UCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Agroalimentarias::Estación Experimental Agrícola Fabio Baudrit Moreno (EEAFBM

Acuña, Oscar

Aguilera, Rolando

Arqueta, Buenaventura

Coto, Ovidio

Guzman, Marcial

Hernandez B., German

Robleto, Eduardo

Rodriguez, José J.

Rosas, Juan Carlos

Soto, Juan José

Zamora Z., Alice

Repositorio Institucional de la Universidad de Costa Rica

MEJORAMIENTO DE LA FIJACION BIOLOGICA DEL NITROGENO EN EL FRIJOLInvestigadoresCOSTA RICA Alice Zamora Z.José J. Rodriguez Oscar AcuñaC. N. P. Líder C . N . P ,U, C. R.GUATEMALA Juan José SotoMarcial Guzman Rolando AguileraI, C, T. A,I.C, T. A,U. de San CarlosEL SALVADOR Ovidio CotoBuenaventura ArquetaU. de El Salvador Regidn I - Santa Ana M. A. G.HONDURAS Juan Carlos RosasEduardo RobletoEscuela Agrícola Panamericana Escuela Agrícola PanamericanaCU a A German Hernandez E. Ministerio AgriculturaDuración esperada : 3 Ctresi años136INTRODUCCIONEl frijol constituye una de las leguminosas comestibles mas importantes debido a su amplia distribución por ser un complemento nutricional indispensable en la dieta de los pobladores de nuestra región.Como fuente de protelna exige alta disponibilidad de Nitrógeno en la planta, sim embargo nuestros suelos son pobres en ese elemento, por lo que limita la producción de frijol y los cultivos asociados. La fertilización nitrogenada es ineficiente y además resulta costoso adquirirla, pues el cultivo del frijol esta concentrado en agricultores de pequeñas y medianas extensiones; una buena opción es mejorar la capacidad simbiótica del frijol con Rhizobium phased i.ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIONEn 1985 con la ayuda de P.N.U.D. se formó una red de microbiólogos y agrónomos para efectuar investigación sobre la fijación biológica de nitrógeno CF.B.N.) a nivel centroamericano.Como producto de la creación de esta red, actualmente se cuenta con la siguiente información :a-Aproximadamente 200 cepas de R. phaseoli han sido aisladas en la región, la mayoría de éstas 3e encuentran almacenadas en Costa Rica y Cuba.b-Se han efectuado 15 ensayos donde se evaluaron grupos de cepas, tanto nativas como introducidas, en diferentes suelos. Como resultado se seleccionaron algunas cepas promisorias para ciertas zonas : San Carlos - Costa Rica, Matanzas - Cuba, Santa Ana - El Salvador.c-A partir' de las cepas promisorias que fueron seleccionadas se han conducido ib ensayos con variedades comerciales locales para evaluar el beneficio de la inoculación. En la mitad de estos ensayos se obtuvieron respuestas significativas de hasta un 40% de incremento en la producción.d-Paraie1 amente a la selección de cepas se debe evaluar la capacidad de los genotipos de la planta de frijol para fijar nitrógeno. Al respecto se han establecido 5 experimentos en los cuales se han notado diferencias, tanto en, nodulación como en rendimiento en condiciones de bajo nitrógeno mineral.137e-Se han establecido ensayos de inoculación en fincas en Santa Ana - El Salvador, San Isidro del General, San Carlos - Co3ta Rica, Matanzas, Ciego de Avila - Cuba. A partir de estos ensayos se permitid la comercializacidn en Cuba.Los resultados hasta ahora obtenidos han demostrado que la F. B. N. es un estrategia viable para incrementar la producción, ademas es de bajo costo y contribuye a la sostenibi1 idad de la producción de los cultivos.Hace falta, sim embargo, afinar las practicas de manejo que optimicen la fijación de nitrógeno en este cultivo para mejorar la productividad del beneficio de la inoculación, Para lograr estos objetivos se debe dar continuidad a la investigación ya iniciada en la región, para lo cual se cuenta con personal especializado y valiosa infraestructura' física.REVISION DE LITERATURALos suelos del trópico presentan una reserva limitada de nitrógeno debido a las pocas fuentes existentes y a la utilización por las plantas. Por esta situación es que se hace necesaria la aplicación de fertilizantes nitrogenados para satisfacer las demandas de los cultivos, atin asi éstas aplicaciones solo satisfacen una fracción del nitrógeno, por lo que el resto debe obtenerse de otras fuentes y de la Fijación Biológica de Nitrógeno, situación que se presenta con las plantas de la Familia de las Leguminosas.Esta fijación ocurre mediante una simbiosis entre laleguminosa y Rhizobium phaseo1 i. en donde el efecto más importante de la asociación es la utilización del nitrógeno atmosférico.Las bacterias del género Rhizobium se encuentran en la rizosfera de las plantas, son bacterias gram negativas, bacilos cortos, pequeños, móviles por medio de flagelos colocados en el peritrico. CBrack; Smith, 1987).Este es un grupo de microorganismos genéticamente diversos, estén clasificados dentro de la Familia Rhizobiacea por su habilidad para formar nóaulos en las leguminosas. Las especies de Rhizobium estén colocadas en dos grandes grupos basados en sus características de crecimiento :-las de crecimiento répido y productoras de ácido que nodulan ai frijol, trébol, alfalfa, etc.-las de crecimiento iento productoras de "alca!i" que nodulan a la soya, caupi, etc.Son bacterias gram negativas que presentan colonias blancas a lechosas y gomosas. Crecen en un medio agarievadura, monitoi solo o con indicadores como el rojo congo o azul de bromotimoi CGranam; Parker, 1964)Ciertas cepas de Rhizobium nodulan solamente leguminosas de género o especies particulares y entre las cepas que nodulan una especie o género se encuentran unas potencialmente más efectivas para fijar nitrdgeno. CSingleton; Stochinger, 1983).Aquellas cepas que son altamente efectivas fijan nitrdgeno en condiciones dptimas; sin embargo algunas expresan su potencial de Fijación bajo condiciones ambientales particulares, mientras que otras no lo hacen. CVincent; Waters, 1953),Por lo tanto, una cepa que se utilice como inoculante de una leguminosa en particular deberé ser seleccionado de una amplia variedad de cepas probadas con la leguminosa bajo las condiciones de suelo y clima en que se desarrollaré ésta C Chamber; M, 1980).Las cepas pueden obtenerse de colecciones internacionales o aisladas de ntíciulos extraídos de plantaciones en el pais.Mediante algunas técnicas se puede aislar y reproducir la bacteria que esté dentro del nddulo; esto permite realizar estudios de la capacidad de fijación y de la ecología de Rhizobium, que permitirán obtener cepas de Rhizobium muy eficientes que pueden ser usadas en la fabricación de inoculantes, La selección en el campo se realiza mediante pruebas con las cepas més efectivas y las leguminosas recomendadas. C Sy1vester-Bradley; íCipe-Nolt; Harris, 1987)La inoculación consiste en poner cepas seleccionadas de Rhizobium, que son altamente infectivas para leguminosas especificas y altamente efectivas en la Fijación de nitrdgeno, en el suelo o sobre la superficie de las semillas de la planta huésped. Hecha de buena manera, ia inoculación asegura un buen rendimiento bajo condiciones limitantes de nitrógeno sin la necesidad de aplicar fertilizantes nitrogenados. (Hubbell, 1986).Los programas de mejoramiento ofrecen una alternativa para mejorar el rendimiento del frijol, el cual requiere de la incorporación de resistencia a enfermedades e insectos més importantes, asi' como el mejoramiento para tolerancia a factores de suelo y ambientales que causan estrés y limitan ios rendimientos en cultivos comerciales y de susbsistencia. La fijación simbiótica de nitrdgeno CN) provee una fuente importante de N. para mejorar io3 rendimientos en éreas con suelos pobres en N,, o donde el fertilizante M. es costoso o difícil de obtener,C Rosas; Bliss, 1986)139La necesidad de aumentar la capacidad de fijación de N2 en la planta hospedera CP. vulgaris) se basa en :l)-los rendimientos son bastantes bajos comparados con otros cult ivos,2) -el frijol y otras leguminosas de grano usan bastante N.,3) -el fertilizante N. es costoso y frecuentemente difícil de obtener;4) -la inoculación/inoculantes superiores por si solos no aumentan la fijación de N2 en gran proporción y,5) -la planta hospedera constituye un organismo limitante en la simbiosis C Rosas; Bliss, 1986).El frijol comiin ha sido considerado como inferior a otras leguminosas de grano en su habilidad para sostener una simbiosis eficiente en la proporción del N. total derivado de la atmósfera y N2 totai fijado por planta. Sin embargo, esta inferioridad fue atribuida en parte al hecho de que las evaluaciones iniciales fueron hechas con material varietal, cepas de Rhizobium y condiciones inadecuadas. Las diferencias genotípicas de la cantidad de N2 fijado y los caracteres específicos de la fijación de N2 son usualmente enmascarados por características de la planta que pueden afectarlos directa o indirectamente. Usuaimente, las plantas que muestran la más alta fijación de N2 son aquellas con floración y madurez tardías, gran follaje, y poseen un hábito de crecimiento indeterminado. CGraham y Halliday, i977;Me Person, 1983; Rosas, 1983).Mediante este proyecto esperamos identificar genotipos de frijol com incrementos en el potencial de fijación de M2 y a la vez del rendimiento totai. Ademas mejorar el uso de inoculantes, las prácticas de inoculación y producir cepas superiores de Rhizobium adaptadas a nuestra región.140OBJETIVOSGeneral :Optimizar el beneficio de la F.B.N, en ia productividad del cultivo de frijol.Específicos :1. -Aislar, purificar y autentificar cepas locales.2. -Seieccionar cepas por su capacidad de estimular el crecimiento de la planta en condiciones de suelo.3.-Evaluar viveros regionales por su capacidad de nodulacidn y rendimiento de grano en suelos con bajo nitrógeno mineral.4. -Identificar posibles padres para programas de mejoramiento.5. -Evaluar a nivel de finca la3 mejores combinaciones cepa-cu 11 ivar.6. -Validar con los agricultores.7.-Mejorar ia comunicación en la red.Materiales y Métodos :i.-Aislar, purificar y autentificar cepas locales.Costa Rica va hacer el encargado de ai lar, purificar y autentificar las cepas regionales, aprovechando su capacidad instalada : infraestructura y personal.Cada país enviara de 5-1® muestras de ndduios deshidratados en tubos con silica gei. El procedimiento a seguir seré el recomendado por el Manual de métodos : Simbiosis - LeguminosasRizobio. Ciat - 1988.1412.-Selección de cepas.a) -Preseieccicfn : se efectuaré en Costa Rica con base en las cepas anteriormente aisladas y cepas testigo internacionales. Para esto se establecerán por año 2 ensayos en diferentes localidades con 3 0 - 4 0 cepas y la variedad que mejor capacidad de fijación presente segün los datos de 1989.Se utilizaré un diseño experimental de bloques completos ai azar con 5 repeticiones. La parcela iltil la constituiré un surco de 4 metros de largo.En 1 metro de la parcela se evaluaré el peso seco de la parte aérea de las plantas en las etapas R6 y R8. Ademés de ser posible en R8 se evaluaré el N. total.La inoculación se realizaré con inoculante granulado, aproximadamente 1 gramo/metro.Ai momento de la siembra se fertilizaré con 50 Kgr. de P205 y dependiento del análisis de suelo, con boro y magnesio.Se incluirán dos testigos: 1-sin nitrógeno C-Nl. 2-connitrógeno C+N ; 50 Kgr, urea a la siembra, 20 Kgr. en V4 y R5).Las mejores cepas serén enviadas a todos los países de la región para ser evaluadas en suelos locales.b) -Seiección Local : se realizaré en todos los países, con lavariedad que mejor comportamiento presente en cuanto a noduiación y fijación se refiere.Se utilizaré la metodología descrita en preselección, con aproximadamente 10 cepas y 2 testigos C+N, -N).Localidades :GUATEMALA CHIMALTENANGO, JUTIAPAtu SALVADOR SANTA ANACOSTA RICA SAN CARLOSHONDURAS ESCUELA AGRICOLA PANAMERICANACUBA PINAR DEL RIO, MATANZA, HOLGUIN1423. -tvaluacidn de viveros regionales.Los germoplasmas presentes en el Vicar serán evaluados. Se establecerán 2 Vicar negro en Guatemala CChimaltenango, Jutiapa), 1 Vicar rojo en Honduras CE.A.P.) y otro en Cuba CHabana).Al momento de la siembra se fertilizará con elementos necesarios, excepto N. Con una mezcla de 3 cepas seleccionadas de los ensayos realizados en 1989 se procederá a inocular.El diseño experimental a utilizar será en parcelas divididas con 3-4 repeticiones. La parcela principal la constituirá los tratamientos de nitrdgeno :a)-bajo nitrdgeno + inoculanteb 3-f ert i I isacidn con urea C5@ kgr. N. a la siembra, 20 kgr, en V4 y R5), Las sub=parcelas serán io3 genotipos,En V4 y R5 se evaluará el nümero de nddulos rojos y el tamaño de ástos. El rendimiento total en 6-8 plantas por parcela inocu i ada.Se espera estar trabajando con el Vidac en el segundo y tercer año del proyecto.4.-Identificar posibles padres.Los resultados obtenidos en los viveros regionales serán enviados a ios programas de mejoramiento con el objetivo de que se tome en cuenta ias lineas promisorias de Fijacidn en la programacidn de cruzas.5.-uvaluacidn a nivel finca.A partir del primer semestre de 1991 se iniciarán los ensayos en Fincas. Se realizarán 2 experimentos por zona en cada pais.Localidades : Guatemala El Salvador CubaCosta RicaChima1tamango, Jutiapa,Santa Ana.Pinar del Rio, Holguin, Regidn Brunca, San Carlos,143El diseño experimental a utilizar es un bloques completos al azar, con 3-4 repeticiones, dos genotipos. La parcela Util será. formada por 4 surcos de 4 metros de largo.Los tratamientos serán :a) -inoculadob) -bajo nitrógenoc) -so lamente nitrógeno Csiembra, V4 y R53.Las variables a evaluar serón : nUmero y tamaño de ndduios rojos. En Rb peso seco de la parte aérea de 8 plantas y rendimiento de grano en' los 2 surcos centrales.6. -Validar con los agricultores.En 1991 se procederé a validar en Cuba : Holguin y Pinar delRio.Se empleara alrededor de 1 ha/tratamiento. Los tratamientos serian :a) -tecnologia tradicionalb) -nueva tecnología (cepa io variedad)En V4 y Rb se evaluaré el nümero de ndduios rojos y su tamaño. Ademés el rendimiento en grano.7.-Mejorar comunicación.Se mantendré un registro de personas involucradas en la investigación de F.B.N, en frijol a nivel de cada pais.Las personas relacionadas con F.B.N. en frijol se encargaran de realizar un informe anual del proyecto y lo darén a conocer ai Programa Nacional de Frijol de su pais.En los siguientes P.C.C.M, C.A. se presentaran los trabajos realizados ei año anterior en F.E.N. en frijol, y los representantes de cada pais discutirén y analizarán los avances y necesidades del proyecto, esto en un dia adicional.144RESULT ADUU ESPERADOS:Año 1990.1- Aislamiento, purificación y autentificación de cepas locales.En este paso se espera obtener unas 50 cepas provenientes de toda la región debidamente purificadas y autenticadas¡ seconservarán en Costa Rica. ________________2- - Selección de cepas, a- Preselección:Con los trabajos de preselección se espera obtener al menos !:> cepas que muestren una mayor ondulación v desarrul lo do las plantas: estas serán enviadas a lcis diferentes países pararealizar las pruebas de selección local.b- Selección local:He realizará esperando obtener uria o dos cepas que muestren una mayor eficiencia bajo las condiciones propias de cada país donde se evalúen.3- Evaluación de viveros regionales.La finalidad es observar la respuesta de- los inoculantes producidos con las cepas anteriormente seleccionadas sobre el geVmoplasma que conforman los V1CAREB, tanto negro como rojo.4- Identificación de posibles padres.Las líneas de los viveros que muestren una mejor respuesta a la fijación deben ser incluidas en los programas de mejoramiento.Año 1991.En el transcurso de este período se esperan obtener los re­sultados descritos para el año 1990, pero además se incluirán tas siguientes evaluaciones;3— Evaluación a nivel de finca.Al tener respuesta de las mejores cepas sobre las variedades comerciales existentes eri cada país, se harán pruebas de finca para observar la respuesta de esta metodología bajo diferentes condic iones.6- Validar con los agricultores.Be espera corroborar la eficiencia di? las cepas evaluadas en los pasos anteriores sembrando parcelas de una hectárea en finias de los agricultores, esto con la finalidad de comparar la tócnica del agricultor con la nueva metodología, la cual producirá mayores rendimientos.7- Mejorar comunicación.Al mejorar la comunicación se espera que entro los países de la red toda información sea ¡transmitida de un país a otro sin n i n g u n a  d i f i c u l t a d .Año 1992.Durante este año se realizarán los puntos comprendidos entro el 3 al /, esperando obtener resultados similares a los descritos para los años anteriores.14614700«3*I-Aislar, purificar y autentificar cepas locales2a-Preselección de cepas2b-Seleccion local de cepas3-Evaluacidn de viveros regionales5-Evaluacidn a nivel de Fincas6-Validar con los agricultores7-Mejorar comunicación149BIBLIOGRAFIAACURA, O. 1989. Manejo y tecnología de la asociación simbiótica Rhizobium - Leguminosa. I_n Curso Manejo AgronOmico de Frijol. San Isidro del General. Costa Rica. Centro Internacional de Agricultura Tropical. 16 p. Cmimetígrafo)BRACK, D; SMITH, D; MADIGON, M. 1987. Microbiología. Prentice - Hall Hispanoamericana S.A. México. 906p,CHAMBER, M. 1980, Especificidad en la simbiosis entre tres variedades de soya (Glycine max) y cuatro razas de Rhizobium j aponicum. An I N I A. Ser. Producción vegetal #12 : 269-277.ELKAM, G. 1987. Symbiotic nitrogen fixation technology, Marcel Dekker, inc, New York. 371-387p.ESCUELA AGRICOLA PANAMERICANA, investigación - R A I - 88. Yol. 1.GRAHAM, P; PARKER, C. 1964. Diagnostic features in the characterizatiOn of the root-nodule bacteria y legumes. Plan and Soil 20 03) : 3 83-396.1988 Reporte anual de Honduras. 75p.GRAHAM, P.H. y J. MALLIDAY, 1977. En : J.M. Vincent (editor),Exploiting the legume - Rhizobium Symbiosis in TropicalAgriculture. Univ. Hawaii Coll. Trop. Agrie. 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LOCAL ENSAYO EN CAMPO CON RED 1990,91 CEPAS RESULTANTES DE PRESENTAC ION,EVALUACION DE VIVEROS REGIO­NALESEVALUAR EFECTO DE CAPA- SAUTE. 1990,91, CIDAD DE FIJAR DEL SER- HONDO.MOPLASMA, E IDENTIFICAR CUBA PADRES.EVALUAR A NIVEL DE FINCASLLEVAR A FINCAS LA MEJOR RED COMB INACIÓN GENOT1PO.CEPA.VALIDAR CON AGRICULTORESPRPORCIONAR LA TECNOLO CUBA SIA A LOS AGRICULTORES JUNTO CON EL ASESORA- MI ENTO RESPECTIVO,GIRA: Julio 1990 ó 91. Líder. 1 tec.Lu AOl 't1 tec. Guatemala 1 tec. HondurasCuba Evaluar y Rev. Trab. t.1 Salvador152

Mejoramiento de la fijación biológica del nitrógeno en el frijol

https://www.kerwa.ucr.ac.cr/bitstream/10669/80140/1/140199092PROFRIJOLPLANESTRABAJOPROYECTOSREGIOINALESPLANESDETRABAJO.pdf

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