Abstract
Pitayos fStenocereus spp.) are columnar cacti that produce attractive edible fruits under both wild and cultivated conditions. Until recently the study of pitayos has been relatively neglected even though they have been a crucial staple for the inhabitants of subtropical semiarid lands of Mexico since ancient times and this century have become an important fruit crop there. The main objective of this review is to relate seasonal aspects of vegetative and reproductive growth, CO2 uptake, and carbohydrate resources to abiotic components of the environment. Flower and fruit production occur during the dry season in the late winter and spring, roots grow during the summer wet season, and stem elongation commences in the autumn at the beginning of the dry season. Vegetative growth thus does not coincide with reproductive growth, as it does for other fruit crops in temperate and tropical regions. The time offset of vegetative and reproductive activities reduces competitive sink effects, regulating assimilate partitioning to different organs, which may allow Stenocereus queretaroensis to adapt to water-limited environments. Reserve carbohydrates (starch, mucilage) accumulate in the early summer just after reproductive growth and in the early winter just after stem extension. Reducing sugars increase during the middle of the summer before stem elongation begins. The low rates of growth and of photosynthesis for S. queretaroensis are associated with low tissue levels of nitrogen, chlorophyll, and some micronutrients (Fe, Mn). Low levels of gibberellic acid may also contribute to its low growth rate. It does not respond morphologically to irrigation during the dry period, indicating a low plasticity for growth. Although S. queretaroensis is cultivated, its physiological and phenological activities closely resemble those of wild CAM species and other wild perennial plants, reflecting its rather recent domestication and the fact that selections were based mainly on fruit quality and adaptation to aridity rather than biomass productivity.
Resumen
Los pitayos (Stenocereus spp.) son cactáceas columnares que producen frutos comestibles de colores atractivos en poblaciones silvestres y cultivadas. Hasta hace poco tiempo el pitayo habia sido poco estudiado, no obstante haber sido un alimento importante para los habitantes de las tierras semidridas subtropicales desde tiempos antiguos y haberse convertido en este siglo en una importante especie frutal. El principal objetivo de esta revisión es relacionar el crecimiento vegetativo y reproductivo, la asimilación de CO2 y las reservas de carbohidratos con algunos componentes abióticos del ambiente. La producción de flores y frutos ocurre durante la estacion seca del año. Las raíces crecen durante el periodo de lluvias en el verano y la elongación de las ramas comienza en el otoño al inicio de la estación seca. El crecimiento vegetativo no coincide con el crecimiento reproductivo, como ocurre con otras especies frutales de regiones templadas y tropicales. La competencia entre demandas metabólicas se reduce, debido a que no se traslapa el crecimiento vegetativo con el reproductivo, de esta manera se regula la distribución de fotosintetizados a los diferentes órganos de la planta, lo cual permite que S. queretaroensis se adapte en ambientes en los que el agua es un factor limitante. Los carbohidratos de reserva (almidón, mucílago) se acumulan al empezar el verano después del crecimiento reproductivo y en el invierno, justo después de la elongación de las ramas. El contenido de azúcares reductores aumenta a mediados del verano, antes del crecimento de las ramas. Las bajas tasas de crecimiento y fotosíntesis registrados en S. queretaroensis se asocian con niveles bajos de nitrógeno, cloroftla y algunos micronutrientes como Fe y Mn. Probablemente niveles bajos de ácido giberélico también con-tribuyan a la baja tasa de crecimiento de esta planta. S. queretaroensis no responde morfológicamente al riego durante la estación seca, revelando poca plasticidad en el desarrollo. Aunque S. queretaroensis se encuentra en conditión cultivada, su comportamiento fenológico y fisiológico presenta semejanza con especies silvestres con metabolismo CAM y otras plantas silvestres perennes. Este comportamiento refleja su relativamente reciente domesticatión, así como el hecho de que al hacer la selectión de fenotipos sobresalientes de pitayo se prestó una mayor atencion a la calidad delfruto y la adaptatión a la aridez, en lugar de la productividad de biomasa.
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Literature Cited
Arceta, E. G. I. 1997. Caracterización fisiológica de una población silvestre de pitayo (Stenocereus queretaroensis (Weber) Buxbaum) asociada con micorrizas vesículo arbuscular. Bachelor's Thesis. Universidad de Guadalajara, México.
Barbera, G. F., F. Carimi, and P. Inglese. 1992. Physical, morphological and chemical changes during fruit development and ripening in three cultivars of prickly pear,Opuntia ficus-indica (L.) Miller. Journal of Horticultural Science 67:307–312.
Bravo, H. H. 1978. Las cactáceas de México. Universidad Nacional Autónoma de Mexico, México, City.
Chapin, S. F. 1980. The mineral nutrition of wild plants. Annual Review of Ecology and Systematics 21:423–447.
—,E.-D. Schulze, and H. A. Mooney. 1990. The ecology and economics of storage in plants. Annual Review of Ecology and Systematics 21:423–4477.
Coombe, B. G. 1976. The development of fleshy fruits. Annual Review of Plant Physiology 27:507–528.
Cushman, C. J., and H. J. Bohnert. 1997. Molecular genetics of crassulacean acid metabolism. Plant Physiology 113:667–660.
De Luna, F. A. 1996. Efecto de la aplicación de inhibidores de la expresión genética sobre la senescencia de segmentos de tallo de pitayo (Stenocereus queretaroensis). Bachelor's Thesis. Universidad de Guadalajara, Mexico.
Esau, K. 1977. The anatomy of seed plants, 2nd ed. Wiley, New York.
Faust, M. 1989. Physiology of temperate zone fruit trees. Wiley, New York.
Gibson, A. C, and P. S. Nobel. 1986. The cactus primer. Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts.
Grime, P. J. 1979. Plant strategies and vegetation processes. Wiley, New York.
—,and R. Hunt. 1975. Relative growth rate: its range and adaptive significance in local flora. Journal of Ecology 63:393–422.
Haddad, Y., D. Clair-Maczulajtys, and G. Bory. 1995. Effects of curtain-like pruning on distribution and seasonal patterns of carbohydrate reserves in plane (Platanus acerifolia Wild) trees. Tree Physiology 15:135–140.
Izquierdo, J., and J. Oltremari. 1996. Conservacion y uso sostenible de la biodiversidad en zonas áridas y semiáridas de América Latina y el Caribe. Pages 1-12in Simonetti J. ed., Organizatión de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentation. Santiago, Chile.
Jimenez-Lopez, G. M L, E. Pimienta-Barrios, and A. Muñoz-Urias. 1995. Estudio anatomico del tallo de pitayo (Stenocereus queretaroensis (Weber) Buxbaum). Revista Cactáceas y Suculentas Mexicanas 40:51–58.
Jordan, P. W., and P. S. Nobel. 1982. Height distribution of two species of cacti in relation to rainfall, seedling establishment, and growth. Botanical Gazette 143:511–517.
Kozlowski, T. T., P. J. Kramer, and S. G. Pallardy. 1991. The physiological ecology of woody plants. Academic Press, San Diego.
Larcher, W. 1995. Physiological plant ecology, 3rd ed. Springer-Verlag, Berlin.
Lee, S. K., and R. E. Young. 1983. Growth measurements as an indication of avocado maturity. Journal of the American Association for Horticultural Science 108:395–397.
Lomeli, M. E., and E. Pimienta. 1993. Demografía reproductiva del pitayo (Stenocereus queretaroensis(Weber) Buxbaum). Revista Cactáceas y Suculentas Mexicanas 38:13–19.
Mauseth, J. D. 1991. Botany: an introduction to plant biology. Saunders, New York.
Mizrahi, Y., A. Nerd, and P. S. Nobel. 1997. Cacti as crops. Horticultural Reviews 18:291–319.
Nerd, A., E. Raveh, and Y. Mizrahi. 1993. Adaptation of five columnar species to various conditions in the Negev Desert of Israel. Economic Botany 47:304–3111.
—,and Y. Mizrahi. 1997. Reproductive biology of cactus fruit crops. Horticultural Reviews 18:321–346.
Neri-Luna, C, E. Pimienta-Barrios, and C. Robles-Murguia. 1993. Cambios fisiológicos durante el proceso de senescencia en cladodios jóvenes de no- pal (Opuntia ficus-indica (L.) Miller). Agrociencia 4:7–18.
Nobel, P. S. 1983. Nutrient levels in cacti—relation to nocturnal acid accumulation and growth. American Journal of Botany 70:1244–1253.
—. 1988. Environmental biology of agaves and cacti. Cambridge University Press, New York.
—. 1994. Remarkable agaves and cacti. Oxford University Press, New York.
—. 1995. Environmental biology. Pages 36–48in Barbera, G., P. Inglese, andE. Pimienta-Barrios eds., Agro-ecology, cultivation and uses of cactus pear. FAO, Rome.
—. 1996. Response of some North American CAM plants to freezing temperatures and doubled CO2 concentrations: implications of global climate change for extending cultivation. Journal of Arid Environments 34:187–196.
—,J. Cavalier, and J. L. Andrade. 1992. Mucilage in cacti: its apoplastic capacitance, associated solutes, and influences of tissue water relations. Journal of Experimental Botany 43:641–648.
—,and E. Pimienta-Barrios. 1995. Monthly stem elongation forStenocereus queretaroenesis: relationships to environmental conditions, net CO2uptake, and seasonal variations in sugar content. Environmental and Experimental Botany 35:17–42.
Osuna, E. T., and E. Pimienta. 1992. Diferenciación floral en aguacate. Agronomía 1:19–21.
Perez, R. C. 1993. Viabilidad de semillas y poliembrionía en morfoespecies cultivadas y silvestres de nopal tunero (Opuntia spp.). Bachelor's Thesis. Universidad de Guadalajara, Guadalajara, Mexico.
Pimienta, E. B. 1990. El nopal tunero. Universidad de Guadalajara, Guadalajara, Mexico.
—,M. M. Loera, and L. O. Lopez. 1993. Estudio anatomico comparativo entre colectas del subgeneroOpuntia. Agrociencia 4:7–211.
Pimienta-Barrios, E., and P. S. Nobel. 1994. Pitaya (Stenocereus spp., Cactaceae): an ancient and modern fruit crop of Mexico. Economic Botany 48:76–83.
—,and P. S. Nobel. 1995. Reproductive characteristics of pitayo (Stenocereus queretaroensis) and their relationships with soluble sugars and irrigation. Journal of the American Society for Horticultural Science 120:1082–1086.
—,E., C. Robles-Murguia, and A. Dominguez de la Torre. 1995. Estrategias fisiologicas y reproductivas de adaptatión del pitayo a la aridez. Ciencia 46:339–349.
—,G. Hernandez, A. Dominguez, and P. S. Nobel. 1998. Growth and development of the columnar cactusStenocereus queretaroensis (Weber) Buxbaum in a subtropical environment, including effects of gibberellic acid. Tree Physiology 18:59–64.
Robles, M. C. 1994. Estudio anatómico-fisiológico comparativo entre el nopal (Opuntia ficus-indica(L.) Miller) y el pitayo(Stenocereus queretaroensis(Weber) Buxbaum). Bachelor's Thesis. Universidad de Guadalajara, Mexico.
Ryugo, K. 1988. Fruit culture. Wiley, New York.
Salisbury, B. F., and C. W. Ross. 1992. Plant physiology, 4th ed. Wadsworth, Belmont, California.
Sajeva, M., and J. D. Mauseth. 1991. Leaf-like structure in the photosynthetic, succulent stems of cacti. Annals of Botany 68:405–411.
Sifton, H. B. 1957. Air-spaces in plants. Botanical Review 11:108–143.
Sutton, B. G., I. P. Ting, and R. Sutton. 1981. Carbohydrate metabolism of cactus in a desert environment. Plant Physiology 68:784–787.
Ting, I. P. 1994. Carbohydrate metabolism in cacti: gums and mucilage. Pages 7–12.in P. Felker, ed., Proceedings of the 5th Annual Texas Prickly Pear Council. Kingsville, Texas.
Zanchin, A. C, C. Bonghi, G. Casadoro, A. Rami-Na, and N. Rascio. 1994. Cell enlargement and cell separation during peach fruit development. International Journal of Plant Sciences 155:49–56.
Zanudo, H. J. 1998. Relation de los factores climáticos con el desarrollo y la actividad fisiológica en poblaciones silvestres y cultivadas de pitayo (Stenocereus queretaroensis (Weber) Buxbaum). Bachelor's Thesis. Universidad de Guadalajara, Mexico.
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Pimienta-Barrios, E., Nobel, P.S. Vegetative, reproductive, and physiological Adaptations to aridity of pitayo (Stenocereus queretaroensis, Cactaceae). Econ Bot 52, 401–411 (1998). https://doi.org/10.1007/BF02862071
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