Cultivos Nativos de Guatemala y Bioseguridad del Uso de Organismos Vivos Modificados

Cultivos Nativos de Guatemala y Bioseguridad del Uso de Organismos Vivos Modificados

Consejo Nacional de Áreas Protegidas

Camote (Ipomoea batatas)

Documento técnico No. 6-2014

Publicacion patrocinada gracias al apoyo de GEF-UNEP

Documento elaborado por el proyecto: Desarrollo de Mecanismos para Fortalecer la implementación del Protocolo de Cartagena en Guatemala”, OTECBIODr. César AzurdiaLicda. Mariana del CidLicda. Mónica BarillasLic. Msc. José Luis Echeverría.

Autor Dr. César Azurdia

CoordinadorDr. César Azurdia

Elaboración de mapas:Ing. Kenset Rosales

EdiciónLicda. Azucena Caremina Barrios Orozco

Diseño y diagramaciónLicda. Ana Lucía Barrios GirónLicda. Paula González de Aguilar

Se sugiere citar el documento de la siguiente manera:Azurdia, C. 2014. Cultivos Nativos de Guatemala y Bioseguridad del Usode Organismos Vivos Modificados. Camote (Ipomoea batatas). ConsejoNacional de Áreas Protegidas. Documento Técnico No. 6-2014. 30 p.

Consejo Nacional de Áreas Protegidas -CONAP-5a. Av. 6-06 zona 1, Edificio IPM, 5to, 6to, y 7mo. nivelPBX (502) 24226700FAX (502) 22534141www.conap.gob.gtwww.chmguatemala.gob.gt/página especializada en Diversidad Biológicawww.bchguatemala.gob.gt/página especializada en Biotecnología Moderna

Oficina Técnica de Biodiversidad/otecbio@conap.gob.gt

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CONSEJO NACIONAL DE AREAS PROTEGIDAS -CONAP-

DOCUMENTO ELABORADO POR EL CONSEJO NACIONAL DE ÁREAS PROTEGIDAS

CULTIVOS NATIVOS DE GUATEMALA Y BIOSEGURIDAD DEL USO DE ORGANISMOS VIVOS MODIFICADOS

El presente documento es producto del proyecto “Desarrolllo de Mecanismos para Fortalecer la implementación del Protocolo de Cartagena en Guatemala” Proyecto UNEP-GEF GFL 2328-2716 4B43, ejecutado por el Consejo Nacional de Áreas Protegidas -CONAP-, a través de la Oficina Técnica de biodiversidad -OTECBIO- , y financiado por el Fondo Mundial para el Medio Ambiente (GEF, por sus siglas en inglés) y el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA-UNEP).

Esta publicación se realiza de acuerdo al normativo de propiedad intelectual de CONAP, aprobado por el Consejo Nacional de Áreas Protegidas con fecha 28 de agosto del 2013.

Impresión: Serviprensa, S.A. • PBX: 22458888

La colección de módulos de “Cultivos nativos de Guatemala y bioseguridad del uso de organismos vivos modificados” es producto del proyecto “Desarrollo de Mecanismos para Fortalecer la Implementación del Protocolo de Cartagena en Guatemala” GFL 2328-2716 4B43 implementado por el Consejo Nacional de Áreas Protegidas a través de la Oficina Técnica de Biodiversidad –OTECBIO–, financiado por el Fondo Mundial de Medio Ambiente –GEF–, por sus siglas en inglés y el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente, PNUMA-UNEP.

CULTIVOS NATIVOS DE GUATEMALA Y BIOSEGURIDAD

DEL USO DE ORGANISMOS VIVOS MODIFICADOS

PROYECTO UNEP-GEFGFL 2328-2716 4B43

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Presentación General

Introducción

Especies silvestres emparentadas

Índice

Ipomoea tiliacea

Camote cultivado

Ipomoea trifida

Relaciones filogenéticasInformación biológica

Floración

Dispersión y dormancia de la semilla

Dispersión y viabilidad del polen

Plantas voluntarias, ruderales y su persistencia

Reproducción sexual

Hibridación

Reproducción vegetativa

Desarrollo de la tecnología GM

Bibliografía

Conclusiones y reflexiones

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El Consejo Nacional de Áreas Protegidas (CONAP), es el ente gubernamental responsable de la conservación y uso sostenible de la Diversidad Biológica en todo el territorio nacional de Guatemala, descrito en la Ley de Áreas Protegidas y su Reglamento (Decreto 4-89). Así mismo, el Decreto legislativo 5-95 que refiere a la adhesión de Guatemala como Estado-parte ante la Convención de Diversidad Biológica (CDB), siendo el CONAP el punto focal responsable de darle seguimiento. De igual manera, el Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología (PC) del CDB ha sido firmado y ratificado por Guatemala, del cual, también el CONAP es el Punto Focal Nacional.

El objetivo del PC es contribuir a garantizar un nivel adecuado de protección en la esfera de la transferencia, manipulación y utilización seguras de los organismos vivos modificados resultantes de la biotecnología moderna que puedan tener efectos adversos para la conservación y la utilización sostenible de la diversidad biológica, teniendo en cuenta los riesgos para la salud humana.

Como parte de la implementación del Protocolo y con el apoyo de entidades internacionales como Global Environment Fund (GEF) y United Nations Environment Programme (UNEP) a través del proyecto: “Desarrollo de Mecanismos para Fortalecer la Implementación del Protocolo de Cartagena en Guatemala GFL-2328-2716-4B43, se presentan los módulos de “Cultivos nativos de Guatemala y bioseguridad del uso de organismos vivos modificados”, diseñado para tomadores de decisión, en instituciones involucradas directamente en la seguridad de la biotecnología como: el Ministerio de Agricultura, Ganadería y Alimentación y el Ministerio de Ambiente y Recursos Naturales, entre otros. Así como también a estudiantes y profesionales con interés en esta disciplina.

PRESENTACIÓN GENERAL

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Siendo Guatemala parte de uno de los ocho centros de origen y diversidad de plantas cultivadas, se espera que en su territorio se encuentre alta diversidad genética en aquellos cultivos nativos así como en sus parientes silvestres más cercanos. Esta riqueza es única y debe conservarse y utilizarse sosteniblemente para beneficio de la sociedad guatemalteca y del mundo. En los momentos actuales cuando el desarrollo de la biotecnología moderna ha conducido a la creación de organismos vivos modificados, como una nueva alternativa tecnológica con el propósito de incrementar la disponibilidad de alimento a través de la agricultura; así como para otros fines que vienen a mejorar el nivel de vida del ser humano, es necesario considerar los posibles efectos negativos que el uso de dichos cultivos pudieran tener sobre la agrobiodiversidad. Para llegar a establecer dicha posibilidad es necesario desarrollar análisis de riesgo ambiental, el cual deberá estar basado en evidencia científica. De esta manera, la linea base mínima requerida comprende aspectos tales como presencia y distribución de especies silvestres emparentadas, diversidad de las especies cultivadas nativas, aspectos biológicos como floración, polinización, flujo genético, hibridación, capacidad invasiva, entre otros. Además, se debe incluir el desarrollo actual de la biotecnología que genera cultivos genéticamente modificados y el uso actual de los mismos en las regiones aledañas a Guatemala.

Los presentes módulos contienen información básica de nueve cultivos de origen mesoamericano y uno asiático, pero con parientes silvestres en Guatemala, tratando de cubrir los temas fundamentales que apoyan el análisis de riesgo ambiental descritos con anterioridad. Se espera que sea de utilidad para aquellos funcionarios que tienen que realizar análisis de riesgo ambiental, previo a la toma de decisiones relativa al uso seguro de aquellos cultivos nativos de Guatemala modificados genéticamente a través del uso de la biotecnología moderna.

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A nivel mundial el mayor productor es China, alcanzando el 80% de la producción, es uno de los siete cultivos alimenticios más importantes, este cultivo es también importante en el Caribe, Polinesia, algunas áreas de Asia, África y Sudamérica. En Guatemala el camote es cultivado en pequeñas extensiones o bien dentro de huertos familiares, su producción se utiliza para autoconsumo, venta en mercados locales o bien para alimentación de cerdos.

Austin (1988) propone que el camote se originó en la región comprendida entre Yucatán y la desembocadura del río Orinoco en Sudamérica, la cual coincide con la distribución de las especies silvestres Ipomoea trifida e I. triloba consideradas filogenéticamente relacionadas con el camote cultivado. Además, es en esta misma región donde en la actualidad se presenta la mayor diversidad en camote cultivado. Estos resultados son apoyados por la investigación desarrollada por Templar et al. (2003).

Los parientes silvestres del camote son especies ubicadas en la sección Batatas de la familia Convolvulaceae, dentro de las cuales sobresalen I. ramosissima originaria de Centro y Sudamérica, I. trifida de Centro y Sudamérica e I. tiliacea del Caribe y Centroamérica. Estudios conducidos por Jarret y Austin (1994), utilizando marcadores moleculares, mostraron que I. trifida y formas tetraploides de I. batatas de México y Ecuador, así como una nueva especie recién descubierta en México (I. tabascana), son los parientes silvestres más cercanos del camote. Esta última especie, también ubicada en la sección Batatas (McDonald y Austin, 1990), no ha sido encontrada nuevamente en México y se tiene germoplasma de una sola localidad en el estado de Tabasco, precisamente a cinco kilómetros de la frontera con Guatemala. Por esta razón, se considera prioritario realizar exploraciones para recolectar semilla de esta especie en el lado guatemalteco (Austin et al., 1991).

Los trabajos conducidos en mejoramiento genético de camote han utilizado ampliamente a I. trífida como especie silvestre con probabilidad de transferir genes útiles a dicha especie cultivada (Freyre et al., 1991; Iwanaga et al., 1991; Oración et al., 1990; Orjeda et al., 1991; Shiotani et al., 1990).

INTRODUCCIÓN

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Ipomoea batatas

Crédito: wikimedia.org

Ipomoea tiliacea

Ipomoea tabascanaIpomoea trifidaCrédito: Angel Solis

Crédito: www.wikimedia.org

Crédito: www.farm7.static.flickr.com

ESPECIES SILVESTRES EMPARENTADAS

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Ipomoea tiliacea

Enredadera creciendo como maleza en el cultivo de maíz, a

orilla de carreteras, a orilla del bosque y dentro del bosque. En

localidades distribuidas

entre 0 a 1,700 msnm.

Crédito: www.wikimedia.org

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Distribución de Ipomoea tiliacea

Fuente: Azurdia et al. (2011)

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Crédito: Angel Solis

Ipomoea trifida

Enredadera de áreas con vegetación secundaria, a orilla de

caminos, en cercos de terrenos, como maleza en el cultivo de

maíz, café, a orilla de ríos, y dentro de bosque mixto. Localidades

ubicadas entre 0 a 1,800 msnm.

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Distribución potencial de Ipomoea trifida

Fuente: Azurdia et al. (2011)

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Crédito: César Azurdia

CAMOTE CULTIVADO

Se encuentra distribuido en regiones bajas, generalmente en zonas de vida como bosque seco subtropical, bosque húmedo subtropical templado, bosque húmedo montano bajo y bosque muy húmedo montano bajo. Las regiones más ricas en camote se encuentran en los departamentos de Petén, Santa Rosa, El Progreso, Zacapa, Jutiapa, Izabal, Alta Verapaz, Baja Verapaz, Chiquimula, Guatemala y Escuintla. Se cultiva por pequeños agricultores que destinan su producción a autoconsumo y su follaje para alimentación de cerdos. Puede cultivarse hasta una altura cercana a los 1,800 msnm. En la figura adjunta se observa la distribución potencial del cultivo de camote en Guatemala.

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Leyenda

Puntos de presencia de la especie

Distribución de las probabilidades de presencia de

la especie

0.500151992 - 0.651642998

0.651642998 - 0.80313404

0.803134004 - 0.954625011

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DIVERSIDAD DE LOS CULTIVARES PRESENTES EN GUATEMALA

Los trabajos conducidos porMartinez et al. (1995) mostraron que:El 47% de los cultivares caracterizados florecenColor de epidermis de las raíces tuberosas: blanco (19.52%), amarillo (14.94%), rojo (6.90%), púrpura (57.47%)Color de la pulpa de la raíz tuberosa: blanco (29.88%), amarillo (39.08%), anaranjado (13.79%), púrpura (16.09%), amarillo con manchas blancas (1.15%).

Crédito: César Azurdia

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RELACIONES FILOGENÉTICAS

Mediante el uso de marcadores moleculares del núcleo y del cloroplasto, se mostró que Ipomoea trifida es la especie silvestre más relacionada con el camote (la especie de I. batatas hexaploide), mientras que Ipomoea ramosissima e Ipomoea umbraticola fueron las especies más distantes.

Así mismo, que Ipomoea triloba, anteriormente considerada como uno de los ancestros se reportó distantemente relacionada con el camote (Huand y Sun, 2000). Resultados similares se reportan utilizando caracteres citogenéticos (Srisuwan, Sihachakr y Siljak-Yakovlev, 2006). Es importante anotar que Guatemala ha sido considerado como parte del centro de origen del camote, lo cual se refuerza a sabiendas que I. trifida es el pariente más cercano del camote y se encuentra ampliamente distribuido en Guatemala.

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RELACIONES FILOGENÉTICAS

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dito

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dito

: Hua

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2000

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INFORMACIÓN BIOLÓGICA

Floración

El tiempo y la duración de floración, su intensidad, y formación de semilla en camote está determinado fuertemente por el genotipo, fotoperiodo y estrés ambiental. Las flores bisexuales se abren al amanecer y se cierran y se marchitan en el inicio del atardecer del mismo día; el estigma es receptivo durante unas pocas horas en la mañana (Anderson y de Vicente, 2010)

Crédito: Convolvulaceae, G.K. Linney

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Reproducción sexualEl camote cultivado es hexaploide (2n= 6x=90), aunque se han visto plantas silvestres tipo tetraploide (2n= 4x=60). Es alógamo y comúnmente autoincompatible, pero algunas veces muestra autofertilidad.

Los principales polinizadores del camote son las abejas.

No se conoce mucho de la supervivencia del polen del

camote, excepto que la germinación del grano de polen

puede continuar por tres a cuatro horas después de la

polinización (Anderson y de Vicente, 2010)

Crédito: www.naturfoto.cz

DISPERSIÓN Y VIABILIDAD DEL POLEN

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Dispersión y dormancia de la semilla

A pesar de la gran cantidad de flores que tiene la planta de camote, la producción de semilla es baja debido a su sistema complejo de auto- incompatibilidad. El principal agente de dispersión de las semillas son los pájaros y el agua. La semilla requiere escarificación mecánica antes de ponerse a germinar. Las semillas permanecen viables por muchos años y pueden formar bancos de semillas en el suelo (Anderson y de Vicente, 2010).

Plantas voluntarias,ruderales y su persistencia

En áreas en donde no se han utilizado herbicidas, plantas de camote son frecuentes, principalmente en cercanías de áreas cultivadas con camote. En Ecuador se han encontrado plantas tipo silvestre (4X) en localidades en donde se había colectado materiales cultivados de camote. Esto sugiere que el camote puede sobrevivir por varios años a través de propagación sexual o asexual (Anderson y de Vicente, 2010).

Reproducción vegetativa

Los cultivados generalmente se reproducen en forma asexual a través de pedazos de tallos o ramas. En regiones más frías se puede reproducir a través de yemas adventicias de las raíces.

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Crédito: César AzurdiaIpomoea trifida creciendo como maleza ruderal.

HIBRIDACIÓNCamote cultivado está aislado genéticamente de la mayoría de sus parientes silvestres debido a diferencias en el nivel de ploidía, a su complejo sistema de compatibilidad y esterilidad. Existen diferentes factores de incompatibilidad como baja germinación de la semilla, bajo vigor de las plántulas, plantas de tipo anormal, reducción en la floración, aborto de óvulos, desarrollo del tubo polínico en forma anormal, aborto de embriones, y pobre producción de semillas. Sin embargo, polen no reducido producido en plantas tetraploides y hexaploides así como en I. trifida diploide no reducen la posibilidad de que pudiera existir cruzamiento natural y recurrente flujo genético entre especies relacionadas vía polen no reducido. Esto refuerza algunos resultados obtenidos a nivel de laboratorio, los cuales han demostrado que los cruces entre camote e I. trifida puede producir descendencia fértil. Entonces, teóricamente, camote cultivado puede cruzarse con I. trifida. A la fecha no se han hecho estudios moleculares que muestren la presencia de híbridos naturales.

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DESARROLLO DE LA TECNOLOGÍA GM

Debido a que es difícil la regeneración a partir de cultivo

de tejidos, los protocolos de transformación han sido

difíciles. Sin embargo, actualmente ya existen protocolos

eficientes, y los primeros cultivares tipo transgénico

están siendo probados en el campo en Estados Unidos y

en Kenia. Los caracteres que están siendo utilizados son

resistencia a pestes y a virus, reducción en el contenido

de amilasa, tolerancia a la oxidación y a las heladas y

resistencia a herbicidas. A la fecha no se ha reportado

producción de camote GM (Anderson y de Vicente, 2010).

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CONCLUSIONES Y REFLEXIONES

Guatemala forma parte del centro de origen y diversidad de camote.

Se ha mostrado la alta diversidad morfológica, fenológica y nutricional que el camote tiene en Guatemala.

La especie silvestre Ipomoea trifida es el pariente silvestre más cercano de camote. Esta especie se encuentra ampliamente distribuida en Guatemala.

El camote se reproduce en forma comercial principalmente a través de estructuras asexuales; sin embargo, se puede reproducir por semillas botánicas.

No se conoce mucho sobre el comportamiento biológico del camote. Sin embargo, se comienza a entender que éste puede tener flujo genético con la especie silvestre más emparentada (I. trifida).

En la actualidad no hay cultivares de camote genéticamente modificados que se hayan liberado comercialmente; sin embargo, ya hay pruebas preliminares de campo que en un futuro cercano darán origen a las primeras variedades comerciales.

Es necesario desarrollar programas de conservación ex situ e in situ de la variabilidad genética de camote presente en Guatemala.

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BIBLIOGRAFÍA

Anderson, M.S. and de Vicente, M.C. 2010. Gene flow between crops and their wild relatives. The Johns Hopkins University Press. 564 p.

Austin, D.F. 1988. The taxonomy, evolution, and genetic diversity of sweet potatoes and related wild species. En: P. Gregory (ed.). Proceedings of first planning conference: Exploration and maintenance and utilization of sweet potato genetic resources. CIP, Lima Peru. p. 27-59.

Austin, D.F., de la Puente, F., and Contreras, J. 1991. Ipomoea tabascana, an endangered tropical species. Economic Botany 45(3): 435-438.

Azurdia, C. y González, M. 1986. Informe final del proyecto de recolección de algunos cultivos nativos de Guatemala. FAUSAC, ICTA, CIRF.

Azurdia, C., Williams, K.A., Williams, D.E., Van Damme, V. Jarvis, A., and Castaño, S.E. 2011. Guatemalan Atlas of Crop Wild Relatives. Available at http://www.ars.usda.gov/Services/docs.html?docid=22225 United States Department of Agriculture/Agricultural Research Service (USDA/ARS); Bioversity International; International Center for Tropical Agriculture (CIAT); and the University of San Carlos in Guatemala (FAUSAC).

Freyre, R., Iwanaga , M. and Orjeda., G. 1991. Use of Ipomoea trifida (HBK.) G. Don germplasm for sweet-potato improvement. 2. Fertility of synthetic hexaploids and triploids with 2n gametes of I. trifida, and their interspecific crossability with sweet potato. Genome 34: 209-214.

Huang, J. and Sun, M. 2000. Genetic diversity and relationships of sweet potato and its wild relatives in Ipomoea series Batatas (Convolvulaceae) as revealed by inter-simple sequence repeat (ISSR) and restriction analysis of chloroplast DNA. Theor Appl Genet 100:1050–1060

Iwanaga, M., Freyre , R. and y Orjeda, G. 1991. Use of Ipomoea trifida (HBK.) G. Don germplasm for sweet potato improvement. 1. Development of synthetic hexaploids ofI. trifida by ploidy-level manipulations. Genome 34: 201-208.

29

Jarret, R.L. and Austin, D.F. 1994. Genetic diversity and systematic relationships in sweetpotato (Ipomoea batatas (L.) Lam.) and related species as revealed by RAPD analysis. Genetic Resources and Crop Evolution 41: 165-173.

Martinez, V., Azurdia, C., Rodriguez, F., Chalí, J., Dias, C., Lang, H. y Medina, J. 1995. Camote (Ipomoea batatas). En: Azurdia, C. (Ed.): Caracterización de algunos cultivos nativos de Guatemala. Facultad de Agronomía, Universidad de San Carlos de Guatemala, Instituto de Ciencia y Tecnología Agrícolas, International Board for Plant Genetic Resources. 164-172.

McDonald, J.A. and Austin, D.F. 1990. Changes and additions in Ipomoea section Batatas(Convolvulaceae). Brittonia. 42: 116-120.

Oracion, M.S., Niwa, K. and Shiotani, I. 1990. Cytological analysis of tetraploid hybrids between sweet potato and diploid Ipomoea trifida (H.B.K.) Don. Theor Appl Genet 80: 617-624.

Orjeda, G., Freyre, R. and Iwanaga, M. 1991. Use of Ipomoea trifida (HBK.) G. Don germplasm for sweet potato improvement. 3. Development of 4x interspecific hybrids between Ipomoea batatas (L.) Lam. (2n=6x=90) and I. trifida (H.B.K.) G. Don. (2n=2x=30) as storage-root initiatiors for wild species. Theor Appl Genet 83: 159-163.

Shiotani, I., Yoshida , S. and Kawase, T. 1990. Numerical taxonomic analysis and crossability of diploid Ipomoea species related to the sweet potato. Japan. J. Breed. 40: 159-174.

Srisuwan, S. , Sihachakr, D., and Siljak-Yakovlev, S. 2006. The origin and evolution of sweet potato (Ipomoea batatas Lam.) and its wild relatives throught the cytogenetic approaches. Plant Science 171:424–433.

Templar, S., Bereny, M., Zhang, D., Hermann, M., Schmit, J., Glo¨ssl, J. and Burg,K. 2003. Genetic diversity in sweetpotato [Ipomoea batatas (L.) Lam.] in relationship to geographic sources as assessed with RAPD markers. Genetic Resources and Crop Evolution 50: 429–437.

BIBLIOGRAFÍA

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