Evaluación de fijación simbiótica de nitrógeno para la identificación de genotipos promisorios en fríjol voluble (Phaseolus vulgaris L.)

Abstract

Las deficiencias de Nitrógeno (N) afectan cerca del 40% de la producción de frijol común en el mundo, causando pérdidas de alrededor de 60% en rendimiento. Es sabido que los frijoles de hábito voluble tienen una mayor habilidad para fijar N atmosférico que los frijoles de tipo arbustivo, a través de Fijación Simbiótica de Nitrógeno (FSN). Uno de los principales factores en la eficiencia de FSN es el genotipo de la planta. Los objetivos principales de este estudio fueron: i) cuantificar la variación genotípica de la habilidad en FSN; ii) identificar genotipos promisorios de frijol voluble en FSN que combinen con buen rendimiento y puedan servir como padres en el programa de mejoramiento genético y iii) validar el uso de 15N en grano como metodología para la cuantificación de FSN. Un total de 100 genotipos de frijol voluble fueron evaluados en su habilidad FSN. Los ensayos fueron realizados en dos localidades en Colombia (Darién y Popayán) con inoculación de Rhizobium tropici cepa CIAT 899 además de suministro óptimo de agua y nutrientes excepto N. Las determinaciones incluían la evaluación visual de nodulación, determinación de abundancia natural de 15N en biomasa de copa y grano, % N derivado de la atmosfera (%Ndfa), N total fijado por hectárea (Ndfa total), biomasa aérea, N total derivado del suelo (Ndfs), uso eficiente de N (NUE), índice de particionamiento de N (NPI) e índice de cosecha de vaina. Diferencias significativas fueron observadas en la habilidad en FSN entre genotipos. Las líneas promisorias identificadas presentaron hasta 4.6 Mg ha-1 de rendimiento soportado por 60% de Ndfa equivalente a 92 kg de N fijado ha-1 sin aplicación de fertilización nitrogenada al suelo. Cinco (5) genotipos fueron identificados como promisorios ENF 235, ENF 234, ENF 28, ENF 21 and CGA 10, estas líneas servirán como padres en el programa de mejoramiento genético. Por otro lado, se valida el uso de grano para esta determinación con una correlación positiva y altamente significativa entre las dos metodologías. Por lo tanto, se valida el uso de grano para estimar Ndfa en cambio de Ndfa a partir de biomasa aérea, para determinar la capacidad FSN. Esta metodología ayudará a los programas de mejoramiento genético a identificar fácilmente genotipos con habilidades superiores en este atributo.

//Abstract: Nitrogen (N) deficiency affects about 40% of the common bean producing regions causing yield losses up to 60%. Symbiotic Nitrogen Fixation (SNF) – through association with root-nodulating rhizobia for the uptake of atmospheric N – contributes to improve grain yield. Climbing bean is known to be superior to bush bean in its potential for SNF ability. One of the main factors determining the efficiency of SNF is the plant genotype. The three main objectives of this study were to: (i) quantify genotypic variability in SNF ability of climbing bean; (ii) identify genotypes that combine high SNF ability with high yield potential that could serve as parents in the breeding program and iii) validate the use of 15N natural abundance in grain as a selection method to quantify SNF ability. A total of 100 genotypes of climbing bean including 89 ENF (disease resistant) lines and 11 checks were evaluated for SNF ability. Field trials were conducted at two locations (Darien and Popayán) in Colombia. Both trials received Rhizobium inoculum and adequate nutrients except N fertilizer. Measurements included visual evaluation of root nodulation, 15N natural abundance (δ15N) in shoot tissue and grain, %N derived from the atmosphere (%Ndfa), total Ndfa, canopy biomass, total N uptake, N use efficiency, N partitioning index and pod harvest index. Significant phenotypic differences were observed in SNF ability between genotypes. Good yielding genotypes with grain yield as high as 4.6 Mg ha-1 fixed as much as 60% of their total N from the atmosphere (TNdfa) which is estimated to be up to 92 kg of N ha-1 without application of N fertilizer to soil. Based on phenotypic evaluation from both locations, five lines (ENF 235, ENF 234, ENF 28, ENF 21 and CGA 10) were identified as promising for further testing and use as parents in the breeding program. Phenotypic variation in SNF ability is usually estimated using δ15N of shoot tissue rather than δ15N of grain tissue. We tested the relationship between δ15N of grain vs δ15N of shoot at both locations. We found positively significant relationship between the two methods. Thus using grain samples to determine SNF ability helps the breeding programs to select for genotypes with superior SNF ability.