Ecofisiología de seis variedades de frijol bajo las condiciones climáticas de la Región Lagunera*
Ecophysiology of six bean varieties under the weather conditions of the Lagunera region
Jorge Armando Chávez-Simental1§ y Vicente de Paul Alvarez-Reyna2
1 Intituto Tecnológico del Valle de Guadiana. Carretera Durango-México km 22.5 Durango, México. C. P. 34000. Tel. 01 618 8113152.§Autor para correspondencia: jachs77@hotmail.com.
]]> 2 Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro Unidad Laguna, Departamento de Riego y Drenaje. Periférico Raúl López Sánchez y Carretera Santa Fe. Torreón, Coahuila. (vdpar_190754@hotmail.com).
* Recibido: agosto de 2011
Aceptado: enero de 2012
Resumen
En la problemática existente en la Comarca Lagunera sobre la disponibilidad de agua, es importante considerar cultivos alternos que se adapten a las condiciones climáticas de la región. Algunas variedades de frijol (Phaseolus vulagris L.) son susceptibles a sequía lo que limita el óptimo desarrollo del cultivo provocando bajo rendimiento. El objetivo de este trabajo fue determinar la tasa de fotosíntesis neta, tasa de transpiración, conductancia estomatal y rendimiento de seis variedades de frijol así como su adaptabilidad a las condiciones climáticas de la Comarca Lagunera. La investigación se realizó en el campo experimental de la UAAAN Unidad Laguna durante el ciclo de otoño-invierno de 2009 utilizando riego tradicional. Se midió la tasa de fotosintética, tasa de transpiración y conductancia estomatal con el equipo de medición "photosynthesis system CI 340®". Además, se evaluó el rendimiento el cual fue correlacionado con las funciones fisiológicas antes mencionadas. La variedad que pre sentó el mayor rendimiento fue la Pinto Villa, la cual también mostró la mayor actividad fotosintética ubicándose dentro del grupo de genotipos con la conductancia estomatal más alta. Por otra parte, la variedad Pinto Mestizo obtuvo el segundo mejor rendimiento, aunque la actividad fisiológica de las variables estudiadas fueron las más bajas. Por lo tanto, las variedades Pinto Villa y Pinto Mestizo fueron las que mejor adaptabilidad presentaron a las condiciones climáticas de la Región Lagunera.
Palabras clave: Phaseolus vulagris L., adaptabilidad climática, conductancia estomatal, fotosíntesis, transpiración.
Abstract
]]> In the current situation in the Comarca Lagunera regarding water availability, it is important to consider alternate crops that adapt to the area's weather conditions. Some bean varieties (Phaseolus vulagris L.) are susceptible to drought, which limits the optimum crop development, causing low yields. The main objective of this study was to determine the net photosynthesis rate, transpiration rate, stomatal conductance, and the yield of six bean varieties, as well as their adaptability to the weather conditions of the Comarca Lagunera. The research was conducted at the experimental station of the UAAAN Unidad Laguna, in the autumn-winter 2009 agricultural cycle, using traditional irrigation. The photosynthetic rate, transpiration rate and stomatal conductance were measured using the "photosynthesis system CI 340®". We also evaluated the yield, which was correlated with the physiological functions measured. The variety that had the highest yield was the Pinto Villa, which also displayed the highest photosynthetic activity, ranking within the group of genotypes with highest stomatal conductance. On the other hand, the Pinto Mestizo variety had the second best yield, although physiological activity of the variables studied was the lowest. Therefore, the Pinto Villa and Pinto Mestizo varieties presented the best adaptability to the weather conditions of the Lagunera region.Key words: Phaseolus vulagris L., weather adaptability, stomatal conductance, photosynthesis, transpiration.
Introducción
El estrés ambiental representa una fuerte restricción para el aumento de la productividad de los cultivos y el aprovechamiento de los recursos naturales. Se estima que sólo 10% de la superficie de la tierra arable se encuentra libre de algún tipo de estrés (Benavides, 2002). La república mexicana cuenta con una superficie de 1 millón 958 mil 201 km2, de los cuales 52% corresponde a regiones áridas y semiáridas, con predominio de climas secos. No obstante en estas zonas se desarrollan importantes regiones agrícolas, donde se efectúa una parte considerable de la agricultura de riego y también se localiza extensa superficie de maíz y frijol de temporal como es el caso del altiplano mexicano (CONAZA, 1994). El frijol común (Phaseolus vulgaris. L.) ha sido y es uno de los productos básicos más importantes en el consumo humano. En México se cultiva principalmente en ambientes semi-tropicales, planicies semiáridas y en áreas irrigadas (Broughton et al., 2003). En 2009 se cultivaron en promedio 1.7 millones de hectáreas de las cuales 13% se desarrolló en condiciones de riego obteniendo un rendimiento medio anual de 1.63 t ha-1. El 87% restante se cultivó en condiciones de temporal donde el rendimiento fue muy variado, de 0.24 a 1.58 t ha-1 (SIAP-SAGARPA, 2011). Más de 85% del área de temporal se establece durante el ciclo agrícola primavera-verano, donde la sequía intermitente es la principal limitante para su producción (Acosta et al., 2000). Alrededor de 60% de la producción de frijol se da en regiones propensas a déficit de agua, donde los costos de riego y falta de precipitación son algunas de las mayores dificultades que enfrentan los productores (Castañeda et al., 2006).
Particularmente en la Comarca Lagunera existe el problema de disponibilidad de agua; sin embargo, este cultivo ocupa una superficie superior a las 9 mil ha en condiciones de riego, dado que las condiciones climáticas de la región no permiten establecer el cultivo bajo condiciones de temporal. En 2009 se obtuvo una producción de más de 2 mil toneladas con un rendimiento promedio de 0.82 t ha-1 (SIAP-SAGARPA, 2011). Algunas variedades de frijol son susceptibles a sequía, lo que limita el óptimo desarrollo del cultivo provocando bajo rendimiento. Debido a esto, se han realizado investigaciones buscando adaptar diversos genotipos de frijol silvestre y domesticado del género Phaseolus a condiciones ambientales en zonas específicas del país bajo riego y temporal, evaluando el comportamiento de variables fisiológicas que interactúan con el ambiente al que son sometidas así como su rendimiento (López et al., 2005; Acosta et al., 2009). Las plantas se enfrentan al compromiso de obtener CO2 para mantener la fotosíntesis a través de los estomas donde se lleva a cabo el intercambio más importante de H2O y CO2, jugando la apertura estomática un papel crucial tanto en la transpiración como en la fotosíntesis foliar (Taiz and Zeiger, 2006).
Aunque el desarrollo de un cultivo es afectado por un grupo de factores ambientales, los de mayor impacto son la precipitación, radiación solar y temperatura (Wilson et al. 1995). Temperaturas superiores a 30 ó 40 °C pueden afectar su tasa de crecimiento limitando su actividad fotosintética y aumentando su respiración (Ellis et al., 1990; Lawlor, 2005; Morales et al., 2006). El incremento de la temperatura por encima del nivel normal para el desarrollo de las plantas, puede provocar deformaciones en los órganos reproductores. Se ha observado la presencia de pistilos dobles y hasta triples en flores de Prunus avium L. sometidas a tratamientos con altas temperaturas (Beppu y Kataoka, 1999). También se ha encontrado que temperatura superior a 35 °C cada tres a cuatro días durante la división celular del endospermo puede reducir la masa del grano, maduración e incluso puede provocar abortos florales en el maíz (Commuri y Jones, 1999).
Por lo anterior y dadas las características climáticas de la Comarca Lagunera, es importante poner atención en las funciones fisiológicas como son la fotosíntesis, transpiración y conductancia estomatal, ya que están ligadas a la subsistencia y productividad del cultivo. Las variables climáticas definen las áreas de distribución, los límites de sobrevivencia y los pisos altitudinales de vegetación e influyen, a una escala menor, en la distribución de especies y comunidades (Cabrera, 2002). Una mejor adaptación de los genotipos de frijol a los diferentes tipos de estrés que puede enfrentarse, ayuda a la estabilidad y ampliación de la producción en entornos propensos a la sequía, por lo que requiere menos agua para el riego y, en consecuencia, contribuyen a la conservación del recurso natural (Rao, 2000).
Por lo anteriormente descrito, el objetivo de este trabajo fue determinar la variación de la tasa de fotosíntesis neta, tasa de transpiración, conductancia estomatal y rendimiento de seis variedades de frijol y evaluar su adaptabilidad a las condiciones climáticas de la Comarca Lagunera.
]]> Materiales y métodos
La investigación se realizó en el campo experimental de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro Unidad Laguna (UAAAN-UL) en el municipio de Torreón, Coahuila. La región conocida como Comarca Lagunera pertenece a la región hidrológica Núm. 36 donde los cultivos de temporal predominantes son el maíz (47.7%) y el frijol (35%) (Voisin y Orona, 1993). Esta región se localiza entre los meridianos 102° 22' y 104° 47' longitud oeste, y paralelos 24° 22' y 26° 23' latitud norte con una altura media de 1 139 msnm y está conformada por 11 municipios del estado de Durango y 5 del estado de Coahuila. De acuerdo a la clasificación climática de Köppen modificada por García (1973), el clima de la Comarca Lagunera es de tipo desértico con escasa humedad atmosférica y precipitación pluvial promedio de 240 mm anuales; el periodo de lluvia comprende de mayo a septiembre donde ocurre 70% de la precipitación. En la mayor parte de la región se tiene una evaporación anual de 2 600 mm y una temperatura madia de 20 °C (CNA, 2005). Sin embargo, durante la primavera y verano (de mayo a agosto) la temperatura oscila en los 40 °C, lo que causa estrés hídrico y térmico a los cultivos (López et al., 2010).
Las mediciones se realizaron durante el ciclo agrícola otoño-invierno 2009. El área experimental se conformó de 374.4 m2 donde se trazaron 24 surcos de 0.65 m de separación y 24 m de longitud. Posteriormente se realizó la siembra en forma directa depositando seis semillas por metro lineal para obtener una densidad de población aproximada de 100 000 plantas por hectárea. Cada variedad se sembró en cuatro surcos repetidos en tres ocasiones.
Variedades de frijol evaluadas
Se evaluaron seis variedades de frijol tipo pinto con hábito de crecimiento indeterminado guía postrado, mismos que se tomaron como tratamientos irrigados mediante el sistema de riego tradicional; las variedades fueron: Pinto Villa, Pinto Nacional, Pinto Bayacora, Pinto Durango, Pinto Saltillo y Pinto Mestizo.
Variables de estudio
Se midió la tasa de fotosintética en unidades de (imol m-2 s-1, tasa de transpiración con unidades de mmol m-2 s-1 y conductancia estomatal en mmol m-2 s-1. Estas mediciones se realizaron utilizando el equipo de medición de mano "Photosynthesis System CI 340®" en un área foliar de 6.25 cm2. El rendimiento se midió pesando el producto por tratamiento en kg parcela-1 para posteriormente realizar su conversión a t ha-1 al final del experimento.
Metodología
Los datos de las variables fisiológicas fueron tomados en la tercera hoja del ápice hacia la base de la planta, con exposición directa de la luz solar. Las mediciones fueron realizadas en cuatro fechas a lo largo del ciclo agrícola del cultivo procurando un cielo despejado dentro de un horario de las 12:00 a las 16:00 h debido a que la actividad fotosintética, transpirativa y conductancia estomatal es más intensa en este período por la incidencia de la radiación solar e incremento de la temperatura. Las lecturas se tomaron durante la etapa de floración y madurez fisiológica a los 50, 69, 71 y 83 DDS. La cosecha se realizó en forma manual a madurez fisiológica de la planta a los 101 DDS, recolectando las vainas de los dos surcos centrales de cada unidad experimental de las mismas plantas donde se tomaron los datos de fotosíntesis, transpiración y conductancia estomatal. El producto recolectado se trasladó al laboratorio de riego y drenaje de la UAAAN-UL para pesar las muestras y determinar el peso total por tratamiento.
Diseño experimental
]]> La unidad experimental estuvo conformada por cuatro surcos de una longitud de 2.6 m por variedad. Los datos fueron tomados de los dos surcos centrales en cada variedad para disminuir el efecto de orilla. Los datos fueron analizados estadísticamente con el paquete computacional SAS versión 9.0. Los datos de las variables fisiológicas se analizaron bajo un diseño de bloques al azar con arreglo factorial con tres repeticiones (6 X 4 X 3) donde los factores y niveles fueron los siguientes: factor A variedad. Niveles: Pinto Villa, Pinto Nacional, Pinto Bayacora, Pinto Durango, Pinto Saltillo y Pinto Mestizo. Factor B Fechas de toma de datos. Niveles; 50, 69, 71 y 83 días después de la siembra (DDS). Los datos de rendimiento se analizaron bajo un diseño de bloques al azar con tres repeticiones. La comparación de medias se realizó con la prueba DMS (LSD en SAS) (p< 0.05).
Resultados y discusión
El resultado del análisis estadístico realizado a las variables medidas en el estudio, mostró diferencia estadísticamente significativa entre las seis variedades de frijol pinto evaluadas.
Fotosíntesis neta (Pn)
Los valores de fotosíntesis neta (Pn) de las variedades Pinto Villa, Pinto Durango y Pinto Bayacora se comportaron de manera similar con 14.65, 14.46 y 13.48 (imol de CO2 m-2 s-1 respectivamente. No obstante presentaron diferencia estadística frente a las variedades Pinto Nacional, Pinto Mestizo y Pinto Saltillo las cuales presentaron 10.22, 9.83 y 8.78 (imol de CO2m-2 s-1 respectivamente (Cuadro 1). Entre las fechas de muestreo hubo diferencia estadística sólo en la última fecha donde la cantidad de CO2 que asimiló la planta fue muy baja debido a que se encontraba en la etapa de senescencia.
En la Figura 1 se presenta el comportamiento de la asimilación de CO2 en las plantas de frijol, observándose un punto máximo en la actividad fotosintética entre la etapa de floración y maduración fisiológica (50 y 69 DDS); después de los 71 DDS la asimilación de CO2 comienza a decrecer hasta ser prácticamente nula a los 83 DDS antes de la cosecha. Existe una estrecha relación entre los DDS y fotosíntesis neta, la cual se encontró mediante una ecuación polinómica de segundo orden con un coeficiente de correlación de 0.92, lo que indica una predicción confiable que permite estimar la cantidad de CO2 que asimila la planta a lo largo de su ciclo vegetativo.
Tasa de transpiración (E)
]]> La tasa de transpiración que se generó en las variedades Pinto Bayacora y Pinto Durango mostraron los valores más altos con 4.65 y 4.52 mmol m-2 s-1. Estas variedades fueron estadísticamente iguales a las variedades Pinto Villa y Pinto Nacional, las cuales presentaron una tasa de transpiración de 4.23 y 3.8 1 mmol m-2 s-1; a la vez, éstas dos últimas variedades también presentaron igualdad estadística con las variedades Pinto Mestizo y Pinto Saltillo con 3.53 y 3.35 mmol m-2 s-1 (Cuadro 2).El comportamiento de esta variable fue similar a la fotosíntesis neta. La relación entre los DDS y transpiración se muestra en la Figura 2; con la ecuación polinómica de segundo orden obtenida del análisis de regresión, es posible estimar la transpiración de las plantas de frijol con una confiabilidad de 76%. Sin embargo, a los 71 DDS se presentó un comportamiento inestable en la transpiración, lo que redujo el coeficiente de correlación. La tasa de transpiración máxima se observó durante las etapas de floración y madurez fisiológica (50 y 71 DDS), momento en el cual comenzó a disminuir hasta obtener valores mínimos a los 83 DDS al igual que la Pn.
Conductancia estomatal (gs)
La Conductancia estomatal es la responsable de regular el intercambio gaseoso entre la planta y atmósfera, por lo que está directamente relacionada con la fotosíntesis y transpiración. Sin embargo, esta función fisiológica está influenciada por la temperatura del ambiente. El comportamiento de la conductancia estomatal en las variedades Pinto Durango, Pinto Bayacora y Pinto Villa fue similar sin presentar diferencia estadística significativa, destacando la variedad Pinto Durango con 147.52, 139.23 y 136.48 mmol m-2 s-1 respectivamente. Las variedades Pinto Nacional, Pinto Mestizo y Pinto Saltillo presentaron una conductancia estomatal menor (105.55, 91.12 y 90.21 mmol nrV1 respectivamente) resultando estadísticamente iguales entre ellas pero diferentes al resto de las variedades. Hubo diferencia estadística marcada entre las fechas de la toma de datos, que mostró un comportamiento decreciente en función al incremento de los DDS.
El análisis de regresión realizado a esta variable con respecto a los DDS, encontró una buena relación mediante una ecuación polinómica con un coeficiente de correlación 91% (Figura 3). Con la aplicación de la ecuación obtenida, es posible estimar la gs en función de los DDS.
Pn = -0.9021 + 0.1756 (gs) -0.0004 (gs)2
E = 0.8878+ 0.0536 (gs)-0.0002 (gs)2
Según las ecuaciones anteriores, tanto la fotosíntesis neta como la transpiración tendrán un punto máximo que será controlado por la apertura y cierre estomatal, que a su vez, dependerá de las condiciones climáticas como la humedad relativa y temperatura principalmente y contenido de humedad del suelo (Figura 4).
Rendimiento
En el Cuadro 4 se presenta la producción obtenida en las seis variedades de frijol evaluadas. El análisis estadístico encontró diferencia significativa entre variedades. Las variedades Pinto Villa y Pinto Mestizo presentaron el rendimiento más alto de 0.547 y 0.498 t ha-1 respectivamente resultando estadísticamente iguales entre ellas. La variedad Pinto Nacional presentó una producción de 0.35 t ha-1 estadísticamente igual a las variedades Pinto Bayacora con 0.3 10 t ha-1 y Pinto Durango 0.312 t ha-1; éstas dos últimas resultaron estadísticamente igual a la variedad Pinto Saltillo la cual presentó la producción más baja con 0.274 t ha-1. Las variedades que obtuvieron el rendimiento más alto, superaron al reportado por el SIAP 2009 para el municipio de Torreón, el cual es de 0.38 t ha-1.
Conclusiones
La actividad fotosintética, transpirativa y conductancia estomatal de las seis variedades de frijol se comportaron de manera diferente, sin embargo se encontró una estrecha relación entre ellas.
La variedad que obtuvo el mayor rendimiento fue la Pinto Villa, la cual también presentó la mayor actividad fotosintética y se ubicó dentro del grupo de genotipos con la conductancia estomática más alta, pero no así con la tasa de transpiración. Lo anterior puede atribuirse a que la variedad Pinto Villa transpiró en menor cantidad, lo que se tradujo en menor pérdida de agua y "no estrés hídrico" aprovechando al máximo la fotosíntesis, lo que se reflejó en el rendimiento.
La variedad Pinto Mestizo fue la segunda mejor en rendimiento aunque en los procesos fisiológicos de las variables medidas fue la que menor actividad presentó. Por lo tanto, estas dos variedades fueron las que presentaron mejor adaptabilidad a las condiciones climáticas de la Región Lagunera.
Cabe mencionar que el cultivo se manejó sin ningún tipo de fertilización, por lo que sería recomendable manejar un programa de nutrición para posteriores investigaciones, lo que pudiera reflejarse en mejores rendimientos y observarse un comportamiento diferente en las funciones fisiológicas de la planta.
Literatura citada
Acosta, G. J. A.; Rosales, S. R.; Navarrete, M. R. y López, S. E. 2000. Desarrollo de variedades mejoradas de frijol para condiciones de riego y temporal en México. Rev. Agric. Téc. Méx. 26(1):79-98. [ Links ]
]]>Acosta, D. E.; Acosta, G. J. A.; Trejo, L. C.; Padilla, R. J. S. and Amador, R. M. D. 2009. Adaptation traits in dry bean cultivars grown under drought stress. Rev. Agric. Téc. Méx. 35(4):416-425. [ Links ]
Benavides, M. A. 2002. Ecofisiología y química del estrés en plantas. Departamento de agricultura UAAAN. [ Links ]
Beppu, K. and Kataoka, I. 1999. High temperature rather than drought stress is responsible for the occurrence of double pistils in 'Satohnishiki' sweet cherry. Scientia Horticulturae. 81:125-134. [ Links ]
Broughton, W. J.; Hernández, G.: Blair, M.; Beebe, S.; Gepts, P. and Vanderleyden, J. 2003. Beans (Phaseolus spp.). Model food legumes. Plant Soil. 252:55-128. [ Links ]
Cabrera, H. M. 2002. Respuestas ecofisiológicas de plantas en ecosistemas de zonas con clima mediterráneo y ambientes de alta montaña. Revista Chilena de Historia Natural. 7 5:625 -637. [ Links ]
]]>Castañeda, S. M. C.; Córdova, T. L. y González, H. V. A. 2006. Respuestas fisiológicas, rendimiento y calidad de semilla en frijol sometido a estrés hídrico. INCI. (Online). 31(6):461-466. [ Links ]
Comisión Nacional del Agua. (CNA). 2005 Gerencia regional. Cuencas centrales del norte. Subgerencia Regional Técnica y Administrativa del Agua. Torreón Coahuila, México. [ Links ]
Commuri, P. D. and Jones, R. J. 1999. Ultrastructural characterization of maize (Zea mays L.) kernels exposed to high temperature during endosperm cell division. Plant Cell Environ. 22:375-385. [ Links ]
Comisión Nacional de las Zonas Áridas (CONAZA). 1994. Plan de acción para combatir la desertificación en México, Sedesol-FAO, 1a. (ed.). 110 p. [ Links ]
Ellis, R. H.; Hadley, P.; Roberts, E. H. and Summerfield, R. J. 1990. Quantitative relations between temperature and crop development and growth. In: Jackson, M. T.; Ford- Lloyd, B. V. and Parry, M. L. (eds). Climatic change and plant genetics resources. Belhaven Press, London. 85-115 pp. [ Links ]
]]>García, E. 1973. Modificaciones al sistema de clasificación climática de Köppen para adaptarlo a las condiciones de la república mexicana. Publicaciones UN AM. México, D. F. [ Links ]
Lawlor, D. W. 2005. Plant responses to climate change: impacts and adaptation. In: Omasa, I. Nouchi, and De Kok, L. J. (eds). Plant responses to air pollution and global change. Springer-Verlag, K. Tokio. 81-88 pp. [ Links ]
López, M. J. D.; Vázquez, V. C.; Salazar, S. E.; Salazar, M. E.; Zuñiga, T. R. and Trejo, E. H. I. 2010. Use of soil water content in deciding the sowing time in dry land agriculture. J. Horticulture and Forestry. 2(6): 122-126. [ Links ]
López, S. J. L.; Ruíz, C. J. A.; Sánchez, G. J. J. y López, I. R. 2005. Adaptación climática de 25 especies de frijol silvestre (Phaseolus spp.) en la república mexicana. Rev. Fitotec. Mex. 23(3):221-230. [ Links ]
Morales, D.; Rodríguez, P.; Dell'Amico, J. A.; Torrecillas, A. y Sánchez, B. M. J. 2006. Efecto de altas temperaturas en algunas variables del crecimiento y el intercambio gaseoso en plantas de tomate (Lycopersicon esculentum Mill. CV. AMALIA). Cultivos tropicales. 27(1):45-48. [ Links ]
]]>Rao, I. 2000 Limitaciones edáficas y climáticas para la producción de frijol común (Phaseolus vulgaris L.). Manejo productivo de suelos para cultivos de alto rendimiento. Sociedad colombiana de la ciencia del suelo. Comité regional del Valle del Cauca. Cali. Colombia. 95-106 pp. [ Links ]
Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera. Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SIAP-SAGARPA). 2011. Anuario Estadístico de la Producción Agrícola 2009. México. http://siap.gob.mx. [ Links ]
Taiz, L. and Zeiger, 2006. E. Plant Physiology. 4th ed. Massachussets: Sinauer Associates Inc., 83 p. ISBN-10:0878938567. [ Links ]
Voisin, O. Y. y Orona, C. I.1993. Agricultura de temporal. Estudio de los factores que influencian los escurrimientos y el uso del agua en la Región Hidrológica Núm. 36. SARH-INIFAP-CENID-RASPA. Gómez Palacio, Durango, México. 273-285 pp. [ Links ]
Wilson, D. R.; Muchow, R. C. and Murgatoid, C. J. 1995. Model analisys of temperature and solar radiation limitations to maize potential productivity in cool climate. Field Crops Res. 43:1-18. [ Links ]
]]>