Diversity of yam bean ( Pachyrhizus spp. Fabaceae) based on morphoagronomic traits in the Brazilian Amazon

ABSTRACT Yam bean is a non-conventional horticultural crop adapted to the Amazon region. It presents edible roots, yet, its seeds contain cytotoxic components such as rotenone and pachyrhizin. The Instituto Nacional de Pesquisas da Amazonia has 64 yam bean genotypes in its germplasm bank, however, their diversity is unknown. The aim of this study was to assess the diversity of these genotypes using 10 morphoagronomic traits, plant height, number of secondary branches, shoot biomass, stem diameter, root biomass, number, length, diameter, length/diameter ratio (L/D), and shape. The accessions were planted on non-flooded land, Manaus, Amazonas (02º 59'48.2''S and 60º 01' 22.4''W) in completely randomized design with three replicates and three plants per plot spaced 0.5 x 1 m. The results showed significant diversity for all characters except for stem diameter and visual assessment of root shape. Biplot graphic explained 60% of the total variation, which identified that genotypes P44, P22 and P18 have high values for root yield (80-108 t ha-1), number of secondary branches (15-31) and shoot biomass (0.5-0.8 kg plant-1). Cluster analysis, considering 50% of relative Euclidean distance, revealed 15 major groups. We conclude that the genotypes assessed have wide diversity and some of them high root yield potential. This suggests that a yam bean breeding program can be successful for the yield of roots and seeds in the Amazonian region

Agronomische Leistung und genetische Diversität der Wurzelfrüchte Yambohne (Pachyrhizus spp.) unter westafrikanichen Bedingungen

Die Yambohne (Pachyrhizus spp.) ist eine Knollenleguminose, die fast ausschließlich als Gemüsekultur genutzt wird. In der Gattung werden drei Kulturarten unterschieden: Amazonas-Yambohne (P. tuberosus), Mexikanische Yambohne (P. erosus) und die Anden-Yambohne (p. ahipa). Innerhalb von P. tuberosus werden weiterhin drei Gruppen unterschieden: die Ashipa und Jíquima Gruppen mit niedrigem Trockensubstanzgehalt der Knollen (unter 20 %) und die Chuin Gruppe mit hohem Trockensubstanzgehalt (über 30%) der Knollen. Im Gegensatz zu allen anderen Formenkreisen der Yambohne, die aufgrund ihres hohen Wassergehaltes roh konsumiert werden, werden Chuin-Typen wie Maniok genutzt. Die Yambohne wird heutzutage in Mittel- (P. erosus) und Südamerika (P. tuberosus, p. ahipa) sowie in nahezu allen Ländern Südostasien (P. erosus) angebaut, allerdings meist lokal auf kleinen Flächen. Ein kommerzieller Anbau auf großen Flächen ist aus Mexiko, den Philippinen und Indonesien bekannt. Diese Studie wurde in Benin / Westafrika durchgeführt um die Möglichkeit für die Einführung der Yambohne als proteinreiche Knollenfrucht zu prüfen.Bis vor kurzem wurde die Yambohne züchterisch kaum bearbeitet. Die weite öko-geographische Verbreitung, Stickstofffixierung, leichte Kreuzbarkeit der Arten, Vermehrung über Samen und die Nutzbarkeit als proteinreiche Knollenfrucht lassen den Schluss zu, dass eine Weiterentwicklung dieser vernachlässigten Kulturpflanze sehr erfolgreich sein könnte. Für diese Hypothese sind jedoch genauere und vor allem vergleichbare agronomische Studien des Yambohnen-Genpools erforderlich mit dem Ziel das Ertragspotential, die Variation der wichtigsten agronomischen Merkmale und die genetische Diversität im Yambohnen-Genpool zu schätzen. Hierzu wurden in der vorliegenden Arbeit 34 Akzessionen der Arten P. tuberosus, P. erosus und p. ahipa aus den wichtigsten Anbaugebieten der Yam-Bohne an zwei Standorten in Benin / Westafrika im Jahr 2001/2002 angebaut und 31 agronomische Merkmale und 40 morphologische Merkmale wurden erfasst. In der Anbaupraxis erfolgt ein Entfernen der Blütenstände zur Steigerung der Knollenerträge, da die Samen der Yambohne aufgrund des hohen Rotenongehalts (ca. 1% des Samengewichts) nicht genutzt werden. Aus diesem Grund erfolgte die Erfassung der wichtigsten agronomischen Merkmale: Knollenfrischmasseertrag, Knollentrockenmasseertrag, Biomasse, Trockenmasse der Knolle, Harvest-Index für den Knollenertrag sowie die Schädigung der Knolle durch Nematoden, Insekten und Pilzen in den zwei Behandlungsstufen mit ("pruning") und ohne Entfernen der Blütenstände ("no-pruning"). Ziele der vorliegenden Arbeit waren: (i) die Evaluierung des agronomischen Potentials der verschiedenen Akzessionen und die Analyse der Auswirkung des "Pruning" auf den Ertrag, (ii) die Diversitätsschätzung innerhalb und zwischen den drei Arten aufgrund agronomischer und morphologischer Merkmale mit Hilfe multivariater Statistik, (iii) die Untersuchung der Möglichkeit der Anwendung der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) zur Diversitätsschätzung.Signifikante Unterschiede zwischen Standorten, Akzessionen und Arten wurden für die meisten Merkmale beobachtet. Bei "no pruning" variierte das Populationsmittel der Landrassen für den Knollenfrischmasseertrag zwischen 12,4 t ha-1 bei p. ahipa und 23,4 t ha-1 bei P. erosus. Der Samenertrag variierte zwischen 1,5 und 2,9 t ha-1 bei P. tuberosus, 3,5 und 4,6 t ha-1 bei P. erosus und zwischen 2,6 und 2,7 t ha-1 bei p. ahipa. Mit "Pruning" wurde der Knollenfrischmasseertrag um 48 % bei P. tuberosus, 91 % bei P. erosus und 61 % bei p. ahipa gesteigert, wobei gleichzeitig der Knollentrocken-masseertrag um 58 % bei P. tuberosus, 100 % bei P. erosus und 66 % bei p. ahipa zunahm. Die Chuin-Typen zeigten einen hohen Knollentrocken-massegehalt (ungefähr 30 % der Knollenfrischmasse). Akzessionen mit Frühreife wurden innerhalb von p. ahipa identifiziert und Akzessionen mit hohem Knollenertrag und hohem Samenertrag bei P. erosus, wobei in dieser Art zwei Akzessionen auffielen, die am Standort mit Trockenstress nur eine geringe Reduktion des Knollen- und Samenertrags zeigten. In allen drei Arten wurde eine hoch signifikante genetische Variation für Knollenfrischmasse-ertrag und Knollentrockenmasseertrag festgestellt.Die Schätzung der Diversität im Yambohnen Genpool erfolgte mit multivariater Statistik (Hauptkomponenten und Clusteranalysen) anhand von 71 morpho-agronomischen Merkmalen. Die Hauptkomponenanalyse zeigte, dass mit den ersten beiden Hauptkomponenten 62% der Gesamtvariation aller Merkmale erklärt werden konnten. Drei klar getrennte Gruppen konnten mit der Hauptkomponentenanalyse sowie der Clusteranalyse festgestellt werden, die den drei Arten p. ahipa, P. erosus und P. tuberosus entsprechen. Die P. tuberosus Akzession TC118 wurde aufgrund des niedrigen Knollenfrischmasseertrags, Knollentrockenmassegehalts und Samenertrags in einer isolierten Gruppe eingestuft. Keine Beziehung wurde zwischen geographischem Ursprung und Diversität beobachtet.Die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) ist heute ein wichtiges Hilfsmittel für die Qualitätsevaluierung von Kulturarten geworden. In der vorliegenden Studie wurde NIRS verwendet um die Diversität im Genpool einer Kulturpflanzengruppe zu schätzen. Die spektralen Daten von intakten (nicht zermahlenen) Samenproben der Akzessionen wurden hierzu als Merkmale betrachtet und mit einer Hauptkomponenten- und Clusteranalysen verrechnet. Die Clusteranalyse zeigte klare Gruppen innerhalb der Arten und häufig eine Fusionierung von Akzessionen entsprechend denen der Clusteranalyse auf Basis morphologisch-agronomischer Daten. Allerdings konnte auf höheren Fusionierungsstufen lediglich P.ersous und p. ahipa von einander getrennt werden. Eine klare Trennung aller drei Arten war nicht möglich.Die Arbeit zeigt das Potential der Yam-Bohne für ihre Einführung in Benin und West Afrika. Akzessionen mit dem höchsten Knollenfrischmasseertrag wurden innerhalb von P. erosus gefunden. Bei allen drei Arten traten Akzessionen mit hohem Knollentrockenmasseertrag auf und Akzessionen mit Frühreife wurden bei p. ahipa gefunden. Multivariate Analysen konnten zeigen, dass es eine große genetische Variabilität zwischen und innerhalb der drei Arten gibt. Die Variabilität innerhalb von P. tuberosus ist auch groß, da Akzessionen der Chuin Gruppe sich von der Akzession der Ashipa Gruppe unterscheiden. Da interspezifische Hybridisierungen zwischen allen drei Arten möglich sind, kann die gesamte genetische Variabilität innerhalb von Pachyrhizus züchterisch genutzt werden. Einige Landrassen der Yam-Bohne sind bereits jetzt für die Einführung in Benin und in Westafrika im allgemein attraktiv. Eine züchterische Bearbeitung der Yambohne in kleinem Maßstab sollte zu deutlichen Zuchtfortschritten führen - die erforderlichen Kreuzungseltern für ein solches Programm konnten in dieser Arbeit identifiziert werden

Effects of salinity stress on growth in relation to gas exchanges parameters and water status in amaranth ( Amaranthus cruentus )

Salinity is a major detrimental abiotic factor for plant growth. The main purpose of this study was to analyze the effects of different NaCl concentrations on growth and some physiological parameters related to gas exchanges and water relations in amaranth (Amaranthus cruentus) plants. Three weeks old amaranth plants from the cultivar ‘Locale’ were exposed in nutrient solution to 0, 30 or 90 mM NaCl (electrical conductivities of 1.915; 4.815 and 11.70 dS.m-1 respectively) in phytotron conditions. Shoot elongation as well as fresh and dry masses of shoot and root were determined after two weeks of stress exposure. Net photosynthesis (A), intercellular CO2 concentration (Ci), instantaneous transpiration (E), stomatal conductance (gs), osmotic potential (Ψs) as well as the efficiency of the instantaneous carboxylation (A/Ci), intrinsic (A/gs) and instantaneous (A/E) water use efficiency were estimated. Results reveal that salt stress induced a significant reduction in growth of aerial part as well as net photosynthesis, instantaneous transpiration, stomatal conductance and leaf and root osmotic potentials. In contrast, no significant reductions were recorded for root growth, shoot water content, intercellular CO2 concentration and instantaneous carboxylation efficiency. However, a significant increase was observed for intrinsic (A/gs) and instantaneous (A/E) water use efficiency. The plant growth reduction observed hinges upon a drop in photosynthetic activity due mainly to stomatal closure. These data suggest that photosynthetic activity may be used as a reliable criterion for physiological estimation of salt-tolerance in A. cruentus cultivars

Évaluation de la résistance à la salinité au stade jeune plant de quelques cultivars de piment (Capsicum spp.) du Benin

Objectifs : La salinité est un facteur abiotique qui influe négativement sur la physiologie des plantes. Cette étude vise à évaluer l’effet de différentes concentrations de NaCl (Chlorure de sodium) sur la croissance des plants de cinq cultivars (Adologbo, Gbatakin, TPS 0251, Gbatakin d’Agbédranfo et Démon) de piment (Capsicum spp) produits au Bénin afin de déterminer leur niveau relatif de résistance au stress salin.Méthodologie et résultats : Cinq concentrations de NaCl comprises entre 0 et 120 mM ont été appliquées pendant deux semaines sur les plants de piment âgés de trois semaines dans un dispositif complétement randomisé avec quatre répétitions. Les résultats indiquent que l’effet du sel s’est traduit par une réduction des différents paramètres de croissance étudiés avec une différence significative entre les cultivars. Les réductions observées ont été moins accentuées chez le cultivar Gbatakin alors qu’elles ont été plus accentuées chez TPS 0251 et Adologbo. L’indice de tolérance au sel le plus élevé a été observé chez le cultivar Gbatakin et le plus faible chez Adologbo et TPS 0251.Conclusion et applications des résultats : Le stress salin réduit la  croissance des cinq cultivars de piment évalués quel que soit le paramètre de croissance pris en compte. Le cultivar Gbatakin maintient une meilleure croissance en présence du NaCl avec l’indice de tolérance au sel le plus élevé et apparaît de ce fait comme le plus résistant des cinq cultivars testés tandis que les cultivars Adologbo et TPS 0251 qui présentent les croissances les plus faibles en présence de NaCl avec les indices de tolérance au sel les plus faibles sont les plus sensibles. A ce stade de nos résultats, le cultivar Gbatakin peut être conseillé aux producteurs des zones côtières ou affectées par la salinité tandis que les producteurs des autres zones peuvent produire tous les cultivars.Mots clés : Capsicum spp, croissance, NaCl, indice de tolérance au sel

Response of Chili Pepper (Capsicum spp.) Cultivars Cultivated in Benin to Salt Stress at Germination Stage

Aims: In this study, salt resistance level of six chili (Capsicum spp.) cultivars including five local cultivars (Adologbo, Gbatakin, Pili-pili, Gbatakin d’Agbédranfo, TPS0251) and one imported variety (Démon) grown in Benin was evaluated at the germination stage. Study Design: The experiment was laid out as a completely randomized design with four replications. Place and Duration of Study: The experiment was carried out in the Laboratory of Plant Physiologyand Abiotic Stresses Study of University of Abomey-Calavi, Republic of Benin from September through October, 2016. Methodology: Seeds were submitted to treatment with five NaCl concentrations (0; 30; 60; 90 and 120 mM NaCl) in petri dishes.Seed germination was checked every day during sixteen days incubation period. Four replicates of 40 seeds each were used. Results: From day 2 to day 16, NaCl delayed seed germination rate proportionately to NaCl concentration except for cultivars TPS0251 and Démon. At the end of the 16 days, NaCl stress effects on seed germination of cultivars were significantly variable. No significant reduction was observed for cultivars Démon and TPS0251 whereas a significant decrease was observed for the four other cultivars with a significant difference among them. The average reduction due to NaCl stress was lower for cultivars Démon (0%) and TPS0251 (4.31%) and higher for cultivar Pili-pili (63.61%). Salt Tolerance Index was significantly variable according to the cultivar with the highest values for cultivar Démon (1.227) and TPS0251 (1.127) and the weakest values for cultivars Pili-pili (0.374) and Gbatakin d’Agbédranfo (0.46). Conclusion: NaCl stress delayed seed germination and reduced the rate of final germination. Salt Tolerance Index was variable among the six cultivars: cultivars Démon and TPS0251 appeared to be the most salt resistant whereas Pili-pili and Gbatakin d’Agbédranfo appeared as the most salt sensitive at germination stage. For the first time, we demonstrated a variability of relative salinity resistance among local chili pepper cultivars at germination stage

Determination of the chemical and functional properties of yam bean (Pachyrhizus erosus (L.) Urban) flour for food systems

Many plant species that are suitable for food across the world are neglected and underutilized. In order to increase their diversified food uses and thus help enhance food and nutrition security, we studied the chemical and functional properties of Pachyrhizus erosus (yam bean), which is a neglected and underutilized legume species. The chemical properties of flour produced from the yam bean include 5.8% moisture content, 5.7% crude fat, 6.2% crude fiber, and 85% available carbohydrate, indicating appropriate shelf‐stable flour, low fat, and abundant energy. The results also showed a reducing sugar content of 2.0% and 21.0% starch. Pasting temperature was 70.6°C with peak viscosity of 14.5 BU, which supports ease of cooking of the flour. The swelling power obtained was 752.9 g/100 g at 85°C with a solubility index of 54%. Water holding capacity (WHC) obtained for the flour was 363.88%, whereas swelling volume was 14.0 ml and makes the flour appropriate for the production of infant foods. The P. erosus flour therefore exhibits good functional and chemical properties that would make the flour quite suitable as a substitute for other flours in food systems