Physiological and Biochemical Responses of Common Bush Bean to Drought

Agriculture has been adversely affected by the low water availability resulting from climate change, creating environmental stress for the common bean (Phaseolus vulgaris L.). A growth room experiment was performed to evaluate the physiological and biochemical responses of the several bush bean genotypes to water deficit conditions. Plants in soil with 20 g∙L-1 polyethylene glycol 6000 (PEG) were subjected to drought for 15 d. The levels of photosynthesis, stomatal conductance and transpiration in all genotypes decreased by approximately 65% under water deficit conditions compared with the corresponding values in the controls. Water use efficiency was enhanced by water deficit conditions, with ʻBiancaʼ plants exhibiting the highest values (28.08 µmol∙mol-1), followed by ʻNUA35ʼ, ʻBachueʼ and ʻCerinzaʼ (20.46, 20.11 and 18.21 µmol∙mol-1, respectively). The ʻBiancaʼ plants exhibited a lower relative tolerance index (50%), and water deficit increased the levels of leaf photosynthetic pigments, chlorophyll and carotenoids in this genotype by approximately 100%. The photosynthetic efficiency, which was evaluated using the Fv/Fm ratio and rapid light-derived parameters (the maximum electron transport rate and a light saturation parameter), decreased due to water deficit conditions, particularly in the ʻBiancaʼ plants, in which these parameters were reduced by approximately 60%. The proline and malondialdehyde (MDA) contents were increased by the addition of PEG, primarily in the ʻBacatáʼ and ʻBiancaʼ plants. In conclusion, our results suggest that rapid light-response curves can be useful for characterizing genotypes because they represent an easy and non-destructive tool for understanding acclimatization mechanisms under water deficit conditions. In addition, all genotypes exhibited susceptibility to water deficit conditions, and the most susceptible genotype was ʻBiancaʼ, as reflected by a significant reduction in the electron transport rate and the presence of oxidative damage (high MDA content and electrolyte leakage), suggesting that this cultivar could not adapt well to landscaping situations in which periods of extreme water deficit can be expected

Diagnóstico socio - técnico y de clima en los cultivos de frijol y maíz en las regiones de Ubaté y Guavio en Cundinamarca

En las zonas altoandinas de Colombia la producción de frijol y maíz se dá en pequeñas áreas, que se caracterizán por realizar poca inversión en los predios por los productores y en la cual la inversión del Estado en la tecnología de estos cultivos es escasa. Generando como resultado la baja productividad en el sector, la cual se ha vuelto más crítica en años recientes por el efecto del cambio climático. En aras de desarrollar una oferta tecnológica agrícola para los sistemas productivos de frijol y maíz en las regiones de Ubaté y Guavio en el departamento de Cundinamarca, se realizó una fase diagnóstico del estado social y técnico de los cultivos y de clima en los municipios de Simijaca como primer productor de maíz de clima frío del departamento con 1759 ha y 710 ha de frijol y Guachetá como el segundo municipio productor de maíz en la región de Ubaté y los municipios de Gachalá y Gama en la región de Guavio que siembran frijol en variados sistemas de cultivo. El primer paso de inicio del subproyecto en la elaboración del diagnóstico socio - técnico para establecer la línea base de reconocimiento del estado del sistema frijol y maíz consistió en desarrollar una encuesta a productores de los dos cultivos en las dos regiones mencionadas. Para el efecto, los procesos asociados a la identificación de los agricultores beneficiarios, se soportó sobre la metodología de realización de talleres, reuniones, encuestas y recabar información de entidades locales, lo cual facilitó la recolección de datos de las características demográficas, sociales, económicas, productivas y tecnológicas. El paso a seguir fue realizar el análisis de los datos, para poder identificar las brechas tecnológicas con las prácticas más apropiadas utilizadas por los agricultores en cada parte del proceso productivo de los cultivos. De esta manera, se alcanzó una visión amplia de lo que se debía desarrollar en materia de implementación de tecnologías con posterior evaluación de la validez de las propuestas tecnológicas, concertadas entre los productores e investigadores para establecer en los núcleos de evaluación participativa como modelo de innovación local. En referencia a la oferta ambiental para la elaboración del presente diagnóstico, se hizo una revisión histórica acerca de los trabajos realizados sobre caracterización climática en el departamento de Cundinamarca y en específico de las regiones de Ubaté y Guavio, de esta consulta se recopilaron bases de datos climáticas de las estaciones de Simijaca, Guachetá, Isla del Santuario (Fúquene) y La boyera (Ubaté) en la región de Ubaté; además en Gama, Gachalá y Gachetá para la región del Guavio. Las diferentes bases de datos fueron solicitadas a instituciones como IDEAM, CAR y CORPOICA – proyecto “MAPA”.Mejoramiento de la competitividad de los cultivos de frijol y maíz en las regiones de Ubaté y Guavio en el departamento de Cundinamarc

Caracterización de la respuesta fisiológica de cinco cultivares de fríjol arbustivo (Phaseolus vulgaris L.) bajo condiciones de estrés por déficit hídrico

La disponibilidad del recurso hídrico es uno de los principales factores ambientales que determina el potencial desarrollo y rendimiento de una especie cultivada. En los últimos años las precipitaciones han variado su frecuencia y volumen, donde Colombia no ha sido la excepción incrementando las áreas expuestas a sequías. Este aumento de la temperatura perjudica el crecimiento, desarrollo y producción de los cultivos, dentro de ellos el fríjol. Esta especie es una de las principales fuentes de proteína y minerales en la dieta humana, por lo que cualquier reducción en el rendimiento afecta la seguridad alimentaria del mundo. En el presente estudio se caracterizó la respuesta de cinco cultivares de fríjol arbustivo a estrés por déficit hídrico de 15 días en estado de formación de la tercera hoja verdadera y durante la apertura de las flores (30% – 40%). Para esto se evaluaron variables como fotosíntesis, parámetros relacionados con estrés oxidativo, y algunos parámetros de rendimiento. Los resultados indicaron que: i) el déficit hídrico afecta los procesos fisiológicos (en estado vegetativo) desde los 10 días después de tratamiento e exposición y que estos varían con el tiempo ii) el déficit hídrico disminuye la acumulación de materia seca en los diferentes órganos debido a una menor asimilación de CO2; iii) el déficit hídrico reduce los diferentes parámetros de rendimiento en todos los cultivares evaluados, pero el más afectado fue Bacatá en la etapa vegetativa y reproductiva; iv) Los índices de tolerancia y/o susceptibilidad al estrés permitieron categorizar los diferentes cultivares; v) Se sugieren las siguientes variables como posibles marcadores de estrés déficit hídrico en fríjol arbustivo: asimilación de CO2, conductancia estomática, uso eficiente del agua acumulación de masa en la raíz, MDA y contenido de prolina, índices de tolerancia y/o susceptibilidad al estrés por déficit hídrico.Abstract: Water deficit is one of the main environmental factors that determines the potential development and performance in crops. In recent years the rains have changed their frequency and volume, where Colombia has been no exception increasing drought prone areas. This temperature increase impairs growth, development and production of crops, beans within them. This specie is one of the main source of proteins and minerals in the human diet, so some reduction in yield affects food security in the world. In the present study the response five cultivars of bush beans stress was characterized by water deficit of 15 days in the third true leaf formation and during the opening of flowers (30% - 40%). For this reason, variables like photosynthesis, parameters related to oxidative stress, and some performance parameters were evaluated. The results indicated that: i) water deficit affects physiological processes (vegetative state) from the 10 days of exposure and these change over time ii) water deficit decreases dry matter accumulation due to a lower assimilation CO2; iii) water deficit reduces different performance parameters in all cultivars evaluated, but Bacatá was the most affected in the vegetative and reproductive stage; iv) tolerance and / or susceptibility index to stress allowed categorize the different cultivars; v) the following variables as potential markers of water deficit stress in bush beans are suggested: CO2 assimilation, stomatal conductance, water use efficiency, mass accumulation in the root, MDA and proline content, indexes of tolerance and / or susceptibility to stress water deficit.Maestrí

Physiological and Biochemical Responses of Common Bush Bean to Drought

Agriculture has been adversely affected by the low water availability resulting from climate change, creating environmental stress for the common bean (Phaseolus vulgaris L.). A growth room experiment was performed to evaluate the physiological and biochemical responses of the several bush bean genotypes to water deficit conditions. Plants in soil with 20 g∙L-1 polyethylene glycol 6000 (PEG) were subjected to drought for 15 d. The levels of photosynthesis, stomatal conductance and transpiration in all genotypes decreased by approximately 65% under water deficit conditions compared with the corresponding values in the controls. Water use efficiency was enhanced by water deficit conditions, with ʻBiancaʼ plants exhibiting the highest values (28.08 µmol∙mol-1), followed by ʻNUA35ʼ, ʻBachueʼ and ʻCerinzaʼ (20.46, 20.11 and 18.21 µmol∙mol-1, respectively). The ʻBiancaʼ plants exhibited a lower relative tolerance index (50%), and water deficit increased the levels of leaf photosynthetic pigments, chlorophyll and carotenoids in this genotype by approximately 100%. The photosynthetic efficiency, which was evaluated using the Fv/Fm ratio and rapid light-derived parameters (the maximum electron transport rate and a light saturation parameter), decreased due to water deficit conditions, particularly in the ʻBiancaʼ plants, in which these parameters were reduced by approximately 60%. The proline and malondialdehyde (MDA) contents were increased by the addition of PEG, primarily in the ʻBacatáʼ and ʻBiancaʼ plants. In conclusion, our results suggest that rapid light-response curves can be useful for characterizing genotypes because they represent an easy and non-destructive tool for understanding acclimatization mechanisms under water deficit conditions. In addition, all genotypes exhibited susceptibility to water deficit conditions, and the most susceptible genotype was ʻBiancaʼ, as reflected by a significant reduction in the electron transport rate and the presence of oxidative damage (high MDA content and electrolyte leakage), suggesting that this cultivar could not adapt well to landscaping situations in which periods of extreme water deficit can be expected

Chlorophyll α Fluorescence Parameters as an Indicator to Identify Drought Susceptibility in Common Bush Bean

The common bean is susceptible to drought conditions and the evaluation of plant responses to low water availability can be difficult. The quantification of chlorophyll fluorescence as a sensitive trait to environmental stresses is an important alternative in the characterization of drought-susceptible genotypes. The objective of this study was to evaluate mainly the use of chlorophyll α fluorescence (maximum efficiency of PSII (Fv/Fm), photochemical quenching (qP), non-photochemical quenching (NPQ)) and rapid light-response curves (RLCs) (initial slope of the curve (α), minimum saturation irradiance (Ik) and maximum relative electron transport rate (ETRmax)) parameters as tools for the identification of susceptible or tolerant bush bean cultivars to water deficit stress conditions in two different phenological stages. Using a randomized block design in a factorial arrangement, five bush bean cultivars (Cerinza, Bachue, NUA35, Bacata and Bianca) were evaluated under water deficit conditions by the suspension of irrigation for 15 days from 40 to 55 Days after Emergence (DAE) (vegetative stage) or 50 to 65 DAE (reproductive stage). The results showed that Fv/Fm and NPQ recorded the highest variation due to water deficit conditions, especially in the vegetative stage. The greatest reductions in Fv/Fm (0.67) and NPQ (0.71) were evidenced in cultivar NUA35 compared to its control plants (0.78 and 1.07, respectively). The parameters obtained from RLCs showed that cultivar Bacata registered the lowest α (0.17) and Ik (838.19 μmol∙m−2∙s−1) values compared to its control plants (α 0.23; Ik 769.99 μmol∙m−2∙s−1). Differences were only obtained in ETRmax in the reproductive stage (50–65 DAE) in which cultivar NUA35 reached values of 158.5 in stressed plants compared to control plants (251.22). In conclusion, the parameters derived from RLCs such as α and Ik can be used as tools to identify drought susceptibility in the vegetative stage, whereas ETRmax can be used in the reproductive stage. In addition, PSII photochemistry (Fv/Fm and NPQ) can also help to understand the agronomic responses of common bush bean cultivars to drought conditions

Parámetros de fluorescencia de la clorofila y otros parámetros fisiológicos como indicadores del estrés por anegamiento y sombrío en plántulas de lulo (Solanum quitoense var. septentrionale)

Climate change has resulted in an increasing frequency of the phenomenon “La Niña,” generating prolonged periods of waterlogging and low light. The objective of the present study was to evaluate the effects of two abiotic stresses: shading (65%) and waterlogging, and their interaction on fluorescence parameters of chlorophyll a in lulo (Solanum quitoense var. septentrionale) seedlings. A completely randomized design with a factorial arrangement was implemented. The first factor consisted of two levels of light (with and without shading). The second factor were four levels of duration of the waterlogging period (0, 3, 6 and 9 days), for a total of 8 treatments with three replicates. The response variables were recorded at 6, 12 and 18 days after the application of the waterlogging treatments began. Measurements of relative water content (RWC), electrolyte leakage, chlorophyll content and chlorophyll a fluorescence were recorded. The lulo plants appeared to be more susceptible to waterlogging than to shading, with a lower RWC when waterlogged 6 and 9 days, presenting damage at the level of photosystem II from day 3, causing a decrease in the chlorophyll content. The plants flooded under shading had a greater tolerance to this factor than those cultivated in full light. The techniques of quantification of the chlorophyll a fluorescence, especially the maximum quantum efficiency of the PSII, the effective photochemical quantum yield of PS II and the photochemical quenching were useful tools that characterized the lulo seedlings under stress conditions.El cambio climático trae como consecuencia el aumento en la frecuencia de fenómenos como los eventos “La Niña”, generando periodos prolongados de anegamiento y sombrío. El objetivo del presente estudio fue evaluar los efectos de dos estreses abióticos sombrío (65%) y anegamiento y su interacción sobre parámetros de fluorescencia de la clorofila a en plántulas de lulo (Solanum quitoense var. septentrionale). Se implementó un diseño completamente al azar con un arreglo factorial. El primer factor consistió en dos niveles de sombrío (sin y con). El segundo factor fueron cuatro niveles (0, 3, 6 y 9 days) de duración del periodo de anegamiento, para un total de 8 tratamientos con tres repeticiones. Las variables de respuesta se registraron a los 6, 12 y 18 días después de iniciada la aplicación de los tratamientos de anegamiento. Se registraron medidas de contenido relativo de agua (CRA), fuga de electrolitos, contenido de clorofilas y fluorescencia de la clorofila a. Se encontró que las plantas de lulo son más susceptibles al anegamiento que al sombrío, evidenciado en una reducción del CRA en condiciones de anegamiento durante 6 y 9 días, presentando daño a nivel de fotosistema II a partir del día 3 y causando disminución en el contenido de clorofilas. Las plantas bajo sombrío presentaron mayor tolerancia al anegamiento en comparación a aquellas sin sombrío. Las técnicas de cuantificación de la fluorescencia de la clorofila a, especialmente la eficiencia máxima del PSII, la eficiencia real del PSII y el quenching fotoquímico, fueron una herramienta útil que permitió la caracterización de plántulas de lulo a condiciones de estrés