Physiological analysis of common bean (Phaseolus vulgaris L.) cultivars uncovers characteristics related to terminal drought resistance

Resumo

A seca terminal é um grande problema para a produção do feijão, pois ocorre durante a fase reprodutiva, afetando significativamente o rendimento das sementes. Diversos cultivares de feijão comum com diferentes suscetibilidades à seca foram selecionadas a partir de diferentes pools gênicos em diversos ambientes de seca. A fim de melhorar nossa compreensão dos mecanismos relacionados à resistência terminal à seca em uma raça específica de feijão comum (Durango) e hábito de crescimento (tipo III), realizamos uma avaliação de múltiplos parâmetros metabólicos e fisiológicos. Esta avaliação envolveu duas cultivares, Bayo Madero e Pinto Saltillo, que apresentam níveis variados de suscetibilidade ao estresse hídrico. As cultivares de feijão foram submetidas aos tratamentos de seca terminal moderada e severa em casa de vegetação, foram analisadas as seguintes características: taxa de crescimento relativo, taxa de fotossíntese e transpiração, condutância estomática, eficiência no uso da água, teor relativo de água, acúmulo de prolina, atividade de glicolato oxidase e sua resposta antioxidante. Os resultados do nosso estudo indicam que a competência da cultivar resistente à seca (Pinto Saltillo) para sustentar a produção de sementes durante a seca terminal é baseada em uma resposta precoce e ajuste fino da condutância estomática, difusão e fixação de CO2, bem como o aumento da utilização de água e evitar o acúmulo de espécies reativas de oxigénio (ROS).

Abstract

Terminal drought is a major problem for common bean production because it occurs during the reproductive stage, importantly affecting seed yield. Diverse common bean cultivars with different drought susceptibility have been selected from different gene pools in several drought environments. To better understand the mechanisms associated with terminal drought resistance in a particular common bean race (Durango) and growth habit (type-III), we evaluated several metabolic and physiological parameters using two cultivars, Bayo Madero and Pinto Saltillo, with contrasting drought susceptibility. The common bean cultivars were submitted to moderate and severe terminal drought treatments under greenhouse conditions. We analyzed the following traits: relative growth rate, photosynthesis and transpiration rates, stomatal conductance, water-use efficiency, relative water content, proline accumulation, glycolate oxidase activity and their antioxidant response. Our results indicate that the competence of the drought-resistant cultivar (Pinto Saltillo) to maintain seed production upon terminal drought relies on an early response and fine-tuning of stomatal conductance, CO₂ diffusion and fixation, and by an increased water use and avoidance of ROS accumulation.