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Acta Agronómica

Print version ISSN 0120-2812

Acta Agron. vol.65 no.4 Palmira Oct./Dec. 2016

https://doi.org/10.15446/acag.v65n4.48680 

http://dx.doi.org/10.15446/acag.v65n4.48680

Desarrollo de líneas de frijol (Phaseolus vulgaris L.) tolerante a sequía a partir de cruces inter acervo con genotipos procedentes de diferentes orígenes (Mesoamericano y Andino)

Developing of drought tolerant common bean (Phaseolus vulgaris L.) from inter genepool crosses with genotypes from different origins (Andean and Mesoamerican)

Víctor Manuel Mayor–Duran1*, Bodo Raatz 1 y Matthew W. Blair 2

1Centro Internacional de Agricultura Tropical, (CIAT), Cali, Colombia. 2 Tennessee State University, 3500 John A. Merritt Boulevard Nashville, Estados Unidos de América. *Autor para correspondencia: v.m.mayor@cgiar.org

Rec.: 29.01.2015 Acep.: 30.10.2015


Resumen

La principal causa de la baja productividad en campo es la sequía, y como la mayoría de métodos para contrarrestarle son costosos e inasequibles para los agricultores de bajos recursos, se ha encontrado que el mejoramiento genético es la opción más económica para incrementar o estabilizar la producción de frijol común en condiciones de sequía. Por lo tanto el objetivo principal de esta investigación fue obtener líneas de frijol provenientes de cruzas inter acervo, con el fin de seleccionar líneas tolerantes a estrés hídrico. En la generación F5:6, se seleccionaron las 54 mejores líneas elites en términos de rendimiento y características agronómicas favorables, de un total de 492 líneas cosechadas. Posteriormente se codificaron como líneas DAB (Drought Andean Bean). Se evaluaron estas 54 líneas elites en ensayos de rendimiento en dos condiciones de sequía, pudiéndose elucidar que las líneas DAB 18, DAB 49, DAB 52 y DAB 3, presentaron mayor rendimiento con un rango de 2506.2 a 2682.3 Kg. ha -1 en las dos condiciones de sequía evaluadas; lo cual aporta genotipos con características de importancia para ser multiplicados y distribuidos a agricultores, además de obtener líneas parentales para generar nuevos programas de mejoramiento con tolerancia a sequía.

Palabras clave: Características de importancia, compuestos masales, estrés hídrico, líneas tolerantes a sequía, selecciones individuales.


Abstract

Drought is the main cause of low productivity in field conditions, and like most of methods to counter; they are costly and unaffordable for low–income farmers, the plant breeding has found the most economical option to increase or stabilize the common bean production under drought conditions. Therefore, the main objective of this research was to obtain bean lines derived from inter– gene pool crosses, in order to select lines tolerant to water stress. In the F5:6 generation, the top 54 elite lines in terms of performance and favorable agronomic traits, from 492 harvested lines. In addition, they were coded as DAB lines (Drought Andean Bean). These 54 elite lines were evaluated in yield trials in two conditions of drought, being able to elucidate the DAB 18, 49 DAB, DAB 52 and DAB 3 lines, showed a higher performance with a range of 2506.2 to 2682.3 kg. ha -1 in the two drought conditions evaluated, which brings genotypes with traits of importance to be multiplied and distributed to farmers, in addition to obtaining parental lines to generate new plant breeding programs to improve drought tolerant lines.

Keywords: Drought tolerant lines, individual selections, massal compounds, traits of importance, water stress.


Introducción

El frijol común (Phaseolus vulgaris L.), es la leguminosa alimenticia más importante para el consumo humano directo, ya que representa el 50% del grano de leguminosas consumido en el mundo (Broughton et al. 2003). Se produce en diversos ambientes, lo que hace del frijol común, una especie cosmopolita (Gepts, 2001). Sin embargo, se ha estimado que el 60% de los cultivos de frijol son sembrados bajo el riesgo de una sequía intermitente o terminal (Miklas & Singh, 2007).

Por lo anterior, la principal causa de la baja productividad en campo es la sequía, por lo cual se han implementado diferentes técnicas para contrarrestar los efectos de la misma como: riego suplementario y algunas prácticas agronómicas. Sin embargo, han sido de poca utilidad ya que el alto costo de la infraestructura necesaria, la ausencia de agua para riegos y rubros asociados, impiden que los agricultores de bajos recursos accedan a estas prácticas. Por tal motivo el mejoramiento genético se ha convertido en la mejor opción en términos económicos, ecológicos y de sostenibilidad para incrementar y/o estabilizar la producción de frijol en condiciones de sequía (Rosales–Serna et al. 2000). Aunque no es reconocido como una especie tolerante a sequía, el frijol posee estrategias que le confieren dicha tolerancia (Beebe et al. 2013)

El progreso de mejoramiento para tolerancia a sequía en frijol ha sido lento, aunque se han obtenido avances en cuanto a los criterios a utilizar, para seleccionar líneas tolerantes a estrés hídrico (Beebe et al. 2013; White et al. 2009). Actualmente, el rendimiento de grano se ha definido como el criterio más claro para seleccionar correctamente genotipos tolerantes a sequía (Acosta–Gallegos & Adams, 1991; Beebe et al. 2013; Mir et al. 2012; Terán & Singh, 2002).

El objetivo del presente estudio es obtener líneas provenientes de cruzas inter acervo, con el fin de identificar líneas tolerantes a sequía y dilucidar el comportamiento de las mismas en dos ambientes, correspondientes a sequía intermitente y sequía a floración.

Materiales y métodos

La evaluación y caracterización de las líneas en campo, se llevó a cabo en el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), el cual está ubicado en Palmira, Colombia (03°31'N, 76°18'O: 1001 m.s.n.m.). Las líneas utilizadas se generaron de cruzas simples entre líneas tolerantes a sequía de origen mesoamericano (SER8, SER16, SER22, SEC16, SEQ11) desarrolladas en el CIAT y líneas susceptibles a sequía de importancia agronómica en Zimbabwe (África) de origen andino (Red Canadian Wonder, CAL143, SUG131, PAN147, Natal Sugar) (Beebe, Makunde, Blair, Chirwa, & Lungu, 2007). Las cinco líneas tolerantes fueron cruzadas con las cinco líneas susceptibles, para un total de 25 cruzas, utilizando un diseño Norte Carolina II.

Las poblaciones fueron avanzadas durante los años 2005, 2006 y 2007; donde se desarrollaron tanto compuestos masales (F1, F3, F4) como selecciones individuales (F2, F5), con el fin de alcanzar líneas en generación F6 y obtener líneas uniformes con alto grado de homocigosidad. Cabe aclarar que las selecciones individuales que se realizaron en F2 y F5, no estuvieron direccionadas hacia la tolerancia a sequía, sino a rasgos morfoagronómicos de alta heredabilidad como: color de grano, hábito, tamaño de grano, etc. Se utilizó el método de mejoramiento combinado genealógico.

En la estación seca del 2008 (junio–agosto) se evaluaron 459 líneas F5:6 en condiciones de sequía sin repeticiones, y se tomó datos de producción por parcela y adaptación. A partir de este resultado se seleccionaron 54 líneas y se codificaron como Líneas DAB (Drought Andean Bean), con las cuales se realizaron ensayos de rendimiento en condiciones de sequía en el CIAT, Palmira, entre enero – abril de 2009.

Para la evaluación de las líneas DAB se consideró el rendimiento de grano como la variable más importante en la selección de genotipos tolerantes a estrés hídrico (Acosta–Gallegos & Adams, 1991; Beebe et al. 2013; Terán & Singh, 2002)nine drought resistant lines selected from interracial or intergene pool populations, and two drought resistant and two susceptible checks. The 36 genotypes were evaluated in drought–stressed (DS. Se utilizó un diseño en lattice 8x8 con tres repeticiones, en dos ambientes: Sequía intermitente (SI) y sequía a floración (SF). Como testigos fueron incluidos los padres involucrados en las cruzas y dos variedades comerciales: Tio canela y Diacol Calima. El tamaño de la parcela experimental fue de 3.09 m x 0.6 m.

Las condiciones climáticas en la localidad de CIAT, Palmira durante la estación seca (julio – octubre de 2008), donde se sembró la población F5:6 fueron: temperatura máxima entre 24.5 y 35°C con un promedio de 30°C, temperatura mínima entre 16.6 y 21°C con un promedio de 19°C, precipitación total de 163.5 mm distribuidos irregularmente, la evaporación total fue de 416.8 mm y se determinó como sequía intermitente. Se realizaron tres aplicaciones de riego, uno de ellos para germinación y los dos restantes, para el establecimiento del cultivo de fríjol. En la estación donde se evaluaron las líneas DAB (F5:7) correspondiente a la estación seca (enero – abril de 2009), se presentó una temperatura máxima entre 23.8 y 33°C con un promedio de 30.5°C, temperatura mínima entre 17.4 y 21.3°C con un promedio de 19.4°C, la precipitación total fue de 270.2 mm distribuidos irregularmente, La evaporación total fue de 408.6 mm se determinó como sequía intermitente. Los suelos en los lotes del CIAT, Palmira, fueron clasificados como Aquic Haplustoll (Molisol), con un pH de 7.0.

Para las líneas F5:7, se realizaron análisis de varianza por ambiente para observar las interacciones entre genotipos dentro de cada uno de los mismos y un análisis combinado para observar la interacción fenotipo por ambiente y la variación entre los ambientes, la diferencia mínima significativa fue usada para el análisis de los datos y selección de las líneas tolerantes a sequía en términos de rendimiento. Se usó el paquete estadístico SAS (v9.1.3 ®) y finalmente, se estimaron los coeficientes de correlación simple entre las variables evaluadas y rendimiento con el fin de dilucidar posibles estrategias de tolerancia a sequía.

Resultados y Discusión

El hecho de utilizar un método de mejoramiento genealógico brinda la oportunidad de tener una visión general de la posible habilidad combinatoria general y específica de cada genotipo (Vallejo & Salazar, 2002), aún después de pasadas varias generaciones como en este caso; y así poder identificar buenos padres para futuros procesos de mejoramiento.

De las líneas sembradas F5:6, se cosecharon el 97%, que corresponde a 479 de un total de 492 líneas. Durante la inspección en campo se observó que las cruzas que involucraban como madre a SER16 y SER22 fueron las que mejor estaban adaptadas, seguidas de las que involucraban SER8 y SEQ11, finalmente las menos adaptadas fueron las que involucraron SEC16. Los padres andinos que mejor se comportaron fueron SUG131 y NATAL SUGAR, seguidos por PAN127 y RED CANADIAN WONDER, finalmente las cruzas que involucraban a CAL143, resultaron ser las menos adaptadas a las condiciones de sequía (Tabla 1).

Fueron seleccionadas por rendimiento, 26 líneas provenientes de cruzas con SER22, 13 líneas de cruzas con SER16, 8 líneas de cruzas con SEQ11, 7 líneas de cruzas con SER8 y finalmente no fueron incluidas líneas provenientes de cruzas con SEC16, ya que presentaron rendimientos bajos con respecto a los padres y a las demás líneas (Tabla 1).

Con base a los datos de rendimiento, se encontró que la familia de mayor rendimiento fue SER22 x CAL143 con 2822 Kg/ha-1 en promedio, y la familia con menor rendimiento fue SEC16 x NATAL SUGAR con un rendimiento de 1168 Kg.ha-1 en promedio. La familia SER22 x SUG131 aunque presento un menor rendimiento, las características del grano fueron conformes a lo buscado en términos de tamaño (36g/100 semillas), color y forma, por lo que se seleccionaron 16 líneas de esta cruza (Tabla 1).

En total fueron seleccionadas 54 líneas que corresponden aproximadamente al 12% de las líneas cosechadas, las cuales se codificaron como líneas DAB (Drought Andean Bean) formando parte de un grupo elite de líneas tolerantes a sequía. Las 54 líneas seleccionadas fueron evaluadas en un ensayo de rendimiento en dos ambientes correspondientes a sequía intermitente (SI) y sequía a floración (SF).

El rango de rendimiento en el tratamiento de SI, fue de 758 a 2682 Kg.ha-1 con un promedio general de 1694.9 Kg.ha-1, los valores más bajos de rendimiento fueron de los testigos PAN127, SUG131 y NATAL SUGAR con 831.4, 848.4 y 758 Kg.ha-1 respectivamente, indicando que los testigos que se seleccionaron para este ensayo fueron ideales en el proceso de selección ya que se pudo tener el contraste entre testigos susceptibles y tolerantes a estrés hídrico. Las líneas que tuvieron mayores rendimientos fueron DAB3 y DAB52 con 2448 y 2278 Kg.ha-1 respectivamente, seguidos por los testigos SEQ11 y TIOCANELA con 2374 y 2521 Kg. ha -1 (Tabla 3).

El rango de peso de cien semillas en el tratamiento de SI fue de 16.5 a 51 gramos, con un promedio de 31 gramos (Tabla 3). Los valores más bajos de peso de cien semillas fueron de los testigos RED CANADIAN WONDER, TIOCANELA y SER16 con 16.1, 20.8 y 23.2 gramos respectivamente, en este caso es esperado que las líneas TIOCANELA y SER16 presenten tamaño de grano pequeño ya que es una característica propia de los mismos; en el caso de RED CANADIAN WONDER que es una línea de acervo andino, el hecho de que presente grano pequeño es posiblemente a causa de su susceptibilidad a el estrés hídrico, ya que el estrés por sequía puede causar reducción en el rendimiento, biomasa, numero de semillas y peso de 100 semillas hasta en un 60%. (Rosales–Serna et al. 2000). Las líneas que tuvieron mayor peso de cien semillas, fueron: DAB48, DAB53 y DAB54 con 49.6, 48.7 y 51.5 gramos, indicando que se realizó una buena selección de líneas en términos de peso de cien semillas, ya que los tamaños de semillas fueron superiores a los testigos. Es importante el hecho de que se pudieron introgresar genes de tolerancia a sequía de las líneas mesoamericanas a las líneas DAB, manteniendo el tamaño de grano grande, altos rendimientos y características morfoagronómicas de interés comercial.

En el tratamiento de SF, el rango de peso de cien semillas fue de 19 a 54 gramos, con un promedio general de 30 gramos. Los valores más bajos de peso de cien semillas fueron DAB20 y TIOCANELA con 21.2 y 19.6 gramos respectivamente. Por otro lado, el tamaño de grano pequeño pudo haber sido una característica heredada de su madre SER 16 (Mesoamericano), por lo tanto, es posible que esta línea no sea tenida en cuenta en futuros cruzamientos.

En el tratamiento de SI, el rango que se presentó en días a floración fue de 29 a 37 días, con un promedio general de 34 días (Tabla 2). Adicionalmente, se presentó una disminución en el promedio general de 3 días aproximadamente al comparar SF y SI (Tabla 3).

En cuanto a los días a madurez fisiológica, el rango que se presentó en el tratamiento de SI fue de 60 a 70 con un promedio de 63 días a madurez fisiológica. Los genotipos más precoces fueron DAB30, DAB31, DAB32 con 60 días a madurez fisiológica y con rendimientos mayores a 1700 Kg.ha -1. Los genotipos más tardíos fueron PAN127 y DAB38 con 70 días a madurez fisiológica. En el tratamiento de SF el rango fue de 60 a 71 días con un promedio de 64 días. Se presentó un incremento de 1 día aproximadamente en el promedio general al comparar SF y SI (Tabla 2).

Se pudo observar que tanto para el rendimiento como para peso de cien semillas, el promedio general del tratamiento de SF es menor que el promedio general del tratamiento SI, pero no presentan diferencias estadísticamente significativas (Tabla 2). Cabe mencionar que aunque el tratamiento de SF en comparación al tratamiento SI, se expuso menos tiempo en días a estrés hídrico; la época que presenta mayor sensibilidad a condiciones de sequía en fríjol común, es la época reproductiva, por tal razón posiblemente los tratamientos a pesar de sus diferencias en niveles de estrés, produjeron el mismo efecto sobre las líneas evaluadas.

Por otro lado, se presentaron diferencias significativas entre genotipos, tanto para rendimiento, como para peso de cien semillas. El análisis de varianza combinado muestra una interacción significativa genotipo × ambiente de tipo cualitativo ya que los mejores genotipos en SI no fueron los mejores en SF en términos de rendimiento y peso de cien semillas, indicando que los tratamientos afectaron los genotipos de manera diferencial (Tabla 2).

Se encontró una correlación negativa significativa entre rendimiento y días a floración junto con días a madurez fisiológica (Tabla 4). Este resultado fue reportado en estudios anteriores por Rosales Serna et al. (2000), donde el ajuste en el número de días al inicio de la floración y madurez, favorece el incremento en el rendimiento del cultivo.

En los ensayos de rendimientos, se encontró una correlación negativa altamente significativa entre rendimiento y peso de 100 semillas (Tabla 4), lo cual es una característica de genotipos mesoamericanos tolerantes a sequía. Estos resultados también fueron reportados por Terán y Singh (2002), encontrando una correlación negativa entre el rendimiento y peso de cien semillas tanto en estrés hídrico como en riego.

Conclusiones

  • Las líneas DAB48, DAB53, DAB54 con 54.1, 48.8 y 49.3 gramos y rendimientos mayores a 1700 Kg.ha-1, son promisorias para ser utilizadas como fuente de genes de tolerancia a sequía bajo diversas condiciones.

Agradecimientos

Este estudio fue financiado en parte por el proyecto GCP para mejorar la productividad de las leguminosas tropicales en ambientes marginales en África subsahariana (concesión número: OPPGD 1392). Queremos también agradecer a todo el equipo de Campo del Programa de Mejoramiento de Fríjol común del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), Palmira, Colombia.


Referencias

Acosta. J. A. Acosta. E. Padilla. S. Goytia. M. A. Rosales. R. & López. E. (1999). Mejoramiento de la resistencia a la sequía del fríjol común en México. Agron Mesoam, 10, 10(1), 83–90.

Acosta–Gallegos. J. A. & Adams. M. W. (1991). Plant traits and yield stability of dry bean (Phaseolus vulgaris L.) cultivars under drought stress. J Agr Sci, 117(02), 213–219. doi: 10.1017/S0021859600065308.         [ Links ]

Beebe. S. E. Makunde. G. S. Blair. M. W. Chirwa. R. & Lungu. D. (2007). Inheritance of drought tolerance traits in andean x andean and andean x Mesoamerican F2 populations. Annu Rep Bean Improv Coop, 50, 159–160.         [ Links ]

Beebe. S. E. Rao. I. M. Blair. M. W. & Acosta–Gallegos. J. A. (2013). Phenotyping common beans for adaptation to drought. Font Physiol, 4, 1–20. doi:10.3389/fphys.2013.00035.         [ Links ]

Broughton. W. J. Hernández. G. Blair. M. Beebe. S. Gepts. P. & Vanderleyden. J. (2003). Beans (Phaseolus spp.) – model food legumes. Plant Soil, 252(1), 55–128. doi:10.1023/A:1024146710611        [ Links ]

Gepts. P. (2001). Origins of plant agriculture and major crop plants. In: Our Fragile World, forerunner volumes to the Encyclopedia of Life–Supporting Systems, MK Tolba (ed.), EOLSS Publishers, Oxford, UK. Vol. 1, pp. 629–637        [ Links ]

Jones. A. L. (2001). Bean Improvement for Sustainable Productivity , Input Use Efficiency , and Poverty Alleviation: PROJECT IP–1, 188.         [ Links ]

Miklas. P. N. & Singh. S. P. (2007). Common bean. Pages 1 –31 in C. Kole, ed. Genome mapping and molecular breeding in plants. Vol. 3. Pulses, sugar and tuber crops. Springer, Berlin, Germany.         [ Links ]

Mir. R. R. Zaman–Allah. M. Sreenivasulu. N. Trethowan. R. & Varshney. R. K. (2012). Integrated genomics, physiology and breeding approaches for improving drought tolerance in crops. Theor Appl Genet. 125(4), 625–645. doi:10.1007/s00122–012–1904–9.         [ Links ]

Muñoz–Perea. C. G. Terán. H. Allen. R. G. Wright. J. L. Westermann. D. T. & Singh. S. P. (2006). Selection for Drought Resistance in Dry Bean Landraces and Cultivars. Crop Science, 46(5), 2111–2120. doi:10.2135/cropsci2006.01.0029        [ Links ]

Ramirez–Vallejo. P. & Kelly. J. D. (1998). Traits related to drought resistance in common bean. Euphytica, 99(2), 127–136. doi:10.1023/A:1018353200015        [ Links ]

Rao. I. M. (2001). Role of physiology in improving crop adaptation to abiotic stresses in the tropics: the case of common bean and tropical forages. En: Handbook of Plant and Crop Physiology (pp. 583–613). New York, NY, Marcel Dekker, US: M. Pessarakli (Ed.). doi:10.1201/9780203908426.ch29.         [ Links ]

Rosales–Serna. R. Ramírez–Vallejo. P. Acosta–Gallegos. J. A. Castillo–González. F. & Kelly. J. D. (2000). Grain yield and drought tolerance of common bean under field conditions. Agrociencia, 34(2), 153–165.         [ Links ]

Schneider. K. A. Brothers. M. E. & Kelly. J. D. (1997). Marker–assisted selection to improve drought resistance in common bean. Crop Science, 37(1), 51. doi:10.2135/cropsci1997.0011183X003700010008x.         [ Links ]

Terán. H. & Singh. S. P. (2002). Comparison of Sources and Lines Selected for Drought Resistance in Common Bean. Crop science, 42(1), 64–70.         [ Links ]

Vallejo. F. A. & Salazar. E. I. E. (2002). Mejoramiento Genetico de Plantas (Universidad). Palmira: Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira.         [ Links ]

Voysest. O. (2000). Mejoramiento genético del frijol (Phaseolus vulgaris L.): legado de variedades de América Latina 1930–1999. CIAT.         [ Links ]

White. J. W. Ochoa. R. M. Ibarra. F. P. & Singh. S. P. (2009). Inheritance of seed yield, maturity and seed weight of common bean ( Phaseolus vulgaris) under semi–arid rainfed conditions. J Agr Sci, 122(02), 265. doi:10.1017/S0021859600087451.         [ Links ]

White. J. W. Singh. S. P. Schoonhoven. A. Van. & Voysest. O. (1991). Breeding for adaptation to drought, 501–560.         [ Links ]

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