Comparisons of rate of photosynthesis and tuber yield of a dihaploid, its chromosome-doubled derivatives and parent

Summary

The rates of photosynthesis per unit leaf area and tuber yields of a dihaploid of cv. Pentland Crown and its chromosome-doubled derivatives were similar. Pentland Crown had a higher rate of photosynthesis and higher yield than the dihaploid and its tetraploid derivatives. This was shown by a larger number of tubers per plant and higher mean tuber weight for the cultivar. Fresh and dry weight shoot yields of the dihaploid, its chromosome-doubled derivatives and parent were not significantly different from each other (P>0.05). The higher yield of Pentland Crown was possibly due to a higher rate of photosynthesis.

There was no evidence that the genes of theSolanum tuberosum dihaploid used in this experiment were physiologically more efficient at the tetraploid than at the diploid level.

Zusammenfassung

Die Photosyntheserate pro Blattflächeneinheit wurde bei feld-aufgewachsenen Pflanzen der Sorte Pentland Crown, einer von ihr abgeleiteten Dihaploiden (PDH 7) und durch Chromosomenverdopplung mittels Colchicin (Dionne's Methode) produzierten tetraploiden Klonen (C-numbers) gemessen. Unter Anwendung der 14-CO₂-Technik erwies sich die Photosyntheserate von Blättern von Pentland Crown signifikant höher als die der Dihaploiden und ihrer chromosomenverdoppelten Derivate (P<0,01). Die Unterschiede zwischen der Dihaploiden und den verdoppelten dihaploiden Klonen waren nicht signifikant (P>0,05) (Abb. 1).

Die Dihaploiden und ihre chromosomenverdoppelten Abkömmlinge ähnelten sich bei Knollenertrag und dessen Komponenten, Knollenzahl pro Pflanze und mittlerem Knollengewicht. Diejenigen von Pentland Crown lagen signifikant höher (P<0,01) (Abb. 2, 3 und 4). Frühe Knollenernte ergab keine Änderungen in der Rangordnung der Genotypen für Knollenertrag, obwohl der Mehrertrag von Pentland Crown gegenüber den anderen Stämmen höher war als bei späteren Ernten. Vermutlich erfolgt die Knollenbildung früher oder geht bei Pentland Crown initiell in höherer Rate als bei den anderen Genotypen vor sich. Der Krautertrag pro Pflanze war bei allen drei Genotypen ähnlich (Tab. 1); während Pentland Crown früher als die Dihaploide und ihre chromosomenverdoppelten Abkömmlinge auflief, blieben bei letzteren die Blätter länger grün. Der höhere Knollenertrag von Pentland Crown ist vermutlich auf die höhere photosynthetische Leistung zurückzuführen.

Die durch Colchicinbehandlung bei PDH 7 produzierten tetraploiden Klone (C-numbers) werden als identische Genotypen betrachtet. Da jedoch jeder von unterschiedlichem Meristem von gleicher oder unterschiedlicher Pflanze produziert wurde, könnten Unterschiede in der Abstammung der Zellen möglicherweise einen Einfluss auf die ermittelten Charakteristika haben. Im Experiment ergaben sich dafür keine Abzeichnen.

Unterschiede zwischen Genomen sind eher als solche zwischen Ploidiestufen für Unterschiede in der Photosyntheserate und für Knollenertrag bei dem vorliegenden Material verantwortlich. Gene mit hoher Expressivität für diese Merkmale, die in Pentland Crown vorhanden sind, fehlten in den aus dieser hervorgegangenen Abkömmlingen. Änderungen des Ploidiegrades vom dihaploiden zum tetraploiden Genotyp durch Chromosomenverdopplung hatten keinen signifikanten Einfluss auf dieses Merkmal. In diesem Material zeigte sich deshalb kein physiologischer Vorteil im tetraploiden über dem diploiden Grad.

Züchtung zur Steigerung der Photosyntheserate pro Blattflächeneinheit würde in einem Programm zur Produktion von Sorten mit hohen Erträgen von Vorteil sein. Wenn bei Dihaploid — verdoppelt Dihaploid — Vergleichen, ähnlich wie den hier beschriebenen, Ploidie ohne grosse Bedeutung für die Ertrags-Determination gefunden wurde, könnten Gene für eine höhere Photosyntheserate oder andere den Ertrag beeinflussende Merkmale von Diploiden oder Tetraploiden auf Material mit unterschiedlicher Ploidie ohne abträglichen Effekt auf ihre von der Ploidieänderung abhängigen Expression transferiert werden.

Résumé

Le taux de photosynthèse par unité de surface foliaire est mesuré sur des plantes de plein champ de la variété Pentland Crown ainsi que sur un des dérivés dihaploïdes PDH 7 et de clônes tétraploïdes (nombre C) produits par doublement chromosomique à partir du dihaploïde traité à la colchicine (méthode de Dionne). Par la technique du dioxide de carbone-14, le taux de photosynthèse par le feuillage de Pentland Crown s'est avéré significativement supérieur à celui du dihaploïde et de ses dérivés à chromosomes doublés (P<0,01). Les différences entre le dihaploïde et les clônes dihaploïdes doublés ne sont pas significatives (P>0,05) (fig. 1).

Le dihaploïde et ses dérivés à chromosomes doublés ont donné des résultats semblables. tant au niveau du rendement en tubercules que des composants, nombre de tubercules par plante et poids moyen du tubercule. Ceux de la variété Pentland Crown sont supérieurs de facon significative (P<0,01) (fig. 2, 3 et 4). L'arrachage précoce ne modifie pas l'ordre des génotypes pour le rendement en tubercules, bien que l'avantage en faveur de la variété Pentland Crown soit supérieur à cette date qu'à des arrachages plus tardifs. La croissance des tubercules commence sans doute plus tôt ou à une vitesse initiale plus élevée avec la variété Pentland Crown qu'avec les autres génotypes. Les rendements foliaires par plante sont semblables pour les trois génotypes (tableau 1) et, bien que la levée soit plus précoce avec Pentland Crown qu'avec les dihaploïdes et les dérivés à chromosomes doublés, le feuillage de ces derniers reste vert plus longtemps. Le taux de photosynthèse plus élevé sur Pentland Crown explique sans doute en partie le rendement supérieur en tubercules.

Les clônes tétraploïdes (nombres C) produits à partir de PDH 7 traité à la colchicine, sont supposés avoir des génotypes semblables; mais chacun étant issu d'un méristème différent d'une même ou d'une autre plante, il est possible que les variations de lignée cellulaire aient un effet sur les caractères étudiés. L'expérience ne le mit pas en évidence. Les différences entre génomes expliquent davantage les variations de taux de photosynthèse et de rendement en tubercules que celles entre ploïdies. Les gènes de la variété Pentland Crown, qui expriment le niveau de ces caractères, sont absents dans le derivé dihaploïde. Un changement du niveau de ploïdié du génotype dihaploïde en tétraploïde, par doublement somatique des chromosomes, n'a pas d'effet significatif sur ces caractères. Cela montre que dans cette étude le niveau tétraploïde ne donne aucun avantage physiologique sur le diploïde. Un programme de sélection avec augmentation du taux de photosynthèse par unité de surface foliaire devrait être profitable pour la recherche de variétés à hauts rendements. Si après de telles comparaisons entre dihaploïdes et dihaploïdes doublés, la ploïdie ne joue pas un rôle dans l'expression du rendement, les gènes responsables du taux de photosynthèse ou tout autre caractère explicatif du rendement peuvent être transférés d'un dihaploïde ou tétraploïde sur un matériel de ploïdie différente, sans qu'il y ait un effet préjudiciable de leur expression dû au changement de ploïdie.