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Mitigando el Cambio Climático: desarrollo de fríjol tolerante a calor

Por José Polania 
Asistente de Investigación CIAT (Centro Internacional de Agrícultura Tropical)

El frijol común (Phaseolus vulgaris L) es la leguminosa mas importante para la alimentación humana en el trópico. El frijol es una importante fuente de proteína para más de 400 millones de personas, además, proporciona fibra, carbohidratos, vitaminas y micronutrientes. Razón por la cual es importante en la seguridad alimentaria y nutricional entre los consumidores de bajos ingresos. Es cultivado principalmente por pequeños agricultores de bajos recursos, donde es expuesto a diferentes tipos de estreses bióticos y abióticos, entre ellos sequía y baja fertilidad del suelo (Beebe et al., 2012, 2013).

Con el inminente cambio climático, el frijol tiene que afrontar una nueva limitación, el calor. Esta leguminosa es cultivada actualmente en zonas donde la temperatura mínima (nocturna) llega hasta los 19 °C, a partir de los 20°C la producción y calidad del grano se ve afectada, hasta el punto de no tener producción. Según un análisis utilizando 19 modelos climáticos, expertos concluyen que, con las variedades actuales, el área adecuada para la producción de fríjol disminuirá hasta en un 50% hacia 2050 por causa del incremento de temperaturas (Beebe et al., 2011). Noticia no muy alentadora para las personas que dependen de esta leguminosa para su alimentación. La generación de variedades de frijol con tolerancia al calor mediante mejoramiento genético, es una estrategia para poder enfrentar los retos que trae el cambio climático y poder asegurar la producción y seguridad alimentaria de la población dependiente de esta leguminosa.

El Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), asumiendo este nuevo reto, inició hace algunos años una línea de investigación sobre los efectos del calor en la producción de frijol usando el mejoramiento genético convencional.  En este estudio se plantearon dos objetivos, el primero fue encontrar genotipos de frijol que soporten condiciones de temperaturas mínimas superiores a 20 °C y el segundo fue entender qué proceso de la planta es afectado por el estrés por calor. El grupo de investigación en mejoramiento y fisiología de frijol del CIAT, liderado por Steve Beebe, identificó en Colombia localidades donde se presentaban temperaturas nocturnas superiores a los 20°C, y es allí, donde con la colaboración de la Universidad del Tolima, se realizaron evaluaciones de campo en la granja experimental de esta Universidad en el municipio de Armero (Tolima), localidad que presentaba en promedio temperaturas mínimas superiores a los 22°C (3°C más que el límite actual de frijol). Igualmente con la colaboración de la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria CORPOICA, se hicieron evaluaciones de campo en el Caribe Colombiano, en la estación experimental Caribia en las inmediaciones de Santa Marta (Magdalena), localidad que presenta temperaturas nocturnas superiores a los 23°C (4°C  más que el límite actual de frijol).

Durante dos años consecutivos se realizaron pruebas en campo para evaluar la respuesta de frijol a condiciones nocturnas de altas temperaturas. Estas pruebas de campo incluyeron más de 1000 genotipos de frijol entre ellos líneas avanzadas por tolerancia a sequía y baja fertilidad del programa de mejoramiento de frijol del CIAT, líneas con un alto contenido de minerales en semilla (Biofortificado), algunos cultivares comerciales, líneas provenientes de cruzamientos entre frijol común (P. vulgaris) y frijol tépari (P. acutifolius), todas ellas generadas mediante mejoramiento convencional (cruzamiento y selección). El frijol tépari fue domesticado en clima árido del suroccidente de Estados Unidos y el norte de México, y es más tolerante a estas condiciones que cualquier otra leguminosa de grano, ha sido usando como fuente de tolerancia a sequía y ahora al calor. Sin embargo, producir líneas (semilla) proveniente de cruzamientos entre P. vulgaris y P. acutifolius es difícil y requiere de procesos adicionales como el rescate de embriones, trabajo realizado hace algunos años por el Dr. Alvaro Mejía en CIAT. Con líneas que combinan las dos especies mencionadas anteriormente, el programa de mejoramiento las usó como progenitores de un grupo de nuevas líneas, que fueron incluidas en los ensayos de campo.

Los resultados de las evaluaciones de campo, mostraron que alrededor de 30 líneas de las más de 1000 evaluadas, mostraron tolerancia a temperaturas 4°C grados centígrados por encima de la “zona de comodidad” normal del frijol, con una producción adecuada de grano. En este grupo de 30 líneas, algunas que sobresalieron fueron las líneas derivadas de P. acutifolius, indicando la importancia del recurso genético de esta especie en la adaptación a calor del frijol común. Estos resultados muestran un panorama muy alentador, ya que confirman la posibilidad de lograr la generación de nuevas variedades de frijol con tolerancia al calor mediante el uso de mejoramiento genético tradicional, asegurando la producción de esta leguminosa en escenarios de cambio climático y la seguridad alimentaria de las comunidades que dependen de ella. Otro impacto de la generación de estas variedades de frijoles adaptados a calor, es que se puede expandir la producción a localidades consideradas cálidas para la siembra de fríjol, en el caso Colombiano, sería el Valle del Magdalena y la Costa Caribe. La investigación sobre estas nuevas variedades de frijol, financiada por el Fondo de CGIAR (por sus siglas en inglés, Consultative Group for International Agricultural Research) y documentada en un informe reciente (Developing Beans that Can Beat the Heat, http://ciat-library.ciat.cgiar.org/articulos_ciat/biblioteca/DEVELOPING_BEANS_THAT_CAN_BEAT_THE_HEAT_lowres%20(2).pdf), representa una importante contribución a los Programas de Investigación de CGIAR sobre Leguminosas de Grano y sobre Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria.

¿Cómo responde la planta a estas condiciones de altas temperaturas? las observaciones durante dos años en campo, trabajo doctoral de Nestor Chaves en CIAT, indican que el desarrollo vegetativo de la planta no se ve afectado, tiende a incrementarse; pero es la fase reproductiva y la de llenado de grano que se ven afectadas por estrés por calor. Un factor importante es la viabilidad de polen, se observó que los genotipos con tolerancia a calor eran aquellos que presentaban una alta viabilidad de polen, indispensable para la fecundación y posterior formación de grano, mientras el polen de los genotipos susceptibles presentaba muy baja viabilidad dificultando la polinización, y como consecuencia la formación de grano (Figura 1).



Figura 1. Efecto de altas temperaturas sobre la viabilidad de polen en un genotipo de frijol susceptible al calor a la izquierda, y uno tolerante al calor a la derecha (Foto Nestor Chaves – CIAT, Trabajo doctoral U. Nacional de Colombia).

Los genotipos de frijol tolerantes al calor, estarían combinando varias características que le confieren dicha tolerancia, entre ellas un sistema de raíces vigoroso que les ayuda a una mejor extracción de agua para mantener adecuada tasa de transpiración y ejercer un efecto de refrigeración, combinado con una mayor viabilidad de polen, y una mejor movilización de las reservas de carbono acumuladas en la biomasa aérea a la formación de vaina y llenado de grano. La investigación en el CIAT continúa con la evaluación de más genotipos con tolerancia al calor, nuevos cruzamientos y con la identificación de características fisiológicas que estén relacionadas con dicha adaptación a este estrés.

En el anuncio al público realizado por el CIAT sobre frijol tolerante al calor (http://www.ciatnews.cgiar.org/2015/03/24/beans-that-can-beat-the-heat/), también es de resaltar que entre el grupo de líneas identificadas por el Dr. Beebe y su equipo como tolerantes al calor, algunas de ellas también han sido sometidas a mejoramiento genético para aumentar su contenido de hierro en grano. Las deficiencias de este micronutriente esencial, afecta a niños en edad preescolar en los países en desarrollo, lo que los hace susceptibles a la anemia, y pone en riesgo su crecimiento y su desarrollo cognitivo (http://ciatblogs.cgiar.org/agrobiodiversidad/centroamerica-y-caribe-colombiano-motores-para-nuevas-variedades-de-frijoles-biofortificados/). En conclusión, es posible desarrollar nuevas variedades de frijol haciendo uso del acervo genético del genero Phaseolus tolerantes a estrés por calor mediante mejoramiento genético tradicional. Igualmente, estas líneas desarrolladas pueden combinar otras características, como mejor calidad nutricional (alto contenido de hierro en el grano) y tolerancia a otros factores tanto bióticos como abióticos, haciendo este tipo de estudios muy valiosos, pues pueden aportar avances importantes para combatir la desnutrición por falta de micronutrientes en poblaciones de bajos recursos, mientras generan variedades adaptables a los nuevos retos del ambiente.

Referencias

Beebe, S., Ramirez, J., Jarvis, A., Rao, I. M., Mosquera, G., Bueno, J. M., & Blair, M. W. (2011). Genetic improvement of common beans and the challenges of climate change. Crop adaptation to climate change (Yadav SS, Redden RJ, Hatfield JL, Lotze-Campen H and Hall AE. eds.). John Wiley & Sons, Ltd., Published by Blackwell Publishing Ltd, Richmond, Australia, 356-369.
Beebe, S.E., 2012. Common bean breeding in the tropics. Plant Breeding Reviews 36, 357–426.
Beebe, S.E., Rao, I.M., Blair, M.W., Acosta-Gallegos, J.A., 2013. Phenotyping common beans for adaptation to drought. Front Physiol 4.