La reproducción del agave es de manera sexual y asexual. La reproducción sexual se logra mediante la polinización que efectúan algunos animales, principalmente murciélagos nectarívoros y, en menor grado, insectos diurnos y nocturnos (palomillas, abejas, abejorros) y aves (colibríes, aves percheras). Los agaves con inflorescencias paniculadas
(subgénero Agave) son polinizadas por los murciélagos Leptonycteris curasoae, L. nivalis, Choeronycteris mexicana y Glossophaga sp., mientras que los agaves con inflorescencias espigadas (subgénero Littaea) son polinizadas principalmente por insectos, lo que hace que la transferencia de polen de una flor a otra sea nocturna en los magueyes polinizados por murciélagos y diurna en los magueyes polinizados por insectos o aves. En el maguey pulquero (Agave salmiana), el espadín (A. angustifolia), el blanco (A. americana), el papalometl (A. potatorum) y el de cerro (A. asperrima), el sistema de reproducción es de tipo semélparo o monocárpico, es decir, las plantas mueren después de reproducirse;
la semelparidad es una forma de reproducción poco común en las plantas con flores y pudo haber evolucionado debido a la altura de la inflorescencia, ya que las flores a mayor
altura son más atractivas para los polinizadores; subsecuentemente, al incrementar las plantas progresivamente su esfuerzo reproductivo, los recursos asignados al despliegue floral alcanzaron un máximo, causando la muerte de la planta. Otras especies pueden ser consideradas iteróparas o policárpicas, pues sólo muere la roseta que tiene la inflorescencia pero no el individuo; es el caso del cacalotentli (Agave angustiarum), las gallinitas (A. stricta) y el maguey chamula (A. chiapensis). Hay también plantas que son solitarias, cuya roseta muere varios meses después de haber fructificado, por lo que durante largo tiempo las hojas se conservan turgentes, como en el socolume (Agave applanata) y el maguey escobeta (A. convallis). La producción de frutos y semillas es grande en los agaves; algunas inflorescencias, como las de Agave deserti, producen hasta 65000 semillas, y una vez maduras son dispersadas por el viento. Son también el alimento de numerosas larvas de insectos, que las horadan a la altura donde se encuentra el embrión y las substancias de reserva, por lo que es común observar grupos de semillas huecas y adheridas entre sí; y una vez en el suelo son también el alimento favorito de una gran cantidad de insectos, como las hormigas.
En la reproducción del agave, en su mayoría se propaga de manera asexual, produciendo clones en diferentes partes de la roseta o la inflorescencia. Los hijuelos se desarrollan en la base de la planta, o mediante estolones emergen a alguna distancia de la planta madre, producen raíces y, con el tiempo, crecen de manera independiente. Los hijuelos intrafoliares se originan entre las hojas de la roseta y se desarrollan cuando se desprenden de la planta madre o ésta muere. Los bulbilos, en cambio, se originan en la inflorescencia junto
a las flores. La producción de clones es un mecanismo que permite a las plantas una mayor capacidad de ampliar su área de distribución; es el caso de Agave lechuguilla,
cuyas poblaciones en el Altiplano Mexicano cubren vastas extensiones de terreno. Agave deserti y Agave cerulata dependen casi por completo de la reproducción vegetativa y, aunque producen abundantes flores y semillas, el establecimiento de las plántulas es un fenómeno raro debido a que ésta es la fase más vulnerable en el ciclo de vida de los agaves, pues tienen una cantidad limitada de reservas, baja capacidad para absorber agua y están expuestos a grandes variaciones de temperatura en la superficie del suelo, por lo que dependen de manera crítica de plantas nodrizas; además, constituyen un alimento suculento y nutritivo para los insectos. En 1992, Nobel documentó que tras 29 años de observar plantas de Agave deserti, únicamente se establecieron diecisiete plántulas en un área en donde había 2 900 rosetas.
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