Legume production in semi-arid areas: comparative study of the physiology of drought tolerance in common bean («Phaseolus vulgaris L.») and mungbean «(Vigna radiata (L.) Wilczek)»

Context: Approximately one billion people live in semi-arid and arid regions, and of these about 40% live on less than a dollar a day. Legumes crops are an important component of sustainable agriculture, but they are often grown under intermittent or terminal droughts. Thus, improving drought tolerance in legumes has the potential to improve food security and sustainability of agricultural systems. Objective: This study compares the response of two legume crops, common bean (Phaseolus vulgaris L.) and mungbean (Vigna radiata (L.) Wilczek), to water stress conditions under field and controlled-environment conditions. Methods: Field experiments were conducted in the Fergana valley, Uzbekistan, and controlled environment experiments were conducted at the Macdonald campus of McGill University, Ste-Anne-de-Bellevue, Canada, and at the Hermitage Research Station in Warwick, Australia. Results: Our results demonstrate that alternate furrow irrigation maintains yields, yet decreases water applied by 25%. In addition, mungbean showed the highest yields in the moderate deficit irrigation treatment in 2003 and severe deficit irrigation treatment in 2004 under field conditions in Uzbekistan. Common bean also showed a capacity to maintain yields under moderate deficit irrigation in both years. Further characterization of the legume responses to water deficit stress in controlled-environment experiments indicated that mungbean’s higher tolerance is attributable to higher transpiration efficiency, a more conservative water use in the vegetative stage, and a higher root-to-shoot ratio when compared to common bean. Root characteristics might also play an important role, although we have observed a large variability between genotypes. An additional field experiment in Uzbekistan demonstrated that an early maturing Canadian soybean cultivar could be grown after the harvest of winter wheat, and thus contribute to food security. It has also been demonstrated that iContexte : Environ un milliard de personnes vivent dans les régions arides et semi-arides, et 40% d’entre eux vivent avec moins d’un dollar par jour. Les cultures de légumineuses sont une part importante de l’agriculture durable, mais ces cultures sont souvent produites dans des conditions de sécheresse intermittente ou terminale. Améliorer la tolérance des légumineuses à la sécheresse peut donc augmenter la sécurité alimentaire et la durabilité des systèmes agricoles. Objectif : Cette étude compare la réponse de deux légumineuses, le haricot commun (Phaseolus vulgaris L.) et le haricot doré (Vigna radiata (L.) Wilczek), lors de conditions de stress hydrique imposées au champ et en environnement contrôlé. Méthodes : Les expériences au champ furent conduites dans la vallée de Fergana, en Ouzbékistan, et les expériences en environnement contrôlé furent conduites au campus Macdonald de l’Université McGill, à Ste-Anne-de-Bellevue, Canada, et à la station de recherche Hermitage, à Warwick, Australie. Résultats : Nos résultats démontrent que l’irrigation alternante maintient les rendements tout en diminunant de 25% l’apport en eau. De plus, le haricot doré a démontré les meilleurs rendements sous les traitements d’irrigation déficitaire moyen en 2003 et sévère en 2004 dans les expériences au champ. Le haricot commun a également démontré la capacité de maintenir ses rendements sous traitement d’irrigation déficitaire moyen les deux années. Une caractérisation plus poussée de la réponse des légumineuses au stress hydrique en milieu contrôlé a indiqué que la tolérance accrue du haricot doré est attribuable à une meilleure efficacité transpirationelle, une utilisation plus limitée de l’eau lors de la période végétative, et une proportion plus élevée de biomasse en racines lorsque comparé au haricot commun. Les caractéristiques racinaires semblent également jouer un rôle important,