Uso de recombinantes de Phaseolus vulgaris L., P. coccineus L. y P. acutifolius A. Gray para mejorar la tolerancia del frijol común a diferentes tipos de estrés abiótico. Thesis (Ph.D.)

Abstract

El frijol común, Phaseolus vulgaris L., es una de las leguminosas de consumo humano más importantes a nivel mundial y su cultivo está principalmente en manos de pequeños productores, que enfrentan una serie de limitantes bióticas y abióticas para su producción. Dentro de las abióticas están el estrés por sequía, alta temperatura, deficiencia de fósforo y toxicidad por aluminio, que afectan entre el 30 y 73% de las áreas de siembra a nivel mundial y que se agravarán por los efectos del cambio climático. El objetivo general de este trabajo fue seleccionar líneas de frijol para la obtención de tolerancia a estrés abiótico por sequía, alta temperatura, bajo fósforo y toxicidad por aluminio, que puedan responder mejor a los efectos generados por el cambio climático y a las condiciones de los pequeños productores de frijol en los países tropicales. Para ello, inicialmente se caracterizó fisiológica y agronómicamente germoplasma promisorio y comercial de frijol por su tolerancia a sequía terminal y su desempeño en condiciones sin estrés durante el 2012 y 2013. Dentro de ese grupo, se incluyó a RCB 593, ALB 74 e INB 841, progenitores de las líneas SEF, generadas mediante el cruzamiento (ALB 74 x INB 841)F1 x RCB 593, donde ALB 74 aporta genes de P. coccineus L. e INB 841 genes de P. acutifolius A. Gray. Las líneas SEF fueron evaluadas y caracterizadas del 2012 al 2014 en condición sin estrés y por su tolerancia a sequía terminal en el Centro Internacional Agricultura Tropical (CIAT) en Palmira, Valle; por tolerancia a alta temperatura en Armero, Tolima, y por su respuesta a bajo fósforo y alto aluminio en Quilichao, Cauca. Dentro del germoplasma promisorio, SEN 56, BFS 29, NCB 226 y SER 16 mostraron mayores rendimientos en riego y sequía terminal que los testigos comerciales EAP 9510-77, DOR 390, Bribrí, Carioca y Calima. De las líneas con genes interespecíficos, SEF 10, SEF 16, SEF 42 y SEF 56 obtuvieron mejor rendimiento que EAP 9510-77 en sequía terminal. El mayor rendimiento en sequía terminal estuvo basado en una mayor formación de biomasa, aceleración de la madurez, mayor número de granos/m2, media geométrica superior y menor índice de susceptibilidad a sequía, así como en una mayor removilización de fotosintatos hacia los órganos reproductivos, expresada a través de mayores índices de cosecha, de cosecha de vainas, de partición a vainas y de llenado de grano. Los genotipos SEF 14, SEF 15, SEF 16 y SEF 60 son capaces de soportar un aumento de 3,8°C sobre la temperatura media nocturna límite para el cultivo (21°C), lo que permitiría mitigar el aumento de 2 a 5°C en la temperatura media anual, proyectado para el año 2100 por efecto del cambio climático, y aumentar las áreas actuales de siembra del cultivo en más de un 50%. Su tolerancia se basó en una mayor viabilidad de polen, heredada de P. acutifolius a través del padre INB 841. Por su parte, las líneas SEF 42, SEF 44, SEF 45, SEF 49, SEF 52 y SEF 55 poseen un buen desempeño tanto en alto aluminio como en condición sin estrés, mientras que SEF 42, SEF 49, SEF 60, SEF 62 y RCB 593 fueron los mejores genotipos en bajo fósforo y sin estrés. Por último, se determinó que dentro de los genotipos más estables en rendimiento a través de ambientes, SEF 15, SEF 42 y SEF 60 presentaron tolerancia a dos o más tipos de estrés abiótico en forma individual y excelente rendimiento en condición sin estrés. Al conjuntar y complementar las características valiosas de tres especies de Phaseolus, se logró identificar un grupo de genotipos con rendimiento superior a la media tanto en el ambiente de estrés estudiado como en el ambiente sin estrés, lo que representa la posibilidad de mitigar los efectos negativos del estrés abiótico y del cambio climático para los pequeños productores de frijol. A su vez, constituyen padres potenciales para programas de mejoramiento genético en tolerancia a estrés abiótico