ambos bosques. El valor de la media del índice de información de Shannon I=3.0, junto al porcentaje de loci polimórficos (P=100%), obtenidos con los seis microsatélites, reiteraron la alta diversidad genética del pino blanco en las dos poblaciones estudiadas. La diversidad genética de la población de Cabricán está distribuida en los cinco estratos muestreados en la gradiente altitudinal (2,831-2852 m SNM), sin embargo el estrato cinco por poseer 13 de los 14 alelos identificados, incluyendo el alelo 144, único para ese estrato y en una frecuencia de 0.3, merece especial atención para su conservación y para obtener semilla de esta área para conservar la diversidad genética y para ser empleada en reforestación. Mientras que para la población de la Reserva de Biósfera Sierra de las Minas el estrato tres por encontrarse en la gradiente altitudinal entre los estratos de mayor altitud (4 y 5) y los de menor altitud (1 y 2), recibe el flujo genético del resto de estratos; por lo que también debe recibir atención para su conservación y considerarse como fuente de semillas para la conservación y para ser empleada en reforestación. El análisis de varianza molecular análogo al valor de Fst (Coeficiente de Diferenciación entre poblaciones), mostró que la distribución de la varianza a nivel molecular de las poblaciones está contenida en un 99% dentro de las poblaciones y sólo 1% entre ellas. Este resultado puede explicarse en base a que de los 14 alelos identificados, todos se encuentras en ambas poblaciones, pero no en todos los estratos, ni en las mismas proporciones. Del total de 44 haplotipos identificados, las dos poblaciones sólo comparten cinco (4, 7, 8, 13 y 15). Otra explicación sugerida, en base a otros estudios, es la de una primera expansión demográfica de pinos de Norte a Sur, antes de la divergencia de grupos en el Plioceno.
El estudio ecológico del Bosque Cerro Ojo de Agua en Cabricán, Quetzaltenango, mostró un bosque homogéneo, cuya distribución relativa de especies presenta al P. ayacahuite como la especie más importante (117.01%), seguido por P. maximinoi y Abies cf.
guatemalensis (93.78% y 31.87%, respectivamente). El pino blanco y el pinabete tienen la mayor cantidad de individuos jóvenes; la cantidad de individuos de regeneración encontrados (87, 57% de todos los encontrados), implica una buena cantidad de semillas germinadas para asegurar la regeneración de la especie a largo plazo. En cuanto a la fijación de carbono de la especie se encontró una mayor fijación en Cabricán, entre 7.67 a 13.70 toneladas de Carbono por hectárea (tC/ha), donde el pino blanco es dominante en todas las parcelas del estudio; que en la Reserva de Biósfera Sierra de las Minas (RBSM), entre 5.99 a 10.69 tC/ha donde no es dominante. Este dato es importante dentro del mercado de servicios ambientales y para hacer cálculos del intervalo de edad en que es más productiva la especie y sería más eficaz su aprovechamiento. En cuanto a la diversidad de especies, en el Bosque de la RBSM se
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encontraron 21 especies de árboles, comparado con las 8 especies encontradas en Cabricán. El diametro medio cuadrático (quadratic media diameter, Dg), que incluye todos los árboles de DAP>10cm del bosque, de RBSM (31.72 ± 21.46) es mayor que el de Cabricán (28.36 ± 11.98). La cobertura de copas es estadísticamente significativa y mayor en Cabricán (t0.10=1.943, 6g.l., P=0.14), pero el suelo expuesto en RBSM es menor, donde el suelo estaba cubierto por plantas de sotobosque (t0.10=1.943, 6g.l., P=0.14), que en el Bosque de Cabricán.
Se encontró una correlación entre tipo de haplotipos y sus datos morfológicos que permitió identificar los mejores individuos para programas de aprovechamiento de la madera.
En cuanto a las recomendaciones para conservación: se recomienda al Instituto Nacional de Bosques (INAB) y a la Municipalidad de Cabricán priorizar al Bosque del Cerro Ojo de Agua para su conservación e iniciar las medidas pertinentes que permitan conservar la diversidad genética in situ de este bosque. A Fundación Defensores de la Naturaleza se recomienda una atención especial para el estrato tres en el área conocida como cuatro caminos, que por ser área de paso, necesita que la diversidad genética del pino blanco distribuida en este sitio se conserve y que el actual flujo genético, identificado con el análisis molecular, no se interrumpa entre los individuos de pino blanco de los estratos de mayor altitud (4 y 5) con los de menor altitud (1 y 2).
v ABSTRACT
The molecular analysis of the genetic diversity of two populations of white pine (Pinus ayacahuite Ehren.) located in Cerro Ojo de Agua, Cabricán, Quetzaltenango and nuclear zone of Biosphere Reserve Sierra de las Minas (RBSM), El Progreso was evaluated using polyacrilamide gels (6%) and silver staining. Six chloroplast microsatellite markers (cpSSR) from Pinus thumbergii were used ((Pt 30204, Pt 71936, Pt 15169 Pt 26081 Pt 63718, y Pt 87268). The analysis showed 24 haplotypes for the Cabricán population and 20 for the Sierra de las Minas, which resulted in a high genetic diversity (H=0.97) for both populations.
Shannon´s Index (I=3.0) and percentage of polymorphic loci (P=1005) supported the high genetic diversity found in both forests. In the Cabrican population the genetic diversity is distributed along the five altitudinal clines (2,831-2,852 m). Altitude cline number five deserves special attention for its conservation and as a seed source for reforestation, since it contains 13 of the 14 haplotypes found and also a private allele, 144, (p=0.3). Altitudinal cline number three at Sierra de las Minas holds 13 of the 14 haplotypes and is located between the higher clines (4 and 5) and the lower clines (1 y2), receiving the gene flow from both areas.
This site also deserves special attention for its conservation and as a seed source for conservation and reforestation. The AMOVA analysis showed that 99% of molecular variance is inside the populations and just 1% between them, despite the geographical distance between populations The distribution of the same 14 alleles in both populations could explain the low differentiation; although their distribution and proportions at the altitudinal clines are not the same. A first pine North to South demographic expansion around the Pliocene, before the divergence of populations, suggested in other studies, could also explained the low molecular variance.
The ecological study at the Cerro Ojo de Agua in Cabricán, Quetzaltenango showed a homogenous forest, being the P. ayacahuite the most important species (relative distribution=117.01%), followed by P. maximinoi (93.78%) and Abies cf. guatemalensis (31.87%). Whe white pine and Abies guatemalensis showed the greatest amount of juveniles (87) and the percentage of regeneration found (57% for both species) suggests that a good amount of seeds germinate, implying the regeneration of the species in the long run. Carbon fixation was higher (7.67 to 13.70 tC/ha) for the population located at Cabrican, where the white pine was dominant among the study plots; that at the population of Sierra de las Minas (5.99 to 10.69 tC/ha), where the species is not dominant. This result is very important for the environment services market and to find the species most productive age for its utilization. 21 different species were found at the RBSM forest and just 8 at the Cabrican´s. The quadratic media diameter, Dg ,that included all trees with DBH>10 cm (Diameter at breast height) is higher at RBSM (31.72 ± 21.46) than at Cabrican (28.36 ±11.98). The tree´s cups were statistically significant and higher at Cabrican (t0.10=1.943, 6g.l., P=0.14) than at RBSM, but there is less exposed soil at RBSM, where there was abundant undergrowth plants. A
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correlation between haplotype and morphological data was found, which aloud to identify which individuals are suitable for limber use programs. We recommend to Instituto Nacional de Bosques (INAB) and to the Municipalidad de Cabrican to establish as a priority the conservation of the Cerro Ojo de Agua forest and to establish procedures to preserve in situ the genetic diversity of this forest. To Fundación Defensores de la Naturaleza, we recommend to give special attention to the conservation of altitudinal cline number three, because the gene flow exchange that might occur in this cline, between the higher and lower clines studied, needs to continue and evolve in time. Its location at Cuatro Caminos, as a crosswalk area, could endanger its genetic diversity.
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Tabla de Contenidos
AGRADECIMIENTOS……….i
RESUMEN………iii
ABSTRACT.………..v
PARTE I I.1 INTRODUCCION………1
I.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA………...3
I.2.1 Antecedentes en Guatemala………4
I.2.1.1. Recursos genéticos forestales de Guatemala………4
I.2.1.2. Conservación de los recursos genéticos forestales, planes y estrategias a nivel internacional………....5
I.2.1.3. Ordenación de áreas protegidas y conservación in situ de los recursos genéticos forestales………..6
I.2.1.4. Aplicaciones de los marcadores microsatélites en la domesticación y conservación de árboles forestales………...7
I.2.1.5. Estudios de diversidad genética del pino blanco en Guatemala..………8
I.2.2 Justificación del trabajo de investigación..………...9
I.3 OBJETIVOS I.3.1 General………11
I.3.2 Específicos………...…11
I.4 METODOLOGÍA………..12
I.4.1 Descripción del área de estudio………...12
I.4.2 Características y geografía del bosque mixto Cerro Ojo de Agua, Cabricán Quetzaltenango………12
I.4.2.1 Características y geografía del bosque en la Reserva de Biosfera Sierra de las Minas……….14
I.4.3 Descripción de la especie………..………...15
I.4.3.1 Colecta de material vegetal para el estudio de diversidad genética …………16
I.4.4 Extracción de ADN ………..………...19
I.4.5 PCR-marcadores microsatélites de cloroplastos cpSSR ………...20
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I.4.6 Electroforesis y tinción de geles de poliacrilamida……….21
I.4.7 Análisis de los productos de amplificación en los geles de poliacrilamida …………22
I.4.8 Análisis de la estructura y diversidad genética de las poblaciones estudiadas……... 24
I.4.8.1 Colecta de datos para determinar densidades e importancia ecológica del pino blanco……….. ………..24
PARTE II MARCO TEORICO ………...28
II.1. Recursos genéticos forestales…..………28
II.1.1. La ordenación forestal sostenible………...28
II.1.2. Estrategias para la conservación de los recursos genéticos forestales...29
II.2. Estudios genéticos moleculares en la conservación de especies forestales…………..31
II.2.1. Marcadores moleculares microsatélites (SSR) y microsatélites de cloroplastos (cpSSR) ………...31
II.3. Términos y definiciones empleados para el análisis de microsatélites de Cloroplastos ……….33
II.3.1. Parámetros de diversidad genética empleados para cuantificar la diversidad genética ……….34
II.4. Ecología de poblaciones forestales ...………..36
II.4.1. Bosques de coníferas ……….36
II.4.1.1. Importancia y valor agregado de los bosques de coníferas ……….36
II.4.2. Aprovechamiento de poblaciones de pino blanco ……….37
II.4.3. Análisis genético y ecología de poblaciones ……….37
II.4.4. Biogeografía e historia ………..38
II.4.5. Migración y flujo genético ………40
PARTE III RESULTADOS ………...43
III.1. Análisis y estimación de la diversidad genética ………..43
III.2. Resultados del estudio ecológico ………..50
III.2.1. Bosque del Cerro Ojo de Agua, Cabricán, Quetzaltenango ………….……….50
III.2.2. Bosque Reserva de Biósfera Sierra de las Minas, San Agustín Acasaguastlán, El Progreso………...55
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III.3. Discusión de Resultados ………60
III.3.1. Diversidad genética del pino blanco y su distribución en las poblaciones de Quetzaltenango y Reserva de Biósfera Sierra de las Minas ………..60
III.3.1.2. Distribución de la diversidad genética en el Bosque Cerro Ojo de Agua en Cabricán, Quetzaltenango ………...62
III.3.1.3. Distribución de la diversidad genética en la zona núcleo de la Reserva de Biósfera Sierra de las Minas ……….…62
III.3.2. Marco de referencia e información general para considerar en la discusión del estudio ecológico ………63
III.3.2.1. Bosque Cerro Ojo de Agua en Cabricán Quetzaltenango ………63
III.3.2.2. Reserva de Biósfera Sierra de las Minas ………..63
III.2.3.3. Ambos bosques ………64
III.3.3. Correlación entre datos morfológicos y moleculares de los individuos de pino blanco muestreados ……….65
PARTE IV IV.1 CONCLUSIONES ………..69
IV.2 RECOMENDACIONES ………....71
IV.2.1. Recomendaciones para conservar la diversidad genética del pino blanco, para el manejo de la población y para la selección de germoplasma con fines de conservación y reforestación en el bosque de Cabricán, Quetzaltenango……..71
IV.2.2. Recomendaciones para conservar la diversidad genética del pino blanco, para el manejo de la población y para la selección de germoplasma con fines de conservación y reforestación en el bosque de la RBSM ………...72
IV.3. REFERENCIAS BILIOGRAFICAS ………...74
PARTE V V.1. INFORME FINANCIERO ………82
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Indice de cuadros
Cuadro 1. Ordenación de los recursos genéticos de los árboles y arbustos por categorías
de uso de la tierra………... 6
Cuadro 2. Sitio de muestreo, número de individuos, latitud, longitud y elevación donde se obtuvieron ramillas de Pinus ayacahuite (Ehren.) en Cabricán
Quetzaltenango y Reserva de Biósfera Sierra de las Minas, El Progreso…….. 17 Reserva de Biósfera Sierra de las Minas, El Progreso Cuadro 3. Alelos identificados en los seis microsatélites de cloroplastos……….. 43
Cuadro 4. Haplotipos, tamaño de los fragmentos (bp) identificados con los seis marcadores microsatélites de cloroplastos (cpSSR) y frecuencia de aparición del haplotipo en las poblaciones de pino blanco……… 43 Cuadro 5. Medias de los parámetros de diversidad genética de las poblaciones de pino
blanco de Cabricán, Quetzaltenango y Sierra de las Minas, basados en las frecuencias de los haplotipos……… 45 Cuadro 6. Frecuencias alélicas haploides por estrato en los cinco estratos muestreados
en la población de Quetzaltenango……… 47 Cuadro 7. Frecuencias alélicas haploides por estrato en los cinco estratos muestreados
en la población de Sierra de las Minas………... 49 Cuadro 8. Resumen de descriptores del bosque encontrado en Cerro Ojo de Agua,
Cabricán, Quetzaltenango……….. 54
Cuadro 9. Similitud y disimilitud de Sørensen entre las parcelas de análisis en Cerro
Ojo de Agua………... 54
Cuadro 10. Resumen de descriptores del bosque analizado en RBSM, San Agustín
Acasaguastlán, El Progreso……… 59
Cuadro 11. Similitud y disimilitud de Sørensen entre las parcelas de análisis en RBSM, San Agustín Acasaguastlán, El Progreso. En la diagonal encontramos el número de especies por parcela………. 59 Cuadro 12. Valores medios de la riqueza en especies, diversidad (índice de Shannon) y equitatividad para cada tipo de bosque……….. 64 Cuadro 13. Cronología de los diferentes haplotipos de los genes cloroplásmicos
estudiados en Pinus ayacahuite en Quetzaltenango y El Progreso……… 66
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Indice de Figuras
Figura 1. Medición con el programa Image Tool 3.0 de la distancia de migración (cm) de fragmentos de ADN amplificados (bp) para identificar y nombrar los diferentes alelos en los seis microsatélites de cloroplastos
(cpSSR)……….. 23
Figura 2. Hoja de datos para realizar evaluación ecológica (hoja principal y siguientes) 25 Figura 3. Procedimiento del análisis de pixeles para calcular porcentaje de cobertura
por las copas de los árboles en cada parcela de trabajo………. 27 Figura 4. Balance hídrico de un bosque de coníferas……… 36 Figura 5. Frecuencia de los alelos encontrados en ambas poblaciones………. 45 Figura 6. Análisis de varianza entre las poblaciones de pino blanco de Cabricán y
Sierra de las Minas………. 44
Figura 7. Frecuencias alélicas por estrato en la población de de Quetzaltenango……… 47 Figura 8. Frecuencias alélicas por estrato en la población de Sierra de las Minas……… 48 Figura 9. Distribución espacial de los árboles de DAP mayor a 10cm dentro de las
parcelas de 10m X 50m en el bosque encontrado en Cerro Ojo de Agua, Cabricán, Quetzaltenango. Las líneas horizontales y verticales muestran
radios de la copa………. 51
Figura 10. Individuos por clase diamétrica de las especies de mayor Índice del Valor de Importancia (IVI) en el bosque encontrado en Cerro Ojo de Agua, Cabricán, Quetzaltenango.
Pino blanco (n = 81), Pino triste (n = 44) y Pinabete (n = 14)………... 52 Figura 11. Correlación entre alto y diámetro altura pecho (DAP) de las especies de
mayor Índice del Valor de Importancia (IVI) en el bosque encontrado en Cerro Ojo de Agua, Cabricán, Quetzaltenango. Pino blanco (y = 0.6049x + 10.355, R² = 0.3971), Pino triste (y = 0.765x + 11.083, R² = 0.4738) y Pinabete (y = 0.8205x, R² = -0.12)……… 52 Figura 12. Distribución espacial de los individuos de Pinus ayacahuite dentro de las
parcelas de 10m X 50m, en el bosque encontrado en Cerro Ojo de Agua, Cabricán, Quetzaltenango. Las líneas horizontales y verticales muestran radios de la copa, rojos en los jóvenes y verdes en árboles de DAP > 10cm… 53 Figura 13. Distribución espacial de los árboles de DAP mayor a 10cm dentro de tres
parcelas de 10m X 50m y una de 20m X 25m, en el bosque encontrado en Los Albores, San Agustín Acasaguastlán, El Progreso. Ambos ejes representan metros. Las líneas horizontales y verticales muestran el ancho de
la copa……… 56
Figura 14. Distribución espacial de los árboles de DAP mayor a 10cm dentro de tres parcelas de 10m X 50m y una de 20m X 25m, en el bosque encontrado en Los Albores, San Agustín Acasaguastlán, El Progreso. Ambos ejes representan metros. Las líneas horizontales y verticales muestran el ancho de la copa………... 57
xii Figura 15. Correlación entre alto y diámetro altura pecho (DAP) de las especies de
mayor Índice del Valor de Importancia (IVI) en el bosque encontrado en Reserva de Biosfera Sierra de las Minas, San Agustín Acasaguastlán, El Progreso. Pino blanco (y = 0.6659x + 5.1585, R² = 0.4221), Arrayán (y = 0.9588x + 9.8071, R² = 0.1202), Ciprés (y = -0.1736x + 25.008, R² = 0.0227) y Roble (y = 3.7878x - 32.885, R² = 0.6073)………. 57 Figura 16. Distribución espacial de los individuos de Pinus ayacahuite dentro de tres
parcelas de 10m X 50m y una de 20m X 25m, en el bosque encontrado en la Reserva de Biosfera en, San Agustín Acasaguastlán, El Progreso. Las líneas horizontales y verticales muestran el ancho de la copa, rojas en los jóvenes y verdes en árboles de DAP > 10cm………. 58 Figura 17. Correlación entre alto y diámetro altura pecho (DAP) de los individuos de P.
ayacahuite con haplotipos identificados molecularmente………. 66
xiii
Indice de Fotografías y Mapas
Fotografías 1a. y 1b.
Vista general del Bosque Cerro Ojo de Agua y del Bosque mixto en el Cerro, donde se tomaron las muestras de pino blanco...
14
Fotografías 2a y 2 b
Guardabosques de la Oficina Forestal de la Municipalidad de Cabricán, Quetzaltenango, colectando ramillas de pino blanco en Bosque Cerro Ojo
de Agua………. 18
Fotografía 3.
Asistente de laboratorio almacenando las ramillas en refrigerador a -20°C, en laboratorio de la UVG………..
18
Fotografías 4.
Secuencia de pesado (a), corte (b), Agregar buffer de extracción (c), macerado de ascículas de pino blanco (d) y centrifugado para extracción de
ADN (e)……… 19
Fotografías 5.
Esterilización de materiales (a), preparación de soluciones para PCR (b), colocación de muestras en termociclador para amplificar muestras de ADN
(c) ………. 21
Fotografías 6.
Carga de muestras amplificadas en cámara de electroforesis (a) y muestras corriendo en geles de poliacrilamida (b); geles de poliacrilamida teñidos con tinción de plata al 0.2%, para observar la aparición de bandas (c) ………….. 22
Mapa 1. Localización de los puntos de muestreo de ramillas de pino blanco y del estudio ecológico en los Departamentos de Quetzaltenango y El Progreso ...
17
Mapa 2. Ecoregiones de las zonas montañosas de Guatemala ……….. 39 Mapa 3. Patrones de vientos en Guatemala (INSIVUMEH 2003). La línea verde
muestra la posible ruta de la invasión de polen entre las poblaciones de
Quetzaltenango y El Progreso ………. 41
Mapa 4. Localización de los árboles muestreados por estrato (1-5) en el Bosque de Cabricán ………..
48
Mapa 5. Localización de los árboles muestreados por estrato (1-5) en el Bosque de
Sierra de las Minas ……….. 49
xiv
1 PARTE I
I.1 INTRODUCCION
Los estudios de la diversidad genética de una especie nos permiten conocer la estructura genética de sus poblaciones, cuánta diversidad genética tienen y cómo está distribuida geográficamente. Esta información es imprescindible cuando se considera la conservación y uso sostenible de los recursos genéticos forestales de un país.
Tanto el análisis como la conservación de la diversidad genética de una especie comprende tres niveles: poblaciones, individuos y genes. La información que se genera con el estudio de la diversidad genética de una especie puede tener diferentes usos. En conservación puede ser aplicada para generar estrategias y planes de conservación, para seleccionar individuos o poblaciones más adecuados para reforestar o promover la regeneración natural de un bosque. Una alta variabilidad genética en las especies forestales es responsable de los procesos de adaptación ante factores bióticos y abióticos extremos que, a su vez, aseguran la persistencia frente a los riesgos a los que están sometidas las masas forestales (Alia, 2003). Los estudios de diversidad genética se emplean también en el ordenamiento y manejo de recursos genéticos forestales.
La finalidad del manejo genético es el de salvaguardar el potencial evolutivo de los ecosistemas y especies, y asegurar que se aumente la utilización sostenible de la variación genética disponible para cubrir las necesidades humanas presentes y futuras. Los objetivos específicos del manejo genético cambiarán respecto del tiempo, mientras las condiciones ambientales, económicas, sociales y de requerimientos están también continuamente sujetas a cambio. Debe prestarse, entonces, atención no sólo a las especies de árboles, poblaciones y rutas genéticas que son de uso considerable hoy, pero también a aquellas que tienen un valor potencial económico, social y ambiental para el futuro (Palmberg-Lerche, 2000). Dentro de este marco, FAO (2001) recomienda sustentar las estrategias y planes de acción sobre recursos genéticos forestales, no sólo en la conservación y el uso sostenible, sino además formar parte de los cimientos para el desarrollo local y nacional. Todo esto dentro de un marco más amplio, que considere el progreso económico y social, la seguridad alimentaria y la mitigación de la pobreza.
El otro tema central en la conservación de los recursos genéticos forestales es la ordenación de los bosques. Para ser sostenible, la ordenación debe tener una finalidad múltiple y debe considerar tanto la prestación de bienes y servicios a futuro, así como la utilización sostenible de la madera y otros recursos contenidos en los bosques, que permitan generar desarrollo en las comunidades cercanas a los bosques. Según FAO (2001) La ordenación sostenible de los bosques y la conservación de los recursos genéticos forestales son interdependientes.
Para la conservación de los recursos genéticos forestales de especies que no se encuentran en Áreas Protegidas, es fundamental la armonización de los objetivos y prácticas de conservación y ordenación de los bosques naturales orientados a la producción o al uso múltiple. Aunque muchas especies arbóreas tienen distribuciones naturales extensas con unos
2 niveles relativamente elevados de flujo de genes entre poblaciones, puede necesitarse aún grandes áreas para mantener poblaciones viables de muchas especies tropicales. Estos factores destacan aún más el papel central de los ecosistemas forestales ordenados y económicamente productivos en la conservación de los recursos genéticos forestales. La conservación en gran escala y permanente de los recursos genéticos forestales sólo se logrará, probablemente, si se incluyen los problemas de conservación genética en los sistemas de ordenación de los bosques de producción, incluyendo la reserva de áreas como rodales de conservación genética (FAO, 2001).
Los temas del ordenamiento de los bosques, mejora genética de especies forestales y la conservación de los recursos genéticos forestales, no se han abordado a profundidad en Guatemala. La investigación en mejora genética de especies con potencial forestal, ha cubierto solamente una especie, el palo blanco (Cybistax donell-smitthii), que se emplea para la elaboración de muebles finos. No existe actualmente en el país una estrategia nacional de conservación de recursos genéticos forestales y existe necesidad de generar información básica para conocer la diversidad genética y su distribución de las especies forestales del país.
A nivel mundial se reporta que el problema central en el tema de los recursos genéticos forestales es la falta de información sobre la especies. Desde 1996 IPGRI reportaba que la información básica necesaria para planificar y ejecutar acciones de conservación y mejora genética, es limitada, incluso para especies prioritarias de árboles forestales útiles. En Guatemala se conocen las especies prioritarias para conservación (Melgar 2003), pero según lo recomendado por IPGRI (1996), se necesita información sobre los modelos de distribución de especies y cambios de distribución, procesos que afectan a la diversidad.
En el 2010 la FAO publicó el Informe sobre la evaluación de los recursos forestales mundiales, donde aparecen los últimos datos de Centro América relacionados al tema.
Actualmente la FAO está trabajando en la preparación del Estado de los recursos genéticos forestales en el mundo, que se realizará en sinergia con otras actividades del programa forestal de la FAO, en particular el Programa de Evaluación de los Recursos Forestales. El Comité Forestal (COFO) y las comisiones forestales regionales de la FAO participarán en el proceso.
La FAO buscará la cooperación y la sinergia con los programas e instrumentos regionales y mundiales pertinentes, como el Convenio sobre la Diversidad Biológica (FAO, 2010). En Guatemala el proceso para recopilar la información para elaborar el Informe Nacional sobre el estado de los recursos genéticos forestales iniciará en el 2011 y estará a cargo del Instituto Nacional de Bosques.
El Departamento de Biología de la UVG, a través del Curso de Recursos Genéticos y sus líneas de investigación, dentro de las que se incluyen los recursos genéticos forestales y, a través de este proyecto, está aportando información básica sobre la diversidad genética del pino blanco (Pinus ayacahuite Ehren.) en las poblaciones del Cerro Ojo de Agua en Cabricán Quetzaltenango y en la Reserva de Biósfera Sierra de las Minas en El Progreso.
Esta investigación forma parte, junto al estudio realizado en el Bosque Comunal de Totonicapán en el 2003 (Maselli 2004,) de los primeros estudios en recursos genéticos forestales realizados en Guatemala. Es además el primer estudio que aporta conocimientos
3 sobre la ecología y estructura genética de las poblaciones, empleando marcadores moleculares (microsatélites de cloroplastos, cpSSR) de una especie forestal amenazada.
El estudio se realizó con el aval y colaboración de la Fundación Defensores de la Naturaleza y del Instituto Nacional de Bosques, INAB, quién recomendó las poblaciones de pino blanco que se estudiaron, por encontrarse dentro de áreas prioritarias de conservación para esta especie. La Municipalidad de Cabricán, Quetzaltenango participó en el proyecto proporcionando personal y facilitando el acceso al Cerro Ojo de Agua.
Los resultados que se obtuvieron con este proyecto, permitirán a las instituciones interesadas conocer la distribución de la diversidad genética del pino blanco en Guatemala.
Esta información permitirá priorizar áreas de conservación y podrá emplearse para desarrollar estrategias de ordenamiento, manejo y conservación, así como para estrategias de reforestación y programas de mejora genética del pino blanco en Guatemala. La información que se generó responde a las necesidades de investigación que se tienen en el país, relacionadas a los recursos genéticos forestales, y aportará información para el Informe sobre el estado de los recursos genéticos forestales de Guatemala.
I.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El último informe relacionado con los recursos genéticos forestales de Guatemala, fue elaborado por Melgar en el 2003 para la FAO, y presentado en el Taller Regional sobre los Recursos Genéticos Forestales de Centro América, Cuba y México, que se llevó a cabo en el CATIE, Turrialba, Costa Rica. El documento de trabajo lleva por título “Estado de la diversidad biológica de los árboles y bosques de Guatemala”.
Dentro de las conclusiones del documento, Melgar (2003) menciona: “Los recursos genéticos forestales de Guatemala necesitan de un mayor estudio e investigación para generar información básica y aplicada que permita hacer un uso integral y sostenido de los mismos para el desarrollo socio económico del país”. Dentro de sus recomendaciones se incluyen las siguientes:
1. Vincular las actividades de conservación y utilización de los recursos genéticos forestales con los planes de desarrollo del país, considerándolos como elementos estratégicos del desarrollo económico y social del país.
2. Utilizar métodos biotecnológicos para facilitar los programas de conservación y manejo de los recursos genéticos forestales, así como la caracterización molecular de las entradas de una colección.
3. Realizar estudios e investigaciones sobre especies, poblaciones y ecosistemas forestales que ayuden a la conservación y ordenamiento de los recursos genéticos forestales.
A siete años de las recomendaciones de Melgar (2003), no existe aún en el país una estrategia nacional de conservación y ordenamiento de los recursos genéticos forestales que involucre a las diversas instancias estatales y privadas que orienten las acciones para salvaguardar el potencial evolutivo de las especies, ecosistemas dinámicos y asegurar la
4 mejora y utilización sostenible de la variación genética existente, para satisfacer las necesidades humanas presentes y futuras. Tampoco existe un plan para el ordenamiento, la conservación, manejo y uso sostenible de los recursos genéticos del P. ayacahuite (Ehren.), una de las especies forestales considerada amenazada (Melgar, 2003), y relacionada directamente a la conservación de agua en el Bosque Comunal de Totonicapán; recurso hídrico del que dependen 54 cantones y sus habitantes, alrededor de Totonicapán.
Sin embargo la pérdida anual de bosques, según el Perfil Ambiental (IARNA 2006), es de 73.25 ha anuales. El documento sobre causas y tendencias de la deforestación en América Latina (FAO 2000), reporta para Guatemala un 7% de deforestación anual. El de Perfil Ambiental reporta que el 61% de la deforestación se da en áreas protegidas y el 39 % fuera de ellas. Entre otras causas de deforestación se mencionan los incendios, y las plagas que durante el 2003 afectaron 1.404 hectáreas de bosque (IARNA, 2006).
La diversidad genética es necesaria para asegurar que las especies forestales evolucionen y se adapten a la dinámica de cambio de las condiciones ambientales. Y como Palmer-Lerche y Hald (2000) mencionan en su informe para la FAO, la diversidad genética es también necesaria para mantener el potencial para la mejora y para llenar las cambiantes necesidades del ser humano. El bienestar de los árboles y bosques y la continuidad en la producción de bienes y servicios que ofrecen, dependen del mantenimiento y el manejo de su diversidad genética (FAO, 2001); así como de un plan de conservación de sus recursos genéticos.
La información básica que se generó con este estudio, sobre la estructura de las poblaciones de pino blanco y su diversidad genética en el Cerro Ojo de Agua en Cabricán Quetzaltenango y en la zona núcleo de la Reserva de Biósfera Sierra de las Minas, es un aporte que podrá incluirse dentro de un plan de conservación de los recursos genéticos forestales de Guatemala y responden a las recomendaciones hechas por Melgar (2003) de realizar estudios e investigaciones sobre especies, poblaciones y ecosistemas forestales que ayuden a la conservación y ordenamiento de los recursos genéticos forestales.
Como se mencionó en la sección de la introducción este estudio junto al que se realizó en el 2003 (Maselli, 2004; Barrios, 2004 ) en el Bosque Comunal de Totonicapán, son los primeros estudios en recursos genéticos forestales realizados en Guatemala. Es además el primer estudio que aporta conocimientos sobre la ecología y estructura genética de las poblaciones, empleando marcadores moleculares (microsatélites de cloroplastos, cpSSR) de una especie forestal amenazada.
I.2.1. Antecedentes en Guatemala
I.2.1.1. Recursos genéticos forestales de Guatemala
La política forestal de Guatemala está definida como el conjunto de principios, objetivos, marco legal e institucional, líneas de política, instrumentos y situación deseada, que el Estado declara, con el propósito de garantizar la provisión de bienes y servicios de los bosques (naturales o cultivados) para el bienestar social y económico de sus pobladores.
5 Adicionalmente establece las orientaciones de comportamiento y actuación, que con el propósito de alcanzar los objetivos o situación deseada, deben observar los diferentes actores del sector forestal (Melgar, 2003).
Los aspectos forestales en Guatemala están contemplados en la Ley Forestal, donde en el Decreto Legislativo 101-96 se crea el Instituto Nacional de Bosques –INAB-, quién es el órgano de dirección y autoridad competente del Sector Público Agrícola, en materia forestal.
Dentro de las atribuciones del INAB están las de desarrollar programas y proyectos para la conservación de los Bosques y colaborar con entidades que así lo requieran (Melgar, 2003).
Los aspectos forestales en las áreas protegidas de Guatemala están contemplados en la Ley de Áreas Protegidas, administradas por el Consejo Nacional de Áreas Protegidas, CONAP (Decreto 4-89 del Congreso de la República y sus reformas en los Decretos 18-89 y 110-96).
El CONAP tiene entre sus objetivos: lograr la conservación de la diversidad genética de flora y fauna silvestre del país y alcanzar la capacidad de una utilización sostenida de las especies y ecosistemas en todo el territorio nacional (Melgar, 2003).
Existen otras leyes y normas relacionadas a los recursos genéticos forestales y reservas naturales protegidas, entre ellas:
Ley de protección y mejoramiento del medio ambiente
Lista roja de flora silvestre para Guatemala (Resol. No. ALC 028/2001 del CONAP)
Ley de Reserva de Biosfera Maya (Decreto Legislativo 5-90)
Convención sobre Comercio Internacional de Especies Amenazadas de Flora y Fauna
Silvestre (1973). Según Resol. 22/90 se autorizan las enmiendas a los apéndices I y II de la Convención (24/6/92) (Decreto Legislativo 63-79)
Convenio para la Conservación de la Biodiversidad y Protección de Áreas Silvestres
Prioritarias de América Central (Decreto Legislativo 5-95).
Estrategia Nacional para la conservación y el uso sostenible de la biodiversidad y plan de acción Guatemala (CONAP, 2001).
El estado de los recursos genéticos forestales de Guatemala quedó registrado por Melgar (2003) y en el 2011 será revisado nuevamente para elaborar el Informe Nacional sobre el estado de los recursos genéticos forestales. Esta actividad será coordinada por el Instituto Nacional de Bosques, INAB.
I.2.1.2. Conservación de los recursos genéticos forestales, planes y estrategias a nivel Internacional
A continuación se presentan una recopilación de recomendaciones, estrategias y pasos a seguir en lo referente a la conservación y el ordenamiento de los recursos genéticos forestales, recabados de Fuentes de información allegadas a la Dirección de Recursos Forestales de la FAO (2001).
6 Desde que es posible conservar un ecosistema y aún perder especies específicas; o conservar una especie y perder poblaciones genéticamente distintas, esto es los genes o complejos de genes que puedan ser de valor en el futuro, es muy importante especificar claramente, desde un principio en la planificación de la conservación, el nivel o niveles de las metas que quieran alcanzarse (Palmberg-Lerche, 2000).
Las decisiones sobre estrategias, metodologías de conservación y manejo genético, dependerán no sólo de las características biológicas, variación genética y patrones de variación de una especie dada, pero también en el grado de conocimiento disponible sobre su silvicultura, su manejo, su uso actual, importancia y singularidad, amenazas sobre la especie, y muy importante, las capacidades institucionales en los países directamente involucrados, incluyendo infraestructura y disposición de financiamiento a mediano y largo plazo (Palmberg-Lerche, 2000).
Generalmente la producción de bienes y servicios ambientales es compatible con la conservación de los recursos genéticos, a condición de que se apliquen algunos principios científicos básicos. En la práctica, esto significa ajustar las prescripciones referentes a la ordenación forestal (Cuadro 1), para prestar la debida atención a los aspectos silvícolas y a la conservación genética. Análogamente, una estrategia de mejoramiento bien fundamentada científicamente puede mantener e incrementar la utilidad de los recursos genéticos disponibles, mediante la potenciación de la variación genética entre las poblaciones arbóreas y dentro de ellas (FAO, 2001).
Cuadro 1. Ordenación de los recursos genéticos de los árboles y arbustos por categorías de uso de la tierra.
Categoría de ordenación Principal actividad de apoyo a la ordenación de los recursos genéticos
forestales
Áreas protegidas Conservación
Bosques naturales sujetos a ordenación Utilización sostenible Conservación
Plantaciones, árboles plantados Utilización sostenible Mejoramiento
Mejoramiento genético de los árboles (incluye las colecciones ex situ)
Mejoramiento Conservación Fuente: (FAO, 2001)
Los bosques ordenados pueden y deben ayudar también a conservar recursos genéticos que pueden no estar representados en la red de áreas protegidas. Se hace hincapié en que ninguna de estas categorías (Cuadro 1) puede por sí sola asegurar la conservación de todos los recursos genéticos forestales, porque hay bienes y poblaciones que requerirán una atención especial e inmediata (Yanchuk, 2001).
7 I.2.1.3. Ordenación de áreas protegidas y conservación in situ de los recursos
genéticos forestales
A continuación se exponen algunos de los pasos para lograr la ordenación de áreas protegidas y conservación in situ de recursos genéticos forestales:
1. Armonizar la ordenación de las áreas protegidas y las necesidades humanas 2. Ampliar la variedad de categorías de áreas protegidas
3. Ampliar el número de socios interesados
4. Dar una mayor consideración a la conservación de los recursos genéticos forestales.
5. Mejorar los vínculos y la coordinación entre los diversos departamentos gubernamentales
6. Realizar inventarios de especies de árboles forestales en áreas protegidas 7. Establecer medidas de conservación eficaces.
8. Ordenar eficazmente los recursos genéticos forestales.
9. Restaurar las zonas degradas dentro de las áreas protegidas y en las de amortiguación.
10. Desarrollar y aplicar un plan integral de conservación bio-regional.
11. Establecer áreas protegidas adicionales en categorías ordenadas.
12. Asegurar la permanencia de recursos genéticos forestales dentro de las áreas protegidas disponibles para posibles investigaciones científicas.
13. Determinar las prioridades nacionales e internacionales de conservación 14. Asegurar la sostenibilidad de las áreas protegidas.
Además de los pasos mencionados, existe una necesidad concreta de mejorar nuestro conocimiento de las especies y su ecología, porque la información biológica fundamental puede ayudarnos a desarrollar mejores planes de ordenación (Yanchuk, 2001).
La información sobre la distribución de la diversidad genética es un prerrequisito para una selección sólida dentro de programas de mejoramiento y conservación de los bosques. La diversidad genética puede determinarse midiendo caracteres cuantitativos o morfológicos en el campo, o mediante el empleo de marcadores moleculares en el laboratorio (FAO, 2001).
I.2.1.4 Aplicaciones de los marcadores microsatélites en la domesticación y conservación de árboles forestales
Una información fidedigna sobre la distribución de la variación genética es un requisito previo para programar debidamente la selección, mejora genética y conservación de árboles forestales. La variación genética de una especie se determina, ya sea midiendo en el campo los caracteres morfológicos y métricos o estudiando en el laboratorio los marcadores moleculares.
Las técnicas de laboratorio han dependido, hasta hace poco, de la estimación de la diversidad genética y el apareamiento de parámetros de sistemas procedentes de estudios de poblaciones mediante el uso de isoenzimas. Las isoenzimas continúan sirviendo como método relativamente sencillo y económico de obtener información genética, aunque su aplicación está limitada por el número de loci enzimáticos, sus bajos niveles de variabilidad en algunas
8 especies y el hecho de que sólo revelan variación de los genes que codifican las proteínas. El desarrollo de los marcadores de ADN, incluyendo RAPDs (ADN Polimórfico Ampliado al Azar), RFLPs (Polimorfismo de longitud en fragmentos de restricción), AFLPs (Polimorfismo de longitud en fragmentos amplificados) y los microsatélites, han vencido las limitaciones sobre el número de loci variables y han servido como instrumentos para estudiar la variación en las regiones codificantes, no codificantes y altamente variables de los genomas, tanto nucleares como de orgánulos (Butcher et al. 1999).
Los microsatélites son un tipo de marcador de ADN que está adquiriendo preponderancia en la definición de genotipos individuales y en los estudios del flujo de genes de árboles forestales. Los microsatélites o repeticiones de simple secuencia (SSRs), consisten en segmentos de ADN que contienen numerosas repeticiones en tándem de una secuencia de
"tema" corto, normalmente de una a seis bases (p.ej. CACACACAŠ). Se ensayan mediante la amplificación por reacción en cadena de la polimerasa (PCR), utilizando cebadores diseñados para acoplar las secuencias únicas que flanquean la repetición en tándem. El proceso PCR da lugar a un gran número de copias del segmento elegido de ADN que contiene la secuencia microsatélite (Butcher et al. 1999).
Las principales áreas en que se están aplicando los marcadores microsatélites en árboles forestales incluyen estudios de diversidad genética en poblaciones naturales y mejoradas, particularmente en especies con bajos niveles de variación de isoenzimas, flujo de genes, dispersión de polen o semilla y sistemas de cruzamiento. Como estos parámetros son importantes para la conservación de los recursos genéticos forestales, los microsatélites se están utilizando para vigilar los efectos genéticos de los sistemas de ordenación forestal y de la fragmentación del bosque. En los programas de domesticación, pueden emplearse los microsatélites para la identificación del germoplasma y para ayudar a la construcción de mapas de ligamiento genético, con el objetivo final de lograr una selección asistida por marcadores (Butcher et al. 1999).
I.2.1.5. Estudios de diversidad genética del pino blanco en Guatemala
El primer estudio sobre la diversidad genética del pino blanco en Guatemala fue realizado por el equipo de investigación del Banco de Germoplasma del Instituto de Ciencia y Tecnología Agrícola, ICTA, con financiamiento de la SENACYT (Maselli 2004, Barrios 2004). El estudio se realizó en seis localidades (gradiente altitudinal) del Bosque Comunal de Totonicapán. Se emplearon marcadores bioquímicos, isoenzimas, para analizar las frecuencias de los alelos en la población y determinar su diversidad genética. Los índices de polimorfismo (P) y parámetros de diversidad genética (He) empleados para analizar la diversidad genética de los embriones y gametofitos del pino blanco, mostraron valores medios de P=68% y He=0.34, estos fueron superiores a los reportados para coníferas P=67% y para especies vegetales He=0.14 con isoenzimas (Hamrick, 1989); indicando una diversidad genética alta, representativa de la diversidad genética del bosque Comunal de Totonicapán y distribuida de forma homogénea en las seis localidades muestreadas. Un número significativamente mayor de semillas por cono fue encontrado en las localidades de Salvachán, Pacajá y Chuipachec, respecto de las otras tres localidades muestreadas, dato de gran importancia para planes de reforestación.
9 Un segundo estudio para ampliar la información sobre la diversidad genética y de su distribución, de los mismos árboles de pino blanco muestreados en el Bosque Comunal de Totonicapán, se realizó en el Laboratorio de Biotecnología Forestal del Instituto Nacional de Investigación Agraria y Agropecuaria, INIA-CIFOR de Madrid España. Para este estudio se emplearon marcadores moleculares microsatélites de cloroplastos (cpSSRs de herencia paterna) y el análisis de la diversidad genética se hizo en base a la frecuencia de haplotipos.
Los resultados mostraron una diversidad genética muy alta (He= 0.7-0.8) para los sitios de Chiupachec y Chojolóm, alta (He=0.56) para Trojales y medio alto para Chuijolom (Gómez et al. 2010). Estos resultados fueron congruentes con los obtenidos con isoenzimas, excepto para Chuijolom que mostró diversidad genética más baja en el análisis de las frecuencias de haplotipos con ocho marcadores microsatélites, que la mostrada con isoenzimas (Gómez et al.
2010 y Maselli, 2004).
Los resultados de ambos estudios indican que las áreas prioritarias para conservación en el Bosque Comunal de Totonicapán son Chiupachec y Trojales por su alta diversidad genética y que las semillas de los árboles de estos sitios deberían emplearse para reforestación y en los programas de mejora genética.
Con el presente estudio se estudió la diversidad genética de dos poblaciones de pino blanco empleando seis microsatélites de cloroplastos (cpSSR) y un análisis de la frecuencia de alelos para tejido haploide, y de frecuencia de haplotipos. Estas poblaciones fueron identificadas en áreas de conservación prioritaria por el INAB en los Departamentos de Quetzaltenango y el Progreso.
I.2.2. Justificación del trabajo de investigación
La conservación de los bosques es un mandato nacional que quedó establecido en la Ley Forestal de Guatemala, la que establece en su artículo primero: de urgencia nacional y de interés social la reforestación y la conservación de los bosques. Esta Ley establece en la sección de considerandos, entre otros: Que el incremento de la productividad sostenible de los bosques, así como de los bienes y servicios que aportan a las sociedad guatemalteca, constituyen el principio para su conservación y se requiere, además, una identificación concreta por parte del sector público privado, en todas sus expresiones de desenvolvimiento y organización, de la importancia del bosque como protector de la biodiversidad y de otros recursos naturales que son la base de la economía del país, como el suelo y el agua, así como un crecimiento racional de la agricultura y la ganadería que no afecte tierras forestales.
El presente estudio representa un aporte del sector académico, específicamente del Departamento de Biología de la Universidad del Valle de Guatemala, para la conservación y ordenamiento de los recursos genéticos forestales de Guatemala; contribuyendo de esta manera al cumplimiento de la Ley Forestal. La investigación da también cumplimiento a las recomendaciones del último informe relacionado con los recursos genéticos forestales de Guatemala (Melgar, 2003), de realizar estudios e investigaciones sobre especies, poblaciones y ecosistemas forestales que ayuden a la conservación y ordenamiento de los recursos genéticos forestales y a la de emplear métodos biotecnológicos para la caracterización molecular (Melgar, 2003).
10 Como se expuso en las secciones previas, existe una relación directa entre la información que los estudios de diversidad genética proveen y su aplicación para elaborar planes o estrategias eficaces de ordenación, conservación de recursos genéticos y mejora genética. La información puede aplicarse de forma práctica y directa tanto a bosques naturales, como a bosques dentro de Areas Protegidas. Los resultados de los estudios del pino blanco realizados en el Bosque Comunal de Totonicapán y las recomendaciones que se generaron para su conservación, reforestación y uso en mejora genética; así como la información generada en este proyecto, podrá ser empleada de forma inmediata por el Instituto Nacional de Bosques, INAB; la Oficina Forestal de la Municipalidad de Totonicapán y de Cabricán, Quetzaltenango; así como por la Fundación Defensores de la Naturaleza, para la conservación in situ del pino blanco, dentro de la zona núcleo de la Reserva de Biósfera Sierra de las Minas.
Los bosques de pino blanco prestan servicios ambientales, como la disponibilidad de leña, que contribuye en la economía familiar de las comunidades aledañas a los bosques, especialmente en el Altiplano del país. En lo relacionado a su importancia económica y comercialización, el Banco de Semillas Forestales del INAB, BANSEFOR (INAB 2005) reportó ingresos por Q 30,355.00 por la venta de semilla de P. ayacahuite en el 2005. Dentro del Programa de Incentivos Forestales, PINFOR, el INAB reporta entre 1998-2004 una extensión de 109 ha plantadas con pino blanco. Donahue (1991) reporta entre las propiedades de la madera del P. ayacahuite una gravedad específica de 0.340 a 0.380 en poblaciones naturales. Además que un uso excelente para esta madera incluye: fabricación de molduras para interiores de oficinas y casas; fabricación de muebles de baja calidad, como se usa principalmente en Guatemala y México. Por sus propiedades mecánicas favorables, facilita el empleo de clavos y grapas. La madera no está sujeta a encogimiento excesivo o a alabe.
Para especies amenazadas como el pino blanco en Guatemala, la diversidad genética es necesaria para asegurar que la especie evolucione y se adapte al cambio climático actual.
La relevancia del bosque de pino blanco en Totonicapán se pone de manifiesto en la producción de bienes y servicios que ofrece a los cantones y comunidades aledañas, especialmente en la conservación del recurso hídrico, siendo la única fuente de agua para 54 cantones alrededor del Bosque comunal de Totonicapán. El bienestar de los bosques de pino blanco en el país y la continuidad en la producción de bienes y servicios que ofrecen, dependerán del mantenimiento y el manejo de su diversidad genética (FAO, 2001); así como de un plan de conservación de sus recursos genéticos. Este estudio constituye un aporte al conocimiento de la genética de poblaciones, ecología de la especie, conservación de la diversidad genética y a la ordenación de los recursos genéticos forestales de Guatemala, la contribución que brinda tanto en la generación de conocimiento científico, como en la aplicación de los resultados de para la conservación de estos recursos justifican esta investigación.
11 I.3 OBJETIVOS
1.3.1.1. General
Estudiar la diversidad genética del Pinus ayacahuite Ehren. en áreas prioritarias de conservación de Guatemala, empleando marcadores moleculares microsatélites (SSR).
1.3.1.2. Específicos
1.3.2.1. Determinar cuánta diversidad genética existe y cómo está distribuida en poblaciones de P. ayacahuite Ehren., en áreas prioritarias de conservación.
1.3.2.2. Hacer un análisis de la ecología de las poblaciones de P. ayacahuite estudiadas 1.3.2.3. Hacer recomendaciones para desarrollar una estrategia de manejo y
conservación de las poblaciones de Pinus ayacahuite Ehren. estudiadas.
1.3.2.4. Hacer recomendaciones de selección de germoplasma para mejoramiento genético.
12 I.4. METODOLOGIA
I.4.1. Descripción del área de estudio
El Instituto Nacional de Bosques, INAB, estableció dentro de las áreas prioritarias de conservación de las poblaciones de pino blanco en Guatemala, los Departamentos de Quetzaltenango y la Reserva de Biósfera, Sierra de las Minas en El Progreso. Para identificar los sitios de colecta se hizo un viaje de reconocimiento, junto al personal de la Oficina de INAB en Quetzaltenango. De los dos lugares visitados en el Departamento de Quetzaltenango (Rodal semillero privado en Palestina de los Altos y bosque privado en Cabricán, Quetzaltenango), se escogió el bosque mixto en el Cerro Ojo de Agua en Cabricán, Quetzaltenango, propiedad del Sr. Aurelio Rojas, por: sus características ecológicas (tipo de bosque, presencia de la especie en el lugar y diversidad ecológica), contener una población más grande de pino blanco y ser según información del Instituto Nacional de Bosques, INAB, de Quetzaltenango, un bosque natural. En la Reserva de Biósfera, Sierra de las Minas, la Fundación Defensores de la Naturaleza estableció la zona núcleo de la Reserva, como área de interés para realizar el estudio de diversidad genética del pino blanco.
I.4.2. Características y geografía del bosque mixto Cerro Ojo de Agua, Cabricán Quetzaltenango
El bosque del Cerro Ojo de Agua se encuentra en el Caserío Las Ventanas, Aldea La Ciénaga, Cabricán. Está ubicado a 15°5´23´´ latitud Norte y 91°36´3.6´´ longitud Oeste. El bosque tiene una extensión de 56.49 ha. y se encuentra a una altitud de 3,093 msnm. Según datos del INSIVUMEH (2006) presenta una temperatura media de 15.5°C y una precipitación anual de 1,006.75 mm.
El municipio de Cabricán se encuentra ubicado entre las coordenadas geodésicas de 15°04’26” latitud Norte y 91° 38´53” longitud Oeste, a una altitud de 2625 msnm, pertenece al departamento de Quetzaltenango. Limita al norte con el municipio de Sipacapa del departamento de San Marcos, aldea Saquicol del municipio de San Carlos Síja, Quetzaltenango y con la aldea Saquicol Chiquito del municipio de San Francisco el Alto, del departamento de Totonicapán, al sur con el municipio de Huitán del departamento de Quetzaltenango; al este con la aldea Calel del municipio de San Francisco el Alto, del departamento de Totonicapán; al oeste, con el municipio de Río Blanco y Comitancillo, del departamento de San Marcos (Juarroz, 2004).
En lo que respecta a los recursos forestales el municipio de Cabricán, cuenta con una flora exuberante, la cual se ha perdido en gran proporción por la tala inmoderada y debido a que el principal medio de combustible lo constituye la leña y el carbón, pues el 95% de los hogares del Municipio hacen uso de los mismos para la cocción de sus alimentos y para producir cal viva, ladrillo y teja. La vegetación natural de la región está representada por las especies arbóreas de: Pinabete, pino, ciprés, aliso, roble, madrón, encino, cerezo y una diversidad de arbustos y helechos (Juarroz, 2004).
13 El Municipio tiene una superficie horizontal de 8,580 manzanas; para octubre de 2,001, según se pudo diagnosticar existían 1,311manzanas de reserva boscosa o sea el 15 % del total del Municipio, lo que indica que ha habido una tala inmoderada de árboles, para usar leña como combustible en el hogar y la industria, de seguir este fenómeno de la tala inmoderada de árboles, dentro de 20 años el Municipio perderá las pocas reservas que posee de bosques (Juarroz, 2004).
Los suelos del municipio de Cabricán se ubican dentro del grupo dos, que se denominan suelos de la altiplanicie central, al subgrupo 2-A suelos profundos sobre relieves inclinados a escarpados de las series: Patzité, Quiché y Sinaché (Juarroz, 2004).
Para el año de 1,979 los bosques y montes tenían una superficie en manzanas de 33.57
% y para el año de 2,001 se concentró en 4% según la muestra, lo que manifiesta la deforestación que se ha dado en el Municipio. Al no haber bosques hay erosión de tierras, ríos contaminados, rompimiento del equilibrio ecológico, lo cual afecta considerablemente la fauna y flora (Juarroz 2004). Las principales especies arbóreas y arbustivas son: pino colorado (Pinus oocarpa Schiede), Pino triste (Pinus pseudostrobus), Lindl), Pino blanco (Pinus ayacahuite Ehren.), Pino de las cumbres (Pinus rudis Endlicher), Pino chicharrín (Pinus tecunumani (Schw.) Equiluz ex Perry), Pinabete (Abies guatemalensis Rehder) Ciprés (Cupresus lusitanica) Aliso (Alnus sp.), Roble o encino (Quercus sp.), Madrón (Arbutus xalapensis) Eucalipto (Eucalyptus sp.) Aguacate (Persea americana Mil), Sauce (Salix humboldtiana Willd), Arrayán (Weinmannia pinnata L), Chilca (Astianthes sp). El municipio de Cabricán posee 314.783 hectáreas de tierra con bosque de propiedad municipal cuyo uso es comunal. Dentro de esta se encuentra el bosque “Ojo de Agua”, siendo el que contiene mayor extensión cubierta por pinabete (López, 2006).
Hasta mayo del 2006 dentro de las aldeas del municipio existía un Comité de viveros, conformado por un presidente, vicepresidente, tesorero y 3 vocales; quienes se dedican a la compra, venta y cuidado de árboles en bolsa de diferentes especies como: Pino Blanco (Pinus ayacahuite Ehremberg), Pino Triste (Pinus maximinoi H.E Moore), Pino de las Cumbres (Pinus rudis Endlicher), Ciprés (Cupressus lusitanica Miller), Encino (Quercus sp), Pinabete (Abies guatemalensis Rehder), y Aliso (Alnus acuminata H.B.K). Estas especies se usan para la reforestación de los bosques de las Aldeas ya que por la práctica de explotación de cal viva, los productores han talado inmoderadamente el bosque dañando de esta forma el medio ambiente, lo que ha resultado en la disminución de la cobertura forestal. Este comité funciona bajo coordinación de la oficina forestal municipal de Cabricán (López, 2006).
Existe también un Comité de pinabete, que surgió a partir de la necesidad de generar ingresos y como una alternativa de desarrollo. El comité está integrado por un presidente, vicepresidente, tesorero y tres vocales, además de siete personas que se dedican a la producción de la especie (Abies guatemalensis Rehder) en un área total de 3057.67 m2. Esta plantación está destinada a la producción de árboles navideños, contando ya con un registro ante el Instituto Nacional de Bosques –INAB-. Fue establecida en el año 2,002 y se espera sacar al mercado en el año 2,007 (López, 2006).
14 Fotografías 1a. y 1b. Vista general del Bosque Cerro Ojo de Agua y del Bosque mixto en el Cerro, donde se tomaron las muestras de pino blanco.
Fuente: FODECYT 32-2008, fotos de: Silvana Maselli de Sánchez
I.4.2.1. Características y geografía del bosque en la Reserva de Biósfera Sierra de las Minas
La Reserva de Biosfera de la Sierra de las Minas (RBSM) se localiza al este de Guatemala. Se trata de una cordillera que se extiende en sentido suroeste-noreste, atravesando los departamentos de Baja Verapaz, El Progreso, Alta Verapaz, Izabal y Zacapa. Al extremo sureste limita con la Sierra de Chuacús, al sur con el valle del Río Motagua, al norte con el lago de Izabal y el valle del Río Polochic y al extremo noreste con la Sierra del Mico. Según la Declaratoria, la reserva tiene una extensión aproximada (sic) de 236.300 ha que incluye la zona de amortiguamiento. Compras posteriores de terrenos, realizados por Fundación Defensores de la Naturaleza, han aumentado el área de la reserva, siendo su extensión actual de 242.642 ha.
El área protegida se sitúa en una cadena montañosa que se extiende en sentido suroeste, aproximadamente 180 km, desde el lago de Izabal. Tiene enormes variaciones de altitud, que varían desde los 150 m hasta los 3.010 m. Los terrenos son quebrados, con pendientes que en ocasiones superan el 65%. El aislamiento geográfico y las diversas altitudes han dado lugar a una gran diversidad de hábitat de flora y fauna que, por ser equivalentes a islas de evolución genética (CECON, 1995), tienen un alto número de especies endémicas. El bosque nuboso cubre 1300 km2, lo que probablemente representa la extensión más importante de Mesoamérica (Dix, 1993) La parte norte del área protegida desciende en forma abrupta hacia el valle del Polochic. En la parte oeste, las diferentes alturas llegan a ser mayores de 2000 m, encontrándose ahí el punto más alto, el cerro Raxón. La altitud baja gradualmente