Physiological response to drought stress of common bean (Phaseolus vulgaris L.) genotypes differing in drought resistance

Drought stress is a major constraint to common bean (Phaseolus vulgaris L.) production worldwide. Understanding the physiological basis of drought resistance may help to target the key traits that limit yield of the crop under drought situations. The objective of this study was to test the hypotheses that I) differences exist in biomass accumulation, yield and water-use efficiency among common bean cultivars developed for wider agro-ecological adaptation and inbred lines selected for specific adaptation to drought situations when subjected to drought stress; II) a drought-resistant genotype has a higher sink strength than a susceptible genotype and the difference between the genotypes is related to the ability to maintain assimilate synthesis and availability of assimilates for metabolism in the reproductive sink organs under drought stress; III) drought stress induces higher accumulation of ABA in sink leaves of a drought-susceptible genotype than in the leaves of a resistant genotype; and IV) relative to non-stressed plants, drought stress alters the protein pattern in a mature bean leaf. Three adapted cultivars and three inbred lines of common bean were initially screened to assess seed yield-based drought resistance and water-use efficiency of the genotypes. A drought-resistant (SEA 15) and a susceptible genotype (Brown Speckled) were selected and used for subsequent experiments carried out thereafter. Drought stress was initiated at different growth stages (vegetative or reproductive phases) by withholding the amount of water applied in order to keep the moisture level at about 30% of the maximum water-holding capacity (WHC) of the soil. For control treatments, the soil moisture was maintained at 70% of the maximum WHC. Parameters related to growth, yield, water-use efficiency, leaf-water relations, gas-exchange, seed sink size, and the concentration of assimilates in various source and sink organs were determined. Changes in mature leaf proteins due to dro
Weltweit ist Dürrestress der stärkste ertragslimitierende Produktionfaktor für die Bohne (Phaseolus vulgaris L.). Das Verständis der physiologischen Grundlagen der Dürreresistenz trägt dazu bei Ertragsminderungen bei Trockenheit zu reduzieren. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die nachstehenden Hypothesen zu prüfen: I) Bestehen genotypische Unterschiede in der Biomasseproduktion von Bohnensorten und Bohnenlinien, die aufgrund ihrer Biomasseakkumulation und Wassernutzungseffizienz unter Dürre selektiert wurden? II) Hat ein trockenresistenter Genotyp eine größere Sinkkapazität als ein trockenempfindlicher Genotyp, und steht dieser Unterschied zwischen den Genotypen in Zusammenhang zur Assimilatsynthese und zum Vermögen bei Dürrestress die Assimilate in den reproduktiven Sinkorganen zu metabolisieren? III) Verursacht Dürrestress eine höhere Akkumulation von ABA in den Sinkblättern eines dürreempfindlichen Genotyps als in den Sinkblättern eines dürreresistenten Genotyps? IV) Verändert ein Dürrestress das Proteinmuster in einem vollentwickelten Bohnenblatt? Drei angepasste Sorten und drei Linien von Bohnen wurden zuerst selektiert, um eine auf den Samenertrag begründete Dürreresistenz und Wassernutzungseffizienz der Genotypen festzustellen. Für die folgenden Versuche wurde ein dürreresistenter (SEA 15) und ein dürreempfindlicher Genotyp (Brown Speckled) ausgewählt. Dürrestress wurde in verschiedenen Wachstumsphasen (vegetative oder reproduktive Phase) durch Wasserentzug appliziert, so dass die Bodenfeuchte bei ca. 30% von der maximalen Wasserhaltekapazität (WHK) des Bodens lag. In der Kontrolevariante wurde die Bodenfeuchte auf 70% der maximalen WHK eingestellt. Bezogen auf das Wachstum wurden die Parameter Ertrag, Wassernutzungseffizienz, Wassergehalt des Blattes, Gasaustausch, Sink-Größe der Samen und die Assimilat-Konzentration in verschiedenen Organen von Source und Sink bestimmt. Eine mögliche Änderung des Proteinmusters in den vollentwickelten Blättern infol