261 IDENTIFICACIÓN DE LÍNEAS RECOMBINANTES DE FRIJOL NEGRO RESISTENTES A LA SEQUÍA TERMINAL Francisco Javier Ibarra Pérez 41* , Oscar Hugo Tosquy Valle 41 , Rigoberto Zetina Lezama 41 , Ernesto López Salinas 41 y José Raúl Rodríguez Rodríguez 42 Resumen El estrés por la sequía terminal vinculado con el cambio climático es una de las principales limitaciones que enfrentan los agricultores de frijol común en el trópico del sureste de México. Mitigar esta restricción requiere la selección de variedades resilientes que soporten las amenazas de la sequía a la producción de frijol común. Los objetivos del presente trabajo fueron clasificar por su tolerancia a la sequía un grupo de líneas recombinantes de frijol negro e identificar aquellas que muestren mejor respuesta en el rendimiento en condiciones de estrés hídrico y mayor eficiencia productiva, bajo condiciones de riego y sequía terminal. En invierno- primavera de 2016, se establecieron dos viveros de adaptación, en la localidad de El Rubí, municipio de Medellín, ubicada en el centro del estado de Veracruz. Un vivero se condujo con riego durante todo el ciclo del cultivo y el otro con suspensión de riego a partir del inicio de la etapa reproductiva. Se evaluaron 50 líneas recombinantes y las variedades comerciales Negro Comapa, Negro Grijalva y Negro Tacaná como testigos regionales. Los genotipos se sembraron sin diseño experimental, a una densidad de 250,000 plantas/ha, en parcelas de un surco de 5 m de longitud, con testigos sistematizados sembrados cada 10 líneas. Se determinó el rendimiento de grano en kilogramos por hectárea y como estimadores de eficiencia se utilizaron los índices de susceptibilidad a la sequía (ISS) y de eficiencia relativa del rendimiento (IER). El decremento del rendimiento por efecto de la sequía terminal fue de 72.6%. Con valores de ISS menores a 0.55, las líneas: Negro 41 Campo Experimental Cotaxtla-INIFAP. *[email protected]42 Campo Experimental Ixtacuaco-INIFAP.
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IDENTIFICACIÓN DE LÍNEAS RECOMBINANTES DE FRIJOL NEGRO RESISTENTES
A LA SEQUÍA TERMINAL
Francisco Javier Ibarra Pérez41*, Oscar Hugo Tosquy Valle41, Rigoberto Zetina Lezama41,
Ernesto López Salinas41 y José Raúl Rodríguez Rodríguez42
Resumen
El estrés por la sequía terminal vinculado con el cambio climático es una de las
principales limitaciones que enfrentan los agricultores de frijol común en el trópico
del sureste de México. Mitigar esta restricción requiere la selección de variedades
resilientes que soporten las amenazas de la sequía a la producción de frijol común.
Los objetivos del presente trabajo fueron clasificar por su tolerancia a la sequía un
grupo de líneas recombinantes de frijol negro e identificar aquellas que muestren
mejor respuesta en el rendimiento en condiciones de estrés hídrico y mayor
eficiencia productiva, bajo condiciones de riego y sequía terminal. En invierno-
primavera de 2016, se establecieron dos viveros de adaptación, en la localidad de El
Rubí, municipio de Medellín, ubicada en el centro del estado de Veracruz. Un vivero
se condujo con riego durante todo el ciclo del cultivo y el otro con suspensión de
riego a partir del inicio de la etapa reproductiva. Se evaluaron 50 líneas
recombinantes y las variedades comerciales Negro Comapa, Negro Grijalva y Negro
Tacaná como testigos regionales. Los genotipos se sembraron sin diseño
experimental, a una densidad de 250,000 plantas/ha, en parcelas de un surco de 5
m de longitud, con testigos sistematizados sembrados cada 10 líneas. Se determinó
el rendimiento de grano en kilogramos por hectárea y como estimadores de
eficiencia se utilizaron los índices de susceptibilidad a la sequía (ISS) y de eficiencia
relativa del rendimiento (IER). El decremento del rendimiento por efecto de la
sequía terminal fue de 72.6%. Con valores de ISS menores a 0.55, las líneas: Negro
41Campo Experimental Cotaxtla-INIFAP. *[email protected] 42 Campo Experimental Ixtacuaco-INIFAP.
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Citlali/XRAV-187-3-7-2, Jamapa Plus/XRAV-187-3-1-2, Jamapa Plus/XRAV-187-3-4-4 y
Negro Citlali/XRAV-187-3-1-6, fueron las más tolerantes a sequía, mientras que Negro
Citlali/XRAV-187-3-2-2, Papaloapan/SEN 46-7-8 y Papaloapan/SEN 46-7-9 fueron las
más susceptibles. A su vez, con valores de IER mayores a 3.0, las líneas: Jamapa
Plus/XRAV-187-3-1-8, Negro Citlali/XRAV-187-3-14-7, Negro Citlali/XRAV-187-3-1-6 y
Jamapa Plus/XRAV-187-3-1-2 mostraron la mayor eficiencia en rendimiento con
riego y sequía (superior a la de los testigos regionales), en tanto que, la gran mayoría
de las líneas tuvieron baja eficiencia productiva (valores de IER menores a 1).
Palabras clave: Phaseolus vulgaris L., estrés hídrico, índices de selección,
rendimiento
Introducción
La sequía es un fenómeno meteorológico asociado al cambio climático, que se
caracteriza por la escasez o ausencia de agua; actualmente es una de las principales
limitantes abióticas que enfrentan los agricultores de frijol común (Phaseolus
vulgaris L.) en Centroamérica y México (Beebe et al., 2013), la cual puede provocar
reducciones hasta del 100% en la producción de grano (Acosta et al., 1999; Castañeda
et al., 2006; López et al., 2008).
El estrés por sequía intermitente es común en el altiplano semiárido del centro
norte de México, mientras que, el estrés por sequía terminal afecta la región tropical
del sureste de México, en esta última región, Chiapas y Veracruz destacan por su
superficie de siembra de frijol, la cual durante 2016 fue en total de 150,784 ha; sin
embargo, los niveles de producción son bajos, con un rendimiento promedio menor
a 650 kg/ha (SIAP, 2018). Lo anterior obedece en gran parte, a que el cultivo es
afectado por diversos factores, entre los que destaca la ocurrencia de periodos de
sequía terminal. Esta situación ocurre en las siembras de humedad residual del ciclo
de otoño-invierno, realizadas de octubre a enero (Tosquy et al., 2014), sistema
comúnmente utilizado para el cultivo de frijol en ambos estados, que es cuando las
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lluvias tienden a disminuir y ser de menor intensidad. Estos periodos de sequía son
cada vez más frecuentes y acentuados, debido al cambio climático (López et al., 2011;
Beebe et al., 2013; Tosquy et al., 2017).
La sequía terminal generalmente se presenta durante la formación y llenado de
vainas (Acosta-Gallegos et al., 1998; López et al., 2011), lo que provoca disminución de
componentes de rendimiento y baja producción de grano (Nuñez-Barrios et al.,
2005; Muñoz-Perea et al., 2006; Ghassemi-Golezani y Mardfar, 2008; Rosales et al.,
2012); dependiendo de su intensidad y magnitud, puede provocar la pérdida total
de la cosecha (López et al., 2008).
La alternativa más viable y económica, para mitigar los efectos negativos de este
factor ambiental y a la vez, incrementar la producción de frijol en ambas entidades,
es desarrollar variedades resilientes, que sean tolerantes a condiciones de
deficiencias de humedad en el suelo (Frahm et al., 2003). El mejoramiento
convencional para mejorar la resistencia a la sequía en el frijol común, se ha basado
esencialmente en la selección de genotipos superiores en rendimiento, bajo
condiciones de estrés por sequía (Rosales et al., 2012).
En el Programa de Mejoramiento de Frijol del INIFAP, para el sureste de México,
durante los últimos años se han utilizado el índice de susceptibilidad a sequía de
Fisher y Maurer (1978) y el índice de eficiencia relativa propuesto por Graham (1984),
como herramientas para la identificación de genotipos tolerantes a sequía. El
primer índice permite clasificar los genotipos por su tolerancia a este factor
ambiental e identificar aquellos que muestren menor reducción del rendimiento,
mientras que, el segundo índice permite seleccionar genotipos que presenten alta
eficiencia productiva bajo condiciones de riego y de deficiencias de humedad.
Como parte de la estrategia de mejoramiento en la identificación de nuevos
genotipos, se utiliza una metodología establecida (Tosquy et al., 2014), que
considera el establecimiento de los mismos genotipos en diferentes ambientes
(localidades, condiciones de humedad del suelo, ciclos de cultivo, entre otros),
conjuntamente con el uso de los índices antes mencionados como herramientas o
parámetros, para identificar o seleccionar los genotipos más promisorios.
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En condiciones de riego, la sequía puede predecirse tanto en tiempo como en
intensidad, mientras que, en bajo condiciones de temporal, la imprevisibilidad es la
regla. Durante 2016 y 2017, en el centro del estado de Veracruz, se evaluó un grupo
de líneas recombinantes de frijol tropical, en diferentes localidades, bajo dos
condiciones de humedad: con riego durante todo el ciclo del cultivo y con
suspensión de riego a partir del inicio de la etapa reproductiva. Los objetivos de este
estudio fueron clasificar por su tolerancia a la sequía terminal este grupo de líneas
e identificar las que muestren mejor respuesta en el rendimiento en condiciones de
deficiencia de humedad y mayor eficiencia productiva, bajo las dos condiciones de
humedad, específicamente en una de las localidades estudiadas.
Materiales y métodos
Durante el ciclo invierno-primavera de 2016 se establecieron dos viveros de
adaptación en la localidad El Rubí, municipio de Medellín, Ver., localizada a 18° 55´
LN y 96° 11´ LO, a una altitud de 22 m. El clima predominante en la localidad es cálido
subhúmedo Aw0 (w)(g), con lluvias en verano y seco en invierno-primavera,
precipitación pluvial anual de 1,400 mm y temperatura media anual de 25.4 ºC
(García, 1987; Díaz et al., 2006). El suelo donde se establecieron los viveros, es de
topografía plana y a una profundidad de 0 a 50 cm, es de textura migajón-arenosa,
con un pH moderadamente ácido (5.36), pobre en su contenido de materia orgánica
(1.59%) y nitrógeno inorgánico (6 mg/kg de suelo) y medio en fósforo (22.2 mg/kg de
suelo) y bases cambiables (K, Ca y Mg de 207, 1702 y 209 mg/kg de suelo,
respectivamente).
Ambos viveros se conformaron por 50 líneas recombinantes avanzadas de frijol
negro, pequeño y opaco, derivadas de tres cruzamientos: Papaloapan/SEN-46 (34
líneas), Negro Citlali/XRAV-187-3 (12 líneas) y Jamapa Plus/XRAV-187-3 (cuatro líneas)
y las variedades comerciales Negro Grijalva, Negro Comapa y Negro Tacaná
(utilizadas como testigos), generadas por el Instituto Nacional de Investigaciones
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Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) para el sureste de México (López et al.,
1997; Villar et al., 2009; López et al., 2010).
La siembra de los genotipos se realizó el 15 de febrero de 2016, sin diseño
experimental, en parcelas de un surco de 5 m de longitud, con una separación de
0.80 m, a una densidad de población de 250,000 plantas/ha. Las tres variedades
comerciales (testigos) se sembraron en forma sistematizada, cada 10 líneas
recombinantes de frijol.
Uno de los viveros se condujo bajo condiciones de riego por gravedad durante todo
el ciclo del cultivo; el primer riego se realizó en pre-siembra con la finalidad de que
hubiera una nacencia uniforme del cultivo y posteriormente se aplicaron seis riegos
con un intervalo de entre ocho y 14 días entre cada uno, de acuerdo con las
condiciones de humedad del suelo; la lámina de riego total aplicada fue de
alrededor de 350 mm (50 mm por riego). En el otro vivero sólo se aplicaron cuatro
riegos (incluido el de pre-siembra), con una lámina de agua total de alrededor de
200 mm y se suspendió el riego a los 30 días después de la siembra, debido a que
en este periodo la mayoría de los genotipos de frijol se encuentran en la etapa de
prefloración (Acosta et al., 1999).
En ambos viveros, se realizaron muestreos de suelo en el estrato de 0-45 cm de
profundidad, una vez por semana, desde la siembra hasta la madurez del cultivo,
para determinar su contenido de humedad por el método gravimétrico de acuerdo
con Florentino (2006). Así mismo, se tomaron otras muestras de suelo en el estrato
de 0 a 30 cm, para determinar el punto de marchitez permanente (PMP) y la
capacidad de campo (CC), con el método de las columnas (Aguilera y Martínez,
1980); con estos indicadores, la humedad del suelo se expresó como humedad
aprovechable para el cultivo, correspondiendo 0% a la humedad del PMP y 100% a
la humedad de CC (Hillel, 1980). Los valores de humedad aprovechable del suelo se
graficaron, para conocer su dinámica antes y después de la floración del cultivo, bajo
las dos condiciones humedad (con riego durante todo el ciclo del cultivo y con
suspensión de riego al inicio de la etapa reproductiva). Se consideró como sequía
terminal, cuando la humedad aprovechable en el suelo fue menor de 45% de
acuerdo con los reportes de Allen et al. (2006).
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El manejo agronómico del cultivo se hizo de acuerdo a las recomendaciones del
INIFAP, para el estado de Veracruz (López et al., 2017). Cabe indicar, que durante el
ciclo del cultivo no hubo presencia de enfermedades que afectaran el desarrollo de
las plantas y el rendimiento de grano, tanto en el vivero de riego, como de sequía
terminal. Durante la conducción de viveros se cuantificó la precipitación pluvial
ocurrida en el sitio experimental y se determinó el rendimiento de grano, el cual se
calculó a partir del peso del grano cosechado de cada parcela experimental, en
kilogramos por hectárea al 14% de humedad. Posteriormente, en ambos viveros se
obtuvieron los valores promedio de rendimiento de grano de los testigos regionales.
Así mismo, se aplicó la prueba estadística de t-Student (T-test) para detectar si los
rendimientos obtenidos por los genotipos (50) en condiciones de riego fueron
significativamente superiores a los obtenidos en la condición de sequía.
Para estimar la intensidad y el efecto de la sequía sobre el rendimiento de grano de
cada genotipo se utilizó el índice de susceptibilidad a la sequía (ISSi), propuesto por
Fischer y Maurer (1978), que se calculó con la ecuación:
𝐼𝑆𝑆𝑖 = 1 −(
𝑌𝑖𝑖𝑌𝑐𝑖
⁄ )
𝐼𝐼𝑆
Donde:
Yii = promedio de rendimiento de cada genotipo con suspensión de riego a partir
del inicio de floración. Yci = promedio de rendimiento de cada genotipo con
aplicación de riego durante el ciclo del cultivo.
IIS= índice de intensidad a la sequía = 1-(Yi/Yc).
Yi = promedio de rendimiento con suspensión de riego a partir del inicio de floración
Yc = promedio de rendimiento con aplicación de riego durante todo el ciclo del
cultivo.
También se calculó el índice de eficiencia relativa (IERi) del rendimiento de cada
genotipo propuesto por Graham (1984), para clasificar los genotipos con base en el
rendimiento obtenido en ambas condiciones de humedad, mediante la ecuación:
𝐼𝐸𝑅𝑖 = (Y𝑖𝑖
Y𝑖) (
Y𝑐𝑖
Y𝑐)
Donde:
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IERi = índice de eficiencia relativa de cada genotipo.
Yii = rendimiento del genotipo i con suspensión de riego a partir del inicio de
floración.
Yi = rendimiento promedio con suspensión de riego a partir del inicio de floración.
Yci = rendimiento del genotipo i con riego durante el ciclo del cultivo y
Yc = rendimiento promedio con riego durante el ciclo del cultivo.
Resultados y discusión
Precipitación pluvial ocurrida y balance de humedad del suelo
Durante todo el ciclo de cultivo, en el sitio experimental se presentaron tres eventos
de lluvia, en los que se acumularon 17 mm, insuficientes para cubrir las necesidades
hídricas del frijol, que oscilan entre 300 y 500 mm (Allen et al., 2006). Esta condición,
permitió manejar el contenido de humedad en el suelo por medio de los riegos de
auxilio; los genotipos evaluados en el vivero con riego se desarrollaron sin estrés
hídrico durante todo su ciclo fenológico, mientras que en el vivero con suspensión
de riegos al inicio de la etapa reproductiva, se desarrollaron durante toda su fase
reproductiva, en una condición de estrés hídrico menor al límite máximo de
abatimiento permisible estipulado para la especie (Allen et al., 2006) (Figura 1).
Figura 1. Contenido de humedad edáfica en la capa 0 a 45 cm, registrado en diferentes etapas de desarrollo del cultivo de frijol en viveros, con y sin estrés hídrico terminal, establecidos en El Rubí, Medellín, Ver. Ciclo invierno-primavera 2016.
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Rendimiento y estimadores de susceptibilidad a sequía y de eficiencia
productiva
Los resultados de la prueba de t-Student indicaron que el rendimiento promedio
obtenido en riego (1156.2 kg/ha) fue significativamente superior al obtenido en
condiciones de sequía terminal (316.3 kg/ha), por lo que se rechaza la hipótesis de
que los promedios obtenidos en ambas condiciones de humedad fueron
estadísticamente similares. Los resultados indicaron que el 48% de los genotipos
tuvieron un buen comportamiento en ambas condiciones de humedad, riego y
sequía terminal (Figura 2). Se destacan los genotipos Negro Citlali/XRAV-187-3-16-7
(45) y Jamapa Plus/XRAV-187-3-1-8 (47), a que bajo condiciones de riego tuvieron
mayor rendimiento que el promedio (1,156.2 kg/ha) y similares a las variedades
utilizadas como testigos, pero que bajo condiciones de sequía terminal tuvieron
mucho más altos rendimientos que ambos, el promedio (316.3 kg/ha) así como el de
los testigos (Figura 2).
En el Cuadro 1 se muestra que, en la condición de riego durante todo el ciclo del
cultivo, 24 genotipos mostraron un rendimiento de grano superior al promedio
general (1,156.2 kg/ha), de los cuales siete genotipos, incluidas las variedades Negro
Grijalva, Negro Comapa y Negro Tacaná, fueron los más productivos con
rendimiento de grano superiores a 1,700 kg/ha. En la condición de sequía terminal,
22 genotipos, incluidos los testigos, obtuvieron rendimientos superiores al
promedio general (316.3 kg/ha), de los cuales 12 de ellos superaron el rendimiento
del mejor testigo, la variedad Negro Grijalva. Bajo esta condición los genotipos más
(46), Negro Citlali/XRAV-187-3-1-6 (36), Jamapa Plus/XRAV-187-3-1-8 (47) y Jamapa
Plus/XRAV-187-3-4-4 (49) con rendimientos de grano mayores a 720 kg/ha.
La sequía terminal provocó reducciones del rendimiento que variaron de 15.9 a 99%,
siendo menos severa en las líneas: Negro Citlali/XRAV-187-3-7-2 (42), Jamapa
Plus/XRAV-187-3-1-2 (46), Jamapa Plus/XRAV-187-3-4-4 (49) y Negro Citlali/XRAV-
187-3-1-6 (36), las cuales presentaron reducciones menores a 40% y los valores más
bajos de índices de susceptibilidad a la sequía (Fisher y Maurer, 1978), la cual tuvo
un índice de intensidad de 0.72. Este índice es un criterio aceptable para seleccionar
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genotipos que muestren tolerancia a este factor abiótico, aunque no
necesariamente son los más rendidores (Rosales-Serna et al., 2000). Tal como
ocurrió en este estudio en el que algunos genotipos como Negro Citlali/XRAV-187-
3-7-2 (42) y Papaloapan/SEN 46-7-6 (26) que presentaron bajos ISS no mostraron los
mayores rendimientos en la condición de sequía, por lo que es remendable la
utilización combinada de un índice que se relacione con la reducción del
rendimiento y otro con la productividad entre condiciones de humedad (Rosales-
Serna et al., 2000).
Figura 2. Rendimiento de grano (kg/ha) de 50 genotipos de frijol bajo dos condiciones de humedad: riego durante todo el ciclo de cultivo y sequía terminal aplicado a partir de floración. Genotipos sobresalientes: Papaloapan/SEN 46-6-6 (24), Negro Citlali/XRAV-187-3-1-6 (36), Negro Citlali/XRAV-187-3-7-2 (42), Negro Citlali/XRAV-187-3-14-6 (43), Negro Citlali/XRAV-187-3-14-7 (44), Negro Citlali/XRAV-187-3-16-7 (45), Jamapa Plus/XRAV-187-3-1-2 (46), Jamapa Plus/XRAV-187-3-1-8 (47), Jamapa Plus/XRAV-187-3-4-4 (49) y los testigos NT= Negro Tacaná, NC= Negro Comapa y NG= Negro Grijalva.
Las líneas recombinantes: Jamapa Plus/XRAV-187-3-1-8 (47), Negro Citlali/XRAV-187-
3-14-7 (44), Negro Citlali/XRAV-187-3-1-6 (36) y Jamapa Plus/XRAV-187-3-1-2 (46)
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presentaron los más altos valores de los IER (>3.0), que indican alto rendimiento de
grano en las dos condiciones de humedad estudiadas, los cuales fueron superiores
al de los tres testigos regionales. En tanto que, la gran mayoría de las líneas
mostraron baja eficiencia productiva, ya que sus valores de IER fueron menores a 1
(Graham, 1984).
Cuadro 1. Rendimiento y estimadores de susceptibilidad a la sequía y de eficiencia productiva de 23 líneas sobresalientes y tres testigos, evaluados en viveros de adaptación, en El Rubí, Medellín, Ver., en invierno-primavera de 2016.