Role of fixing nitrogen in common bean growth under water deficit conditions

  • Berhanu Amsalu Fenta
  • Stephen E. Beebe
  • Karl J. Kunert
2020 - Food and Energy Security
Palavras-chave: feijão-comum, déficit hídrico, fixação de nitrogênio, nodulação, arquitetura radicular
Termos de indexação: leguminosas, adaptação à seca, eficiência do uso da água, índice de colheita, simbiose
 

Resumo

Em feijão comum (Phaseolus vulgaris L.), há pouca informação disponível sobre se o potencial de nodulação e fixação simbiótica de nitrogênio está associado à expressão de características que conferem melhor adaptação a condições de seca. Portanto, características adaptativas foram medidas em linhagens de feijão fixadoras de N, BAT 477, DOR 364 e PAN 185, e em linhagens não noduladoras, BAT 477-NN e DOR 364-NN. A seca afetou o crescimento em todas as linhagens de feijão e diminuiu o teor de clorofila, porém mais em DOR 364-NN e BAT 477-NN, além de reduzir o tamanho dos nódulos, com a maior redução em DOR 364 (21,6%). A perda da fixação de nitrogênio em condições de seca também foi associada a uma menor eficiência no uso da água, medida pela razão isotópica de carbono 13C/12C, e a uma menor porcentagem de N na parte aérea em comparação com a capacidade de fixação de nitrogênio. A perda da fixação simbiótica de nitrogênio nas linhagens mutantes de feijão DOR 364-NN e BAT 477-NN afetou negativamente as características arquitetônicas das raízes sob condições de seca. Em condições de seca, a linhagem BAT 477-NN apresentou valores cerca de 50% menores para todas as características arquitetônicas das raízes, como o ângulo radicular, enfatizando fortemente a associação entre a capacidade de fixar nitrogênio e o desenvolvimento radicular. Uma associação entre a capacidade de fixar nitrogênio e a manutenção de um melhor índice de colheita e produtividade de sementes também foi encontrada neste estudo. Em condições de irrigação adequada, todas as linhagens fixadoras de nitrogênio apresentaram maior índice de colheita e produtividade de sementes (2,6–2,8 t de sementes/ha) em comparação com as duas linhagens de feijão não fixadoras (1,4 t/ha). Embora o índice de colheita e a produtividade de sementes tenham diminuído devido à seca em todas as linhagens testadas, essa redução foi significativa apenas para a linhagem DOR 364-NN (índice de colheita) e para as linhagens DOR 364-NN e BAT 477-NN (produtividade de sementes). De forma geral, nosso estudo demonstrou uma importante associação entre a capacidade de manter a fixação de N atmosférico e a expressão de características que conferem melhor adaptação a condições de seca, sendo que qualquer alteração na fixação de nitrogênio afeta essas características.

 

Abstract

In common bean (Phaseolus vulgaris L), limited information is available if potential of nodulation and symbiotic nitrogen fixation is associated with the expression of traits that confer better adaptation to drought conditions. Adaptive traits were therefore measured in N‐fixing bean lines BAT 477, DOR 364, and PAN 185 and in non-nodulating lines BAT 477‐NN and DOR 364‐NN. Drought affected growth in all bean lines and decreased chlorophyll content but more in DOR 364‐NN and BAT 477‐NN, and also reduced nodule size with highest reduction in DOR 364 (21.6%). Loss of nitrogen fixation under drought conditions was further associated with lower water use efficiency, measured as carbon isotope ratio of 13C/12C, and lower %N in shoots when compared to capability to fix nitrogen. Loss of symbiotic nitrogen fixation in mutant bean lines DOR 364‐NN and BAT 477‐NN negatively affected root architectural traits under drought. Under drought conditions, line BAT 477‐NN had about 50% lower values for all root architectural traits, such as root angle, strongly emphasizing an association of capability to fix nitrogen with root development. An association between capability to fix nitrogen and maintaining a better harvest index and seed yield was also found in the study. Under well‐watered conditions, all N‐fixing lines had a higher harvest index and seed yield (2.6–2.8 t of seed yield/ha) in comparison with the two nonfixing bean lines (1.4 t/ha). Although the harvest index and seed yield declined due to drought in all tested lines, this decline was only significant for line DOR 364‐NN (harvest index) and lines DOR 364‐NN and BAT 477‐NN (seed yield). Our study has overall demonstrated an important association between the capability of maintaining atmospheric N‐fixation and expression of traits conferring better adaptation to drought conditions with any change in nitrogen fixation affecting these traits.

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