Morpho-physiological characteristics of common bean (phaseolus vulgaris l.) related to drought adaptation

Abstract

Development of drought adapted common bean cultivars is a strategy to improve food security in bean producing areas under drought stress. Under greenhouse conditions at the International Center for Tropical Agriculture (CIAT), Palmira, Colombia, we evaluated the morphological and physiological traits of 21 common bean lines (Phaseolus vulgaris L.) that were subjected to drought stress and irrigated treatments using a soil cylinder system. The characteristics evaluated were visual rooting depth, total root length and distribution across the soil profile. In the field, using the same bean genotypes, we evaluated differences in water use efficiency (using carbon isotope discrimination) and grain yield. Under greenhouse conditions, we found that visual rooting depth and root length at soil depth of 60-75 cm correlated positively with shoot biomass (r = 0.56 and 0.50 respectively, P and lt; 0.001) production when water supply was limiting. Under field conditions, grain yield under drought stress was positively associated with carbon isotope discrimination in grain (r = 0.32 P and lt; 0.01). Five lines (NCB 226, SER 16, SEN 56 and SEA 15) had higher root length under drought stress (28, 24, 29 and 27 m/plant respectively) compared with the other lines evaluated, which allows greater water uptake and transpiration, and also in mobilization of photosynthate to greater production of grain. It is estimated that the visual rooting depth, root length at soil depth of 60 to 75 cm and carbon isotope discrimination in grain, are valuable traits as selection criteria in breeding for drought stress tolerance in common bean.

El desarrollo de variedades adaptadas es una de las estrategias que contribuye a garantizar la segu- ridad alimentaria en zonas productoras de frijol con estrés por sequía. En los invernaderos de cristal del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), Palmira, Colombia, se evaluaron las caracte- risticas morfológicas y fisiológicas de raices de 21 lineas de frijol (Phaseolus vulgaris L.) en condiciones de estrés por sequía e irrigación, utilizando un sistema de tubos plásticos desarrollado por el CIAT. Las características evaluadas fueron profundización visual, longitud total de raíces y distribución de raices a través del perfil del suelo. En campo, utilizando los mismos genotipos de frijol, se evaluaron caracteristicas relacionadas con la eficiencia de uso de agua mediante la técnica de discriminación de isótopo de carbono y producción de grano. Los resultados en invernadero mostraron que la profundi- zación visual y longitud de raices entre 60 y 75 cm tienen una correlación significativa (r = 0.56 y 0.50 respectivamente, P and lt; 0.001) con la biomasa aérea de la planta en condiciones de estrés por sequía. En campo, la discriminación del isótopo de carbono en grano se correlacionó (r = 0.32, p and lt; 0.01) con la producción de grano en condiciones igualmente de estrés por sequía. Las líneas de frijol NCB 226, SER 16, SEN 56 y SEA 15 presentaron una mayor longitud de raíces bajo estrés por sequía (28, 24, 29 y 27 m/planta respectivamente) en comparación con las demás líneas evaluadas, lo que les permite mayor transpiración y movilización de fotoasimilados, que favorecen una alta producción de granos. Se estima que la profundización visual, la longitud de raíces entre 60 y 75 cm y la discriminación de isótopo de carbono en grano, son características valiosas como criterios de selección en mejoramiento por tolerancia a estrés por sequía en frijol común.