Respuesta fisiológica de parientes silvestres y domesticados del fríjol tepari (Phaseolus acutifolius Asa Gray) ante variaciones del régimen hídrico en condiciones de alta temperatura Javier Mauricio Gereda Ing. Agrónomo Candidato a Magister en Ciencias Agrarias 2 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira 2025 Director: Milan Urban, PhD. Codirectora: María Sara Mejía de Tafur, PhD. Línea de investigación: Fisiología de Cultivos Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Página 3 Introducción (Antecedentes, planeamiento problema y objetivos) Materiales y métodos (Descripción general del experimento y metodologías empleadas) Resultados y discusión (Resultados obtenidos de acuerdo con los objetivos planteados) Conclusiones y recomendaciones Contribuciones prácticas del proyecto. Tabla de contenido Figura 1 . Planta P. acutifolius G40001 con vainas. Figura 2. Desierto Sonora México ambiente de adaptación de P. acutifolius. Fuente: infoCajeme, 2022. Introducción Cambio climático Necesidad de realizar estudios Cultivos alternativos Las claves para detener las crecientes crisis ambientales, económicas y de biodiversidad del mundo son controlar la expansión de la población humana y adoptar prácticas sostenibles. El fríjol tepari puede desempeñar un papel pequeño pero significativo para la sostenibilidad (Zhang, 2015). Figura. 3 Descripción crisis ambientales actuales. Fuente: Small, 2014. Página 4 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Introducción • El fríjol común se destaca como una leguminosa de grano esencial en la nutrición humana por su alto contenido de proteína. • Es abundante en vitamina B, como niacina, ácido fólico y tiamina, y proporciona hierro, cobre, zinc, fósforo, potasio, magnesio y calcio. Además, contiene un alto contenido de fibra (Sangerman et al., 2010). • Los frijoles fueron el puesto 19° alimento más importante en cuanto a su contribución calórica a la dieta en 2021. Consumo per cápita en el año 2021:2.58 kg por persona. El fríjol en la alimentación humana… Figura. 5 Alimentos según su contribución calórica por unidad de masa. Este indicador se estima a partir del número de kilocalorías contenidos en un 1 kilogramo de alimento. Fuente: Observatorio mundial de frijol, 2022. Figura. 4 Planta de frijol común (Phaseolus vulgaris). Fuente: IA Chat GPT Página 5 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Figura. 7 Evolución histórica del área cosechada de frijol en hectáreas, del nivel de producción en toneladas, y del rendimiento en toneladas por hectáreas de frijol en el mundo. Fuente: Observatorio mundial de frijol, 2022. • En el año 2022, los fríjoles fueron el 111° cultivo que más creció en producción en relación con el año 2021. Producción de fríjol a nivel mundial Figura. 6 Cultivos en función del crecimiento interanual de la producción, del área cosechada y del rendimiento. Fuente: Observatorio mundial de frijol, 2022. IntroducciónPágina 6 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Introducción Producción de fríjol a nivel nacional • Santander y el Huila son los departamentos con la mayor área sembrada de fríjol en el país. • Putumayo es el departamento con mayor rendimiento por hectárea con 1.93 toneladas por hectárea. Figura. 8 Zonas de producción de frijol en Colombia. Fuente: Minagricultura, 2020. Estimación a través del tiempo 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2026 1% - a 2 % … Estimación Futura Producción en terminos de porcentaje Figura. 9 Estimación de la producción a través del tiempo. Fuente: Minagricultura, 2020. Página 7 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Introducción Selección de material genético, para enfrentar adversidades en enfermedades y estrés ambiental que impactan directamente la producción. Calidad del cultivo (Posibles enfermedades) Estrés hídrico por sequía Variabilidad del Cambio climático (Altas temperaturas) Selección de material genético, para enfrentar adversidades… El fríjol tepari (Phaseolus acutifolius Asa Gray) es un ejemplo de agricultura sostenible que contribuye a los compromisos globales de sostenibilidad y conservación acordados en la COP16, alineados con los objetivos de desarrollo sostenible de la ONU. Figura 10. Efecto cuello de botella en la selección de variedades resistentes. La Alianza Bioversity International – CIAT promueve el uso del fríjol tepari, una leguminosa destacada por su alta tolerancia a la sequía. Esta característica la convierte en una solución viable para los agricultores de América y África, quienes enfrentan los desafíos del cambio climático. Figura. 11 P. acutifolius – G40001 (75% CC). Página 8 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Introducción Antecedentes del frijol tepari…. Se encuentra en tierras áridas de sonora, originario en Arizona y nuevo México (EEUU) en elevaciones de 335 a 2000 msnm. Capacidad para habitar en ambientes adversos de baja disponibilidad hídrica y altas temperaturas (Markhart, 1985). Alta tolerancia a los ambientes áridos, semiáridos y salinos (Porch, et al., 2013). Capacidad de fijar nitrógeno atmosférico mediante la fijación simbiótica con bacterias bradirrizobias. Los parientes silvestres del cultivo de frijol (Phaseolus acutifolius A. Gray) pueden presentar una mayor tolerancia al déficit hídrico debido a sus diferencias morfológicas, fisiológicas y su uso eficiente del agua (WUE) y la luz (LUE). Figura. 12 Vista de P. acutifolius G40001. Figura. 13 Invernadero MZ 44 vista general. Página 9 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Objetivos Evaluar la respuesta al déficit hídrico entre un genotipo silvestre y un genotipo domesticado del frijol tepari (Phaseolus acutifolius) bajo condiciones de alta temperatura (>35°C), mediante el análisis de mecanismos fisiológicos (consumo hídrico, funcionalidad fotosintética), su influencia en el crecimiento y rendimiento a nivel de planta. Evaluar el efecto de diferentes niveles de disponibilidad hídrica (sequía, 25%, 50% y 75% CC) sobre la supervivencia, duración del ciclo de vida, crecimiento, rendimiento, en un genotipo silvestre y uno domesticado de frijol tepari (P. acutifolius) bajo condiciones controladas de alta temperatura (>35°C). Determinar la respuesta fisiológica mediante la transpiración, eficiencia en el uso del agua, capacitancia de raíces y contenido nutricional de un genotipo silvestre y uno domesticado de frijol tepari (P. acutifolius) a diferentes niveles de disponibilidad hídrica bajo condiciones controladas de alta temperatura (>35°C). Determinar la dinámica de algunas variables relacionadas con la funcionalidad fotosintética, como la eficiencia cuántica del PSII y el uso eficiente de la luz, a lo largo del ciclo de vida en un genotipo silvestre y uno domesticado de frijol tepari (P. acutifolius) bajo diferentes niveles de disponibilidad hídrica en condiciones controladas de alta temperatura (>35°C). General Específicos Página 10 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Materiales y métodos El experimento se realizó en condiciones controladas de invernadero en el campus de la Alianza Bioversity International – CIAT, ubicado en el municipio de Palmira, Valle del Cauca a 03° 32' 22" N y 76° 18' 13" O, a una altitud media de 965 msnm. Localización A B C Figura. 14 A) Banco de germoplasma Semillas del Futuro. B) Campus Alianza Bioversity & CIAT. C) Experimento en condiciones de invernadero. . Figura. 15 WatchDog A150; Spectrum Technologies. Se registraron datos de temperatura del aire y la humedad relativa a intervalos de 10 minutos. Página 11 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Diseño experimental T1: 75% CC T2: 50% CC T3: 25% CC T4: Sequía G1 G1 G1 G1 G2 G2 G2 G2 G3G4 G3 G3 G3 G4 G4 G4 Se empleo un diseño factorial con arreglo en parcelas divididas donde el factor principal (PP) correspondió a los regímenes de agua en el suelo y el factor secundario a los genotipos de fríjol seleccionados: Figura. 18 Genotipos de frijol evaluados. A) P. acutifolius G40001 (G1). B) P. acutifolius G40056 (G2). C) P. lunatus G26093 (G3). D) P. vulgaris HTA4 (G4). Figura. 17 Curvas de retención de humedad correspondientes al sustrato y suelo empleado para el llenado de las macetas experimentales. A B C D Figura. 16 Representación del diseño factorial con arreglo en parcelas divididas del experimento. A B C D Materiales y métodosPágina 12 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Materiales y métodosPágina 13 G1 (G40001)A G2 (G40056)B G3 (G26093)C Derivada de un programa de mejoramiento del CIAT (Colombia), se desarrolló una línea de mejoramiento tolerante al calor, denominada Andeantype 4 (HTA4) (High Temperature Andean), mediante una serie de cruces de progenitores con un genotipo de tépari de frijol pequeño (Phaseolus acutifolius L.) en su pedigrí, que podría ser el factor de tolerancia al estrés térmico (ES). G4 (HTA4)D A B Figura. 20 Andeantype 4 (HTA4), A) Planta HTA4 . B) Semilla HTA4. Fuente: Rose, Lowe, Miret & Heuer, 2023. Figura. 19 Pasaporte de las accesiones evaluadas. A) G40001 (G1). B) G40056 (G2). C) G26093 (G3). D) HTA4 (G4). Fuente: https://genebank.ciat.cgiar.org/genebank/main.do Materia vegetal CIAT – Programa de Recursos Genéticos (PRG) Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira https://genebank.ciat.cgiar.org/genebank/main.do Materiales y métodos Siembra y germinación de semillas • Las semillas fueron escarificadas antes de la siembra. • Proporción sustrato: 25 kg de turba, 20L de agua, 1 g de ácido giberelico (AG3 al 10%) a una concentración final de 0.05 g L-1 o 50 ppm. Figura. 21 Siembra y germinación de semillas. A) Bandejas de 50 alveolos listas para siembra. B) Germinación HTA4. C) Plántulas germinadas de los genotipos G40001, G40056, G26093 y HTA4. Figura. 22 Plántulas germinadas de los genotipos evaluados. A) P. lunatus G26093 (G3) B) P. vulgaris andeantype 4 (HTA4) (G4) C) P. acutifolius G40056 (G2) D) P. acutifolius G40001 (G1). A B C D A NT P2O5 K2O MgO S B Fe Zn % 15 30 10 1 2.5 0.04 0.1 0.08 Tabla. 1 Composición nutricional del sustrato para bandejas de germinación. B C Página 14 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Materiales y métodos No. Muestra Identificación Arena Limo Arcilla Clasificación textural% 1 Sustrato 68.70 11.33 19.97 Franco Arenoso 2 Suelo 23.13 37.89 38.98 Franco Arcilloso Llenado de materos (4L) Las condiciones edáficas se simularon para reflejar el hábitat nativo del frijol tepari en el norte de México y el sur de Estados Unidos. Tabla. 2 Composición nutricional del sustrato para bandejas de germinación. Figura. 23 Llenado de materos y siembra de plántulas. A) Plántulas de frijol. B) Elaboración del hoyo para siembra de plántulas. C) Hoyos para siembra. D) Siembra de plántulas. E) Plántulas sembradas. A B C D E Figura. 24 P. acutifolius G40056 (G2). Página 15 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Materiales y métodos Determinación de la humedad inicial y reposición del sistema Maceta Peso maceta más manija Peso mezcla 24 hora tara Peso mezcla 48 horas tara Pérdida Peso maceta con manija Peso Tapa g 1 171 5034 4972 62 171 42 2 171 5010 4948 62 3 171 5040 4978 62 4 171 4986 4923 63 5 171 5017 4955 62 Promedio 62.2 Tabla. 3 Determinación inicial de la capacidad de campo (CC). 𝐂𝐀𝐑 = CC ∗ % RH − PAS (1) CAR: Contenido de agua a reponer (ml) CC: Capacidad de campo (CC) Fórmula empleada para la reposición hídrica del sistema. RH: % régimen hídrico PAS: Peso actual del sistema (g) Figura. 25 Reposición hídrica del sistema G40056 (G2). Transpiración (g) = [Peso del día anterior - Peso del día actual] + [CAR] (2) Página 16 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Variables de respuesta Tasa de Supervivencia y duración del ciclo de vida del cultivo Tasa de supervivencia • Primeras semanas post-germinación. • Final del ciclo de crecimiento en cada tratamiento. Crecimiento vegetativo • Mediciones periódicas de altura de planta, número de hojas y desarrollo radicular. • Determinación de peso seco de tallo y de hojas al final del ciclo. A B C Figura. 26 Mediciones de tasa de supervivencia y crecimiento vegetativo de los genotipos evaluados. A) Conteo de hojas. B) Medición de altura. C) Crecimiento de plantas. Página 17 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Rendimiento y componentes numéricos del rendimiento Se analizaron componentes como el número de vainas por planta, semillas por vaina y peso promedio de las semillas (P100). Área foliar 𝑨𝒇 = 𝒂 + 𝒃 ∗ 𝑳 ∗ 𝑾 + 𝒄 ∗ 𝑳𝑳 + 𝒅 ∗ 𝑾𝑾𝑨 Af = Área foliar estimada en cm² L = Longitud del foliolo central en cm W = Anchura del foliolo central en cm LL = Cuadrado de la longitud WW = Cuadrado de la anchura a, b, c, d = Coeficientes de regresión determinados a partir de los datos Figura. 27 Proceso de evaluación del rendimiento en genotipos de P. acutifolius. Figura. 28 Proceso de medición del área foliar en genotipos de P. acutifolius. (3) Variables de respuestaPágina 18 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Método de reposición de agua, basado en la pérdida diaria de peso del sistema planta- sustrato. Transpiración 𝐂𝐀𝐑 = CC ∗ % RH − PAS Fenotipado de rasgos funcionales fotosintéticos Se empleo el sensor proximal MultispeQ (MSPQ; PhotosynQ USA). Figura. 29 Medición de parámetros relacionados con la fluorescencia de la clorofila. CAR: Contenido de agua a reponer (ml) CC: Capacidad de campo (CC) RH: % régimen hídrico PAS: Peso actual del sistema (g) (4) Transpiración (g) = [Peso del día anterior - Peso del día actual] + [CAR] (5) Variables de respuestaPágina 19 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Página 20 Calidad nutricional Capacitancia de las raíces (Cp, Cs e IC) 𝐈𝐂 = 𝐶𝑠 − 𝐶𝑝 𝐶𝑝 Ecuación índice de capacitancia Cp: capacitancia en paralelo. Cs: capacitancia en serie. Figura. 30 Proceso de medición de capacitancia en P. acutifolius G40001 • Fe y Zn: fluorescencia de rayos X (XRF). • Fitatos y contenido de fenoles totales: espectrofotometría UV-VIS. • Azucares: cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). • La relación molar fitatos/minerales fue calculada dividiendo las concentraciones de fitatos por las concentraciones de Fe y Zn. LCR (VOLTCRAFT LCR 4080, Alemania), operado a una frecuencia de 1 kHz y un voltaje terminal de 1 V. (6) Variables de respuestaPágina 21 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira ➢ Tasas de crecimiento, área foliar(AF) y altura (A). ➢ Probablemente, cambios en la forma en que la planta asigna los nutrientes y la energía a diferentes partes de la planta. ➢ Rendimiento y sus componentes, como la producción de frutos, biomasa y mortalidad de las plantas. Resultados Resultados y discusión A B C D Figura. 31 Medición de variables. A) Medición de parámetros de fluorescencia. B) Proceso de medición de capacitancia en P. acutifolius G40001. C) Enraizamiento de plántulas. D) Proceso de reposición de agua. Página 22 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Resultados y discusión Condiciones ambientales en el invernadero Figura. 32 Variación diaria de la radiación PAR (W/m-²) y la temperatura del aire (°C) . Figura. 33 Evolución promedio de la temperatura en períodos de tiempo entre las 6 am a 6 pm (A) y 6 pm a 6 am (B). Promedio temperatura diurna: 36°C Promedio temperatura nocturna: 27 °C Promedio Humedad Relativa: 60% Rango Radiación PAR: 1.2 y 11.3 W/ m-² (A) (B) Temperatura (°C) Radiación PAR (W/m2) Página 23 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira 54 y 509 μmol s-1 m-² Frijol tepari – supervivencia • Mayor crecimiento: 75% CC (T1) y 50% CC (T2). • Ciclo de vida más largo (83 días bajo el 75% CC (T1), 50% CC (T2) y 25%CC (T3). • Mayor biomasa y altura. • 75% CC (T1) Alcanzado el 100% de supervivencia. ¿Esto indica mejor producción? G1 (G40001) Domesticado G2 (G40056) Silvestre • Mejor adaptación y supervivencia: 25% CC (T3) y sequía (T4). • Ciclo de vida más corto (60, 76 días) bajo 50% CC (T2). • Soporta altas temperaturas y sequia hasta producir semillas (T4). • Mayor eficiencia en producción de grano, bajo estrés (T4). • Mejor rendimiento e índice de cosecha en todas las condiciones de humedad de sustrato. Resultados y discusión Figura. 34 A) P. acutifolius G40001 (G1). B) P. acutifolius G40056 (G2). A B Página 24 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira % Supervivencia por genotipo por tratamiento Figura. 35 Supervivencia en número de días de cuatro genotipos de frijol: dos de P. acutifolius. El genotipo G40001 (G1) mostró el ciclo más prolongado, con una mediana de 83 días en T2. Día 25 presento floración. El genotipo G40056 (G2) mostró ciclos más cortos en todos los tratamientos, con una mediana de 61 días en T2. Día 17 presento floración. Resultados y discusión (G1) Alcanzando el 58% de supervivencia. (G2) Alcanzando el 53% de supervivencia. (G1)(T1) Alcanzado el 100% de supervivencia en 75% de CC (G1) (T2) Alcanzando el 89% de supervivencia bajo el 50% de CC Página 25 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira (G2) (T1 y T2) Alcanzando el 56% de supervivencia 67% en T3 y 33% en T4. % Supervivencia en función de la transpiración T1 (75% de CC) (G1) con 23, 225g Pl-1 (G2) con 4,460 g Pl-1 T2 (50% de CC) (G1) con 16, 173 g Pl-1 (G2) con 2,355 g Pl-1 19.2% de G1 14.6% de G1 Figura. 36 Nivel de supervivencia (%) en función de la transpiración foliar (g pl-1) para dos genotipos de P. acutifolius: G40001 (domesticado) y G40056 (silvestre). En T1 75% CC. Resultados y discusión Figura. 37 Resumen resultados de % de supervivencia en función de la transpiración. Página 26 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Figura. 39 Valores representativos del peso seco de hojas al final del experimento para los genotipos de P. acutifolius. Figura. 38 Valores representativos del peso seco de tallo al final del experimento para los genotipos de P. acutifolius. M a s a s e c a d e h o j a s ( g ) M a s a s e c a d e t a l l o s ( g ) Resultados y discusiónPágina 27 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira 8 20 G1 G2 16 12 4 8 G1 G2 30 13 5 20 R e n d i m i e n t o v s N ú m e r o d e g r a n o s Figura. 40 Relación entre el rendimiento (g pl-1) y el número de granos (NG) de dos genotipos de P. acutifolius. Figura. 41 Relación entre el rendimiento (g pl-1) y el peso fresco de 100 semillas (P100) de dos genotipos de P. acutifolius. R e n d i m i e n t o v s P 1 0 0 Resultados y discusión A B Figura. 42 Semillas de genotipos de frijol. A) P. acutifolius G40001 (G1). B) P. acutifolius G40056 (G2). Fuente: https://genebank.ciat.cgiar.org/ genebank/main.do Página 28 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira https://genebank.ciat.cgiar.org/genebank/main.do https://genebank.ciat.cgiar.org/genebank/main.do Figura 43. Valores representativos del número de vainas de dos genotipos de P. acutifolius. Figura. 44 Valores representativos del número de flores de dos genotipos de P. acutifolius. N ú m e r o d e v a i n a s p o r g e n o t i p o p o r t r a t a m i e n t o N ú m e r o d e f l o r e s p o r g e n o t i p o p o r t r a t a m i e n t o Resultados y discusión N ° va in as N ° fl o re s Tratamientos G1 Tratamientos G2 G1 G2 G3 Página 29 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Figura. 45 Producción acumulada en gramos (g), para dos genotipos de P. acutifolius G40001. P r o d u c c i ó n a c u m u l a d a e n g r a m o s p o r g e n o t i p o p o r t r a t a m i e n t o Resultados y discusión Figura. 46. Descripción P. acutifolius silvestre. Fuente: Biodiversidad Mexicana, s.f. R en d im ie n to (g ) Tratamientos G1 Página 30 G2 obtuvo la mayor eficiencia en el uso del agua y mayor tolerancia al estrés. Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira G2 U s o e f i c i e n t e d e l a g u a Á r e a f o l i a r G2 (G40056) Silvestre G1 (G40001) Domesticado - Presento una transpiración baja y un rendimiento aceptable en condiciones de déficit hídrico 25%CC (T3) y sequía (T4). - Mejor adaptación a condición de alta temperatura del aire. Agua + Energía Intercambio favorable (Adaptación fundamental para entornos cálidos). - Mayor desarrollo foliar bajo condiciones favorables de humedad de sustrato 75% CC (T1) y 50 % CC (T2). 75% CC T3: 25% CC T4: Sequía Resultados y discusión T2: 50% CCT1: 75% CC Figura. 47 Plantas del genotipo G40001 (G1) sometidas a diferentes contenidos de humedad de sustrato A) T1: 75% CC, B) T2: 50% CC, C) T3: 25% CC y D) T4 Sequía. A B C D Página 31 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Figura. 48 Relación entre la transpiración acumulada (g pl-1) y el área foliar (cm²) de cuatro genotipos de frijol, para T1 75% CC. Relación entre la transpiración acumulada (g pl-1) y el área foliar (cm²) Resultados y discusión Figura. 49 Medición de variables. A) Área foliar. B) Transpiración y reposición de agua. Página 32 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Figura. 50 Transpiración acumulada en función de los días desde el trasplante (DDT) para el genotipo G40001 (G1) bajo cuatro niveles hídricos: 75% CC (T1), 50%CC (T2), 25%CC (T3) y sequía (T4). Figura. 51 Transpiración acumulada en función de los días desde el trasplante (DDT) para el G40056 (G2) bajo cuatro niveles hídricos: 75% CC (T1), 50%CC (T2), 25%CC (T3) y sequía (T4). Transpiración acumulada para el genotipo G40001 (G1) Transpiración acumulada para el genotipo G40056 (G2) Resultados y discusiónPágina 33 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Figura. 52 Transpiración en función de los días desde el trasplante (DDT) para los cuatro genotipos de frijol. Transpiración (g) en función de los días desde el trasplante (DDT) para G1, G2, G3 y G4 Resultados y discusión G1 Figura. 53 A) Reposición de agua en el genotipo G40056. B) Genotipos de frijol evaluados. C) Tratamientos aplicados. Página 34 A B G2 tiene la menor perdida de agua por transpiración. C Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira G2 G3 G4 Figura. 54 Transpiración neta AF/T, en función de los días desde el trasplante (DDT) para los 3 genotipos de frijol: dos de P. acutifolius G40001 (G1) (domesticado) y G40056 (G2) (silvestre); y un genotipo control: P. lunatus G26093 (G3) bajo cuatro niveles hídricos: 75% CC (T1), 50%CC (T2), 25%CC (T3) y sequía (T4) en condición de altas temperaturas. Transpiración neta relación área foliar (AF) y transpiración (T) (AF/T) para G1, G2 Y G3 G1 Resultados y discusiónPágina 35 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira G2 G3 Uso eficiente de agua relación rendimiento (R) y transpiración (T) para G1 y G2 Figura. 55 Uso eficiente del agua relacionando Rendimiento y la transpiración acumulada para dos genotipos de P. acutifolius G40001 (G1) (domesticado) y G40056 (G2) (silvestre). G1 G2 • G2 (mayor R/T): El hecho de que G2 tenga la mayor relación R/T sugiere que esta planta es capaz de producir más rendimiento por unidad de agua transpirada. (+ eficiente) • G1 (menor R/T): Por otro lado, G1 tiene la menor relación R/T, lo que sugiere que esta planta produce menos rendimiento por unidad de agua transpirada. (- eficiente) Figura. 56 P. acutifolius. Resultados y discusiónPágina 36 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Uso eficiente de agua con relación al rendimiento (R) para G1 y G2 Uso eficiente de agua con relación a la biomasa para G1 y G2 Figura. 57 Uso eficiente del agua relacionando rendimiento para dos genotipos de P. acutifolius G40001 (G1) (domesticado) y G40056 (G2) (silvestre). Figura. 58 Uso eficiente del agua relacionando biomasa para dos genotipos de P. acutifolius G40001 (G1) (domesticado) y G40056 (G2) (silvestre). Resultados y discusiónPágina 37 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Capacitancia de las raíces Figura. 59 Capacitancia en paralelo evaluadas en función de la mediana para tres genotipos de frijol: dos de P. acutifolius G40001 (G1) (domesticado) y G40056 (G2) (silvestre); y un genotipo control: P. lunatus G26093 (G3). Figura. 61 Correlación área foliar (AF) y Capacitancia (C) para dos genotipos de P. acutifolius G40001 (G1) (domesticado) y G40056 (G2) (silvestre); bajo dos niveles hídricos: 75% CC (T1), 50%CC (T2). El genotipo G40056 (G2) bajo el 75% CC presentó el valor más elevado de capacitancia, con una mediana de 26.31, lo que sugiere una mayor capacidad para retener agua y desarrollar biomasa radicular en condiciones de humedad óptimas. Se encontró una correlación positiva entre el área foliar y la capacitancia en las condiciones del experimento. Figura. 60 Capacitancia en serie evaluadas en función de la mediana para tres genotipos de frijol: dos de P. acutifolius G40001 (G1) (domesticado) y G40056 (G2) (silvestre); y un genotipo control: P. lunatus G26093 (G3) G1 G2 G1G3 G2 G3 C s C p Tratamiento Tratamiento Tratamiento G1 G2 Resultados y discusiónPágina 38 A f_ C a Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira El índice de capacitancia Tabla. 4 Evaluación de la transpiración foliar, eficiencia en el uso del agua (EUA), área foliar e índice de capacitancia de cuatro genotipos de frijol bajo cuatro niveles hídricos. Resultados y discusiónPágina 39 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira El genotipo G40056 (G2) bajo el 75% CC Presento el valor más elevado de índice de capacitancia, con una mediana de 26.31, lo que sugiere una mayor capacidad para retener agua y desarrollar biomasa radicular en condiciones de humedad óptimas. El genotipo G40001 (G1) bajo el 75% CC Destacó con una mediana de 17.68, lo que indica que este genotipo también posee un alto índice de capacitancia y desarrollo de biomasa radicular en condiciones favorables de humedad de sustrato. C a l i d a d n u t r i c i o n a l p a r a G 1 y G 2 Tabla. 5 Resultados de minerales y fitatos analizados en el laboratorio de calidad nutricional CIAT Palmira. Resultados y discusiónPágina 40 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira • Contenido de minerales: El Fe (68 y 62 mg/kg) y Zn (25 y 28 mg/kg). • Contenido de fitatos: 14 y 17 mg/g • Relación molar fitato: minerales: la relación Fitato/Fe fueron de 17 y 23, mientras que los valores de la relación Fitato/Zn fueron de 55 y 61. • Azucares: 6-8% • Fenoles: 1 mg GAE/g (G1) y 11 mg GAE/g (G2). Ef i c i e n c i a f o t o q u í m i c a F l u o r e s c e n c i a d e c l o r o f i l a G2 (G40056) Silvestre G1 (G40001) Domesticado - Valores altos de Fo, Fm, y Fs con la capacidad para mantener la fotosíntesis en condiciones limitantes. - Mayor apertura de los centros de reacción PSII bajo estrés hídrico con mayor capacidad para manejar la luz en condiciones adversas - Capacidad para disipar el exceso de energía mediante mecanismos No fotoquímicos, permitiendo evitar daños en el PSII S P A D G1 (G40001) Domesticado - Mayores valores de contenido relativo de clorofila en condición de mayor disponibilidad hídrica Figura. 62 Sensor proximal MultispeQ, variables medidas PAR, Phi, PhiNO, NPQt, PhiNPQ, SPAD, Fs. Resultados y discusiónPágina 41 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Fluorescencia de clorofila Fm, Fo, Fs Figura. 63 A) Fluorescencia máxima en condiciones de luz (Fm’). B) Fluorescencia mínima bajo condiciones de luz (Fo’). C) Fluorescencia en condiciones de estado estacionario (Fs) para los genotipos G40001 (G1), G40056 (G2) y G26093 (G3) bajo cuatro niveles hídricos: 75% CC (T1), 50%CC (T2), 25%CC (T3) y sequía (T4). A) B) C) Resultados y discusiónPágina 42 G1 G2 G3 G3G1 G2 G1 G2 G3 Tratamiento Tratamiento Tratamiento Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Figura. 64 Fracción de centros PSII abiertos cuando se oxida QA (qL), para los genotipos G40001 (G1), G40056 (G2) y G26093 (G3) bajo cuatro niveles hídricos: 75% CC (T1), 50%CC (T2), 25%CC (T3) y sequía (T4). Fracción de centros PSII abiertos cuando se oxida QA (qL) para G1, G2 y G3 Resultados y discusiónPágina 43 G3: valores más altos de qL. G2: valores intermedios de qL. G1: valores más bajos de qL. Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Nivel de humedad qL alto qL bajo Humedad alta Alta actividad fotosintética Baja actividad fotosintética Humedad media Adaptación a condiciones ambientales Baja eficiencia fotosintética Humedad baja Alto estrés hídrico Bajo estrés hídrico F l u o r e s c e n c i a i n d u c i d a p o r e l s o l ( S I F ) Figura. 65 Fluorescencia inducida por el sol (SIF) en series temporales, para los genotipos G40001 (G1), G40056 (G2) y G26093 (G3) bajo cuatro niveles hídricos: 75% CC (T1), 50%CC (T2), 25%CC (T3) y sequía (T4) en condición de alta temperatura. Un valor alto de SIF puede indicar: • Una alta tasa de fotosíntesis. • Una buena salud y vigor • Una alta eficiencia en el uso del agua Por otro lado, un valor bajo de SIF puede indicar: • Un estrés o daño en la planta • Una baja tasa de fotosíntesis • Una mala salud o vigor Resultados y discusiónPágina 44 Tratamiento Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Fluorescencia inducida por el sol (SIF) Con relación a uso eficiente de agua (WUEb). Fluorescencia inducida por el sol (SIF) Con relación a uso eficiente de agua (WUEr). Fluorescencia inducida por el sol (SIF) con relación a capacitancia (C) Figura. 66 Relación fluorescencia inducida por el sol (SIF) y uso eficiente de agua (WUEb) para dos genotipos bajo dos niveles hídricos Figura. 67 Relación fluorescencia inducida por el sol (SIF) y uso eficiente de agua (WUEr) para dos genotipos bajo dos niveles hídricos. Figura. 68 Relación fluorescencia inducida por el sol (SIF) y capacitancia (C), para dos genotipos bajo dos niveles hídricos. SI F_ W U Er SI F_ W U Eb SI F_ W U Ec Tratamientos Tratamientos Tratamientos Resultados y discusiónPágina 45 G1 G2 G2G1 G1 G1 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira •Valores altos: Indican que las plantas están produciendo mucha biomasa o frutos en relación con la cantidad de agua que utilizan, lo que sugiere una alta eficiencia en el uso del agua. •Valores bajos: Indican que las plantas están produciendo poca biomasa o frutos en relación con la cantidad de agua que utilizan, lo que sugiere una baja eficiencia en el uso del agua. Tabla. 6 Prueba de normalidad (Shapiro-Wilk) para las variables evaluadas y genotipos G40001 (G1), G40056 (G2), G26093 (G3) y HTA4 (G4) bajo cuatro niveles hídricos: 75% CC (T1), 50%CC (T2), 25%CC (T3) y sequía (T4); en condición de altas temperaturas. Los valores de nivel de significancia (NS), se especifican para cada variable evaluada, los signos (+), (++) y (+++) se asignaron de manera cualitativa de acuerdo al nivel de significancia. Prueba de normalidad (Shapiro-Wilk) Resultados y discusiónPágina 46 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Figura. 69 Correlación de variables en método de Pearson para los genotipos G40001 (G1), G40056 (G2), G26093 (G3) y HTA4 (G4) bajo cuatro niveles hídricos: 75% CC (T1), 50%CC (T2), 25%CC (T3) y sequía (T4); en condiciones de altas temperaturas. Las variables que representan mayor correlación son los valores cercanos a 1 identificadas con el color azul, las variables que presentan menor correlación son los valores cercanos a 0 identificadas con el color rojo. Correlación de variables en método de Pearson Resultados y discusiónPágina 47 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Conclusiones ➢ El genotipo silvestre de frijol tepari G40056 (G2) demostró ser más tolerante a la sequía que el genotipo domesticado G40001 (G1) debido a su capacidad para ajustar su ciclo de vida (61 días), en comparación con los 83 días de G40001 (G1), y exhibir una mayor supervivencia y rendimiento en condiciones de estrés hídrico. Aunque G40001 (G1) mostró una mayor tasa de crecimiento, índice de área foliar y biomasa, su rendimiento se vio más afectado por la sequía en condiciones de alta temperatura. Esto sugiere que los parientes silvestres de los cultivos son una fuente valiosa de genes de tolerancia al estrés hídrico para mejorar la resiliencia de las variedades de frijol frente al cambio climático. ➢ El genotipo G40056 (G2) de frijol tepari presentó un perfil superior en comparación con G40001 (G1), con un mayor contenido de fenoles totales, menores tasas de transpiración, mayor eficiencia en el uso del agua (UEA), mayor capacitancia de raíces y mejor rendimiento. Estas características sugieren que G40056 (G2) tiene un alto potencial antioxidante y tolerancia al estrés hídrico, lo que lo convierte en una opción prometedora para mejorar la resistencia a la sequía y la seguridad alimentaria en regiones vulnerables. ConclusionesPágina 48 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira ➢ El genotipo silvestre de frijol tepari G40056 (G2) mostró una mayor eficiencia en el uso de la luz y una mejor funcionalidad fotosintética en condiciones de estrés hídrico y alta temperatura, evidenciado por un mejor desempeño en variables como la fluorescencia inducida por el sol (SIF), la fluorescencia mínima (Fo), la fluorescencia en estado estacionario (Fs), el coeficiente de quenching de la fluorescencia (qL), el contenido relativo de clorofila (SPAD) y la temperatura de la hoja (LTD). Estos resultados sugieren que el genotipo silvestre G40056 (G2) tiene una mayor capacidad para mantener su funcionalidad fotosintética en condiciones adversas, lo que lo convierte en un candidato prometedor para la mejora genética de cultivos de frijol en ambientes áridos y cálidos. Conclusiones ConclusionesPágina 49 A B C D E F Figura. 70 Fotografías generales. A) Labores de sanidad de las plantas. B) Recuperación humedad genotipo silvestre G40056 (G2). C) Plantas genotipo domesticado G40001 (G1), D) Botón floral genotipo silvestre G40056 (G2), E) Inicio floración genotipo silvestre G40056 (G2), F) Flor abierta genotipo silvestre G40056 (G2). Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Enfocar los programas de mejoramiento genético en la sección de genotipos que, como el genotipo silvestre G40056 (G2) prioricen la producción de un mayor número de granos frente a un mayor tamaño de grano (P100). Integrar estrategias de fenotipaje que identifiquen los rasgos asociados a su desempeño, como lo es la capacidad de raíces para aumentar la transpiración productiva, la cual está directamente relacionada con la producción de semillas. Implementar un manejo hídrico diferenciado. Las variedades silvestres podrán tener mejor adaptación. Evaluar en campo una mayor diversidad de accesiones tanto silvestres como cultivadas, evaluando las variables de mayor relevancia en el estudio. A su vez hacer una réplica de ello en condición controlada de invernadero. RecomendacionesPágina 50 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Incorporar mediciones de temperatura de área foliar en los programas de selección, especialmente en áreas propensas a olas de calor o temperaturas elevadas. Explorar más a fondo los mecanismos de translocación de fotoasimilados en G40056 (G2), considerarlo en la selección de variedades resilientes y productivas. Realizar un análisis bromatológico de las muestras para determinar el contenido de macronutrientes, especialmente de proteína cruda y determinar los contenidos de minerales, fitatos en las muestras cocidas o en la forma que serían consumidas normalmente. RecomendacionesPágina 51 Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Impacto del trabajo 1. Proyecto de impacto (Producción de más de 0.8 t/H cultivadas en áreas estratégicas) 2. Generación de página web (Conservación y evaluación nutricional) 3. Impacto (comunidades vulnerables de Colombia) 4. Difusión de información a nivel global. 5. Soluciones enfocadas a la cop16 frente al cambio climático, regiones vulnerables o con recursos limitados El efecto de la sequía y altas temperaturas ha sido un reto para la alimentación de las comunidades infantiles principalmente. A través de la siguiente página, se desarrolló un gran impacto para el aprendizaje de esta generación y futuras. https://teparybeans. vercel.app/ Asegurando la mitigación de la inseguridad alimentaria en la región mediante la transferencia de conocimientos, reflejados también en la cartilla como complemento del mismo. Cambio Sostenible positivo Una semilla para salvar el mundo https://drive.google.com/file/d/1kGt eUq092Umr7BzAVmAd7UimKHeztf bv/view?usp=sharing Económico Social Ambiental Página 52 Aportaciones practicas del proyecto Figura. 75 Impactos del proyecto. Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira https://www.youtube.com/watch?v=l691ZwmqNE8&t=10s https://teparybeans.vercel.app/ https://teparybeans.vercel.app/ https://drive.google.com/file/d/1kGteUq092Umr7BzAVmAd7UimKHeztfbv/view?usp=sharing https://drive.google.com/file/d/1kGteUq092Umr7BzAVmAd7UimKHeztfbv/view?usp=sharing https://drive.google.com/file/d/1kGteUq092Umr7BzAVmAd7UimKHeztfbv/view?usp=sharing https://www.youtube.com/watch?v=l691ZwmqNE8&t=10s “Una semilla para salvar el mundo”… Mediante la siembra en campo del genotipo domesticado de P. acutifolius G40001 (G1), sin sistema de riego y sin aplicaciones de agroquímicos, se ha logrado producir 0.8 t/H promedio, como resultado del proyecto de impacto. Página 53 A B C D Figura. 76 Fotografías proyecto “Una semilla para salvar el mundo”. A) Planta genotipo domesticado G40001 (G1), B) Labor cultural cuelga genotipo domesticado G40001 (G1) , C) Planta genotipo domesticado G400001 (G1) en condiciones de campo sin sistema de riego. D) Fundación Wayuu Anashi ubicada en la Guajira. Facultad de Ciencias Agropecuarias Sede Palmira Simplemente gracias. Página 54 • Acosta, J., Kohashi, V. (1989) Effect of water stress on growth and yield of indeterminate dry bean (Phaesolus vulgaris) cultivars. Field Crops Research, 20, 81-90. http://dx.doi.org/10.1016/0378-4290(89)90054-3 • Agurla, S., Gahir, S., Munemasa, S., Murata, Y., & Raghavendra, A. (2018). Mechanism of Stomatal Closure in Plants Exposed to Drought and Cold Stress. Advances in Experimental Medicine and Biology, 1081, 215–232. https://doi.org/10.1007/978-981-13-1244-1_12 • Akram, N.A., M. Ashraf y F. Al-Qurainy. (2012). Aminolevulinic acid-induced changes in some key physiological attributes and activities of antioxidant enzymes in sunflower (Helianthus annuus L.) plants under saline regimes. Sci. Hortic. 142, 143-148. Doi: 10.1016/j.scienta.2012.05.007 • Araus, J., Amaro, T., Voltas, J., Nakkoul, H. y Nachit, MM. 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