Department of Biology
Institute for Plant Science and Microbiology
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Biodiversity & Ecology

 Food security    Research article    Open Access 

Germplasm evaluation for climate adaptation and drought tolerance: The cases of local varieties of maize in Zambia and cowpea in Botswana

Utlwang Batlang*, Charles King Jr., Samodimo Ngwako, Chipo Nkomazana, Goitseone Malambane, Thembeka Mpuisang, Thebeetsile S. Moroke, Gloria N. Mashungwa, Gaesejwe Bagwasi, Flora Pule-Meulenberg, Dickson Ng'uni*, Graybill Munkombwe

Article first published online: 24 April 2018

DOI: 10.7809/b-e.00334

*Corresponding author contact: dickson.nguni@gmail.com; ubatlang@buan.ac.bw

Biodiversity & Ecology  (Biodivers. Ecol.)

Climate change and adaptive land management in southern Africa - assessments, changes, challenges, and solutions,
edited by Rasmus Revermann, Kristin M. Krewenka, Ute Schmiedel, Jane M. Olwoch, Jörg Helmschrot & Norbert Jürgens
Volume 6, pages 272-281, April 2018
  PDF  (1.5 MB)


Abstract: Water shortages as a result of changes in rainfall patterns and increases in temperatures are associated with climate change. Rising temperatures and evaporation rates exacerbate water scarcity problems primarily aff ecting dry-land crop production systems in southern Africa. Thus, the search for drought-tolerant crop varieties becomes necessary to mitigate climate change and to achieve food security in the region. Fifty maize germplasm accessions obtained from the Zambian gene bank were characterized at Mount Makulu Research Station in Zambia to identify suitable varieties for on-farm evaluation. In that regard, data was collected on days to 50% tasselling, days to silking, plant height, ear height, number of leaves above leaf ear, tillering index, tassel type, number of kernel rows, kernel type, and kernel colour. Furthermore, we carried out on-farm participatory evaluation of 20 local varieties of maize at two representative sites. Farmers selected six crop varieties on the basis of their early maturity, high yielding ability, drought tolerance, and tolerance to fi eld pests and diseases. The selected maize varieties are suitable for large-scale production or variety development for the targeted sites or areas with similar agro-ecological conditions. In Botswana, greenhouse and fi eld studies were conducted to characterise 20 cowpea genotypes based on diff erent drought tolerance indices. Results showed that stress tolerance index (STI) and drought resistance index (DI) were the most suitable indices for selecting cowpea genotypes for drought tolerance. Six cowpea collections were tested in a fi eld study at Hukuntsi, situated in the Kalahari Desert, in 2014-15. Analysis of variance and regression analysis showed that three accessions [BCA001 (Blackeye), BCA009 (Mahutohuto), BCA016 (Speckled brown] were promising drought-tolerant varieties displaying a higher plant drought survival (PDS%) rate under fi eld conditions. Signifi cant correlations were detected between PDS% and STI, indicating the usefulness of the two parameters in selecting drought-tolerant cowpea genotypes. The two selected cowpea genotypes are recommended for cultivar development or production under drought-prone and rain-fed farming systems in southern Africa.


Resumo: A escassez de água, resultante das alterações nos padrões de precipitação e do aumento da temperatura, está associada às alterações climáticas. O aumento da temperatura e das taxas de evaporação exacerbam os problemas de escassez de água, principalmente nos sistemas de produção de culturas de sequeiro no Sul de África. Assim, a procura de variedades de culturas tolerantes à seca torna-se necessária para mitigar as alterações climáticas e alcançar segurança alimentar na região. Cinquenta acessos de germoplasma de milho, obtidos do banco de genes Zambiano, foram caracterizados na Estação de Investigação de Mount Makulu na Zâmbia, de modo a identifi car variedades adequadas para avaliação em quintas. Nesse contexto, foram recolhidos dados sobre o número de dias que demora a crescer 50% do pendão, o número de dias que demora a crescer as estigmas, a altura da planta, a altura da espiga, o número de folhas acima da folha da espiga, o índice de perfi lhamento, o tipo de pendão, o número de fi las de grãos e o tipo e cor do grão. Para além disso, realizámos avaliações participativas no terreno de 20 variedades locais de milho em dois locais representativos. Os agricultores seleccionaram seis resultvariedades de culturas com base na sua maturidade precoce, alta capacidade de rendimento, tolerância à seca e tolerância a pragas e doenças no campo. As variedades de milho seleccionadas são adequadas para a produção em grande escala ou desenvolvimento de variedades para locais específi cos ou áreas com condiçoes agro-ecológicas semelhantes. No Botswana, foram realizados estudos de campo e em estufas para caracterizar 20 genótipos de feijão-frade com base em diferentes indíces de tolerância à seca. Os resultados mostraram que o índice de tolerância ao stress (STI) e o índice de resistência à seca (DI) foram os mais adequados para a selecção de feijão-frade com tolerância à seca. Seis colecções de feijão-frade foram testadas num estudo de campo em Hukuntsi, situado no Deserto do Kalahari, em 2014/15. A análise da variância e a análise da regressão mostraram que três acessos [BCA001 (Blackeye), BCA009 (Mahutohuto), BCA016 (Speckled brown] eram variedades tolerantes à seca promissoras, apresentando uma maior taxa de sobrevivência à seca (PSD%) em condições de campo. Correlações signifi cativas foram detectadas entre PDS% e STI, indicando a utilidade dos dois parâmetros na selecção de genótipos de feijão-frade tolerantes à seca. Os dois genótipos de feijão-frade seleccionados são recomendados para o desenvolvimento ou produção de culturas em sistemas agrícolas de sequeiro, ou susceptíveis à seca, no Sul de África.

Suggested citation:
Batlang, U. C. King Jr. S. Ngwako. C. Nkomazana, G. Malambane. T.Mpuisang, T.S. Moroke, G. N. Mashungwa, G. Bagwasi, R. Lekalake-Kobue, F. Pule-Meulenberg, D. Ng'uni & G. Munkombwe (2018) Germplasm evaluation for climate adaptation and drought tolerance: The cases of local varieties of maize in Zambia and cowpea in Botswana In: Climate change and adaptive land management in southern Africa – assessments, changes, challenges, and solutions (ed. by Revermann, R., Krewenka, K.M., Schmiedel, U., Olwoch, J.M., Helmschrot, J. & Jürgens, N.), pp. 272-281, Biodiversity & Ecology, 6, Klaus Hess Publishers, Göttingen & Windhoek. doi:10.7809/b-e.00334