FITOMEJORAMIENTO, RECURSOS GENÉTICOS Y BIOLOGÍA MOLECULAR

Comportamiento de fríjol común (Phaseolus vulgaris L.) tipo reventón por características agronómicas y de calidad de grano

Agronomic characteristics and grain quality of the common ‘popping’ bean (Phaseolus vulgaris L.)

Juan M. Otálora¹, Gustavo A. Ligarreto² y Arturo Romero³

¹ Instructor, Servicio Nacional de Aprendizaje (Sena), Fusagasugá (Colombia). e-mail: jmotalora@senavirtual.edu.co
² Profesor asociado, Facultad de Agronomía, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá. e-mail: galigarretom@unal.edu.co
³ Profesional especializado, Instituto Colombiano de Tecnología de Alimentos (ICTA), Universidad Nacional de Colombia, Bogotá. e-mail: romeroicta@yahoo.es

Resumen:

Palabras claves adicionales: precocidad, rendimiento, calidad nutricional, ñuña.

Abstract:

The common ‘popping’ bean is characterised by its cotyledons’ ability to expand on being subjected to heat, making this type of common bean an innovative genetic resource, having interesting prospects as snack food or candy for both local and export markets. Given its origin and selection in the South-American Andes, this bean could adapt itself to high Andean areas in the Colombian ordillera and become a product diversifying itself and providing commercial prospects for the region’s local inhabitants. This work evaluated the bean’s agronomic and chemical characteristics, growth and functional opping properties of 29 popping bean accessions from Peru and Bolivia by correlating and selecting the variables having the greatest affect on characterisation. The information so obtained allowed the accessions to be grouped according to the aforementioned characteristics into two conglomerates. The variables providing the most information regarding the accessions were precocity and yield, followed by nutritional quality and percentage of expansion. Shell colour, predominant limb colour, pod colour and seed form featured amongst the nominal variables. Accessions selected for yield presented for plant were G12575, G12586, G7245 and G24886. Accessions having promising expansion percentage were G23729, G12570, G12623, G23715, G23736, G23742, G23767B, G12605, G23693 and 23695.

Additional keys words: precocity, yield, nutritional quality, common ‘popping’ bean.

Introducción

LA INVESTIGACIÓN EN FRÍJOL cobra importancia por tratarse de la leguminosa más cultivada en el mundo, con 57% de la oferta (Corporación Colombia Internacional, 2000).
En 1988 Colombia participó con 0,7% de la producción mundial de fríjol seco, equivalente a 114.503 t y una tasa de crecimiento promedio anual de 1,9% entre 1991 y 1998. Como principal factor que explica este comportamiento se destaca la mejora en el rendimiento, que pasó de 808 kg· ha^-1 en 1992 a 945 kg· ha^-1 en 1998 (Corporación Colombia Internacional, 2000). Según Proexport (2003), para 2001 se sembraron en el país 115.556 ha, con una producción total de 124.247 t y una producción por hectárea de 1.075 kg, mostrando que la tendencia es al crecimiento de la producción interna; el consumo anual per capita es 3,87 kg.

Dentro de la cultura tradicional andina, el cultivo de fríjol se relaciona con pequeñas explotaciones de tipo minifundista, menores a 5 ha; se estima en 65.000 el número de familias que producen esta especie en Colombia (Ligarreto, 2001), lo que genera un ingreso bruto de $98.922.935, además de 12,5 millones de jornales directos, en los que participaron cerca de 125.000 productores (Proexport, 2003). De esta manera, el cultivo de fríjol es parte de la tradición de autoconsumo y se siembra en asociación con otras especies comunes en la zona (Zimmerer, 1992).

En la gran variedad de accesiones de fríjol común, los frijoles reventones toman gran interés por la capacidad de expansión de sus cotiledones, que aumentan en volumen de 30% a 50% al ser calentados de forma rápida (Tohme et al., 1995). Este tipo de fríjol se consume tostado en las zonas productoras del norte de Perú, como golosina y pasabocas, mezclado con algunos tipos de maíz; también se utiliza en algunas conmemoraciones religiosas, como en el día de San Isidro, fiesta de tributo al patrón de la agricultura en la región del Cuzco (Voysest, 1999).

Otro aspecto interesante es la apertura de nuevos mercados en el ámbito internacional como producto exótico, dirigido a los consumidores como un pasaboca nutritivo y delicioso, procesado en diferentes resentaciones y, en algunos casos, dirigido a los mercados de legumbres deshidratadas del mercado naturista de Estados Unidos o como producto ecológico para los mercados europeos (RAFI, 2001).

El fríjol reventón hace parte del interés de varias empresas norteamericanas especializadas en la producción de leguminosas, tanto así que en la actualidad existe toda una discusión por la patente 6.040.503 del Gobierno de Estados Unidos, concedida el 21 de marzo de 2000 a la empresa de alimentos Appropriate Engineering and Manufacturing. La patente, segúnla Rural Advancement Foundation International (RAFI,2001),le permite a esta empresa tener el monopolio sobre los híbridos de fríjol nuña que puedan ser cultivados con éxito fuera de los Andes; la patente incluye por lo menos 33 accesiones de nuña que se han cultivado y cosechado durante siglos en Bolivia, Perú, Ecuador y Colombia, desconociendo el papel de los habitantes de esta región en su selección y conservación.

En este contexto Colombia es un lugar probable para el cultivo de fríjol reventón, por las condiciones de adaptación de este producto a las regiones alto andinas de las cordilleras. Ensayos realizados por el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) en el departamento del Cauca, demostraron que las zonas de producción pueden expandirse del área tradicional sin perder las características biológicas de crecimiento y desarrollo de la planta, ni el tamaño, color y sabor de la semilla y sin afectarse las características de expansión en el proceso de reventamiento del grano (Van Beem et al., 1992).

Sin embargo, aspectos de aclimatación, adaptación y rendimiento, así como las características nutricionales y funcionales en fríjol reventón, no se han evaluado en otras regiones del país; se cuenta con reportes de investigación en otras regiones de Suramérica (Gallegos, 1988; National Research Council, 1989; Febres, 1992; Gamarra et al., 1996; Alvarado, 1997; Céspedes, 2002). En este sentido, la evaluación y caracterización de estos genotipos, con la utilización de los descriptores varietales cuantitativos y cualitativos y el análisis de las propiedades químicas y de calidad de grano, se convierten en metodologías útiles para describir las variedades de interés, generando valor agregado al germoplasma (Ligarreto, 2001).

El objetivo de esta investigación fue evaluar el comportamiento de variables agronómicas, químicas y funcionales de 29 accesiones de fríjol común, tipo reventón, con el fin de establecer los genotipos sobresalientes para ser utilizados como progenitores en programas de fitomejoramiento y/o como posibles variedades para entregar a los productores.

Materiales y métodos

El estudio se llevó a cabo en las instalaciones de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. La primera parte, que corresponde a la evaluación agronómica de los materiales en campo, se llevó a cabo en los invernaderos de la facultad de Agronomía (Bogotá, Colombia) a 2.540 msnm, durante el transcurso de 2003, y la fase de análisis químico y de variables de calidad de grano se realizó en el laboratorio de análisis fisicoquímico del ICTA (Instituto Colombiano de Tecnología de Alimentos).

Se trabajó con semillas de 29 cultivares de fríjol, tipo reventón, existentes en el banco de germoplasma de la Unidad de Recursos Genéticos del CIAT. En la tabla 1 se presenta la relación de los materiales estudiados. De cada cultivar de fríjol se sembró en campo un surco de 20 semillas separadas a una distancia de 20 cm y los surcos, a 1 m entre sí. El manejo agronómico consistió en la fertilización con un compuesto grado 13-26-6, la aplicación de insecticida granulado al momento de la siembra y tres aplicaciones foliares para el control de insectos comedores de follaje. La incidencia de enfermedades se evaluó de acuerdo a su presencia durante el experimento; sólo se presentó afección de mildeo (Erysiphe poligoni) y se valoró la incidencia como el número de plantas por parcela que presentaron áreas de presencia del patógeno.

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La caracterización agronómica consistió en una evaluación del material vegetal, teniendo presente tanto variables cualitativas como cuantitativas. La guía de evaluación se basó en los descriptores varietales de fríjol desarrollados por Muñoz et al. (1993). Se valoraron tres plantas tomadas al azar en cada parcela experimental. Algunos de los descriptores no fueron usados porque no presentaban variabilidad. En total, se evaluaron 21 caracteres cualitativos (binarios y categóricos) durante los estados fenológicos de plántula, floración, madurez fisiológica y cosecha (tabla 2).

La caracterización química, como análisis proximal completo, se hizo usando semillas crudas provenientes de los cultivares recién cosechados, según recomendación y protocolos de la Association of Oficial Agricultural Chemists (AOAC, 1980). Para el análisis proximal se tomaron 20 semillas de cada variedad y se molieron completas (cotiledones, embrión y testa); cada muestra de harina se guardó en envases de vidrio herméticos.

Las metodologías de cuantificación de las variables químicas se desarrollaron con dos repeticiones en cada uno de los procedimientos con cada material. En este análisis se determinaron las variables de humedad (agua libre), proteína bruta, grasa cruda, cenizas totales, fibra y, por diferencia, el porcentaje de carbohidratos.

La cuantificación de las características funcionales de los cotiledones es la que genera el interés particular en este tipo de accesiones de fríjol común. Estos materiales presentan una serie de posibilidades y alternativas como producto alimenticio innovador, por lo que se planteó una metodología que describiera la caracterización del reventamiento a través de la medición de las siguientes variables: porcentaje de reventamiento, porcentaje de expansión y tiempo transcurrido para el reventamiento del primer grano. La medición se realizó con dos repeticiones en un horno microondas (Samsung MW 1260SA), por la baja utilización de combustible o acompañantes (aceites, margarinas) para la cocción del fríjol reventón.

El procedimiento utilizado fue tomar 20 semillas de cada material y colocarlas dispersas sobre el plato del microondas; se procedió a un tiempo de cocción de 2 min. Luego, se contó el número de semillas en las que los cotiledones generaron rompimiento de la testa, y este valor se expresó como:

Reventamiento (%) = (N₁· 100)/N₀

donde N₁ es el número de granos con rompimiento de la testa por causa de la expansión de los cotiledones y N₀ es el número de semillas en la muestra original.

V = 4/3·Π· A· B· C

donde A es el ancho de la semilla (medición de los dos cotiledones juntos); B, el valor del largo de la semilla (largo de un cotiledón) y C, el valor de la medición del alto de la semilla (ancho del cotiledón). De la diferencia de los volúmenes V1 y V2 se deduce el porcentaje de expansión, donde V1 es igual al volumen de semilla antes de entrar al microondas y V2 el volumen de semilla después de 2 min en el microondas.

El procedimiento utilizado para medir la variable tiempo de reventamiento fue tomar el tiempo (s) cuando la mitad (50%) de las 20 semillas de cada material, colocadas sobre el plato del microondas en forma de cruz, abrieron su testa por causa del tratamiento de calor; la evaluación fue visual luego de 2 min.

Una vez obtenidos los datos, se analizaron bajo la metodología de componentes principales, con el fin de identificar las variables de mayor representatividad y con mayor aporte para el análisis de caracterización de las accesiones. Finalmente, se realizó un análisis de clasificación por conglomerados, utilizando el programa SPAD (Système Portable pour l’Analyse de Dones),para agrupar los individuos de acuerdo a las variables de mayor incidencia en un dendrograma o diagrama de árbol.

Resultados y discusión

Análisis de correlación y componentes principales

Los valores de la matriz de correlación más altos fueron r = 0,713, representado por las variables de porcentaje de reventamiento y porcentaje de expansión (V20 y V21) y r = - 0,71, representado por las variables porcentaje de humedad y porcentaje de carbohidratos (V14 y V19). Las variables días hasta la floración y días hasta la madurez fisiológica (V3 y V4) se asocian coníndice de correlación de r = 0,70.

Por el alto número de correlaciones entre variables que resultan importantes en el estudio, se realizó el análisis de componentes principales para seleccionar las variables relevantes en la clasificación. En la tabla 3 se muestran los 28 componentes principales que presentan variabilidad para las 29 accesiones de fríjol reventón, según las variables de estudio, donde el primer componente presenta un valor característico de 7,21 y sintetiza el 18,99% de la varianza acumulada; el valor característico del componente 12 es 1,07, sintetizando hasta este punto el 84,92% de la varianza acumulada. En el análisis de resultados sólo se incluyen los componentes con valores propios mayores a 1 (X > 1).

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La tabla 4 relaciona los vectores característicos para los primeros 12 componentes provenientes de la matriz de varianzasycovarianzasquedeterminanlaasociacióncon las variables originales. El vector característico asociado al primer componente, con un acumulado de 18,99%, está representado por las variables días hasta la floración (V3), días hasta la madurez fisiológica (V4) y días hasta la cosecha (V5), con valores absolutos de 0,279, 0,316 y 0,287,respectivamente;estas características son determinantes en la duración de las etapas de desarrollo.

Los materiales sembrados fuera de su área de origen, en diferentes regiones de Perú y Bolivia, presentan variaciones significantes en su periodo vegetativo (Gallegos, 1988; Febres, 1992; Gamarra et al., 1996; Alvarado, 1997; Céspedes, 2002) y la descripción de algunos de estos materiales es muy similar a los utilizados en este estudio.

El vector asociado al segundo componente, con un aporte de 10,13% y un acumulado de 29,12%, está representado por las variables longitud de vainas (V6) y peso de 100 semillas (V11), con valores absolutos de 0,323 y 0,306, respectivamente. Las vainas poseen diferencias de tamaño, color y grado de dehiscencia. De acuerdo con Voysest (1999), el color, el tamaño y el estado sanitario del grano son características que influyen decisivamente en el grado de aceptación de las nuevas variedades.

El tercer componente, con un aporte de 9,03% y un acumulado de 38,15%, está representado por las variables forma de semilla (V38), hábito de crecimiento del tallo (V27), con valores absolutos de -0,390 y 0,378, respectivamente. La forma de la semilla es uno de los caracteres externos que presenta gran variabilidad. El hábito de crecimiento del tallo fue tipo IV y una sola accesión es de hábito tipo III, pero este carácter diferencia drásticamente otras relaciones dentro de la morfología de la planta y en los ciclos fenológicos de cada una de las etapas.

La variable rendimiento por planta (V10) caracteriza el cuarto componente, con un aporte de 8,32%, un valor acumulado de 46,47% y un valor absoluto de 0,366. El quinto componente es de estructura reproductiva y calidad nutricional, representado por las variables que corresponden a patrón de distribución del color del limbo del estandarte y al porcentaje de fibra (V25 y V17), con un aporte de 6,81%, un valor acumulado de 53,28% y valores absolutos de 0,383 y 0,358, respectivamente. La variable color del cuello del estandarte (V26), con un acumulado de 59,95%, un valor absoluto de 0,307 y un aporte de 6,67%, describe al sexto componente.

El séptimo componente se caracteriza por un aporte de 6,21% y un valor acumulado de 66,16%, representado por la variable días hasta la emergencia (V2) con un valor absoluto de 0,374. El componente octavo se caracteriza por un aporte de 4,99% y un valor acumulado de 7,15%, representado por la variable color del limbo del estandarte (V24), con un valor absoluto de 0,368. El componente noveno, con un acumulado de 75,49% y un aporte de 4,34, es representado por la variable porcentaje de ceniza (V18), con un valor absoluto de 0,44.

La variable asociada al décimo componente, con un aporte de 3,61% y un acumulado del 79,10%, es color de alas (V23), con un valor absoluto de 0,34. El undécimo componente de estructuras morfológicas está asociado a la variable de color de las vainas (V30), con un valor absoluto de 0,41, y el componente principal décimo segundo acumula un porcentaje de 84,92%, representado por la variable porcentaje de expansión (V21).

CP1 y CP2), que acumulan 29,12% de la variabilidad. Los cultivares que se encuentran en el cuadrante A presentan ciclos fenológicos más cortos, vainas de longitud corta y aparentemente menor peso en las 100 semillas; el individuo 24 se distancia del resto porque tiene mayor peso de 100 semillas y sus vainas son las de mayor longitud. Los cultivares de la nube B reúnen características más cercanas a los valores de las variables en estudio.

Identificación de las 29 accesiones de fríjol

La información obtenida de los 12 componentes principales indica que se debe profundizar la clasificación de los individuos. El tipo de análisis de conglomerados que se utilizó para diferenciar y agrupar las accesiones, con base en las características morfológicas, químicas y funcionales de las 29 accesiones de fríjol reventón, fue el análisis de distancias algorítmicas con el programa SPAD (Becúe, 2000), a partir de las coordenadas de los ejes factoriales, cuyo resultado generó una clasificación en un dendrograma.

Para el análisis del dendrograma de la figura 2, se evaluaron sólo dos grupos principales que se separan visualmente y cuyos promedios se ilustran en la tabla 5.

]]> El primer grupo (I) está conformado por las ocho accesiones: G7369, G16136, G23602, G23621, G12113, G23729, G12185A y G16905. En este grupo las variables fenológicas se caracterizan por los siguientes valores: 15 d hasta la emergencia, 79 d hasta la floración, 145 d hasta la madurez fisiológica y 186 d hasta la cosecha; en este grupo las accesiones son más precoces, alcanzando la madurez fisiológica 38 d antes que el grupo II. Es interesante el hecho de que la maduración de cosecha se acerque a los resultados de la variedad mejorada en el Perú ‘Q’osco Poroto’, con 180 d en promedio, según Voysest (1999).

Las variables relacionadas con rendimiento tienen los siguientes valores: 9,12 cm de longitud de las vainas, 42,07 vainas por planta, rendimiento por planta de 63,82 g y peso de 100 semillas de 53,3 g; la variable peso de 100 semillas es mayor 13,5 g, en comparación con el grupo II. Alvarado (1997) encontró en los 12 materiales evaluados para esta variable un promedio de 60,2 g, debido a que su testigo denominado ‘ñuña pavita’ presentaba valor de 92,8 g por 100 semillas, aumentando la variación; esto no permite diferenciar los materiales en estudio. Según Céspedes (2002), el componente que contribuye más al rendimiento de grano seco en fríjol reventón es la variable peso de 100 semillas.

La variable nutricional porcentaje de grasa (V16), conformada por los constituyentes lipídicos ‘libres’, es la proporción que puede ser extraída por los disolventes menos polares, según Kirk et al. (1996); por su parte, el porcentaje de fibra (V17) cuenta con el mayor residuo orgánico insoluble y comestible, que consiste principalmente en celulosa y cierta proporción de hemicelulosa, y el porcentaje de ceniza (V18) se considera como una medida general de calidad o grado -por ejemplo, en té, harina y gelatina comestible- y a menudo es un criterio útil en la identi ficación de la autenticidad de ciertos alimentos; según Kirk et al. (1996), estas variables presentan valores respectivos de 1,86, 1,76, y 3,55. Los valores de porcentaje de grasa y porcentaje de fibra son superiores a los del grupo II, mientras que el porcentaje de ceniza es inferior en 0,6% al del grupo II.

La variable de porcentaje de expansión, con 46,4%, es menor, aunque la accesión G23729, que pertenece al primer grupo, es la que mayor capacidad de expansión tiene; lo que indica que este análisis debe discriminar aún más a los grupos.

Las plantas de este grupo se caracterizan principalmente en su flor por: color de alas (V23), blanco con pigmento rosado; color predominante del limbo del estandarte (V24), blanco con pigmento rosado; patrón de distribución predominante del color del limbo del estandarte (V25), no uniforme; color predominante del cuello del estandarte (V26), verde. El hábito de crecimiento (V27) de este grupo es IV, el color de sus vainas (V30) es crema y su forma de semilla (V38), ovoide.

El segundo grupo (II) está conformado por 21 accesiones: G23742, G23736, G12623, G23715, G23696, G12570, G23767B, G23721, G23745, G12589, G19645, G12192, G11764D, G12564, G12586, G12575, G12605, G23693, G23695, G24886 y G7245. En este grupo las variables fenológicas se caracterizan por los siguientes valores: 17 d hasta la emergencia, 89 d hasta la floración, 183 d hasta la madurez fisiológica y 207 d hasta la cosecha; en este grupo las accesiones son menos precoces, su ciclo fenológico es mayor en número de días que el primer grupo.

El rendimiento en este grupo II se caracteriza por los siguientes valores: vainas de 9,51 cm de longitud; 46,9 vainas por planta; rendimiento por planta de 78,25 g y peso de 100 emillas de 39,80 g. Las variables nutricionales porcentaje de grasa (V16), porcentaje de fibra (V17) y porcentaje de ceniza (V18) tienen valores de 1,75, 1,70, y 3,81, respectivamente. Los valores de porcentaje de grasa y porcentaje de fibra son inferiores al grupo II, en tanto que el porcentaje de ceniza es superior en 0,26% al del primer grupo. La variable porcentaje de expansión (V21), con 69,00%, es mayor que el del primer grupo en 22,61%.

En las variables cualitativas, las plantas de este grupo se caracterizan en su flor por: color de alas (V23), blanco; color predominante del limbo del estandarte (V24), lila; patrón de distribución predominante del color del limbo del estandarte (V25), uniforme; color predominante del cuello del estandarte (V26), verde. El hábito de crecimiento (V27) de este grupo es IV, el color de sus vainas (V30) es habano o café claro y su forma de semilla (V38), redonda.

Conclusiones

Las variables que dan mayor información con respecto al comportamiento de las accesiones fueron la precocidad en el ciclo de vida y el rendimiento, representado por la longitud de la vaina, el número de vainas por planta y el peso de 100 semillas; las variables de calidad nutricional que se destacaron fueron: porcentaje de grasa, porcentaje de fibra y porcentaje de ceniza y también, la variable funcional de porcentaje de expansión, que permite diferenciar con mayor claridad los grupos de conglomerados en las dos particiones analizadas. De las variables nominales cabe destacar los descriptores cualitativos de la flor: el color de alas, el color predominante del limbo del estandarte, el color de las vainas y la forma de la semilla.

]]> Los materiales más promisorios de fríjol precoces fueron las accesiones G12185A y G7369. Las accesiones que presentaron el mejor rendimiento por planta fueron G12575, G12586, 7245 y G24886, mientras que entre las accesiones promisorias por porcentaje de expansión se destacaron: G23729, G12570, G12623, G23715, G23736, G23742, G23767B, G12605, G23693 y G23695.

De otra parte, el potencial del fríjol tipo reventón debe analizarse en un futuro estudio de mercado que permita evaluar la capacidad de aceptación en el gusto de los consumidores nacionales e internacionales. Además, es necesario conocer los niveles de digestibilidad de los componentes nutricionales de las accesiones seleccionadas.

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