Preliminary evaluation of the common bean core collection at CIAT

Common bean (Phaseolus vulgaris L.), an annual diploid (2n=2x=22) species (Maréchal 1970; Delgado Salinas 1985), is adapted to mild temperatures (18°C to 35°C) and grown worldwide in a broad range of environments and in diverse production systems. Common bean is grown for its green leaves, green pods, and green and dry seeds. Dry leaves, threshed pods and stalks are fed to animals and used as fuel for cooking, especially in the developing countries of Africa and Asia (Singh 1991).

Patterns of resistance to angular leaf spot, anthracnose and common bacterial blight in common bean germplasm

Diseases and insect pests are major causes of low yields of common bean (Phaseolus vulgaris L.) in Latin America and Africa. Anthracnose, angular leaf spot and common bacterial blight are widespread foliar diseases of common bean that also infect pods and seeds. One thousand and eighty-two accessions from a common bean core collection from the primary centres of origin were investigated for reaction to these three diseases. Angular leaf spot and common bacterial blight were evaluated in the field at Santander de Quilichao, Colombia, and anthracnose was evaluated in a screenhouse in Popayan, Colombia. By using the 15-group level from a hierarchical clustering procedure, it was found that 7 groups were formed with mainly Andean common bean accessions (Andean gene pool), 7 groups with mainly Middle American accessions (Middle American gene pool), while 1 group contained mixed accessions. Consistent with the theory of co-evolution, it was generally observed that accessions from the Andean gene pool were resistant to Middle American pathogen isolates causing anthracnoxe, while the Middle American accessions were resistant to pathogen isolates from the Andes. Different combinations of resistance patterns were found, and breeders can use this information to select a specific group of accessions on the basis of their need.

Genetic variability in cultivated common bean beyond the two major gene pools

It is generally accepted that two major gene pools exist in cultivated common bean (Phaseolus vulgaris L.), a Middle American and an Andean one. Some evidence, based on unique phaseolin morphotypes and AFLP analysis, suggests that at least one more gene pool exists in cultivated common bean. To investigate this hypothesis, 1072 accessions from a common bean core collection from the primary centres of origin, held at CIAT, were investigated. Various agronomic and morphological attributes (14 categorical and 11 quantitative) were measured. Multivariate analyses, consisting of homogeneity analysis and clustering for categorical data, clustering and ordination techniques for quantitative data and nonlinear principal component analysis for mixed data, were undertaken. The results of most analyses supported the existence of the two major gene pools. However, the analysis of categorical data of protein types showed an additional minor gene pool. The minor gene pool is designated North Andean and includes phaseolin types CH, S and T; lectin types 312, Pr, B and K; and mostly A5, A6 and A4 types alpha-amylase inhibitor. Analysis of the combined categorical data of protein types and some plant categorical data also suggested that some other germplasm with C type phaseolin are distinguished from the major gene pools.

Inoculação das sementes e adubações nitrogenada e molíbdica do feijoeiro-comum, em Rolim de Moura, RO

O objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho do feijoeiro-comum (Phaseolus vulgaris L) em função da inoculação de sementes com Rhizobium tropici e das adubações nitrogenada e molibdica. Utilizou-se o delineamento em blocos casualizados, com quatro repetições, em arranjo fatorial 2x2x2, constituindo-se das combinações de ausência e presença de inoculação de sementes, da adubação molíbdica e da adubação nitrogenada. A inoculação das sementes foi imediatamente antes da semeadura com inoculante turfoso composto da estirpe CIAT 899 (SEMIA 4077); a adubação nitrogenada foi na semeadura (10 kg.ha-1) e em cobertura (50 kg.ha-1), quando as plantas apresentaram a terceira folha trifoliolada expandida e o molibdênio (Mo) foi aplicado em pulverização foliar na dose de 60 g.ha-1. Não foram observados efeitos dos tratamentos para a massa seca de raízes e o número de vagens por planta. A adubação nitrogenada reduziu a nodulação nos feijoeiros. Todavia, com a adubação nitrogenada foi verificado incremento na altura e na massa seca da parte aérea dos feijoeiros. Grãos de feijão mais pesados foram observados em feijoeiros adubados com N na ausência de Mo. As interações entre adubação nitrogenada e molibdica com inoculação de sementes afetaram, também, o teor de N foliar e o número de grãos por vagem A inoculação de sementes proporcionou nos feijoeiros rendimentos de grãos semelhantes aos fertilizados com N.

Expressão dos genes nod de Rhizobium tropici, R. etli e R. leguminosarum bv. phaseoli e estabelecimento da nodulação do feijoeiro na presença de exsudatos de sementes de Mimosa flocculosa e Leucaena leucocephala

Na etapa inicial da troca de sinais moleculares entre macro e microssimbiontes, a interação do feijoeiro e estirpes de Rhizobium tropici, R. etli e R. leguminosarum bv. phaseoli foi avaliada pela expressão dos genes nod de estirpes bacterianas, contendo a fusão nodA::gusA. Esta avaliação foi efetuada por meio da atividade da enzima ß-glucuronidase, utilizando, como indutores, exsudatos liberados pelas sementes de Mimosa flocculosa e Leucaena leucocephala. Além disso, avaliou-se o efeito da adição desses exsudatos no estabelecimento da nodulação do feijoeiro, cv. Carioca. Nos testes "in vitro", a mistura de exsudatos de sementes de feijoeiro e M. flocculosa promoveu aumentos sinergísticos significativos na expressão dos genes nod, tanto das estirpes de R. tropici (CIAT 899/pGUS 32 e F 98.5/pGUS 32) quanto de R. etli (CFN 42/pGUS 32). Em condições controladas, a adição dos exsudatos, tanto de M. flocculosa quanto de L. leucocephala, proporcionou aumento significativo na nodulação inicial do feijoeiro, quando foi inoculada a estirpe CFN 42 (R. etli). A nodulação do feijoeiro cultivado em vasos com solo não foi inibida pelo suprimento de N-mineral, quando se inoculou a estirpe CIAT 899 (R. tropici) e foram fornecidos exsudatos de sementes de M. flocculosa.

Eficiência agronômica de rizóbios selecionados e diversidade de populações nativas nodulíferas em Perdões (MG): II - feijoeiro

O feijão (Phaseolus vulgaris L.) é um dos principais constituintes da dieta do brasileiro, por ser excelente fonte protéica e, portanto, um produto agrícola de grande importância econômico-social. A interação do feijoeiro com bactérias fixadoras de N atmosférico pode aumentar a produtividade e diminuir os custos de produção. No presente trabalho, avaliou-se, no campo, a eficiência agronômica de estirpes previamente selecionadas de rizóbio em simbiose com o feijoeiro, comparadas à estirpe recomendada para a produção de inoculantes comerciais (CIAT 899). A diversidade fenotípica da população nativa foi avaliada pela análise das características culturais e pela análise de proteína total por eletroforese em gel poliacrilamida (SDS-PAGE). Verificou-se que a inoculação no campo com as estirpes UFLA 02-100, UFLA 02-86 e UFLA 02-127 promoveu rendimento de grãos semelhante ao da testemunha, com 70 kg ha-1 de N, e à inoculação com a estirpe de referência CIAT 899. Não houve relação entre os grupos fenotípicos de perfil protéico total e caracterização cultural constituídos pelas estirpes nativas do solo. As populações nativas que nodularam feijão mostraram-se bastante diversas fenotipicamente e não incluíram estirpes similares às estirpes introduzidas como inoculantes.

Decomposição e liberação de nutrientes de resíduos culturais de plantas de cobertura em argissolo vermelho-amarelo na região noroeste Fluminense (RJ)

A decomposição pode assumir importante papel no manejo da fertilidade do solo, possibilitando a elaboração de técnicas de cultivo que melhorem a utilização de nutrientes contidos nos resíduos vegetais. O objetivo deste trabalho foi estimar as taxas de decomposição e liberação de C, N, P, K, Ca e Mg de resíduos culturais provenientes de plantas de coberturas na cultura do maracujá. As espécies avaliadas foram feijão-de-porco (Canavalia ensiformis), amendoim forrageiro acesso CIAT 1734 (Arachis pintoi), siratro (Macroptilium atropurpureum), cudzu tropical (Pueraria phaseoloides) e Brachiaria brizantha. A decomposição dos resíduos culturais, colocados em sacos de malha de 2 mm, foi avaliada durante 140 dias. O modelo que proporcionou melhor ajuste foi o exponencial de primeira ordem. O feijão-de-porco e o amendoim forrageiro apresentaram as maiores taxas de decomposição de matéria seca, diferindo significativamente das demais coberturas vegetais. As taxas de liberação de C, N, P, Ca e Mg foram maiores no feijão-de-porco. O amendoim forrageiro apresentou a maior taxa de liberação de K. Para todas as coberturas vegetais, os maiores valores médios de taxa de liberação foram de K e polifenóis. As taxas de liberação de C, N, P, Ca e Mg estão associadas positivamente à taxa de decomposição da matéria seca. As taxas de decomposição de matéria seca e de liberação de C, de nutrientes e de polifenóis variaram em função da qualidade nutricional e orgânica do substrato referente ao início do estudo. As distintas taxas de decomposição e liberação de nutrientes das espécies estimadas mostraram o potencial de uso de resíduos vegetais como fonte de nutrientes na cultura do maracujá.

Eficiência simbiótica de isolados de rizóbio noduladores de feijão-fava (Phaseolus lunatus L.)

Em leguminosas tropicais, a cuidadosa seleção de estirpes de rizóbio, entre outros fatores, é fundamental para a eficiência da fixação biológica de N2 (FBN). Essa seleção deve ser feita para as leguminosas de interesse social e econômico, entre elas o feijão-fava (Phaseolus lunatus L.). O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência simbiótica de rizóbios nativos de duas regiões do Piauí produtoras de feijão-fava. Foram avaliados 17 isolados e duas estirpes de referência (CIAT 899 e NGR 234), em casa de vegetação, utilizando-se vasos de Leonard autoclavados, no delineamento experimental inteiramente ao acaso, com três repetições. O genótipo de feijão-fava utilizado foi o UFPI-468. A inoculação foi feita por ocasião do plantio. A coleta foi realizada aos 34 dias após o plantio, sendo avaliadas as seguintes características: matéria seca da parte aérea (MSPA), da raiz (MSR) e dos nódulos (MSN); relação MSPA/MSR; N acumulado (Nac) na MSPA e a eficiência da fixação de N2. Foi observada diferença significativa entre os isolados em todas as características, exceto em MSR. Em geral, os isolados ISO-18, ISO-23, ISO-24, ISO-25, ISO-30, ISO-32, ISO-35, ISO-36, ISO-43 e ISO-45 apresentaram os melhores índices de MSPA, MSR, MSPA/MSR, Nac e eficiência da fixação de N2, em relação aos isolados ISO-2, ISO-9, ISO-16, ISO-40 e testemunha absoluta. As características avaliadas foram suficientes para discriminar e selecionar isolados eficientes na nodulação em feijão-fava, contribuindo para a efetividade da FBN. Os melhores isolados apresentaram bom desempenho no fornecimento de N às plantas, podendo ser recomendados para testes de eficiência agronômica.

Preservation of rhizobia by lyophilization with trehalose

The objective of this study was to determine if trehalose can effectively enhance the viability and storage lifetime of Rhizobium tropici and Rhizobium etli after lyophilization as compared to the traditional protective combination of sucrose and peptone. Two strains of bean-nodulating rhizobia were effectively preserved in the lyophilized state by 100 mM trehalose, and survived for at least 12 days, even when stored under non-ideal conditions. Trehalose provided better protection than the sucrose/peptone combination. When protective excipients were introduced inside the cells, strain CFN 42 was more sensitive to the type of additive used than strain CIAT 899, probably because CIAT 899 produces beta (1-2) glucan, which may have a protective effect. beta (1-2) glucan combined with sucrose protected better than trehalose against leakage from freeze-dried liposomes, but by itself it had no protective capability. There was a high level of unfrozen water associated with the hydrated glucan, in addition to a thermal event at approximately 70ºC, corresponding to an observed gel-sol transition in the glucan. These findings may shed light on the mechanism by which the glucan contributes to the protection of dried cells and liposomes, and may lead to further improvements in rhizobial inoculants.

Nodulação em cultivares de feijão dos conjuntos gênicos andino e meso-americano

O objetivo deste trabalho foi determinar a capacidade de nodulação e a especificidade de feijão (Phaseolus vulgaris L.) dos conjuntos gênicos andino e meso-americano submetidos a inóculo de Rhizobium. O experimento foi estabelecido em parcelas subdivididas em blocos ao acaso, com quatorze cultivares de feijão e três estirpes de Rhizobium (R. etli KIM 5, R. etli CIAT 632 e R. tropici CIAT 899). Somente as cultivares andinas WAF 15, WAF 7, Mineiro Precoce, WAF 6 e Antioquia 8 apresentaram especificidade na nodulação. Em relação à massa seca dos nódulos, houve diferenças significativas dos tratamentos de inoculação nas cultivares andinas WAF 15, WAF 7, WAF 6 e Diacol Andino, e na cultivar meso-americana Ouro Negro. Nenhuma das cultivares restringiu a nodulação, embora tenham sido verificadas diferenças de até 53 e 103 vezes no número e massa de nódulos por planta, respectivamente. Considerando todas as cultivares e estirpes de rizóbio, WAF 15 foi a cultivar com melhor desempenho em número e massa nodular. WAF 6 foi a cultivar de pior desempenho, chegando quase ao nível de restrição da nodulação com a estirpe R. etli CIAT 632.

Rhizobium strains competitiveness on bean nodulation in Cerrado soils

The objective of this work was to identify the most competitive and effective Rhizobium strains in order to increase common bean yield by nitrogen fixation as alternative or complementation to the nitrogen fertilization. Competitiveness tests were lead in axenic conditions, in Cerrado soil pots and in three field experiments, with native Rhizobium strains that were previously identified, according to their effectiveness and genetic variability. The identification of strains in nodules was performed using serological tests (axenic conditions) - agglutination and enzyme linked immunosorbent (Elisa) assays - and random amplified polymorfic DNA (RAPD) (Cerrado soil). Plant yield was determined using the dry weight (greenhouse conditions), total N and grain yield (field experiments). Among the analyzed Rhizobium strains, native strain SLA 2.2 and commercial strain CIAT 899 were the dominant nodules in plants of the most productive plots, presenting yield productivity similar or higher to those obtained in treatments where 20 kg ha-1 of N were applied.

Genetic characterization and nitrogen fixation capacity of Rhizobium strains on common bean

This study aimed to genetically characterize four new Rhizobium strains, and to evaluate their nodulation and fixation capacity compared to commercial strains and to native rhizobia population of a Brazilian Rhodic Hapludox. Two experiments were carried out in randomized blocks design, under greenhouse conditions, in 2007. In the first experiment, the nodulation and nitrogen fixation capacity of new strains were evaluated, in comparison to the commercial strains CIAT-899 and PRF-81 and to native soil population. It was carried out in plastic tubes filled with vermiculite. DNA extractions and PCR sequencing of the intergenic space were made from the isolated pure colonies, in order to genetically characterize the strains and the native rhizobia population. In the second experiment, the nodulation and productivity of common beans Perola cultivar were determined, with the use of evaluated strains, alone or in mixture with PRF-81 strain. It was carried out in pots filled with soil. The native soil population was identified as Rhizobium sp. and was inefficient in nitrogen fixation. Three different Rhizobium species were found among the four new strains. The LBMP-4BR and LBMP-12BR new strains are among the ones with greatest nodulation and fixation capacity and exhibit differential responses when mixed to PRF-81.