Resumen El fríjol tépari, Phaseolus acutifolius A. Gray destaca por su tolerancia al estrés por sequía y altas temperaturas, sin embargo, presenta baja diversidad genética en sus formas cultivadas. Por lo que se inició un programa de inducción de mutaciones. El objetivo de este estudio fue establecer el efecto de diferentes parámetros agro-morfofisiológicos asociados sobre la viabilidad y cantidad del polen en 123 líneas mutantes de la quinta generación M5 de P. acutifolius y genotipos parentales, por medio del procesamiento de microfotografías de preparaciones de polen con tinción de acetocarmin. El experimento se realizó en condiciones de invernadero y el diseño experimental fue de subparcelas divididas con 3 repeticiones; adicionalmente, los factores evaluados fueron: condiciones de humedad del suelo, inoculación con cepas de Bradyrhizobium sp. o Rhizobium tropici, y las líneas o accesiones evaluadas (6 mutantes y 2 no mutantes). El experimento fue realizado manteniendo la temperatura nocturna superior a 25°C. No hubo diferencias significativas entre los tratamientos, se encontraron correlaciones positivas de la viabilidad de polen con otras variables.

Abstract Tepary bean, Phaseolus acutifolius A. Gray, is tolerant to drought and high temperatures but has low genetic diversity in its cultivated forms. To increase this diversity, a research program on mutation induction was initiated. The aim of this study was to establish the effect of different agro-morpho-physiological parameters on pollen viability and quantity in 123 mutant lines M5 of P. acutifolius and parental genotypes, by processing micrographs of pollen stained with acetocarmine. The experiment was conducted under greenhouse conditions and the experimental design was a split-split plot with three replicates; in addition, the factors evaluated were as follows: soil moisture conditions, inoculation with Bradyrhizobium sp. or Rhizobium tropici, and the evaluated lines (6 mutants and 2 non-mutants). The experiment was carried out maintaining night temperature above 25°C. There were no significant differences among treatments, and there was a positive correlation of pollen viability with other variables.

Resumen La sequía terminal es una limitante mundial para la producción de frijol y se acentuará por efecto del cambio climático. El objetivo de este estudio fue caracterizar fenotípicamente líneas avanzadas y germoplasma comercial de frijol por su resistencia a sequía terminal. La investigación se realizó durante el 2012 y 2013 en el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), Palmira, Colombia; bajo riego y sequía terminal. Se utilizó un látice 4x4 parcialmente balanceado con cuatro repeticiones. Para lograr la condición de sequía terminal, el riego se suspendió a los 22-23 días después de la siembra. La sequía terminal redujo, en promedio, un 68% el rendimiento. Las líneas SEN 56, BFS 29, NCB 226 y SER 16, mostraron alto rendimiento en riego (3617-3836 kg/ha) y en sequía terminal (1232-1447 kg/ha), mientras que las líneas RCB 593 y G 40001 mostraron alto rendimiento (>1270 kg/ha) en sequía terminal y similar al de los testigos bajo riego. Las líneas más resistentes mostraron menores índices de susceptibilidad a sequía (0,88 - 1,00), aceleración de la madurez (56 - 60 dds), media geométrica superior (1931 - 2311 kg/ha) y mayor número de granos/m2 (673 - 1250). Las líneas más resistentes obtuvieron al menos un 15 y 50% más de rendimiento en riego y sequía terminal, respectivamente, que EAP 9510-77, testigo comercial para Centroamérica. Además, superaron a otros testigos comerciales como DOR 390 y Bribrí.

Abstract Terminal drought is a worldwide constraint to common bean production and its negative effects will be increased by climate change. The objective of this research was to characterize phenotypically advanced lines and commercial cultivars of common bean for their resistance to terminal drought stress. Field trials were conducted during 2012 and 2013 at Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), Palmira, Colombia. A 4x4 partially balanced lattice design with four replicates was used and, evaluated under irrigation and terminal drought. To achieve the terminal drought condition, irrigation was suspended at 22-23 days after planting. Terminal drought reduced mean grain yield by 68%. Lines SEN 56, BFS 29, NCB 226 and SER 16 showed high grain yield in both irrigated (3617-3836 kg/ha) and terminal drought (1232-1447 kg/ha) conditions, while RCB 593 and G 40001 showed high grain yield in drought (>1270 kg/ha) and similar to checks in irrigated condition. The most resistant lines showed lower drought susceptibility index (0,88 - 1,00), earlier maturity (56 - 60 dds), superior geometric mean (1931 - 2311 kg/ha), and higher number of grains/m2, (673 - 1250). Drought resistant lines produced at least 15% and 50% more grain yield than EAP 9510-77, commercial check for Central America, in irrigated and drought condition, respectively. In addition, they were also superior to other commercial checks such as DOR 390 and Bribri.

Resumen La producción ganadera de rumiantes en el trópico, especialmente cuando es basada en pasturas, frecuentemente es considerada como perjudicial para el medio ambiente, ya que supuestamente contribuye con: (1) la degradación y destrucción de ecosistemas, incluyendo la pérdida de suelo, agua y biodiversidad; y (2) el cambio climático (calentamiento global). En el artículo se exponen argumentos para mostrar que, en lugar de ser perjudiciales, las leguminosas forrajeras tropicales pueden impactar positivamente en el medio ambiente, principalmente debido a sus atributos clave que son característicos de la familia de las Leguminosae (Fabaceae): (1) fijación simbiótica de nitrógeno; (2) alto valor nutritivo; (3) sistema de raíz pivotante profundo; (4) amplia diversidad taxonómica y genética; y (5) presencia de metabolitos secundarios particulares. Aunque se deben reconocer aspectos negativos como la contribución potencial a la acidificación del suelo y el riesgo de convertirse en malezas invasoras, concluimos que las leguminosas forrajeras tienen un potencial significativo para contribuir a la intensificación sostenible de la producción ganadera en el trópico, junto con la prestación de servicios ecosistémicos. Sugerimos una serie de áreas donde se requiere de investigación para evaluar más a fondo, documentar y realizar este potencial.

Abstract Ruminant livestock production in the tropics, particularly when based on pastures, is frequently blamed for being detrimental to the environment, allegedly contributing to: (1) degradation and destruction of ecosystems, including degradation and loss of soil, water and biodiversity; and (2) climate change (global warming). In this paper we argue that, rather than being detrimental, tropical forage legumes can have a positive impact on the environment, mainly due to key attributes that characterize the Leguminosae (Fabaceae) family: (1) symbiotic nitrogen fixation; (2) high nutritive value; (3) deep-reaching tap-root system; (4) wide taxonomic and genetic diversity; and (5) presence of particular secondary metabolites. Although there are also potential negative aspects, such as soil acidification and the risks of introduced legumes becoming invasive weeds, we submit that legumes have potential to contribute significantly to sustainable intensification of livestock production in the tropics, along with the provision of ecosystem services. To further assess, document and realize this potential, research for development needs in a range of areas are indicated.

Resumen El aprovechamiento de la variabilidad natural en germoplasma del género Brachiaria para identificar variedades forrajeras adaptadas a suelos ácidos de baja fertilidad y bajo contenido de fósforo (P) disponible, es un objetivo de investigación importante con el fin de mejorar la producción ganadera en áreas tropicales. En el estudio se evaluaron las diferencias en la exudación de carboxilatos y fosfatasas ácidas como marcadores bioquímicos radiculares durante el desarrollo de deficiencia de P en 2 especies de Brachiaria. Para el efecto, se utilizó el sistema hidropónico de bolsas con hidroxiapatita para simular condiciones de baja disponibilidad de P en suelos ácidos, con el fin de identificar diferencias entre una gramínea adaptada (Brachiaria decumbens cv. Basilisk, CIAT 606) y otra menos adaptada (B. ruziziensis cv. Kennedy, CIAT 654). Monitoreamos el crecimiento de las partes aéreas y las raíces de las plantas, así como algunos componentes fisiológicos y bioquímicos importantes para la funcionalidad de las raíces, cada semana en un período de 3 semanas. Los resultados mostraron que la exudación de monocarboxilatos no estaba asociada con el estado fisiológico de P de la planta, mientras que la exudación de oxalato y fosfatasas ácidas aumentó con la disminución de las concentraciones de P en ambas gramíneas. Brachiaria ruziziensis mostró tasas de exudación más altas y creció más rápido que B. decumbens; no obstante su tasa de crecimiento rápido inicial se redujo cuando las concentraciones de P en el tejido vegetal disminuyeron a 1.0 mg/g de materia seca. El oxalato fue el carboxilato exudado prevalente para B. decumbens después de 21 días de crecimiento, una respuesta que aparentemente confiere algunas ventajas ecofisiológicas a esta gramínea cuando se cultiva en suelos ácidos de bajo contenido de P disponible.

Abstract Exploiting the natural variability of Brachiaria forage germplasm to identify forage grasses adapted to infertile acid soils that contain very low available phosphorus (P) is an important research objective for improving livestock production in the tropics. The objective of this study was to determine the differences in the release of root biochemical markers, i.e. carboxylates and acid phosphatases (APases), during the development of P deficiency in signalgrass and ruzigrass. We used the hydroxyapatite pouch system in hydroponics to simulate conditions of low P supply in acid soils to test the response of well-adapted signalgrass (Brachiaria decumbens cv. Basilisk, CIAT 606) and less-adapted ruzigrass (B. ruziziensis cv. Kennedy, CIAT 654). We monitored shoot and root growth and other physiological and biochemical components that are important for root functionality at weekly intervals for 3 weeks. We found that monocarboxylate exudation was not associated with the plant's physiological P status, while exudation of oxalate and secreted-APases increased with declining plant P concentrations in both grasses. Ruzigrass showed higher exudation rates and grew faster than signalgrass, but could not maintain its initial fast growth rate when P concentrations in plant tissue declined to 1.0 mg P/g dry matter. Oxalate was the dominant exuded carboxylate for signalgrass after 21 days of growth and this response might confer some eco-physiological advantages in signalgrass when grown in low-P acid soils.

El desarrollo de variedades adaptadas es una de las estrategias que contribuye a garantizar la seguridad alimentaria en zonas productoras de frijol con estrés por sequía. En los invernaderos de cristal del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), Palmira, Colombia, se evaluaron las características morfológicas y fisiológicas de raíces de 21 líneas de frijol (Phaseolus vulgaris L.) en condiciones de estrés por sequía e irrigación, utilizando un sistema de tubos plásticos desarrollado por el CIAT. Las características evaluadas fueron profundización visual, longitud total de raíces y distribución de raíces a través del perfil del suelo. En campo, utilizando los mismos genotipos de frijol, se evaluaron características relacionadas con la eficiencia de uso de agua mediante la técnica de discriminación de isótopo de carbono y producción de grano. Los resultados en invernadero mostraron que la profundización visual y longitud de raíces entre 60 y 75 cm tienen una correlación significativa (r = 0.56 y 0.50 respectivamente, P < 0.001) con la biomasa aérea de la planta en condiciones de estrés por sequía. En campo, la discriminación del isótopo de carbono en grano se correlacionó (r = 0.32, P < 0.01) con la producción de grano en condiciones igualmente de estrés por sequía. Las líneas de frijol NCB 226, SER 16, SEN 56 y SEA 15 presentaron una mayor longitud de raíces bajo estrés por sequía (28, 24, 29 y 27 m/planta respectivamente) en comparación con las demás líneas evaluadas, lo que les permite mayor transpiración y movilización de fotoasimilados, que favorecen una alta producción de granos. Se estima que la profundización visual, la longitud de raíces entre 60 y 75 cm y la discriminación de isótopo de carbono en grano, son características valiosas como criterios de selección en mejoramiento por tolerancia a estrés por sequía en frijol común.

Development of drought adapted common bean cultivars is a strategy to improve food security in bean producing areas under drought stress. Under greenhouse conditions at the International Center for Tropical Agriculture (CIAT), Palmira, Colombia, we evaluated the morphological and physiological traits of 21 common bean lines (Phaseolus vulgaris L.) that were subjected to drought stress and irrigated treatments using a soil cylinder system. The characteristics evaluated were visual rooting depth, total root length and distribution across the soil profile. In the field, using the same bean genotypes, we evaluated differences in water use efficiency (using carbon isotope discrimination) and grain yield. Under greenhouse conditions, we found that visual rooting depth and root length at soil depth of 60-75 cm correlated positively with shoot biomass (r = 0.56 and 0.50 respectively, P < 0.001) production when water supply was limiting. Under field conditions, grain yield under drought stress was positively associated with carbon isotope discrimination in grain (r = 0.32 P < 0.01). Five lines (NCB 226, SER 16, SEN 56 and SEA 15) had higher root length under drought stress (28, 24, 29 and 27 m/plant respectively) compared with the other lines evaluated, which allows greater water uptake and transpiration, and also in mobilization of photosynthate to greater production of grain. It is estimated that the visual rooting depth, root length at soil depth of 60 to 75 cm and carbon isotope discrimination in grain, are valuable traits as selection criteria in breeding for drought stress tolerance in common bean.

Se evaluaron el uso de recursos y la sostenibilidad de tres sistemas agroforestales (bosque secundario- BS, tala y quema-TQ y sistema conservacionista Quesungual-SAQ). Se utilizaron datos de 15 parcelas de 200 m² ubicadas entre 14° 05' N y 88° 30' W y transformicidades reportadas en otros estudios. Los mayores valores de emergía se presentaron en la variable Lluvia (1.35E15 sej/ha por año) y las mayores diferencias de emergía entre sistemas se observaron en suelo erosionado, especialmente en TQ, BS y SAQ tuvieron mayor Razón de Carga Ambiental que TQ (0.63, 0.14 y 0.02, respectivamente). El sistema TQ presenta el valor más alto del índice de Huella Ecológica seguido por SAQ y BS. El índice de Sostenibilidad de Emergía del sistema TQ fue 34.8, el de SAQ = 135.6 y el de BS = 4123.8, con mayores valores de sostenibilidad en el SAQ y el BS, lo cual indica que son sistemas que favorecen el uso de recursos renovables y locales.

Resource use and sustainability of three agroforestry systems (Secondary Woods - BS; Fell and Burn - TQ; and Quesungal Conservation mode - SAQ) were evaluated by analyzing data from fifteen 200 m² plots (14° 05' N; 88° 30' W), making use of transformity values reported in other related studies. The highest emergy values were observed for the variable rain (1.35E15 sej/ha per year); and the largest emergy differences were found in eroded soils, especially those of TQ. BS and SAQ exhibited a greater Environmental Load Ratio than TQ (0.63, 0.14 and 0.02, respectively). TQ showed the largest Ecological Footprint Index value, followed by SAQ and BS. Emergy Sustainability Index for TQ was 34.8, whereas SAQ and BS reached respective values of 135.6 and 4,123.8. The latter two data, as compared to the former, reveal how these systems (SAQ and BS) favor the use of local renewable resources.

Se analizaron diferencias fenotípicas en el desarrollo y distribución de raíces en condiciones de sequía de 16 genotipos de fríjol común. Se desarrolló un método utilizando tubos plásticos transparentes insertados en otros de PVC, llenos de mezcla de suelo con arena (2:1, peso:peso), en condiciones de invernadero. 10 días después de emergencia se impusieron dos tratamientos de suministro hídrico: 80% de capacidad de campo (sin estrés) y sin aplicación de agua (para inducir estrés). Durante el ensayo se determinó contenido total de clorofila en hoja y tasa de transpiración. A la cosecha (32 días después de siembra) se determinó: área foliar, biomasas aéreas, contenido de carbohidratos totales no estructurales (CTN) en hojas y tallos. El suelo de los tubos fue dividido en cinco estratos de profundidad. Raíces en cada profundidad se lavaron determinándose su longitud, diámetro promedio y biomasa seca. Se utilizó un diseño experimental de bloques completos al azar con tres repeticiones. El método resultó apropiado para determinar diferencias fenotípicas en longitud total y longitud específica de raíces y distribución de raíces a diferentes profundidades. Las líneas BAT 477, SEA 5 y SER 16 destacaron por su desempeño general en la producción de raíces bajo estrés por sequía.

Phenotypic differences in root development and distribution of 16 common bean genotypes grown under drought stress were analyzed. We developed a method using transparent plastic tubes (inserted in PVC tubes), filled with a soil-sand mix (2:1, weight: weight), to capture differences in root growth under greenhouse conditions. Ten days after emergence, two water supply treatments were imposed: 80% of field capacity (without stress) and withholding of water (to induce drought stress). Total leaf chlorophyll content and transpiration rate were measured during the trial. At harvest (32 days after planting), leaf area, shoot biomass, leaf and stem total nonstructural carbohydrates content (TNC) were determined. The soil in the tubes was divided into five layers from the top to the bottom of the tube (0-5, 5-10, 10-20, 20-30 and 30-45 cm). Roots were washed from each soil layer to determine their length, diameter and dry biomass. A randomized complete block design was used with three replications. The method was suitable for determining phenotypic differences in total root length, specific root length and root distribution by soil depth. Three lines (BAT 477, SEA 5 and SER 16) were superior in their root development under drought stress.

Aluminum (Al) toxicity is the principal abiotic constraint in acid soils of the tropics. Common bean, meanwhile, is for the most part very sensitive to this stress although certain genotypes within the species show some level of resistance, justifying screening of germplasm from both the Andean and Mesoamerican genepools to identify better performing sources. The objective of this study was to evaluate 36 genotypes of common bean under hydroponic conditions to identify root morphological traits that could be associated with Al resistance. A total of five root traits (elongation rate of the primary root, total root length, root biomass, average root diameter and specific root length) were measured using a simple nutrient solution with or without Al (20 µM) over a 48 hour growth period with the experiments conducted in five replicates. We found that genotypes from the Andean gene pool were more resistant to Al than Mesoamerican genotypes under these conditions, based on a smaller decrease in the elongation rate of the primary root, total root length, specific root length and a lesser increase in root diameter in the presence of Al in nutrient solution. These root traits but not root biomass can serve as selection criteria to distinguish between Al-resistant and Al-sensitive genotypes.

En un Haplustox de los Llanos Orientales de Colombia se evaluaron durante 41 meses 6 genotipos de Brachiaria con resistencia variable a niveles altos de Al+3 en dos niveles de nutrientes. Los genotipos con resistencia media y alta mantuvieron altas producciones de biomasa aérea en los primeros meses, decrecieron a valores medios y estables hacia los 21 meses. La producción de biomasa y longitud de raíces en los genotipos de Brachiaria y especies de sabana nativa fue mayor en época lluviosa, con alta producción en los primeros 5 cm del perfil de suelo. Las gramíneas de la sabana nativa y B. decumbens CIAT 606 (altamente resistente a Al+3) generaron raíces finas y menor biomasa de raíces. Durante la época seca los genotipos de Brachiaria con resistencia media y alta a aluminio generaron raíces más profundas que la sabana nativa. La época seca indujo una producción de longitud y biomasa de raíces proporcionalmente más profundas que la lluviosa, tanto en genotipos de Brachiaria con resistencia media y alta a aluminio como en especies de la sabana nativa.

In a Typic Haplustox soil in the “Altillanura” of the Eastern Plains (Llanos Orientales) of Colombia Shoot biomass production was evaluated, during 41 months in 6 Brachiaria genotypes with variable resistance to high Al levels. with two nutrient levels. Moderate and highly Al-resistant Brachiaria genotypes maintained high shoot biomass production in early months of establishment, declined to medium values until 21 months. Root biomass and root length production of Brachiaria genotypes, as well as native savanna grasses, was greater during rainy season, with a high root production in the first 5 cm of the soil. Savanna species and the genotypes B. decumbens CIAT 606 (high Al+3 resistant) produced finer roots and less root biomass than native savanna species. The dry season induced a proportional increase in deeper root length and biomass production compared with rainy season in both moderately and highly Al-resistant Brachiaria genotypes as well as in native savanna species.