Root architectural tradeoffs for water and phosphorus acquisition

Abstract

Root architectural traits that increase topsoil foraging are advantageous for phosphorus acquisition but may incur tradeoffs for the acquisition of deep soil resources such as water. To examine this relationship, common bean genotypes contrasting for rooting depth were grown in the field and in the greenhouse with phosphorus stress, water stress and combined phosphorus and water stress. In the greenhouse, water and phosphorus availability were vertically stratified to approximate field conditions, with higher phosphorus in the upper layer and more moisture in the bottom layer. Under phosphorus stress, shallow-rooted genotypes grew best, whereas under drought stress, deeprooted genotypes grew best. In the combined stress treatment, the best genotype in the greenhouse had a dimorphic root system that permitted vigorous rooting throughout the soil profile. In the field, shallow-rooted genotypes surpassed deep-rooted genotypes under combined stress. This may reflect the importance of early vegetative growth in terminal drought environments. Our results support the hypothesis that root architectural tradeoffs exist for multiple resource acquisition, particularly when resources are differentially localised in the soil profile. Architectural plasticity and root dimorphism achieved through complementary growth of distinct root classes may be important means to optimise acquisition of multiple soil resources.

Drought Adaptation Mechanisms Should Guide Experimental Design

“…For instance, a plant may avoid SWD despite a lack of water inputs (termed soil water deficit avoidance; Figure 2). Examples include plants that explore deeper soils [12], or have slow root growth, leaving water for later in the season [13,14], plants that conserve water through lower leaf area or transpiration [15][16][17] or match phenology to the wet season [18].…”

Contribuciones del Programa de Investigaciones en Frijol en Centro América y El Caribe

“…El estrés hídrico causado por la sequía y la baja fertilidad de los suelos son los factores abióticos más importantes y afectan más del 70% de las regiones productoras de frijol en el mundo; con frecuencia, estas limitantes ocurren juntos en el trópico (Graham et al 2003;Frahm et al 2003;Ho et al 2005;Henry et al 2010). Debido a que los pequeños productores de frijol en Centro América y Haití no poseen los recursos que les permitan modificar estas limitaciones, empleando prácticas de conservación y manejo de suelos y el uso de sistemas de irrigación, la sequía y la baja fertilidad, se reduce la productividad de sus cultivos.…”

“…La mayor eficiencia en el crecimiento y productividad de las variedades mejoradas bajo estas limitantes, se traduce en mayor vigor vegetativo y rendimiento de grano que las variedades tradicionales. Los estudios indican la importancia de la arquitectura de las raíces, es decir la configuración espacial del sistema radical, en determinar la adquisición de recursos debajo de la superficie (Ho et al 2005;Lynch 2005). La importancia de la arquitectura de raíces en la productividad de la planta, radica en que la distribución espacial del sistema radical determina la habilidad de la planta para explotar los nutrimentos y agua disponibles en el suelo (Ho et al 2005;Lynch 2005;Henry et al 2010).…”

“…Los estudios indican la importancia de la arquitectura de las raíces, es decir la configuración espacial del sistema radical, en determinar la adquisición de recursos debajo de la superficie (Ho et al 2005;Lynch 2005). La importancia de la arquitectura de raíces en la productividad de la planta, radica en que la distribución espacial del sistema radical determina la habilidad de la planta para explotar los nutrimentos y agua disponibles en el suelo (Ho et al 2005;Lynch 2005;Henry et al 2010). La tolerancia a la sequía en el frijol ha sido asociada a mayor profundidad de raíces; mientras que, la mayor adquisición de nutrimentos está asociada a mayor exploración de la capa arable, sobretodo en el caso de elementos inmóviles como el fósforo.…”

“…Una alternativa adicional es el desarrollo de variedades multilíneas compuestas por líneas endogámicas que poseen diferente arquitectura de raíces que le permite a la variedad mejor respuesta a las condiciones variables de humedad y fertilidad del suelo (Henry et al 2010). La generación de multilíneas requiere el uso de métodos de mejoramiento y selección que permiten desarrollar líneas endogámicas con antecedente genético similar, lo que permite que la variedad pueda estar conformada por líneas agronómicamente (días a madurez, hábito de crecimiento) y comercialmente (tamaño, forma y color del grano) uniformes, pero que difieran en la arquitectura de raíces para una mejor adaptación a condiciones variables de nutrimentos y humedad del suelo (Ho et al 2005;Henry et al 2010). …”